Механизм пластической деформации («plastic deformation mechanism»)

Прежде, чем начать разговор о пластической деформацииplastic deformation») в металлах нужно рассказать об атомной структуре металлов и сплавов. Рассматривать будем в самом простом варианте, на примере обыкновенной кубической решетки. Самый нижний подуровень строения – это атом. Атомы при помощи атомных связей объединяются в кубы, в которых минимальное расстояние между атомами называют межатомным расстоянием. Такие кубы и образуют кристаллическую решетку металла. Решетка ограничивается размерами элементарного кристалла, для стали – это размер ферритного зерна. Величина атомного расстояния для металлов измеряется в ангстремах, ангстрем величина на порядок меньшая, чем нанометр. Схематический вид кристаллической решетки представлен на фото.

Предположим, что пластическая деформация в монокристалле происходит по принципу сдвига одной части кристалла относительно другой. Так для того, чтобы произошел сдвиг на одно межатомное расстояние, нужно приложить напряжение равное силе сдвигового отрывы всех атомов в плоскости сдвига друг от друга. Так вот, это напряжение для железа будет равно приблизительно 13000 МПа, напомню, что это напряжение определено теоретически – расчетным путем. А если экспериментально определить это напряжение, то мы получим значение 20 МПа. «Откуда же берется такая разница в 4 порядка величины?», – спросите вы. Вопрос интересный, ведь мы знаем, что ни в расчетах, ни в испытании по измерению напряжения сдвига мы не допустили ошибок. Посчитано все верно, но не учтен один момент – испытывали мы реальный кристалл, а расчет производили для идеального. В реальном металле всегда присутствуют разнообразные дефекты.

Дефектом, который определяет пластическую деформацию в металлах, является дислокация. Дислокация – это незавершенная дополнительная плоскость в кристаллической решетке. Схематический вид дислокации показан на картинке. Количество дислокаций определяется их суммарной протяженностью в одном кубическом сантиметре металла и измеряется в см/см3 или 1/см2. В недеформированном металле их примерно 10 в 7 степени на квадратный сантиметр, в металле после пластической деформации их количество достигает 10 в 12 степени.

И теперь давайте представим пластическую деформацию под напряжением сдвига не как отрыв всех атомов в плоскости скольжения, а как пробег дислокации от места ее возникновения до края монокристалла с пошаговым передвижением. Шаг передвижения дислокации равен одному межатомному расстоянию. При этом на краю монокристалла образуется ступенька, длина которой тоже равна одному межатомному расстоянию. Схематично данный тип скольжения показан на картинке. Для такого механизма пластической деформации нужны гораздо меньшие сдвиговые напряжения, которые приблизительно равны реальным напряжениям, измеренным при деформации монокристалла.

Если представить пластическую деформацию по данному сдвиговому механизму и экстраполировать этот механизм на образец для испытания на статическое растяжение, то получится следующая картина. В каждом кристалле металла образца происходит пробег дислокаций с образованием ступеньки, в результате чего образец удлиняется.

В дальнейшем попытаюсь доступно объяснить механизм образования и размножения дислокаций. Но определений данных в это статье должно быть достаточно для общего представления механизма пластической деформации.






<<<предыдущая статья следующая статья>>>

Комментарии
Добавить комментарий
Анатолий Л.
Анатолий Л.
А почему не рассматривали такое явление как наклеп?
комментировать
Компания "Металл-экспертиза"
Компания "Металл-экспертиза"
Наклеп - это упрочнение в результате пластической деформации. Об этом явлении, как и о способах размножения дислокаций, будет рассказано в ближайших статьях нашего "металловедческого блога". Очень приятно видеть интерес с Вашей стороны.