Механизм пластической деформации

Сила, приложенная к образцу, всегда не перпендикулярна к поверхности образца (детали) и раскладывается на две составляющие:

1) перпендикулярную; 2) касательную.

Первая составляющая вызывает нормальные растягивающие напряжения, которые приводят к хрупкому разрушению металла путём отрыва без заметных признаков пластической деформации. Касательные составляющие вызывают касательные напряжения τ, которые приводят к пластической деформации, заканчивающейся вязким разрушением.

Пластическая деформация в металле осуществляется путем скольжения, двойникования и межзеренного перемещения.

Скольжение происходит путем перемещения (скольжения) одной части кристалла относительно другой под действием касательных напряжений τ (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема пластической деформации скольжением

Легче всего скольжение идёт по плоскостям, наиболее густо усеянным атомами, так как она наиболее удалены друг от друга, и поэтому их легче сдвинуть друг относительно друга.

Деятельную роль в скольжении играют дислокации - они облегчают скольжение (рис. 2.2).

Под действием τ разрывается связь между атомами 1 и 2 в плоскости скольжения и возникает связь между атомами 2 и 3. В результате дислокация продвигается вперед на одно межатомное расстояние и т.д. - это элементарный акт пластической деформации. При выходе дислокации из кристалла на поверхности его образуется уступ (ступенька) в один период решетки. Под действием τ срываются новые атомные плоскости и образуются новые ступеньки единичного сдвига на поверхности кристалла. Следовательно, для продвижения дислокации не нужно разрывать связь между всеми атомами в плоскости скольжения, разрывается связь между атомами только у края дислокации.

Рис. 2.2. Движение линейной дислокации, приводящее к образованию ступеньки единичного сдвига на поверхности крисалла

Этим и объясняется, что реальная прочность металла значительно ниже теоретической прочности. Под теоретической прочностью понимают сопротивление металла пластической деформации и разрушению, которое должно быть в металле, исходя из того, что при этом одновременно разрывается связь между всеми атомами в плоскости скольжения. Например, теоретическая прочность для железа равна 1340 кг/мм², а реальная прочность для железа составляет 30 кг/мм². Такая большая разница объясняется тем, что при движении дислокации нужно разрушать связь между атомами только у края дислокации и, следовательно, усилия для этого потребуются значительно меньшие.

Двойникование - это зеркальное перемещение одной части кристалла относительно другой под действием касательных напряжений (рис. 2.3).

Межзёренное перемещение (рис. 2.4).Под действием растягивающего усилия Р деформация пойдёт прежде всего в 1 зерне, где направление легкого скольжения совпадает с действием силы Р. Оно вытягивается, а соседние зёрна при этом поворачиваются до тех пор, пока направление легкого скольжения не совпадет с Р, а затем пойдет и в них деформация и т.д.

Рис. 2.3. Схема пластической деформации двойникованием

В результате после деформации получим волокнистую структуру (рис. 2.4б), и механические свойства в разных направлениях будут неодинаковы. Вдоль действия силы Р пластичность δ будет выше, а поперек - ниже, при этом прочность σ_в будет меняться наоборот. Неодинаковость механических свойств вдоль действия силы (прокатки) и поперек - это анизотропия механических свойств. Может оказаться, что в направлении действия силы выстраиваются только плоскости легкого скольжения, и это называется текстурой деформации.

Рис. 2.4. Изменение структуры в металле под действием пластической деформации