3.2. Механизмы пластической деформации и деформационное упрочнение

В бездефектных кристаллах пластическая деформация происходит по механизму либо скольжения, либо двойникования.

Деформация скольжением происходит по плоскостям и направлениям максимальной плотности упаковки атомов. Сдвиги атомных плоскостей осуществляются аналогично сдвигу карт в колоде. Плоскость и направление, по которым происходит сдвиг, называются, соответственно, плоскостью и направлением скольжения. Плоскость скольжения и направление скольжения образуют систему скольжения. Чем больше в металле систем скольжения, тем выше его способность к пластической деформации.

Металлы, имеющие кубическую кристаллическую решетку, обладают высокой пластичностью. ГЦК-кристаллы имеют 12 систем скольжения, ОЦК-кристаллы – 48. Металлы с гексагональной плотноупакованной решеткой имеют меньшее количество систем скольжения – всего три, поэтому они менее пластичны и труднее поддаются прокатке, штамповке и другим способам деформации.

Вторым механизмом пластической деформации металлов и сплавов является двойникование. По сравнению со скольжением двойникование занимает второстепенное положение. Роль двойникования возрастает, если скольжение невозможно или сильно затруднено.

В реальных кристаллах, имеющих дефекты кристаллической решетки, пластическая деформация происходит по энергетически более легкому пути - за счет движения дислокаций. Движение дислокаций осуществляется за счет перегруппировки ближних к ней атомов. Влияние концентрации дислокаций на пластичность носит сложный характер. При небольших степенях деформации рост числа дислокаций облегчает деформирование. Дальнейшая деформация сопровождается лавинообразным увеличением плотности дислокаций и они начинают мешать взаимному движению, что приводит к снижению пластичности и упрочнению.

Способность металла к деформационному упрочнению называется наклепом или нагартовкой. Наклеп сопровождается образованием текстуры. При деформировании увеличиваются прочностные характеристики (твердость, предел прочности, предел текучести) и понижаются пластичность и ударная вязкость. Помимо этого возрастает удельное электросопротивление и химическая активность. Путем наклепа твердость и временное сопротивление удается повысить в 1,5 – 3 раза, а предел текучести – в 3 – 7 раз.

Упрочнение при наклепе широко используется при холодной обработке давлением. Так, наклеп поверхностного слоя деталей повышает сопротивление усталости – образованию трещин при многократном знакопеременном нагружении.

3.3. Процессы, происходящие в наклепанных металлах при нагреве

Эти процессы подразделяют на две основные стадии: возврат и рекристаллизацию. Возврат наблюдается при невысоком нагреве. Размер и форма кристаллов при возврате не меняются. В процессе возврата несколько снижаются прочность и растет пластичность металла.

Рекристаллизация – это процесс зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения; в результате рекристаллизации образуются новые, чаще всего равноосные зерна. Рекристаллизация происходит при нагреве металла до достаточно высоких температур. Температура, выше которой процессы рекристаллизации становятся существенными, называется температурой рекристаллизации. Для металлов

,

где для металлов технической чистоты;для твердых растворов; для тугоплавких металлов.

Различают первичную и собирательную рекристаллизацию.

Первичная рекристаллизация состоит из зарождения новых зерен и их последующего постепенного роста.

Особенность собирательной рекристаллизации состоит в том, что рост одних зерен происходит за счет других, вследствие перехода атомов от одного зерна к соседнему через границу раздела. Одни зерна при этом уменьшаются в размерах и затем исчезают, а другие становятся более крупными, поглощая соседние зерна.

С повышением температуры рост зерен ускоряется. Чем выше температура нагрева, тем более крупными окажутся рекристаллизованные зерна. Рекристаллизация полностью снимает наклеп; металл приобретает равновесную структуру с минимальным количеством дефектов кристаллического строения. Восстанавливаются все физические и механические свойства.