Холодная пластическая деформация и рекристаллизация, понятие о горячей деформации

Категория:
Металлы


Холодная пластическая деформация и рекристаллизация, понятие о горячей деформации

В результате так называемой холодной пластической деформации происходит вытягивание, поворот и дробление зерен и наблюдается наклеп металла, в первую очередь характеризуемый увеличением прочности и уменьшением пластичности последнего. В процессе сдвига плоскости скольжения не остаются ровными, они искривляются. Микроскопически это можно наблюдать по изменению линий сдвига — проекций плоскостей скольжения на поверхность кристаллита. Сначала этих линий мало и по характеру они близки к прямым. Однако по мере роста напряжения количество линий сдвига растет, искривление их увеличивается. Это говорит не только о смещении пакетов атомных плоскостей друг относительно друга, но косвенно свидетельствует и об искажении решетки, т. е. о нарушении правильного размещения атомов в пространстве.

Макроскопически пластическая деформация проявляется в виде линий Чернова, возникающих на гладкой поверхности деформированного металла. Помимо этого пластическая деформация при крупном зерне выражается в возникновении шероховатости, а также в вытягивании зерна в направлении деформации вплоть до образования волокнистой макроструктуры.

Все изменения, происходящие в процессе пластической деформации, вызывают увеличение запаса внутренней энергии поликристалла. По мере развития сдвигов по новым кристаллографическим плоскостям запас пластичности металла все время Уменьшается и в конце концов полностью исчерпывается. При этом дальнейшее увеличение напряжения приводит к разрушению материала от отрыва.

В результате наклепа в материале имеют место искажения атомнокристаллической решетки, возникают остаточные напряжения в объемах, соизмеримых с объемом зерна (микроскопические напряжения), а также напряжения в объемах, соизмеримых с объемом всего образца, заготовки или детали ( макроскопические напряжения). Кроме того, при наклепе измельчается структура и уменьшается плотность материала. За счет возникновения микропор объем деформированного металла, например углеродистой стали, при сильной деформации может увеличиться по сравнению с недеформированным до 1%.

Рис. 1. Схема пластинки, изогнутой в результате одностороннего поверхностного наклепа

Указанные изменения при наклепе имеют большое практическое значение. Микроскопические остаточные напряжения отчетливо проявляются в материале при неравномерной деформации. При этом, как правило, деформированные участки подвергаются сжимающим напряжениям, в то время как недеформиро-ванный металл под действием наклепанного испытывает растягивающие напряжения.

Действие макроскопических остаточных напряжений может быть наглядно показано при одностороннем наклепе поверхностного слоя металлической пластинки. Независимо от способа наклепа (удары молотка, обкатка роликами, обработка сильной струей стальной дроби) в результате возникающих остаточных напряжений пластинка изгибается (рис. 1). При этом выпуклой окажется наклепанная сторона, где за счет пластической деформации металла возникают сжимающие остаточные напряжения, а вогнутой — ненаклепанная, находящаяся под действием растягивающих напряжений.

Во многих случаях практики наклеп, особенно поверхностный, используется для повышения предела выносливости, прочности и твердости материала, что приводит к улучшению эксплуатационной надежности деталей и конструкций.

Пластическая деформация металла вызывает изменение структуры, а следовательно, и свойств. Приведенные на рис. 2 графики показывают изменение прочности и пластичности алюминия в зависимости от степени деформации.

Изменение структуры деформированного металла, в частности искажение кристаллической решетки, вызывает повышение внутренней энергии последней. Если деформация имеет среднюю величину, то в кристаллической решетке накапливается около 10% всей энергии, затраченной на пластическое деформирование.

Рис. 2. Изменение механических свойств алюминия в результате пластической деформации

Дальнейшее пластическое течение металла повышает запас накапливаемой решеткой энергии и приближает ее к насыщению. Отсюда следует, что состояние наклепа является неустойчивым. Наклепанный металл будет стремиться при благоприятных условиях, например при повышении температуры, понизить внутреннюю энергию и перейти в равновесное состояние за счет так называемого процесса рекристаллизации.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум