5.3. Факторы, влияющие на пластическую деформацию металлов и их деформационное упрочнение

Как было показано, пластическая деформация и упрочнение сильно зависят от типа решетки, ориентировки кристалла и способа деформации. Помимо перечисленных факторов, на пластическую деформацию металлов и их деформационное упрочнение важное влияние оказывают также температура деформации, скорость деформации, содержание примесей и легирование и др.

Влияние температуры деформации. До сих пор рассматривалась так называемая холодная пластическая деформация при температурах от 0 до 0,2 – 0,25 Т_пл, когда процессы термического возврата во время деформации можно было не учитывать (процессы термического возврата заключаются в устранении неравновесного избытка точечных дефектов и в перестройке дислокационной структуры, формирующейся при деформации).

С повышением температуры выше 0,2 – 0,25 Т_пл картина пластической деформации качественно изменяется. При высокотемпературной деформации перемещение дислокаций происходит под действием одновременно внешних напряжений и температурного воздействия. В результате деформационное упрочнение из-за повышения плотности дислокаций будет конкурировать с разупрочнением из-за снижения плотности дислокаций и совершенствования дислокационной структуры с повышением температуры. При теплой деформации (нагрев до 0,6 Т_пл) термический возврат всегда не полный, так как число вновь образующихся дислокаций больше, чем аннигилирующих, в результате сохраняется некоторое деформационное упрочнение металлов. При горячей деформации (нагрев выше 0,6 Т_пл) термический возврат проходит полностью.

Влияние примесей и легирование на пластическую деформацию может сказываться в основном из-за четырех эффектов: 1) образование примесных атмосфер на дислокациях; 2) изменение энергии дефектов упаковки; 3) увеличение сил трения при движении дислокаций; 4) упорядочение.

Образование на дислокациях примесных атмосфер (Котрелла, Сузуки, Снука) затрудняет их перемещение особенно при низких температурах, повышая напряжение, необходимое для начала работы дислокационных источников. Блокировка дислокационных источников затрудняет переход к новым системам скольжения, поэтому примеси могут вызывать удлинение стадии легкого скольжения.

Легирование приводит к снижению энергии упаковки и облегчает двойникование, что имеет важное практическое значение. Легирование, способствующее облегчению двойникования, используется для повышения пластичности хрупких металлов, в которых деформация скольжением почти не происходит. Так, легирование вольфрама, молибдена, хрома рением значительно облегчает в них процесс двойникования.

Инородные атомы в решетке твердого раствора являются центрами искажения, вокруг которых возникают поля упругих напряжений. Движение дислокаций в такой искаженной решетке затруднено по сравнению с чистым металлом, поскольку увеличиваются силы трения, препятствующие перемещению дислокаций.

Все описанные эффекты влияния инородных атомов на особенности деформации проявляются тем сильнее, чем ниже температура деформации. С повышением температуры влияние растворимых примесей и легирующих элементов ослабляется из-за диффузионного размытия примесных атмосфер и активного развития термически активируемых процессов.

Скорость деформации наряду с температурой и приложенным напряжением является одним из основных параметров пластической деформации. С увеличением скорости деформации происходит повышение уровня напряжения в металле и наоборот. Показатель скоростной чувствительности при пластической деформации металлов чаще всего не превышает 0,1, но в некоторых случаях может достигать 0,2 – 0,7. Тогда имеем дело со сверхпластической деформацией, которая характеризуется большим удлинением (часто на сотни – тысячи процентов) при практически полном отсутствии деформационного упрочнения. Сверхпластичность проявляется при температурах выше 0,5 Т_пл и сравнительно малых скоростях деформации (10^–5 – 10¹ с^-1) у различных материалов, в том числе чистых поликристаллических металлов с размером зерна 0,5 – 10 мкм.

Основным механизмом сверхпластической деформации таких материалов являются межзеренные перемещения. В ряде случаев, особенно при циклическом изменении температуры, сверхпластичность может быть обусловлена протекающим в материале фазовым превращением, например полиморфным.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ

1. Что происходит с деформированным металлом при нагреве?

2. Что такое возврат и как меняется структура и свойства деформированного металла при возврате?

3. Что такое рекристаллизация: первичная; собирательная; вторичная?

4. Как и почему меняется структура и свойства деформированного металла при рекристаллизации?

5. От каких факторов зависит температура рекристаллизации?

6. Чем определяется размер зерна деформированного металла после рекристал­лизации?

7. Как влияет размер рекристаллизованного зерна на свойства?

ЗАДАЧИ

Задача № 1

В деталях из алюминия, изготовленных штамповкой, в некоторых сече­ниях после рекристаллизованного отжига получилось очень крупное зерно. Чем можно объяснить это явление?

Задача № 2

Определите температуру рекристаллизационного отжига латуни, если температура плавления ее 980°С.

Задача № 3

Образцы железа после холодной деформации на 80 % нагревались до температуры 300, 500, 600, 650, 700°С. Укажите, при какой Т° произойдет рез­кое падение твердости и укажите причину этого явления (Т_пл железа- 1539°С).

Задача №4

При изготовлении волочением стальной проволоки ее пластичность ока­залась очень низкой. Каким образом можно увеличить ее пластичность, укажи­те причину и режимы обработки.

Задача № 5

Зубчатое колесо из стали 45 получено горячей штамповкой (Т° конца штамповки ~ 800°С). Объясните, почему в данном случае при деформации не произошло увеличение твердости (наклепа).

Разрушение материалов и конструкционная прочность

Наиболее типичными видами разрушения материалов, оборудования, машин и приборов являются механическое разрушение, износ и коррозия. Эти виды разрушения охватывают до 95% всех видов разрушения механических элементов.