Особенности пластической деформации поликристаллов

09

мая

Новости
Особенности пластической деформации поликристаллов
Особенности пластической деформации поликристаллов


Основное отличие деформации поликристаллов от рассмотренных механизмов деформации монокристаллов заключается в том, что в поликристалле отдельные зерна связаны друг с другом и не могут деформироваться свободно. Кроме того, важную особенность, оказывающую существенное влияние на условия деформации поликристалла, представляют границы зерен, часто имеющие химический состав и механические свойства, значительно отличающиеся от характерных для самих зерен.

Деформация поликристалла осуществляется в результате деформации отдельных зерен, а также при взаимном повороте и перемещении зерен. Первый механизм называют внутрикристаллитной деформацией, второй — межкристаллитной деформацией. Основным механизмом, оказывающим наибольшее влияние на формоизменение при деформации поликристалла, является внутрикристаллитная деформация. Поэтому ее рассмотрим более подробно.

В отличие от монокристалла напряженное состояние отдельных зерен поликристалла неоднородно. Это прежде всего обусловлено различной ориентировкой зерен. В отожженном металле отдельные зерна расположены хаотически и, следовательно, плоскости скольжения наклонены под разными углами к направлению действующей силы. В зернах, плоскости скольжения которых расположены под углом 45° к направлению силы, раньше создаются условия прохождения пластической деформации, так как касательные напряжения в этих плоскостях имеют максимальные значения. В зернах, у которых плоскости скольжения перпендикулярны или параллельны направлению действующей силы, касательные напряжения равны нулю, и деформация не происходит. В зернах с промежуточной ориентировкой плоскостей скольжения также не наблюдается пластической деформации, поскольку касательные напряжения в них не достигают необходимой величины, однако в них осуществляются упругие деформации.

В результате более благоприятно ориентированные зерна, пластически деформируясь, создают дополнительные напряжения в зернах, ориентированных менее благоприятно. Знак этих дополнительных напряжений определяется схемой деформированного состояния. Так, в направлении удлинения благоприятно ориентированные зерна создают в неблагоприятно ориентированных зернах дополнительные напряжения растяжения, а в направлении укорочения — дополнительные напряжения сжатия. В то же время неблагоприятно ориентированные зерна создают в благоприятно ориентированных дополнительные напряжения обратного знака. По окончании процесса деформации дополнительные напряжения остаются в поликристалле и создают остаточные напряжения.

Наличие дополнительных напряжений приводит к необходимости увеличения внешних сил для осуществления деформации поликристалла. Кроме того, при этом может существенно снизиться пластичность при обработке металла давлением и даже при наиболее благоприятной схеме напряженного состояния — всестороннем сжатии — в отдельных зернах поликристалла могут возникнуть столь высокие дополнительные растягивающие напряжения, что они превысят основные напряжения, определяемые приложенными внешними силами. В результате в отдельных зернах может создаться разноименное напряженное состояние с наличием растягивающих напряжений, т.е. та схема, при которой пластичность металла значительно ниже, чем при всестороннем сжатии.

По мере развития процесса деформации из-за переориентировки зерен и повышения деформирующих сил вследствие упрочнения металла касательные напряжения в первоначально неблагоприятно ориентированных зернах достигают значений, достаточных для прохождения пластической деформации. При этом деформация охватывает все возрастающее количество зерен поликристалла, и дополнительные напряжения уменьшаются.

Условия деформации поликристаллов гетерогенных сплавов еще более сложны. Это объясняется тем, что отдельные зерна поликристалла могут существенно отличаться не только ориентировкой, но и химическим составом, а следовательно, и сопротивлением деформации. Указанные условия могут значительно повысить неравномерность деформации и снизить пластичность. Поэтому при подготовке таких материалов к обработке давлением целесообразно проводить мероприятия, снижающие гетерогенность, например длительные гомогенизирующие отжиги, что особенно большое значение имеет при подготовке материала к процессам обработки давлением, характеризующимся разноименной схемой напряженного состояния, пластичность металла при которых мала, например к волочению.

Кратко рассмотрим условия межзеренной деформации в поликристаллах. Непосредственно у границ зерен расположены зоны затрудненной деформации. Приграничные слои металла оказываются более прочными, чем основной металл зерна, вследствие искажения решетки в этих слоях, а также из-за более затрудненной деформации сдвига в них, вызванной взаимодействием различно ориентированных зерен. В поликристалле зоны затрудненной деформации расположены вдоль всех границ зерен и их упрочняющее действие тем выше, чем больше протяженность границ. Последняя зависит от средней величины зерна: чем мельче зерна, тем больше протяженность границ и объем зон затрудненной деформации, а соответственно выше и сопротивление деформации.

Перемещение атомов в приграничных слоях зерен, что необходимо для межкристаллитной деформации, затруднено наличием нерастворимых примесей и неправильной формой зерен, приводящей к их зацеплению и заклиниванию в процессе деформации. Поэтому при межкристаллитной деформации по границам зерен возникают повреждения, которые при развитии деформации приводят к образованию микро- и даже макротрещин, что в конечном итоге может вызвать разрушение поликристалла.

Изложенное показывает, что межкристаллитная деформация может играть заметную роль в процессе пластической деформации только тогда, когда условия процесса обеспечивают залечивание образующихся микротрещин и предупреждение их дальнейшего развития. Однако это наблюдается в основном при высокотемпературном деформировании и схемах напряженного состояния, обеспечивающих отсутствие растягивающих напряжений. При холодном деформировании и тем более — при разноименном напряженном состоянии, что характерно для процесса волочения, явления залечивания практически не имеют места.

Поэтому процессы холодной деформации ведут при таких условиях, когда межкристаллитная деформация очень мала, и основное формоизменение достигается путем внутрикристаллитной деформации. К этим условиям относятся сравнительно невысокие обжатия за цикл волочения, промежуточные отжиги для снижения сопротивления деформации металла и повышения его пластичности.

Преимущественному развитию внутрикристаллитной деформации способствует упрочнение границ зерен, при котором сопротивление деформации металла границ существенно выше, чем основного металла. Поэтому чем более легирован сплав, тем меньшую роль в формоизменении играет межкристаллитная деформация.



Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Информация

Комментировать статьи на нашем сайте возможно только в течении 1 дней со дня публикации.