HomeПростые металлы › Механическое воздействие на сталь. Пластическая деформация

Механическое воздействие на сталь. Пластическая деформация

Механическое воздействие на сталь. Пластическая деформацияЕсли в металле нет аллотропических превращений, то размельчать в нем зерна описанным выше способом (только тепловой обработкой) нельзя. В этом случае единственным способом является предварительная механическая обработка давлением, вызывающая так называемую пластическую деформацию металла, после которой путем нагрева можно уже получать зерна разных размеров.

 

Этот способ, очевидно, применим только к металлам пластичным, т. е. способным выдерживать механическое воздействие и изменять внешнюю форму (деформироваться) без разрушения.

 

Чтобы понять, как происходит процесс образования новых зерен в металле при данном механическом способе обработки, необходимо сначала остановиться на самом процессе пластического деформирования металла.

 

Как известно, механическая обработка металла давлением может производиться разными способами: прокаткой, ковкой, штамповкой, волочением и т. п. В каждом случае имеются некоторые особенности поведения металла в зависимости от приложенного способа, но во всех случаях наблюдается основной процесс — пластическое деформирование металла, заключающееся в том, что металл изменяется по своей внешней форме, не утрачивая цельности и прочности.

 

Проще всего момент возникновения и весь процесс пластической деформации можно наблюдать на обыкновенных образцах металла при испытании их на растяжение с записью соответствующих кривых, выражающих зависимость деформации от нагрузки.

 

Как известно, получаемая при этом кривая растяжения металлического образца показывает, как он удлиняется (одновременно суживаясь в сечении) по мере увеличения нагрузки (напряжения).

 

Имея подобную кривую, можно указать на ней момент, когда удлинение, приобретаемое образцом под влиянием некоторого усилия, становится остаточным, т. е. образец не принимает больше своей первоначальной длины при снятии нагрузки. Это получится, когда перейдем на кривой точку е (предел упругости), и это будет началом его пластической деформации.

 

Далее, получается непрерывное и все более значительное остаточное удлинение при возрастании напряжения (нагрузки), т. е. образец все более изменяется в размерах (деформируется), пока нагрузка не будет доведена до разрушающего напряжения (в точке г\’).

 

Кривая показывает изменение нагрузки на образец по мере увеличения деформации (удлинения Д/). Снижение этой нагрузки в конце (участок Ьг) объясняется уменьшением поперечного сечения образца в образующейся «шейке» перед разрывом.

 

Если же наблюдать, как изменяется напряжение в образце, получаемое путем деления нагрузки на истинную площадь сечения в образце, то диаграмма должна несколько измениться, как показано на кривой //. Здесь видно, что напряжение в металле непрерывно возрастает по мере увеличения деформации и достигает максимального значения в момент разрыва (в точке г\’).

 

Это значит, что по мере того, как металл деформируется (удлиняется), требуется все более значительное напряжение, чтобы вызвать в нем дальнейшее деформирование, т. е. металл как. бы становится прочнее (упрочняется) от того, что его деформировали. Но зато способность подвергаться дальнейшему деформированию становится при этом все меньше, пока совершенно не утрачивается при наибольшей прочности (в точке г\’).

 

Таким образом, деформирование металла сопровождается повышением его прочности при понижении пластичности (т. е. способности к дальнейшему деформированию).

Одновременно о прочностью увеличивается и твердость металла. В практике говорят, что металл при этом становится «жестким».

 

Такое состояние металла, получаемое в результате деформирования, обычно называют наклепом. Состояние наклепа вызывается главным образом теми смещениями или сдвигами частиц кристаллической решетки, которые имеют место при механическом воздействии на кристаллы-зерна в металле.

Рассмотрим, что делается с каждым отдельным кристаллом при механическом на него воздействии.

 

Процесс деформации в одном кристалле. Как уже было замечено, в настоящее время можно получать отдельные однокри-с т а л л ы или монокристаллы настолько большой величины, что из них можно изготовлять образцы для испытания на растяжение и по ним наблюдать процесс деформации одного кристалла.

 

Наблюдения над растяжением подобных однокристальных образцов показали, что остаточная деформация представляет собой сдвиги или трансляцию тонких слоев металла друг относительно друга по существующим в кристалле плоскостям скольжения или сдвига.

 

При этом в каждом кристалле можно указать плоскости, по которым особенно легко происходят скольжения; они называются плоскостями легчайшего сдвига, ив этих плоскостях наиболее плотно расположены атомы. В зависимости от системы кристалла такие плоскости могут отвечать различным направлениям в кристалле. Деформация металлов начинается обычно со сдвигов по этим плоскостям легчайшего скольжения и при усилии тем меньшем, чем удобнее расположены указанные плоскости сдвига по отно-шению к действующему усилию.

 

Схематически подобные сдвиги при растяжении однокристального цилиндрического образца показаны на фиг. 30, из которой ясно видно, что растяжение образца заключается в многочисленных скольжениях тонких слоев металла (называемых пачками или блоками частиц) друг относительно друга.

 

Данный образец представляет одно-кристалл цинка в виде гексагональной призмы, основание (поперечное сечение) которой показано вверху. Эта плоскость является плоскостью легчайшего сдвига и на схеме д) (фиг. 30, б, в) видно, что по этому направлению произошли сдвиги пачек частиц в кристалле-образце.

 

В результате такого процесса должно произойти увеличение длины образца и уменьшение его поперечного сечения, что и представляет остаточную деформацию образца. При благоприятных условиях удлинение однокристального образца может достигать при этом громадной величины, исчисляемой в несколько сот процентов от первоначальной длины образца.

 

Одновременно со скольжением отдельные тонкие слои металла (пачки) постепенно меняют свое направление по отношению к растягивающему усилию, стремясь стать своими плоскостями в положение, наименее удобное для скольжения, т. е. представляющее наибольшее сопротивление сдвигу. Поэтому по мере деформирования кристалла все более возрастает напряжение, необходимое для дальнейшей деформации.

 

Кроме поворота плоскостей легчайшего сдвига в неблагоприятное положение, на повышение напряжения в металле при сдвигах может влиять ряд других факторов, связанных с нарушениями правильности в расположении частиц вблизи мест сдвигов (искажение решетки, искривления плоскостей, образование между ними мельчайших осколков, пустот и т. п.).

 

Таким образом, сопротивление сдвигу по плоскостям легчайшего скольжения достигает такой величины, что сдвиги приостанавливаются и начинаются уже по другим направлениям или по вторичным плоскостям скольжения, которые являлись до этого менее удобными и благоприятными направлениями для скольжения.

 

Скольжения по этим вторичным направлениям не достигают столь больших степеней, как в первичных, и происходят при значительно возрастающих напряжениях, пока последние не приведут к отрыву друг от друга сдвигающихся слоев, результатом чего должно получиться разрушение образца.

 

Итак, одни только простые скольжения (трансляция), т. е. относительные смещения по плоскостям отдельных пачек в кристалле, происходящие в пределах одного лишь кристалла, уже дают объяснение сущности тех изменений, которые происходят в нем при пластической деформации и вызывают состояние наклепа.

 

А на самом деле даже в одном кристалле деформация не ограничивается только простым скольжением (трансляцией): могут получаться еще двойниковые сдвиги, когда группы частиц не только соскальзывают по плоскостям, но и поворачиваются на некоторый угол; так что картина структурных изменений даже в одном зерне-кристалле при деформации является весьма сложной.

 

Деформация многозернистого металла. Процесс еще более усложняется, когда происходит деформация многозернистого (поликристаллического) металла, представляющего множество тесно примыкающих друг к другу зерен. Это соседство зерен, имеющих обычно разную ориентировку (направление), естественно должно мешать свободным скольжениям в каждом отдельном зерне и как бы препятствовать его деформации. Такое же влияние может оказывать и то межкристаллическое вещество, которое часто залегает на границах и тормозит скольжения пачек (блоков).

 

Однако, несмотря на эти торможения, скольжения в зернах происходят, и каждое зерно в результате принимает вытянутую форму (или сплющивается при сжатии) и состоит из множества пачек скольжения, ориентированных преимущественно в одном направлении и представляющих как бы «обломки» 1 прежнего целого зерна.

 

Действительно, при рассмотрении структуры деформированного Металла видны подобные удлиненные зерна, как, например, на фиг. 32,. представляющей микроструктуру деформированного железа (ср. с фиг. 23 — недеформированным железом).

 

При большой деформации зерна становятся настолько вытянутыми, что напоминают по форме скорее волокна, почему такую структуру деформированного металла называют волокнистой.

 

Таким образом, «волокна» в этой структуре представляют те же исходные зерна металла, которые только изменили свою форму вследствие происшедших в них скольжений и искажений кристаллической решетки.

 

Размельчения же зерен здесь по существу еще не имеется: в структуре мы не различаем отдельных мелких зерен, а видим только вытянутые границы прежних (исходных) зерен, причем эти границы обычно не везде являются четкими, вследствие утраты их сплошности при деформации зерен. Чем меньше степень деформации 1, тем меньше разрушение границ между зернами и тем они яснее выявляются.

 

При малых степенях деформации структура, может мало отличаться от исходной, так как вытянутость зерен незначительна и границы их не разрушены. В таких случаях структурным признаком начавшейся пластической деформации являются линии скольжения, — появляющиеся на деформируемом.

 

Степень деформации может быть определена различно, в зависимости от способа деформирования; при растяжении ее можно выражать относительным удлинением, т. е. процентом приращения длины образцов по отношению к исходной длине при сжатии (сплющивании) можно выразить процентом уменьшения сысотьл и т. п.

 

Но чаще всего степень деформации определяют процентом уменьшения площади поперечного сечения деформируемого образца металла. Если исходную площадь, обозначить через F, а после деформации — через, то степень деформации может быть выражена как шлифе металла в виде ряда параллельных или пересекающихся линий, распространяющихся по всему сечению зерен.

 

Эти линии представляют следы смещений не каждого отдельного блока частиц, а более крупных их групп (поскольку линии различимы под микроскопом даже при небольших увеличениях).

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.