Механизм пластической деформации

Известные механизмы пластической деформации можно подразделить на две группы: сдвиговые процессы и процессы пластической деформации, вызванные относительным перемещением зерен, блоков и границ зерен.

При сдвиговом процессе пластическая деформация осуществляется перемещением одной части зерна (кристалла) по отношению к другой. Этот механизм является наиболее изученным. Для различных металлов и сплавов установлены кристаллографические плоскости и направления скольжения. Детали этого процесса объясняют в настоящее время представлением о передвижении дислокаций, поэтому его часто называют дислокационным механизмом. Исходные положения дислокационной теории сводятся к следующим.

1. В реальном кристалле в отличие от идеального возможно существование особых дефектов решетки, называемых дислокациями.

2. Одним из основных свойств дислокаций является их подвижность. Предполагается, что в кристалле существуют плоскости и направления, вдоль которых под действием ничтожно малых напряжений сдвига могут передвигаться дислокации, и это движение может привести к пластической деформации. Низкая прочность кристаллов на сдвиг и явление скольжения объясняются наличием и движением дислокаций.

Вторым механизмом сдвиговых процессов является двойникование, которое по существу представляет собой пластическую деформацию, вызванную также сдвигами. В этом случае сдвиги происходят в особых условиях, ограничивающих возможность скольжения. К группе сдвиговых процессов можно также отнести механизм пластинкования, который отличается от двойникования тем, что угол поворота одной пластинки относительно другой не является постоянным и зависит от степени деформации.

пластическая деформация металла

приводит к смещению атомов из положения равновесия в такое энергетическое состояние

С повышением рабочей температуры жаропрочных материалов все большее значение приобретают процессы диффузии и самодиффузии. В настоящее время еще нет общепризнанного представления о механизме пластической деформации, вызванной самодиффузией или диффузией металла, но возможны два пути осуществления этого процесса. В первом случае происходит перемещение атомов в плоскостях максимальных касательных напряжений путем замещения вакантного места, при этом образуется новое вакантное место в узле, покинутом переместившимся атомом. Во втором случае атом внедряется в упруго-деформированную решетку. После снятия нагрузки перенесенный атом не сразу попадает в новое место, в результате чего наблюдается остаточная деформация, которая со временем уменьшается; это приводит к упругому последствию, наблюдаемому как при нормальных, так и высоких температурах.

Предварительная пластическая деформация металла приводит к смещению атомов из положения равновесия в такое энергетическое состояние, которое облегчает их перемещение при температурах выше температуры рекристаллизации. Металлы в метастабильном состоянии, связанном с процессами перемещения атомов, должны обладать пониженным сопротивлением ползучести в тех случаях, когда диффузионные процессы определяют скорость деформации, т. е. при достаточно высоких темпера-турах или длительных сроках службы.

Диффузионная пластичность проявляется и раствориоосадительным механизмом, который впервые описал А. А. Бочвар.

Существенным отличием этого механизма, построенного на принципе переноса вещества через раствор (от сдвигового), является то, что он протекает на границах двух фаз и ведет к межфазовым перемещениям, в то время как сдвиговый процесс происходит во всем объеме частиц каждой фазы в отдельности. Необходимо отметить, что аморфно-диффузионный процесс, хотя и может распространяться главным образом в поверхностных слоях, также, подобно сдвиговому процессу, затрагивает каждую фазу порознь.

Растворноосадительный механизм

течения может встречаться только в двухфазных и более сложных сплавах

Растворноосадительный механизм течения может встречаться только в двухфазных и более сложных сплавах. Следует также иметь в виду, что диффузионный перенос вещества на границах раздела взаимодействующих фаз способствует пластическому деформированию только тогда, когда он происходит в сторону фазы, которая имеет крупнокристаллическое строение и размеры ее кристаллов достигли некоторой критической величины.

В зарубежной печати много внимания уделяется дислокационно-диффузионному механизму, в котором отражаются закономерности сдвигового и диффузионного процессов. Пластическая деформация рассматривается как перемещение дислокации (сдвиговой механизм) совместно с «облаком» атомов, окружающих дислокацию (диффузионный механизм). Наличие связи с окружающими атомами вызывает при скоростях деформации, превышающих скорость диффузии «облака», дополнительное упрочнение физико-химического характера, так как в этом случае дислокация должна еще «тащить» за собой и «облако» из растворенных в основной кристаллической решетке атомов. Если скорость перемещения дислокации будет меньше, чем скорость диффузии атомов, составляющих «облако», тогда наличие его не должно отражаться на усилии, необходимом для совершения пластической деформации.

При рассмотрении третьей группы механизмов пластической деформации, к которой относятся периферийные процессы, в первую очередь нужно остановиться на процессе, который вызывает пластическую деформацию путем относительного перемещения и поворота зерен. Деформация путем перемещения зерен может характеризоваться величиной от десятых долей до нескольких процентов. Величина пластической деформации такого порядка имеет место при ползучести металлов в современных энергоустановках. Установление этого механизма пластической деформации способствовало углубленному изучению физической природы малых пластических деформаций.

Механизм полигонизации

к этой группе можно отнести поворот мозаичных блоков и так называемый механизм полигонизации

Кроме рассмотренного механизма, к этой группе можно отнести поворот мозаичных блоков и так называемый механизм полигонизации. Механизм полигонизации представляет собой процесс дробления зерен на значительное количество мелких ячеек, каждая из которых ориентирована по-своему. Пластическая деформация осуществляется путем относительного перемещения мелких ячеек (зерен) внутри первичных зерен, причем полосы скольжения не образуются. Механизм полигонизации, по-видимому, неодинаковый у разных металлов и зависит от условий деформирования. Сущность этого процесса заключается в дроблении зерна в результате сдвигообразования с последующим округлением границ получившихся блоков. Полигонизация обусловлена сильно развитыми диффузионными процессами и может проявляться в а-железе, вероятно, только при температуре не ниже 800—900°С.

В заключение нужно отметить, что экспериментально подтверждены почти все описанные механизмы ползучести. Недостаточно подтверждены дислокационно-диффузионный механизм и механизм пластинкования при ползучести. В настоящее время довольно трудно оценить роль того или другого механизма пластической деформации при ползучести ввиду того, что она изучалась в очень широком диапазоне параметров по температуре, напряжению и скорости деформации. Однако можно отметить, что при больших напряжениях и скоростях ползучести наиболее эффективным, вероятно, является сдвиговый процесс. При относительно небольших напряжениях и относительно малых скоростях ползучести (порядка 10~4%/час и меньше) наиболее существенной оказывается диффузионная пластичность.