Холодна пластична деформація і рекристалізація, поняття про гарячої деформації
Холодна пластична деформація і рекристалізація, поняття про гарячої деформації
В результаті так званої холодної пластичної деформації відбувається витягування, поворот і дроблення зерен і спостерігається наклеп металу, в першу чергу характеризується збільшенням міцності і зменшенням пластичності останнього. У процесі зсуву площини ковзання не залишаються рівними, вони викривляються. Мікроскопічно це можна спостерігати по зміні ліній зсуву - проекцій площин ковзання на поверхню кристалітів. Спочатку цих ліній мало і за характером вони близькі до прямих. Однак у міру зростання напруги кількість ліній зсуву зростає, викривлення їх збільшується. Це говорить не тільки про усунення пакетів атомних площин одна відносно одної, але побічно свідчить і про спотворення решітки, т. Е. Про порушення правильного розміщення атомів в просторі.
Макроскопічно пластична деформація проявляється у вигляді ліній Чернова, що виникають на гладкій поверхні деформованого металу. Крім цього пластична деформація при великому зерні виражається у виникненні шорсткості, а також в витягуванні зерна в напрямку деформації аж до утворення волокнистої макроструктури.
Всі зміни, що відбуваються в процесі пластичної деформації, викликають збільшення запасу внутрішньої енергії полікристала. У міру розвитку зрушень за новими кристалографічних площинах запас пластичності металу весь час Зменшується і врешті-решт повністю вичерпується. При цьому подальше збільшення напруги призводить до руйнування матеріалу від відриву.
В результаті наклепу в матеріалі мають місце перекручення атомнокрісталліческой решітки, виникають залишкові напруги в обсягах, порівнянних з об'ємом зерна (мікроскопічні напруги), а також напруги в обсягах, порівнянних з об'ємом всього зразка, заготовки або деталі (макроскопічні напруги). Крім того, при наклеп подрібнюється структура і зменшується щільність матеріалу. За рахунок виникнення мікропор обсяг деформованого металу, наприклад вуглецевої сталі, при сильній деформації може збільшитися в порівнянні з недеформованому до 1%.
Мал. 1. Схема пластинки, зігнутої в результаті одностороннього поверхневого наклепу
Зазначені зміни при наклеп мають велике практичне значення. Мікроскопічні залишкові напруги виразно проявляються в матеріалі при нерівномірному деформації. При цьому, як правило, деформовані ділянки піддаються стискає напруженням, в той час як не деформується-ний метал під дією наклепаного відчуває напруження розтягу.
Дія макроскопічних залишкових напруг може бути наочно показано при односторонньому наклеп поверхневого шару металевої пластинки. Незалежно від способу наклепу (удари молотка, обкатка роликами, обробка сильним струменем сталевого дробу) в результаті виникають залишкових напруг пластинка вигинається (рис. 1). При цьому опуклою виявиться наклепаного сторона, де за рахунок пластичної деформації металу виникають стискають залишкові напруги, а увігнутої - ненаклепаного, що знаходиться під дією напруг, що розтягують.
У багатьох випадках практики наклеп, особливо поверхневий, використовується для підвищення межі витривалості, міцності і твердості матеріалу, що призводить до поліпшення експлуатаційної надійності деталей і конструкцій.
Пластична деформація металу викликає зміна структури, а отже, і властивостей. Наведені на рис. 2 графіки показують зміна міцності і пластичності алюмінію в залежності від ступеня деформації.
Зміна структури деформованого металу, зокрема спотворення кристалічної решітки, викликає підвищення внутрішньої енергії останньої. Якщо деформація має середню величину, то в кристалічній решітці накопичується близько 10% всієї енергії, витраченої на пластичне деформування.
Мал. 2. Зміна механічних властивостей алюмінію в результаті пластичної деформації
Подальше пластичне протягом металу підвищує запас накопичуваної гратами енергії і наближає її до насичення. Звідси випливає, що стан наклепу є нестійким. Наклепаного метал буде прагнути при сприятливих умовах, наприклад при підвищенні температури, знизити внутрішню енергію і перейти в рівноважний стан за рахунок так званого процесу рекристалізації.