Пластическая деформация металла в холодном состоянии.
Лекция №10
Физические основы обработки металлов давлением.
При обработке металлов давлением в условиях приложении внешней нагрузки - Р, вызывающей напряжения меньше предела текучести в металле возникает упругая деформация.
σ < σт εупр
Упругая деформация – обратимая деформация, характеризующаяся восстановлением формы заготовки после снятия нагрузки.
Механизм упругой деформации – смещение одной группы атомов относительно другой на расстояние меньше, чем межатомное расстояние – связи между атомами не нарушаются.
F
F
Атомы до приложения нагрузки занимают исходное положение – белые кружки. При приложении нагрузки часть атомов смещается в положение показанные черными кружками. После снятия нагрузки атомы возвращаются в исходное положение – деформация исчезает.
При увеличении нагрузки до напряжений больше предела текучести в металле начинает развиваться пластическая деформация - εпл.
σ > σт εупр + εпл
Пластическая деформация – необратимая деформация, характеризующаяся тем, что после снятия нагрузки заготовка не приобретает первоначальную форму, а ее размеры изменяются на величину пластической деформации.
|
|
|
Пластической деформации всегда предшествует упругая деформация.
Механизмы пластического деформирования
 |
СКОЛЬЖЕНИЕ ДВОЙНИКОВАНИЕ
Скольжение – процесс поступательного перемещения одной группы атомов относительно другой по разделяющей их плоскости на величину кратную межатомному расстоянию – связи между атомами периодически разрываются и возникают снова, но уже с другими атомами.
Двойникование – процесс поворота одной группы атомов относительно другой без разрыва связей между соседними атомами.
В результате этого поворота происходит необратимое изменение формы заготовки.
Основным механизмом пластической деформации является скольжение, двойникование происходит при ударных нагрузках и термической деформации.
Скольжение развивается по определенным кристаллографическим плоскостям. Установлено, что плоскостью скольжения является кристаллографическая плоскость с более плотной упаковкой. Данное обстоятельство объясняется тем, что в этих плоскостях атомы расположены на более близком расстоянии, чем атомы, разделенные данной плоскостью, а, следовательно, и силы взаимодействия атомов будут больше.
|
|
|
У металлов с ОЦК кристаллической решеткой плоскостью скольжения является плоскость 1 – 2 - 3 ' - 4 '
Системы скольжения в металлах с ГЦК (а), ОЦК (б) и ГПУ (в) решетками.
Плоскости наиболее легкого скольжения заштрихованы
На практике было установлено, что напряжения необходимые для пластического деформирования металла в 1000 раз меньше, чем напряжения необходимые для деформирования идеального кристалла.
Так, например, теоретическая прочность железа 52000МПа – практическая 250Мпа. Усы карбида кремния имеют прочность – 22000МПа.
Данное обстоятельство объясняется тем, что реальные кристаллы имеют несовершенства кристаллической структуры – дислокации. Наличие дислокаций приводит к тому, что сдвиг происходит не одновременно всех атомов, а только атомов, расположенных у дислокации, которая последовательно смещается на границу кристалла.
При отсутствии внешнего воздействия силы между атомами 1, 2, 3 сбалансированы и дислокация неподвижна. При приложении нагрузки F атом 2 смещается вправо и занимает новое положение. Дислокация сместилась влево и т.д. до выхода ступеньки на границу кристалла.
|
|
|
Схема смещения атомов при наличии дислокации
Справка: плотность дислокаций в отожженном металле 106 см-2
При большой степени деформаций плотность может достигать – 1012 см-2.
Пластическая деформация металла в холодном состоянии.
Как было отмечено выше, при приложении к заготовке внешнего усилия, вызывающего напряжения больше предела текучести, в металле развивается пластическая деформация, которая складывается из внутризеренной - εвн и межзеренной деформаций - εмеж.
εпл = εвн + εмеж
Внутризеренная деформация развивается за счет развития процесса скольжения, а межзеренная деформация развивается как за счет смещения зерен относительно друг друга, так и взаимного их поворота.
Схема пластической деформацииметалла в холодном состоянии.
(I – I направления действия максимальных касательных напряжений,
полосы на зернах - плоскости скольжения)
В первую очередь начинается внутризеренная деформация зерен, у которых кристаллографические плоскости скольжения совпадают с направлением действия максимальных касательных напряжений зерна 1, 2, 3, 4 этап «а» на схеме. Следует заметить, что при одноосном напряженном состоянии (в данном случае одноосное сжатие) максимальные касательные напряжения действуют под углом 45º к нормальным напряжениям.
|
|
|
Зерна, у которых плоскости скольжения не совпадают с направлением действия максимальных касательных напряжений, разворачиваются в положение благоприятное для внутризеренного деформирования – этап «б» на схеме.
В результате при пластической деформации в холодном состоянии зерна вытягиваются в направлении интенсивного течения металла - этап «в» на схеме.
Вместе с зернами вытягиваются и примеси (неметаллические включения), которые расположены по границам зерен.
В результате пластической деформация металла в холодном состоянии возникают структурные изменения, которые можно разделить на три группы.
Группы структурных изменений:
1. Изменение пространственной ориентации зерен.
2. Изменение формы зёрен.
Зерна вытягиваются в направлении интенсивного течения металла – структура приобретает строчечный характер «а»
а б
Вместе с зернами вытягиваются и примеси – возникает волокнистый характер структуры «б»
3. Изменение внутреннего строения зерен – увеличение дефектов кристаллической решетки: дислокаций, вакансий, межузельных атомов.
В результате увеличения плотность дефектов кристаллической решетки увеличивается прочность металла и уменьшается его пластичность – ухудшаются технологические свойства сплава. Данное явление называется наклепом (нагартовкой).
Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 53; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!