Теоретические основы разработки процессов восстановления деталей пластическим деформированием

1.1.1. Физические основы пластической деформации

 

Пластическая деформация, внешнее проявление которой – необратимое изменение формы тела без нарушения его сплошности, является следствием необратимого перемещения атомов в отдельных кристаллитах (зернах) тела. При этом основной механизм пластической деформации – скольжение одной части кристаллита относительно другой по плоскостям скольжения.

Значение касательных напряжений, вызывающих скольжение в реальных кристаллах, значительно ниже расчетного для идеальной кристаллической решетки. Причина такого расхождения – наличие нарушений закономерности расположения атомов в кристаллической решетке - дисклокаций, вакансий. Действительный процесс скольжения осуществляется не одновременным смещением всех атомов одной кристаллографической плоскости относительно атомов смежной, параллельной плоскости, а последовательным смещением групп атомов, расположенных в данной плоскости.

Наличие дополнительной атомной плоскости по одну сторону от плоскости скольжения (краевая дислокация) вызывает нарушение правильного расположения атомов, соответствующего минимуму потенциальной энергии. Таким образом, вблизи дислокаций возникает силовое поле с повышенным уровнем потенциальной энергии. Силовые поля дисклокаций могут взаимодействовать с силовыми полями примесных атомов, которые оказывают при этом значительное сопротивление движению дислокаций. Расположенные в пересекающихся плоскостях дислокации взаимодействуют, стремясь занять положение, соответствующее уменьшению потенциальной энергии атомов. И по этой причине последующее движение дислокаций становится более затрудненным; сдвиговое напряжение, потребное для пластической деформации, увеличивается по мере деформирования.

Пластической деформации всегда предшествует упругая, при которой межатомные расстояния под действием напряжений уменьшены, а следовательно может уменьшаться и объем тела. При пластической деформации после снятия внешней нагрузки атомы возвращаются в положения, соответствующие минимуму потенциальной энергии, происходит упругое последствие, межатомные расстояния восстанавливаются и, как следствие, при пластической деформации не должна изменяться плотность или удельный объем деформируемого кристаллического тела. Однако у реальной кристаллической структуры по мере пластической деформации увеличивается количество несовершенств и объем может незначительно увеличиться за счет этого.

Пластическая деформация поликристаллического тела складывается из пластической деформации составляющих его кристаллитов с изменением их формы и смещением относительно друг друга. Поскольку плоскости скольжения в отдельных кристаллитах ориентированы в пространстве по-разному, пластическая деформация в них начинается не одновременно. В первую очередь начинают деформироваться кристаллиты, имеющие ориентировку плоскостей скольжения, совпадающую с направлением наибольших касательных напряжений. Другие кристаллиты деформируются упруго и смещаются относительно первых. По мере увеличения сил, необходимых для деформации благоприятно расположенных кристаллитов, касательные напряжения, действующие в неблагоприятных ориентированных кристаллитах, достигают величины, при которой начинается их пластическая деформация.

Неодновременное включение кристаллитов в пластическую деформацию усиливает эффект упрочнения и вызывает появление в них остаточных напряжений второго рода (т.е. на межкристаллитном уровне). В благоприятно ориентированных кристаллитах – деформации противодействуют связанные с ними неблагоприятно ориентированные кристаллиты; поэтому, в первых возникают остаточные напряжения сжатия, во вторых – растяжения. Этим объясняется ряд особенностей пластического деформирования, например, эффект Баушингера, когда образец, предварительно деформированный за предел текучести, уменьшает сопротивление деформированию при последующей деформации обратного знака.

Происходящие при пластической деформации изменения кристаллической структуры вызывают изменение механических и физико-химических свойств металла, в частности, возрастание прочностных (временное сопротивление, твердость и др.) и понижение пластических характеристик (относительное удлинение, ударная вязкость и др.). Одновременно увеличивается электрическое сопротивление, уменьшается сопротивление коррозии, теплопроводность; магнитная проницаемость уменьшается, а коэрцитивная сила увеличивается.

Совокупность изменения свойств вследствие изменения структуры в процессе пластической деформации называют физическим упрочнением или наклепом. При нагреве деформируемого металла в нем протекают процессы, противоположные упрочнению: возврат и рекристаллизация. С увеличением температуры амплитуда тепловых колебаний атомов увеличивается, что облегчает возвращение атомов в положение равновесия. При этом снижаются остаточные напряжения, происходит некоторое уменьшение прочностных характеристик и увеличение пластичности. Эти явления, происходящие при абсолютных температурах выше (0,25 – 0,3) Т_пл (Т_пл – абсолютная температура плавления) называют возвратом. Дальнейшее увеличение температуры деформируемого металла до значений 0,4Т_пл (для чистых металлов) приводит к началу рекристаллизации, при которой вырастают недеформированные равноосные зерна относительно новых центров кристаллизации.

Если в процессе пластической деформации рекристаллизация полностью снимает наклеп, то такую деформацию называют горячей. Пластическая деформация, сопровождаемая наклепом, считается холодной.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: