собе пластического течения для сохранения непрерывности деформации поликристалла на границах необходимы или корреляция между формоизменением соседних зерен, или приспособление деформации в приграничных зонах.

Уже в монокристаллах имеет место стесненность деформации вследствие трения на поверхностях, соприкасающихся с инструментом, при помощи которого осуществляется деформирование. В условиях осевого нагружения стесненность приводит к развитию плоского течения монокристаллов всех ориентаций, за исключением тех, для которых осевая симметрия формоизменения обусловлена активностью симметрично расположенных систем с равными приведенными напряжениями сдвига. В поликристалле в случае отсутствия корреляции в ориентировке соседних зерен трение на их границах будет приводить к изменению механизма деформации приграничных зон от моноскольжения к множественному скольжению или дополнительному двойникованию для сохранения непрерывности деформации. В этом случае деформация по Заксу будет характерной не для всего объема материала, а только для внутренней части зерен. Такой вариант развития деформации и отражает схема Кохендорфера, показанная на рис. 11.27. Эта схема представляется наиболее физичной и в наибольшей мере отвечает действительности, хотя расчет кривой деформации поликристалла на

ееоснове наименее однозначен.

11.3.15.Возникновение зуба текучести

Вряде случаев на кривых напряжение – деформация наблюдается так называемый зуб текучести, состоящий в увеличении напряжения выше предела текучести (называемого в таких случаях

нижним пределом текучести σнт ) и в последующем его резком падении до σнт (рис. 11.28). При этом наибольшую достигнутую величину напряжения называют верхним пределом текучести σвт .

Образование зуба текучести связывают с резким увеличением числа подвижных дислокаций в начале пластического течения. Зуб текучести появляется всякий раз, когда исходная плотность сво-

81

бодных дислокаций мала, но в процессе пластической деформации происходит резкое увеличение этой плотности. Скорость пластической деформации ε&p определяется общим числом N подвижных

дислокаций с вектором Бюргерса b в единице объема кристалла и

где М – ориентационный фактор.

Рис. 11.28. Схема явления течения на кривой напряжение–деформация:

1 – первичное нагружение;

2 – повторное нагружение после разгрузки и деформационного старения

Исходное число подвижных дислокаций, или их длина в единице объема, могут быть недостаточны для обеспечения заданной скорости деформации в следующих случаях:

1)плотность дислокаций ρ в первоначально совершенном кристалле мала;

2)хотя общая плотность дислокаций ρ велика, число подвижных дислокаций недостаточно, тогда как большинство их заблокировано атмосферами примесных атомов;

3)скорость движения дислокаций v, зависящая от величины сдвигового напряжения, при данной величине напряжения слишком мала.

Впервом случае пластическая деформация интенсифицируется, когда сдвиговое напряжение станет достаточным для активизации дислокационных источников Франка–Рида; подобное поведение наблюдается у нитевидных металлических кристаллов. Во втором случае зуб текучести появляется в результате или разблокирования дислокаций, когда напряжение оказывается достаточным для отрыва их от примесных атомов, или в результате образования новых

82

дислокаций, если первоначальное закрепление дислокаций оказывается слишком сильным. По имеющимся данным, количество подвижных дислокаций N из числа возникающих в процессе пластической деформации равно N ≈ 0,1 ρ. В третьем случае зуб текучести появляется в результате размножения дислокаций, позволяющего уменьшить скорость их движения и, соответственно, величину напряжения, необходимого для осуществления деформации с заданной скоростью. Чтобы поддерживать данную скорость деформации, N дислокаций должны двигаться со скоростью v, но если количество дислокаций возрастает до 2N, то требуемая скорость их движения будет равна только v/2. Если теперь принять во внимание, что меньшей скорости движения дислокаций соответствует более низкое напряжение, то на кривой напряжение – деформация при увеличении числа подвижных дислокаций должно наблюдаться падение напряжения.

Обозначив плотности подвижных дислокаций на верхнем и нижнем пределах текучести как ρв и ρн, а скорости их движения vв и vн, получаем:

Рис. 11.29. Кривые напряжение–деформация, рассчитанные в предположении различной зависимости скорости дислокаций от напряжения

83

Зависимость скорости движения дислокаций v от сдвигового

Отсюда следует, что как m, так и ρв являются критериями величины зуба текучести. При малых значениях m отношение τв /τн будет большим, соответствуя сильно выраженному зубу текучести, тогда как при значениях m, близких к 50, зуб текучести едва различим

(рис. 11.29).

В ряде случаев обнаруживаются повторяющиеся зубцы текучести (или так назывемая пилообразная деформация), рассматривае-

мые как проявление эффекта Портевена–Ле-Шателье (рис.

11.30).

Рис. 11.30. Эффект Портевена– Ле Шателье, обнаруживаемый, например, при растяжении поликристаллических алюминиевых сплавов

Этот эффект – следствие динамической неустойчивости, поскольку он наблюдается тогда, когда коэффициент упрочнения dσ/dε уменьшается при увеличении скорости деформирования. Серия ступенек на кривой свидетельствует о том, что напряжение или/и скорость деформации непрерывно колеблются между двумя крайними значениями. По-видимому, перемещение дислокаций также изменяется от медленного до быстрого и обратно. Во время медленной фазы скорость пластической деформации мала и напряжение растет. В конце концов, оно становится достаточным для того, чтобы высвободить дислокации, и тогда наступает фаза быстрого пластического течения, распространяющегося по образцу в виде пластической волны. Во время этой фазы напряжение падает, движение дислокаций замедляется и цикл вновь повторяется. Ввиду по-

84

вторяющегося ступенчатого характера поднимающейся кривой на- пряжение–деформация очевидно, что цикл определяется не абсолютным значением напряжения, а значением, относящимся к мгновенному напряжению течения, которое непрерывно изменяется.

11.3.16. Влияние температуры на деформацию поликристаллов

Температура оказывает чрезвычайно сильное влияние на форму кривых напряжение–деформация поликристаллов. С понижением температуры деформации верхний предел текучести заметно возрастает, перепад между вершиной зуба текучести и площадкой текучести, а также протяженность этой площадки постепенно увеличиваются. Уменьшение критического скалывающего напряжения τкр и уровня напряжений течения на стадии I кривой напряжение– деформация – общее явление для металлов с разными решетками. Снижение τкр наиболее существенно в области низких температур. Например, повышение температуры испытания Mg от 100 до 300 К приводит к двукратному снижению τкр, в то время как дальнейшее повышение температуры до 600 К уже почти не сказывается на величине τкр. При низких температурах дислокации, имеющиеся в образце, прочно блокированы конденсированными на них атмосферами примесных атомов внедрения, тогда как с повышением температуры подвижность примесных атомов существенно возрастает и блокировка дислокаций ослабляется.

Увеличение доли стадии III в пластической деформации и снижении коэффициента упрочнения на этой стадии с повышением температуры обусловлены облегчением поперечного скольжения дислокаций. Чем выше температура деформации, тем больше вероятность термической активации заторможенных у барьеров дислокаций и преодоления ими этих барьеров. Чем легче идет поперечное скольжение при самых низких температурах, тем меньше влияние нагрева на dσ/dε.

В общем случае расхождение кривых напряжение–деформация при разных температурах (рис. 11.31) обусловлено двумя причинами:

85

1) различием субструктур, возникающих при разных температурах испытания;

2) зависимостью напряжения течения от температуры (при одинаковой субструктуре).

Предположим, что действует лишь причина 2. Тогда, если после прекращения деформации при Т2 в точке В мгновенно снизить температуру до Т1, то напряжение течения скачком повысится до значения

D, и при дальнейшей деформации кривая пойдет так же, как если бы с самого начала образец растягивали при Т1.

Если расхождение кривых связано только с разницей в субструктурах, то после снижения температуры от Т2 до Т1 в точке В изменится лишь наклон кривой: дальнейшему растяжению при Т1 соответствует пунктир ВK, причем кривая ВK не параллельна кривой ОDЕ, так как исходные субструктуры в точках В и D разные. Очевидно, что при действии обеих рассматриваемых причин имеет место какой-то промежуточный вариант – например, CL. Относительный вклад каждой из причин количественно оценивается соотношением (σС/σB)/(B σD/σBB), которое можно определить экспериментально. Чем ближе это отношение к единице, тем более значительно влияние температурной зависимости напряжения течения.

Экспериментально показано, что для чистых металлов температурная зависимость сопротивления деформации незначительна, а главной причиной влияния температуры на напряжение течения и коэффициент упрочнения является разница в субструктурах, формирующихся при разных температурах испытания. Например, у Al и Cu отношение σС/σBB близко к единице (1,1 – 1,4), а (σС/σB)/(B σD/σB)B = 0,5 ÷ 0,67. При этом для ГЦК металлов действует

правило Коттрела–Стокса:

Δσ /σ = const, (11.73)

где Δσ – изменение напряжения течения, вызванное мгновенным изменением температуры деформации, равное (σС – σB),B а σ – начальное (σB) или конечное (σС) напряжение.

86

Подъем температуры испытания выше (0,2–0,25) Тпл приводит к тому, что в ходе деформации более или менее полно успевают проходить процессы динамического возврата. При этом картина пластической деформации значительно изменяется. Динамический возврат, как и статический возврат, проходящий при отжиге после деформации, состоит в устранении избытка точечных дефектов и в перестройке дислокационной структуры, формирующейся при деформации. Такая перестройка возможна лишь в условиях активного протекания термически активируемых процессов – поперечного скольжения и, особенно, переползания дислокаций. Чем выше температура, тем полнее протекание возврата.

При высокотемпературной деформации перемещение дислокаций происходит под одновременным действием внешних напряжений и температурного воздействия (в отличие от возврата при отжиге после деформации). Здесь дислокации уже не привязаны так жестко к своей плоскости скольжения, как при низкотемпературной деформации, и могут легко переходить из одной плоскости в другую, выбирая себе самый легкий путь. При таком движении дислокаций увеличивается вероятность их встреч и поэтому, с одной стороны, растет число случаев их аннигиляции, вызывающих уменьшение плотности дислокаций, а с другой стороны – усиливается склонность к образованию регулярных дислокационных структур, для которых характерно объединение большинства дислокаций в малоугловые границы. Таким образом, в процессе деформации при повышенных температурах деформационное упрочнение из-за повышения плотности дислокаций и увеличения эффективности их торможения будет конкурировать с разупрочнением из-за снижения плотности дислокаций и совершенствования дислокационной структуры в результате возврата.

Диапазон температур по гомологической шкале от 0,2–0,25 до 1 делится на два интервала, граница между которыми соответствует

(0,5–0,6) Тпл. Между (0,2–0,25) и (0,5–0,6) Тпл идет так называемая

теплая деформация, а выше (0,5–0,6) Тпл – горячая деформация. В

процессе теплой деформации возврат всегда неполный, то есть число вновь образующихся дислокаций больше, чем число аннигилирующих. Поэтому при теплой деформации, как и при холодной,

87