Пластической деформации [с.В. Грачев, в.Р. Бараз и др.]

2. Границы зерен вытягиваются, потому что увеличивается площадь поверхности раздела зерен при неизменном объеме. Такое изменение структуры в деформированном металле приводит к значительным остаточным упругим напряжениям по границам зерен.

Кроме изменения формы зерен и состояния границ, в результате пластической деформации в поликристалле происходят следующие изменения структуры: значительное повышение плотности дислокаций – до 10¹¹ - 10¹² см^-2; повышение плотности вакансий; появление кристаллографической текстуры при значительных степенях деформации.

Кристаллографическая текстура – идентичность в пространственной ориентации кристаллических решеток зерен относительно внешних сил.

Результатом холодной пластической деформации сплавов является изменение свойств: повышается прочностность (рис. 2.15, а), что приводит к снижению пластичности; появляетсяанизотропия свойств, т.е. σ_в^дол ≠ σ_в^поп ≠ σ_в^выс; изменяются физические и химические свойства (рис. 2.15, б).

Деформация
а	б

Рис. 2.15. Схема изменения механических (а) и физических (б) свойств сплавов

В зависимости от степени холодной деформации: ρ – удельное электросопротивление; Ηс – коэрцитивная сила; μ – магнитная проницаемость;

с.к. – сопротивление коррозии

Упрочнение сплава в результате холодной пластической деформации называется наклепом.

Причиной наклепа и сопутствующего ему снижения пластичности являются следующие структурные изменения: повышение плотности дислокаций, а следовательно, уменьшение их подвижности; ориентированная зеренная структура; кристаллографическая текстура.

Определенный вклад в упрочнение вносят и остаточные напряжения.

В некоторых сплавах при степени деформации более 50 - 70 % временное сопротивление разрыву (в продольном направлении) и твердость увеличиваются в полтора-два раза, а предел текучести – в 3 – 5 раз. Упрочнение сопровождается резким снижением пластичности: относительное удлинение снижается в 10 – 20, а иногда в 30 – 40 раз.

Причинами анизотропии механических свойств являются кристаллографическая текстура при больших степенях деформации и ориентированная зеренная структура при меньших степенях деформации.

Дальнейшее поведение холоднодеформированного сплава может быть двояким. Если холодная деформация является завершающим этапом получения изделия, то повышенная прочность сохраняется. Если холодная деформация должна быть продолжена, а полуфабрикат так упрочнен, что имеет пониженную пластичность (иногда даже нулевую), то необходимо произвести разупрочнение металла. Это осуществляется при нагреве металла до высоких температур, выше 0,4 Т_пл. При нагреве холоднодеформированных металлов происходят структурные изменения, приводящие к изменению механических свойств.

Нагрев проводится для снятия остаточных напряжений и наклепа, т.е. «восстановления» пластичности сплава. Такое изменение свойств возможно вследствие увеличения диффузионной подвижности атомов, вакансий и дислокаций при повышении температуры. В зависимости от температуры в холоднодеформированном металле протекают различные структурные процессы, стадии развития которых называются возвратом и рекристаллизацией.

Возврат – стадия, при которой происходят перераспределение и уменьшение концентрации точечных дефектов, а также перераспределение и частичная аннигиляция дислокаций.

Незначительное уменьшение плотности дислокаций при возврате приводит к незначительному повышению пластичности и снижению прочности.

Зеренная структура при возврате не меняется. Возврат делится на две стадии:

1. Отдых – первая стадия возврата, при которой происходит уменьшение концентрации вакансий и незначительное перераспределение дислокаций без образования малоугловых границ. При отдыхе уменьшаются остаточные напряжения.

2. Полигонизация – стадия возврата, при которой происходит перестройка дислокационной структуры с образованием малоугловых границ. Области кристалла, отделенные этими границами, свободны от дислокаций и представляют собой полигоны. Изменения механических свойств, зависящих от плотности дислокаций, не превышают 10 - 15 %.

Рекристаллизация – процесс формирования и роста в деформированном сплаве новых зерен с пониженной плотностью дислокаций, разделенных большеугловыми границами. Стадия, в результате которой все деформированные зерна заменяются на равноосные, называется первичной рекристаллизацией.

В результате изменения структуры при первичной рекристаллизации значительно снижаются прочность и твердость металла и повышается пластичность (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Изменение механических свойств и микроструктуры в зависимости от