Деформации скольжением

Чем больше в металле возможных плоскостей и направлений скольжения, тем выше его способность к пластической деформации. Металлы с кубической кристаллической решеткой (г. ц. к. и о. ц. к.) обладают высокой пластичностью, так как скольжение в них происходит во многих направлениях. Металлы с г. п. у. структурой менее пластичны и поэтому труднее, чем металлы с кубической структурой, поддаются прокатке, штамповке и другим видам деформации.

a — первоначальный кристалл; б — упругая деформация; в •— увеличение упругой и появление пластической деформации, вызванной скольжением при нагружении, большем передела упругости; г — напряжение, обусловливающее появление сдвига (после сдвига сохранилась остаточная деформация); д — образование двойника

При незначительной деформации скольжение атомных слоев начинается по плоскостям, оптимально расположенным в направлении сдвига. С увеличением деформации скольжение распространяется и на другие плоскости, благодаря чему происходит последовательное распространение процесса пластической деформации по всему монокристаллу. При пластической деформации полированных образцов металла обнаруживают следы скольжения в виде линий скольжения ( у отдельных зерен), группирующиеся в пластинки, пачки, а затем по мере развития деформации в полосы скольжения.

Экспериментальные и расчетные данные по температурной зави-' симости сопротивления движению двойникующих дислокаций 0$ и параметра /Су для двойникования [22] позволяют уточнить предложенную в работах [121, 122] схему изменения механизма деформации (скольжение <5: двойникование) в поликристаллических металлах с ОЦК-решеткой.

121. Драчшский А. С., Моисеев В. Ф., Трефилов В. И. Зависимость вида пластической деформации (скольжение, двойникование) от размера зерна поликристаллического железа // Докл. АН СССР.— 1964.— 154, № 5.— С. 1078—1081..

При деформации скольжение в гексагональных кристаллах цинка может происходить только по плоскости основания. В связи с этим возникает резкая разница свойств прокатанного цинка, в котором благодаря механической обработке кристаллы имеют определённую ориентировку вдоль и поперёк прокатки. Цинк значительно прочнее поперёк прокатки, чем вдоль неё. При деформировании цинка помимо скольжения по плоскости базиса наблюдается двойникование и вследствие этого появляются новые плоскости скольжения; при этом способность цинка деформироваться растёт; это можно легко заметить в процессе штамповки и при испытании по Эриксену. Глубина продавлива-ния у наклёпанных листов цинка больше, чем у отожжённых.

Эффект термоциклирования сильно проявляется при наличии анизотропии коэффициента теплового расширения, поэтому большинство работ по изучению пластической деформации было проведено на чистых металлах (цинке, кадмии, олове и др.), характеризующихся этим свойством. Материалы с решетками объемно-и гранецентрированного куба не имеют анизотропии, к ним относится большая часть конструкционных сталей. Рассмотрим основные закономерности пластической деформации при теплосме-нах [6]. Во многих случаях пластической деформации при термоусталости образуются линии скольжения, распределение которых как по зернам, так и внутри зерна (особенно крупного) неравномерно. С увеличением деформации скольжение охватывает все большее число зерен и образуются широкие полосы скольжения.

Анализируя перемещение атомов при сдвиге в г. ц. к. решетке, Маккензи пришел к выводу о том, что теоретическая прочность зависит от направления перемещения, выбором которого определяются способ деформации (скольжение, двойникование) и высота потенциального барьера (энергия системы проходит при сдвиге через максимум — перевальную точку). Маккензи установил, что в случае скольжения в зависимости от потенциала в перевальной точке т = 0,028 -f- 0,039G, а нижний предел теоретической прочности при сдвиге в случае двойникования меняется в пределах от G/30 до G/22. Значения теоретической прочности при сдвиге, рассчитанные по формуле Маккензи, приведены в табл. 22.

Таким образом, пластическая деформация возможна только с участием дефектов. Если дислокации закреплены, а взаимодействие их с вакансиями затруднено, то будет действовать диффузионный механизм деформации. Скольжение дислокаций играет основную роль при пластической деформации; разновидность скольжения с переползанием имеет большое значение при ползучести (на установившейся стадии).

Геометрия деформации. Рассмотрение относится к монокристаллу (рис. 1.214), При пластической деформации скольжение атомных слоев происходит вдоль определенных кристаллографических плоскостей и направлений.

Геометрия деформации. Рассмотрение относится к монокристаллу (рис. 1.214). При пластической деформации скольжение атомных слоев происходит вдоль определенных кристаллографических . плоскостей и направлений.

Точке пересечения кривых 0Д (Г) и 0е (Т) (см. рис. 2.19) соответствует переход от пластической деформации скольжением к двойникова-нию, причем в зависимости от размера зерна пересечение указанных, кривых может наблюдаться в широком интервале температур или вообще не наблюдаться, если

В процессе упрочнения (после образования «фрагментов») еще до .начала двойникования внутри «фрагментов» возможно развитие пластической деформации скольжением (рис. 2.23). Реализация того или иного вида пластической деформации будет определяться соотношением

На рис. 160 приведена температурная зависимость предела текучести чистого и легированного германия. На этой кривой четко виден перелом, соответствующий переходу от деформации двойникованием к деформации скольжением.

преобладать механизм деформации скольжением. Наиболее важна система

~На поверхности обычных кристаллических материалов таких, как нержавеющие стали, образуется внешняя пленка, предохраняющая материал от коррозии. Однако если к металлу, находящемуся в. коррозионной среде, приложить растягивающую нагрузку, то вследствие протекания пластической деформации скольжением на поверхности появляются участки, где пленка отсутствует, что облегчает коррозию на этих участках. В свою очередь коррозия вызывает появление микротрещин, где происходит концентрация напряжений, что инициирует пластическую деформацию. Поскольку

Деформация с инвариантной решеткой. На рис. 1.14, в показана схема деформации скольжением или двойникованием, причем /С, — плоскость сдвига, d — направление сдвига. В результате деформации с инвариантной решеткой векторы из плоскости АК^В переходят в плоскость АК'гВ. Эти векторы вращаются, однако длина их остается неизменной. Длина векторов, направленных от линии АОВ влево от плоскости АК2В, уменьшается в результате деформации, длина векторов, направленных в правую сторону, — увеличивается. В результате такой дополнительной деформации с инвариантной решеткой длина в направлении оси х, увеличенная при деформации Бейна, сокращается, а деформация вдоль главных осей становится равной 1. Плоскости А'ОС' и В'ОО', показанные на рис. 1.14,в, становятся информируемыми плоскостями.

Как уже указано, мартенситное превращение в макроскопическом масштабе происходит в результате псевдосдвиговой деформации кристаллов исходной фазы. Поэтому в обычных металлах и сплавах под воздействием напряжений превращение происходит по одному из двух равновозможных механизмов деформации — деформации скольжением или деформации двойникованием. Однако при мартенситном превращении возможно обратное превращение, что является особенностью, которой нет при деформации скольжением или двойникованием. Поэтому деформационное поведение сплавов, в которых происходит мартенситное превращение, существенно отличается от деформационного поведения обычных металлов и сплавов.

Как указано выше, в сплавах на основе Си границы зерен являются местами концентрации напряжений и служат причиной деформации скольжением и интеркристаллитного разрушения. Если подвергать образцы циклической деформации в условиях, в которых при однократном деформировании наблюдается кажущееся полное восстановление формы, то деформация скольжения накапливается, в результате чего изменяется вид кривых напряжение - деформация. При увеличении числа циклов нагружения в конце концов происходит усталостное разрушение. Почти во всех случаях оно является интеркристаллитным разрушением. Таким образом, важной проблемой является необходимость определения различных механических свойств сплавов на основе меди с целью их практического применения. Эта проблема подробно рассматривается ниже.

На рис. 2.57 показано [57] изменение кривой напряжение — деформация при циклическом деформировании поликристаллических образцов из сплава Си — Zn — Sn. Если превращение начинается при однократной деформации, то имеется область, в которой деформация осуществляется при почти постоянном напряжении. После двукратного нагру-жения деформация развивается при монотонном увеличении напряжения. • Это обусловлено следующей причиной. Несмотря на то, что при однократном нагружении деформация происходит при Г > Af, даже при снятии нагрузки остается определенная деформация, что свидетельствует о наличии деформации скольжением. Поле напряжений, обусловленное дислокационной структурой, возникающей в процессе деформации скольжением, содействует образованию мартенсита при последующей деформации. Поэтому при деформации после двукратного

В общем случае в трехкомпонентных сплавах на основе Си — Zn напряжение начала движения дислокаций низкое, поэтому деформация скольжением осуществляется легко. Однако в сплавах Си — Al — Ni напряжение сдвига почти в три раза превышает таковое в сплавах Си — Zn — Al. Можно считать, что из-за этого сплавы Си — Al — Ni являются стабильными по отношению к циклической деформации. На рис. 2.5В показаны кривые напряжение — деформация при циклическом нагружен и и поликристаллических образцов из сплава Си — Al — Ni [58] при Т ~> Mf. Отклонение от упругого поведения характеризует деформацию, сопровождающую возникновение напряжений мартенситной фазы. Остаточная деформация, появляющаяся при снятии нагрузки, полностью исчезает в результате нагрева, затем осуществляется последующая деформация. Изменение кривых напряжение — деформация незначительно по сравнению с соответствующим изменением у сплава Си — Zn - Sn. Свойства сплава Си — Al — Ni стабильны. Это обусловлено тем, что деформация скольжением в сплавах Си — Al — Ni затруднена. Однако образцы из этого сплава разрушались при 9-кратном на-гружении. Это обусловлено тем, что релаксация поля упругих напряжений, возникающих для обеспечения аккомодации деформации на границах зерен путем деформации скольжением, затруднена. На границах

При комнатной температуре преобладает деформация двойникованием. Сильные ковалентные связи не разрушаются, но сдвигаются и переориентируются. Главным образом встречается система двойников (1 3 0), но встречаются также системы (1 7 2) и (1 7 С). Сообщается еще о двух менее важных системах двойников— (1 1 2) и (1 2 1). С повышением температуры начинает преобладать механизм деформации скольжением. Наиболее важна система скольжения (010) — (10 0). Скольжение по плоскости (О 1 0) не задевает сильных ковачентных связей. Низкий предел текучести объясняется тем, что критическое напряжение сдвига для скольжения по (О 1 0) составляет 0,34 кг/мм2. Наблюдались также полосы излома и поперечное скольжение.