Пластическая деформация и рекристаллизация металлов

сабақтың № _______ __________тобы күні _________

№ урока__________ группа ________ дата _________

Сабақтың тақырыбы

Тема урока: «Пластическая деформация и рекристаллизация металлов»

Сабақтың мақсаттары

Цели урока: формирование знаний по спец. предмету – материаловедение; организация работы по усвоению обучающихся основных понятий по теме «Методы изучения структур металлов», предусмотренных учебной программой.

Задачи урока:

Развивающие:

1. Изучение новой темы.

2. Продолжить развитие умения анализировать, сопоставлять, сравнивать, выделять главное.

3. Уметь устанавливать причинно-следственные связи, приводить примеры из жизни.

4. Сформировать умения работы с учебной литературой.

Воспитательные:

1. Вовлечь учащихся в активную учебную деятельность.

2. Воспитывать интерес к предмету.

3. Формирование информационной и языковой культуры.

Образовательные:

1. Совершенствовать навыки чтения и применения.

2. Дать представление о классификации руды; активизировать познавательную деятельность обучающихся через изучения предмета.

Сабақтың түрі

Тип урока: комбинированный.

Оқу құралдары

Средства обучения: презентация, учебно-справочная литература, видео - фильм, опорные конспекты, тестовые задания.

Сабақтың мазмұны

Содержание урока

1. Ұйымдастыру кезеңі

Организационный этап.

-проверить готовность к уроку;

- проверить наличие списочного состава;

- проверить наличие учебных принадлежностей;

- проверить внешний вид;

- заполнить рапортичку и журнал отсутствующих.

1. Үй тапсырмасын тексеру

Проверка домашнего задания.

Фронтальный опрос. Письменная работа

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные свойства металлов. Объясните их природу на основе электронного строения металлов.

2. Какое строение имеют металлы? Чем отличаются кристаллические вещества от аморфных?

3. Дайте определение кристаллической решетке и кристаллической ячейки. Назовите известные вам типы кристаллических решеток.

4. Что такое степень переохлаждения? Как она зависит от скорости охлаждения при кристаллизации металлов?

1. Білімдерінің жан-жақты тексерісі

Всесторонняя проверка знаний

Ответы на вопросы по презентации

1. Оқушылардың жаңа материалды белсенді және саналы түрде игеруіне дайындығы

Подготовка учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала.

Тема, цель.

1. Жаңа білімдерді игеру

Усвоение новых знаний

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ

1. Напряжения и деформации. Дислокационная теория пластической деформации

Деформация металлов — изменение их формы и размеров без макроразрушения под действием внешней силы. Исходный ме­талл и виде слитка для получения заданной формы и размеров готового изделия подвергается сложной обработке, начиная с обработки давлением. Последняя основана на пластической деформации, которой предшествует упругая деформация.

Если к металлическому телу, один конец которого закреп­лен, приложить внешнюю, например, растягивающую силу, то в теле возникнут внутренние силы, направленные в сторону, противоположную действию внешней силы. Появление в теле внутренних сил необходимо для уравновешивания внешних сил. Взаимно уравновешиваться эти силы могут только при дей­ствии на абсолютно твердые тела. Поскольку таких тел в при­роде нет, то при действии внешней силы металлическое тело испытывает деформацию. Деформация осуществляется до тех пор, пока между внешними и внутренними силами не наступит равновесие.

Внутренние силы могут возникнуть также при различных физических и физико-химических процессах (например, при не­равномерном нагреве), как результат препятствия неравномер­ному изменению формы тела в каком-либо направлении; обычно таким препятствием является целостность деформируемого тела.
^ Появление в металлическом теле внутренних сил свидетель­ствует о том, что тело находится в напряженном состоянии. Под напряженным состоянием тела понимают состояние вынуж­денного отклонения атомов от положения устойчивого равнове­сия в элементарной кристаллической решетке, вследствие чего атомы стремятся вернуться к своим нормальным положениям.

Металлы могут деформироваться упруго (обратимо) и пла­стически (остаточно, необратимо).

Упругая деформация — это деформация, при которой металл полностью восстанавливает форму и размеры после прекраще­ния действия сил, вызывавших эту деформацию.

При нормальных условиях между атомами металлического тела действуют электростатические уравновешивающие силы притяжения и отталкивания. Такому положению равновесия от­вечает минимум потенциальной энергии кристаллической решётки. Если приложить к телу внешнюю силу, то равновесие внутренних сил нарушается.

Для восстановления равновесия атомы из положений устойчивого равновесия немного смеща­ются в ближайшие положения, не превышающие расстояния между соседними атомами (параметра решетки); при этом потенциальная энергия решетки увеличивается. В новом положении атомов также достигается равновесие между внутренними силами притяжения и отталкивания, с одной стороны, и внешней силой с другой. Как только устраняется внешняя сила, атомы занимают свои прежние места и между силами притяжения и отталкивания атомов вновь восстанавливаются равновесие и прежнее расстояние между атомами.

Упругая деформация сопровождается изменением объема тела. Так, при появлении упругой деформации, например при растяжении, в направлении действия внешней силы в перпен­дикулярном к ней направлении возникает упругая деформация противоположного знака, равная произведению коэффициента Пуассона μ, на величину деформации. Из этого следует, что при вынужденном удалении атомов друг от друга в одном направ­лении в перпендикулярном к нему направлении атомы сбли­жаются.

^ Пластическая деформация — это деформация, при которой металл под действием внешних сил необратимо изменяет, свою форму и размеры, т. е. деформируется без разрушения и сохра­няет новую форму и размеры после прекращения действия сил.

Пластическая деформация состоит в следующем. При при­ложении внешней силы к металлическому телу между отдель­ными кристаллитами (зернами) тела, а также по их кристалло­графическим плоскостям возникают сдвигающие или касательные напряжения. При достижении касательными напряжениями некоторой критической величины, зависящей от природы тела, они могут преодолеть сопротивление металлической связи дан­ного тела и вызвать либо внутренние необратимые перемещения в зернах по кристаллографическим плоскостям, либо пере­мещения зерен друг относительно друга. При этом пластическая деформация происходит главным образом за счёт внутризёренных перемещений, а перемещения по границам зёрен происходят лишь постольку, поскольку зёрна, меняя форму ( когда перемещаются их части), изменяют своё расположение друг относительно друга. 
Рис. 1.1. Микроструктура (Х900) технически чистого железа до деформации (а) и после нее на 9% (б), на 27 % (в) и схемы скольжения (г) и двойникования (б) при пластической деформации. 

   

Установлено, что при преобладании межзёренных смещений пластичность резко снижается и может на­ступить хрупкое разрушение металла.

Смещения в кристаллической решетке зерна осуществляются по определенным плоскостям и направлениям. В зависимости от особенностей этих смещений различают смещения скольжением и двойникованием. Плоскости и направления смещений соответственно принято называть плоскостями и направлениями скольжения и двойникования.

При рассмотрении микроструктуры деформированного чи­стого железа видны темные линии (рис. 1 в), которые пред­ставляют собой следы плоскостей скольжения (или двойнико­вания). 

В отдельных зернах следы смещений образуют систему па­раллельных или пересекающихся под определенным углом ли­ний. Рентгеноструктурным анализом установлено, что скольжения в кристаллической решётке происходят по плоскостям и направлениям с наибольшей плотностью расположения атомов. Важной характеристикой этих плоскостей и направлений явля­ется то, что в них скольжение вызывается минимальным каса­тельным напряжением τ_кр. По другим плоскостям и направле­ниям, по которым атомы менее плотно упакованы, для осуществления скольжения надо иметь большую величину каса­тельных напряжений. Нормальное напряжение в процессе скольжения не участвует.

^ При_деформации двойникованием перемещение частей зерен друг относительно друга под действием касательных напряже­ний сопровождается изменением ориентировки кристалличе­ской решетки. Смещенная часть становится как бы зеркальным отражением неподвижной части кристалла (рис. .1,д). Двойникование наблюдается реже, чем скольжением, в частности, оно происходит в случае деформации при повышенных температурах, ударном действии нагрузок и при деформации металлов, имеющих гексагональную решётку. Пластическая деформация металлов осуществляется в основном за счёт скольжения. Двойникование в ряде случаев сопутствует деформации сколь­жением.

Полосы скольжения при пластической деформации нельзя представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой. Такой одновременный сдвиг потребовал бы напряжений, в сотни и тысячи раз превышаю­щих напряжения, при которых протекает реальный процесс деформации. Полосы скольжения наблюдаемые на микроструктуре чистого железа представляют собой результат последовательного перемещения атомов в определённой плоскости.

Процесс скольжения представляет собой перемещение дислокаций в кристалле. При сдвиге происходит нарушение ме­таллических связей в каждый данный момент времени только у тех атомов вдоль плоскости скольжения, где имеются раз­личные несовершенства кристаллической решетки (нарушения правильности ее строения).

Рассмотренные и другие виды нарушений строения реального металла создают области искажений кристаллической решетки, которые приводят к неравномерности протекания в металлах различных процессов, например, деформации.

При приложении деформирующей силы к поликристаллическому телу с несовершенным строением кристаллической ре­шетки в теле возникает одна или несколько плоскостей сколь­жения, вдоль которых перемещается дефект в атомном слое пу­тем передвижения друг за другом атомных рядов (рис. 2.2). В результате сдвигается верхний слой, а с ним и верхняя часть кристалла относительно другого, нижнего слоя на один атом­ный размер. При продолжении действия деформирующей силы обеспечивается перемещение следующего дефекта; при этом, как и ранее, передвигается часть кристалла еще дальше на один атомный размер и т. д.

Рис. 2. Схема перемещения атомов при движении дислокации на одно межатомное расстояние

Подвижные дефекты кристаллической решетки, при переме­щении которых происходит смещение частей кристалла друг от­носительно друга, называют дислокациями.

Итак, пластическая внутризеренная деформация осущест­вляется благодаря действию касательных напряжений по опре­деленным плоскостям скольжения за счет последовательного смещения дислокации и атомов на расстояния, значительно пре­вышающие межатомные.

При нагружении поликристаллического тела внешней силой пластическая деформация сначала начинается в отдельных зер­нах с наиболее благоприятной ориентировкой плоскостей сколь­жения относительно направления действия силы, т. е. такой ориентировкой, при которой плоскости скольжения совпадают с площадками действия максимальных касательных напряже­ний, вызываемых внешней силой. По этим плоскостям сколь­жения происходит так называемое легкое скольжение. Сосед­ние зерна с менее благоприятной ориентировкой деформиру­ются только упруго и могут получить относительное смещение или поворот вследствие значительной внутризеренной деформа­ции благоприятно ориентированных зерен.

По мере увеличения деформирующей силы менее благо­приятно ориентированные зерна поворачиваются в направлении действия внешней силы. После стадии единичного (легкого) скольжения начинается стадия множественного скольжения, т. е. движение дислокации в двух и более системах плоскостей скольжения. Касательные напряжения, действующие в менее благоприятных плоскостях скольжения, достигают величины, необходимой для начала пластической деформации этих зерен. Смещения и повороты одних зерен относительно других приво­дят к межкристаллитной деформации. Продолжение действия внешней силы обеспечивает развитие пластической деформации обрабатываемого тела. 

^ 2. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов при холодном деформировании

При пластической деформации металлов и сплавов структура их значительно изменяется. Одновременно с изменением формы зерна в процессе дефор­мирования происходит поворот кристаллографических осей от­дельных зерен в пространстве. По мере протекания пластиче­ской деформации разница в направлении этих осей отдельных зерен уменьшается, а плоскости скольжения стремятся распо­ложиться по направлению наиболее интенсивного течения ме­талла. Это приводит к тому, что при значительных степенях деформации металла в холодном состоянии возникает преимущественная ориентировка кристаллографических осей зёрен поликристалла, называемая текстурой. Образование текстуры сопровождается появлением анизотропии механических и физических свойств металла.

С увеличением степени холодной деформации, осуществляемой при температуре ниже температуры рекристаллизации,( ниже 0,2Т_пл), монотонно увеличиваются прочностные показатели металла и уменьшаются показатели пластичности (рис. 6.2), а также увеличивается электросопротивление и уменьшается коррозионная стойкость и т. д. Совокупность явле­ний, связанных с изменением механических и физико-химических свойств металла при холодном пластическом деформировании, называется наклёпом ( упрчнением). 

Изменение механических свойств при холодном пластическом деформировании связано с увеличением сопротивления смещению дислокации по мере развития деформирования вследствие пересечения и искривления плоскостей скольжения, застревания дислокаций, появления обломков зёрен в пачках скольжения и блокировки ими плоскостей скольжения и т.д. 
3. Возврат и рекристаллизация. Горячая деформация. 

При холодной деформации металла образуется текстура и происходит его упрочнение, в результате чего металл находится в неравновесном состоянии с повышенной свободной энергией. Наклёпанный металл стремится самопроизвольно перейти в более равновесное состояние с меньшей энергией. Восстановительные процессы ( или разупрочнение) сводятся в основном к снятию искажений и остаточных напряжений в кри­сталлитах. Так как эти процессы при комнатной температуре 80 для большинства металлов протекают медленно и совершаются путем перемещений атомов, решающее влияние; на эти про­цессы оказывает температура. 

У большинства металлов и сплавов при комнатной темпе­ратуре подвижность атомов недостаточна, чтобы обеспечить удовлетворительное развитие процессов разупрочнения. Чтобы наклепанный металл после холодной обработки давлением перешел в более равновесное состояние, его нагревают до определенной температуры.

^ В зависимости от температуры в деформированном металле протекают различные процессы разупрочнения: возврат и рекристаллизация. При температурах ниже 0,20 Тпл (где Тпл— абсолютная температура плавления металла, К) при пластиче­ской деформации протекают преимущественно процессы упроч­нения, а при температурах (0,20.. .0,30) Тпл одновременно протекают как упрочняющие, так и разупрочняющие процессы. 

Сущность процесса возврата или отдыха состоит в том, что при деформировании металла, нагретого до температур (0,20... 0,30) Тпл, повышается кинетическая энергия атомов и амплитуда их тепловых колебаний увеличивается настолько, что облегчает возвращение атомов в положения равновесия, отвечающие ми­нимуму потенциальной энергии, происходит уменьшение точеч­ных дефектов (вакансий) и перегруппировка дислокации (полигонизаиия). 

Сущность процесса рекристаллизации состоит в том, что при температурах выше 0,3Тпл энергетический потенциал атомов и их подвижность возрастают настолько, что они могут пере­группировываться и интенсивно, обмениваться местами. Отдельные не искаженные в процессе деформации ячейки кристалли­ческой решетки становятся зародышами новых зерен. К ним пристраиваются отдельные атомы или группы атомов смежных деформированных зерен, у которых решетка искажена и атомы находятся в неравновесном состоянии с повышенной свободной энергией. В результате из зародышей начинают расти новые более или менее равновесные зерна (рис. 6.4, б, в). Новые зерна постепенно увеличиваются в размерах и с течением времени полностью поглощают деформированные зерна (рис. .4, г).

Рис. 6.3. Влияние температуры нагрева на механические свойства деформированного металла:

4. Понятие о сверхпластичноси

Под сверхпластичностью понимают способность металла, к зна­чительной пластической деформации (δ == 100.. .1000 %) при ма­лом сопротивлении деформации (1...10 МПа) и определенных условиях деформирования. Определенные условия деформирования для одной из разновидностей сверхпластичности—струк­турной определяются температурой выше 0,5 t_пл,, величиной зерна исходного металла 0,5...10 мкм, скоростью деформации ε = ε / τ = 10^-5.. .10^-' с^-', где ε —степень деформации (безразмер­ная величина), τ —время деформации, с. Σ

Сверхпластичность не является свойством металлов и спла­вов, а при соответствующей подготовке структуры для получе­ния ультрамелкого зерна и при определенных режимах—тем­пературе и скорости деформации—она проявляется у значительного числа металлов и сплавов, обрабатываемых давлением (сплавы алюминия, магния, меди, титана, железа и др.). Сверх­пластичность может иметь место при условии, когда в процессе деформации в металле отсутствует наклеп и не образуется ло­кальная деформация (шейка, утонение). Сопротивление образо­ванию локальной деформации определяется зависимостью между напряжением течения и скоростью деформации: σ = k ε^m, где т —показатель скоростной чувствительности напряжения течения (обычно m=0,4.. .0,7), k—коэффициент, зависящий от структуры и условий деформирования.

Структурная сверхпластическая деформация протекает главным образом благодаря зернограничному скольжению с участием внутризеренного дислокационного скольжения.

Явление сверхпластичности в промышленности используют главным образом при объемной изотермической штамповке.

VI. Жаңа білімдерді бекіту

Закрепление новых знаний.

Фронтальные вопросы

1. Понятие напряженного состояния тела. Виды деформации, их сущ­ность. 

2. В чем состоит наклеп при холодной деформации? Механизмы разупрочнения при нагреве наклепанного металла и их влияние на свойства?


3. Какие вы знаете виды разрушения металлов и их сущность?

4. Методы исследования и контроля качества металлов, их сущность и области применения. 

1. Үй тапсырмасы

Домашнее задание

Учить конспект.

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ

1. Напряжения и деформации. Дислокационная теория пластической деформации
Деформация металлов — изменение их формы и размеров без макроразрушения под действием внешней силы. Исходный ме­талл и виде слитка для получения заданной формы и размеров готового изделия подвергается сложной обработке, начиная с обработки давлением. Последняя основана на пластической деформации, которой предшествует упругая деформация.

Если к металлическому телу, один конец которого закреп­лен, приложить внешнюю, например, растягивающую силу, то в теле возникнут внутренние силы, направленные в сторону, противоположную действию внешней силы. Появление в теле внутренних сил необходимо для уравновешивания внешних сил. Взаимно уравновешиваться эти силы могут только при дей­ствии на абсолютно твердые тела. Поскольку таких тел в при­роде нет, то при действии внешней силы металлическое тело испытывает деформацию. Деформация осуществляется до тех пор, пока между внешними и внутренними силами не наступит равновесие.

Внутренние силы могут возникнуть также при различных физических и физико-химических процессах (например, при не­равномерном нагреве), как результат препятствия неравномер­ному изменению формы тела в каком-либо направлении; обычно таким препятствием является целостность деформируемого тела.
^ Появление в металлическом теле внутренних сил свидетель­ствует о том, что тело находится в напряженном состоянии. Под напряженным состоянием тела понимают состояние вынуж­денного отклонения атомов от положения устойчивого равнове­сия в элементарной кристаллической решетке, вследствие чего атомы стремятся вернуться к своим нормальным положениям.

Металлы могут деформироваться упруго (обратимо) и пла­стически (остаточно, необратимо).

Упругая деформация — это деформация, при которой металл полностью восстанавливает форму и размеры после прекраще­ния действия сил, вызывавших эту деформацию.

При нормальных условиях между атомами металлического тела действуют электростатические уравновешивающие силы притяжения и отталкивания. Такому положению равновесия от­вечает минимум потенциальной энергии кристаллической решётки. Если приложить к телу внешнюю силу, то равновесие внутренних сил нарушается.

Для восстановления равновесия атомы из положений устойчивого равновесия немного смеща­ются в ближайшие положения, не превышающие расстояния между соседними атомами (параметра решетки); при этом потенциальная энергия решетки увеличивается. В новом положении атомов также достигается равновесие между внутренними силами притяжения и отталкивания, с одной стороны, и внешней силой с другой. Как только устраняется внешняя сила, атомы занимают свои прежние места и между силами притяжения и отталкивания атомов вновь восстанавливаются равновесие и прежнее расстояние между атомами.

Упругая деформация сопровождается изменением объема тела. Так, при появлении упругой деформации, например при растяжении, в направлении действия внешней силы в перпен­дикулярном к ней направлении возникает упругая деформация противоположного знака, равная произведению коэффициента Пуассона μ, на величину деформации. Из этого следует, что при вынужденном удалении атомов друг от друга в одном направ­лении в перпендикулярном к нему направлении атомы сбли­жаются.

^ Пластическая деформация — это деформация, при которой металл под действием внешних сил необратимо изменяет, свою форму и размеры, т. е. деформируется без разрушения и сохра­няет новую форму и размеры после прекращения действия сил.

Пластическая деформация состоит в следующем. При при­ложении внешней силы к металлическому телу между отдель­ными кристаллитами (зернами) тела, а также по их кристалло­графическим плоскостям возникают сдвигающие или касательные напряжения. При достижении касательными напряжениями некоторой критической величины, зависящей от природы тела, они могут преодолеть сопротивление металлической связи дан­ного тела и вызвать либо внутренние необратимые перемещения в зернах по кристаллографическим плоскостям, либо пере­мещения зерен друг относительно друга. При этом пластическая деформация происходит главным образом за счёт внутризёренных перемещений, а перемещения по границам зёрен происходят лишь постольку, поскольку зёрна, меняя форму ( когда перемещаются их части), изменяют своё расположение друг относительно друга. 
Рис. 1.1. Микроструктура (Х900) технически чистого железа до деформации (а) и после нее на 9% (б), на 27 % (в) и схемы скольжения (г) и двойникования (б) при пластической деформации. 
   
Установлено, что при преобладании межзёренных смещений пластичность резко снижается и может на­ступить хрупкое разрушение металла.

Смещения в кристаллической решетке зерна осуществляются по определенным плоскостям и направлениям. В зависимости от особенностей этих смещений различают смещения скольжением и двойникованием. Плоскости и направления смещений соответственно принято называть плоскостями и направлениями скольжения и двойникования.

При рассмотрении микроструктуры деформированного чи­стого железа видны темные линии (рис. 1 в), которые пред­ставляют собой следы плоскостей скольжения (или двойнико­вания). 

В отдельных зернах следы смещений образуют систему па­раллельных или пересекающихся под определенным углом ли­ний. Рентгеноструктурным анализом установлено, что скольжения в кристаллической решётке происходят по плоскостям и направлениям с наибольшей плотностью расположения атомов. Важной характеристикой этих плоскостей и направлений явля­ется то, что в них скольжение вызывается минимальным каса­тельным напряжением τ_кр. По другим плоскостям и направле­ниям, по которым атомы менее плотно упакованы, для осуществления скольжения надо иметь большую величину каса­тельных напряжений. Нормальное напряжение в процессе скольжения не участвует.

^ При_деформации двойникованием перемещение частей зерен друг относительно друга под действием касательных напряже­ний сопровождается изменением ориентировки кристалличе­ской решетки. Смещенная часть становится как бы зеркальным отражением неподвижной части кристалла (рис. .1,д). Двойникование наблюдается реже, чем скольжением, в частности, оно происходит в случае деформации при повышенных температурах, ударном действии нагрузок и при деформации металлов, имеющих гексагональную решётку. Пластическая деформация металлов осуществляется в основном за счёт скольжения. Двойникование в ряде случаев сопутствует деформации сколь­жением.

Полосы скольжения при пластической деформации нельзя представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой. Такой одновременный сдвиг потребовал бы напряжений, в сотни и тысячи раз превышаю­щих напряжения, при которых протекает реальный процесс деформации. Полосы скольжения наблюдаемые на микроструктуре чистого железа представляют собой результат последовательного перемещения атомов в определённой плоскости.

Процесс скольжения представляет собой перемещение дислокаций в кристалле. При сдвиге происходит нарушение ме­таллических связей в каждый данный момент времени только у тех атомов вдоль плоскости скольжения, где имеются раз­личные несовершенства кристаллической решетки (нарушения правильности ее строения).

Рассмотренные и другие виды нарушений строения реального металла создают области искажений кристаллической решетки, которые приводят к неравномерности протекания в металлах различных процессов, например, деформации.

При приложении деформирующей силы к поликристаллическому телу с несовершенным строением кристаллической ре­шетки в теле возникает одна или несколько плоскостей сколь­жения, вдоль которых перемещается дефект в атомном слое пу­тем передвижения друг за другом атомных рядов (рис. 2.2). В результате сдвигается верхний слой, а с ним и верхняя часть кристалла относительно другого, нижнего слоя на один атом­ный размер. При продолжении действия деформирующей силы обеспечивается перемещение следующего дефекта; при этом, как и ранее, передвигается часть кристалла еще дальше на один атомный размер и т. д.

Рис. 2. Схема перемещения атомов при движении дислокации на одно межатомное расстояние

Подвижные дефекты кристаллической решетки, при переме­щении которых происходит смещение частей кристалла друг от­носительно друга, называют дислокациями.

Итак, пластическая внутризеренная деформация осущест­вляется благодаря действию касательных напряжений по опре­деленным плоскостям скольжения за счет последовательного смещения дислокации и атомов на расстояния, значительно пре­вышающие межатомные.

При нагружении поликристаллического тела внешней силой пластическая деформация сначала начинается в отдельных зер­нах с наиболее благоприятной ориентировкой плоскостей сколь­жения относительно направления действия силы, т. е. такой ориентировкой, при которой плоскости скольжения совпадают с площадками действия максимальных касательных напряже­ний, вызываемых внешней силой. По этим плоскостям сколь­жения происходит так называемое легкое скольжение. Сосед­ние зерна с менее благоприятной ориентировкой деформиру­ются только упруго и могут получить относительное смещение или поворот вследствие значительной внутризеренной деформа­ции благоприятно ориентированных зерен.

По мере увеличения деформирующей силы менее благо­приятно ориентированные зерна поворачиваются в направлении действия внешней силы. После стадии единичного (легкого) скольжения начинается стадия множественного скольжения, т. е. движение дислокации в двух и более системах плоскостей скольжения. Касательные напряжения, действующие в менее благоприятных плоскостях скольжения, достигают величины, необходимой для начала пластической деформации этих зерен. Смещения и повороты одних зерен относительно других приво­дят к межкристаллитной деформации. Продолжение действия внешней силы обеспечивает развитие пластической деформации обрабатываемого тела. 

^ 2. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов при холодном деформировании

При пластической деформации металлов и сплавов структура их значительно изменяется. Одновременно с изменением формы зерна в процессе дефор­мирования происходит поворот кристаллографических осей от­дельных зерен в пространстве. По мере протекания пластиче­ской деформации разница в направлении этих осей отдельных зерен уменьшается, а плоскости скольжения стремятся распо­ложиться по направлению наиболее интенсивного течения ме­талла. Это приводит к тому, что при значительных степенях деформации металла в холодном состоянии возникает преимущественная ориентировка кристаллографических осей зёрен поликристалла, называемая текстурой. Образование текстуры сопровождается появлением анизотропии механических и физических свойств металла.

С увеличением степени холодной деформации, осуществляемой при температуре ниже температуры рекристаллизации,( ниже 0,2Т_пл), монотонно увеличиваются прочностные показатели металла и уменьшаются показатели пластичности (рис. 6.2), а также увеличивается электросопротивление и уменьшается коррозионная стойкость и т. д. Совокупность явле­ний, связанных с изменением механических и физико-химических свойств металла при холодном пластическом деформировании, называется наклёпом ( упрчнением). 

Изменение механических свойств при холодном пластическом деформировании связано с увеличением сопротивления смещению дислокации по мере развития деформирования вследствие пересечения и искривления плоскостей скольжения, застревания дислокаций, появления обломков зёрен в пачках скольжения и блокировки ими плоскостей скольжения и т.д. 

3. Возврат и рекристаллизация. Горячая деформация. 

При холодной деформации металла образуется текстура и происходит его упрочнение, в результате чего металл находится в неравновесном состоянии с повышенной свободной энергией. Наклёпанный металл стремится самопроизвольно перейти в более равновесное состояние с меньшей энергией. Восстановительные процессы ( или разупрочнение) сводятся в основном к снятию искажений и остаточных напряжений в кри­сталлитах. Так как эти процессы при комнатной температуре 80 для большинства металлов протекают медленно и совершаются путем перемещений атомов, решающее влияние; на эти про­цессы оказывает температура. 

У большинства металлов и сплавов при комнатной темпе­ратуре подвижность атомов недостаточна, чтобы обеспечить удовлетворительное развитие процессов разупрочнения. Чтобы наклепанный металл после холодной обработки давлением перешел в более равновесное состояние, его нагревают до определенной температуры.

^ В зависимости от температуры в деформированном металле протекают различные процессы разупрочнения: возврат и рекристаллизация. При температурах ниже 0,20 Тпл (где Тпл— абсолютная температура плавления металла, К) при пластиче­ской деформации протекают преимущественно процессы упроч­нения, а при температурах (0,20.. .0,30) Тпл одновременно протекают как упрочняющие, так и разупрочняющие процессы. 

Сущность процесса возврата или отдыха состоит в том, что при деформировании металла, нагретого до температур (0,20... 0,30) Тпл, повышается кинетическая энергия атомов и амплитуда их тепловых колебаний увеличивается настолько, что облегчает возвращение атомов в положения равновесия, отвечающие ми­нимуму потенциальной энергии, происходит уменьшение точеч­ных дефектов (вакансий) и перегруппировка дислокации (полигонизаиия). 

Сущность процесса рекристаллизации состоит в том, что при температурах выше 0,3Тпл энергетический потенциал атомов и их подвижность возрастают настолько, что они могут пере­группировываться и интенсивно, обмениваться местами. Отдельные не искаженные в процессе деформации ячейки кристалли­ческой решетки становятся зародышами новых зерен. К ним пристраиваются отдельные атомы или группы атомов смежных деформированных зерен, у которых решетка искажена и атомы находятся в неравновесном состоянии с повышенной свободной энергией. В результате из зародышей начинают расти новые более или менее равновесные зерна (рис. 6.4, б, в). Новые зерна постепенно увеличиваются в размерах и с течением времени полностью поглощают деформированные зерна (рис. .4, г).

Рис. .3. Влияние температуры нагрева на механические свойства деформированного металла:

4. Понятие о сверхпластичноси

Под сверхпластичностью понимают способность металла, к зна­чительной пластической деформации (δ == 100.. .1000 %) при ма­лом сопротивлении деформации (1...10 МПа) и определенных условиях деформирования. Определенные условия деформирования для одной из разновидностей сверхпластичности—струк­турной определяются температурой выше 0,5 t_пл,, величиной зерна исходного металла 0,5...10 мкм, скоростью деформации ε = ε / τ = 10^-5.. .10^-' с^-', где ε —степень деформации (безразмер­ная величина), τ —время деформации, с. Σ

Сверхпластичность не является свойством металлов и спла­вов, а при соответствующей подготовке структуры для получе­ния ультрамелкого зерна и при определенных режимах—тем­пературе и скорости деформации—она проявляется у значительного числа металлов и сплавов, обрабатываемых давлением (сплавы алюминия, магния, меди, титана, железа и др.). Сверх­пластичность может иметь место при условии, когда в процессе деформации в металле отсутствует наклеп и не образуется ло­кальная деформация (шейка, утонение). Сопротивление образо­ванию локальной деформации определяется зависимостью между напряжением течения и скоростью деформации: σ = k ε^m, где т —показатель скоростной чувствительности напряжения течения (обычно m=0,4.. .0,7), k—коэффициент, зависящий от структуры и условий деформирования.

Структурная сверхпластическая деформация протекает главным образом благодаря зернограничному скольжению с участием внутризеренного дислокационного скольжения.

Явление сверхпластичности в промышленности используют главным образом при объемной изотермической штамповке.