Пластическое поведение твердых тел

1.Пластическая деформация

•Пластическая деформация – необратимые изменения формы

иразмеровтела, остающиеся после снятия нагрузки.

•В макромасштабах пластическая деформация проявляется как

остаточная деформация.

•В атомныхмасштабах при низких температурах внутризеренная пластическая деформация происходит путем скольжения или двойникования отдельных участков решетки по определенным плоскостям (при высоких температурах

проявляется ползучесть).

•Нормальное напряжение почти не оказывает влияния на пластическое течение кристаллов. Пластическая деформация происходит под действием касательных напряжений.

1.2. Плоскости и направления скольжения

•В металлах с ГЦК- и ОЦК-решетками значительно больше систем скольжения, чем в металлах с решеткой ГПУ. Поэтому металлы с гексагональной решеткой обладают пониженной пластичностью и труднее, чем металлыс кубической структурой, поддаются прокатке, штамповке и другим видам деформации.

1.3. Дислокационное скольжение

• Главный механизм пластическойдеформации – внутреннее

дислокационное скольжение.

•При достаточно высоких температурах может осуществляться механизм движения краевой дислокации,называемый

переползанием.

1.3.1. Поперечное скольжение винтовой

дислокации

• Винтовая дислокация, в отличие от краевой, может переходить из одной плоскости в другую безпереноса массы – поперечным скольжением. Если напути скольжения дислокации в плоскости P встречается какой-

то барьер,то дислокация начинает скользить

вдругой атомной плоскости R, находящейся под углом к первоначальной плоскости скольжения P.

•Пройдя некоторый путь в плоскости поперечного скольжения и удалившись от барьера, винтовая дислокация может перейти

ватомную плоскость S, параллельную первоначальной плоскости скольженияP.

2.Текстура деформации

•Формоизменение поликристаллического материала при обработке давлением происходит в результате пластической деформации

каждого зерна.

•При большой деформации в результате скольжения зерна меняют свою форму. Равноосные до деформации кристаллиты под действиемнапряжений вытягиваются в направлении действующих сил, образуя волокнистую или слоистую структуру.

•При большой степени деформации возникает преимущественная ориентация кристаллографических плоскостей и направлений в зернах. Получается текстура деформации, характеризующаяся анизотропией механических ифизических свойств.

2.1. Характеристики текстуры деформации

•Всегда наблюдается та или иная степень отклонения ориентировки отдельных субзерен и зерен от идеальной, т.е. рассеяние текстуры. В сильно деформированных металлах возникаетнаиболееотчетливая текстура деформации, рассеяние которой может составить 5 10 градусов.

3.Напряжение сдвига

•Составляющая приложенной растягивающей силы P

внаправлении скольжения равна P cos , а площадь

скольженияравна A/cos , где A – площадь поперечного сечения кристалла, перпендикулярная оси растяжения. Отсюда так называемое

приведенное напряжение сдвига, действующеев плоскости скольжениявнаправлении скольжения:

τ = Pcosλ / (A / cosθ) = σcosλ·cosθ,

где σ = P / A – растягивающее напряжение.

•Характеристикой ориентации системы скольжения по отношению к растягивающей силе является фактор Шмида cosλ·cosθ. Следовательно, при заданном σ приведенное напряжение сдвига τ

максимально в плоскостях скольжения, расположенных под углом 45 к оси растяжения.

4.Деформационное упрочнение

•Деформационное упрочнение, или наклеп (нагартовка), – непрерывное повышение приведенного напряжения сдвига по мере увеличения

пластическойдеформации.

•Наклеп приводит к изменению структуры и свойств пластически деформированного материала: повышает прочность, снижает пластичность, теплопроводность; увеличивает плотностьи

электросопротивление.

•Деформационное упрочнение является фундаментальной особенностью пластической деформации.

•В результате упрочнения металла в ходе деформации напряжения могут

возрасти до таких высоких значений, что становится возможным возникновение и развитие трещин.

•Деформационное упрочнение материала наблюдается в процессе деформирования лишь при относительно низких температурах – при

холодной деформации. В случае горячей деформации деформационное упрочнение отсутствует из-за релаксации внутренних напряжений.