Физические основы пластической деформации

   Максимальная плотность дислокаций, достигаемая в результате теплой деформации, обычно не превышает 1010 – 1011 см-2, т.е. на один-два порядка ниже, чем после холодной.

   Горячая деформация имеет много общего с теплой, но принципиально отличается от нее полнотой термического возврата в определенном диапазоне степеней деформации. Поэтому стадийность горячей деформации качественно иная, чем при теплой и тем более холодной деформации. На рис. 7 схематично показаны два возможных типа кривых горячей деформации (качественно они являются общими для моно- и поликристаллов).

Рис.7. Схемы кривых горячей деформации

 

   Кривая 1 характерна для металлов с высокой энергией дефектов упаковки, например алюминия, ОЦК металлов. После упругой деформации до точки а начинается 1 стадия горячей деформации, которую называют стадией горячего наклепа (участок ab). На этой стадии термический возврат проходит частично, плотность дислокаций растет, и поэтому происходит определенное деформационное упрочнение. С увеличением степени деформации на стадии горячего наклепа формируется сначала ячеистая, а затем полигонизованная структура – идет динамическая полигонизация. К моменту достижения точки b термический возврат, скорость которого контролируется наиболее медленным процессом переползания дислокаций, становится полным, и начинается вторая – установившаяся стадия горячей дислокации (см. рис. 2.25, участок bk кривой 1). Эта стадия характеризуется близким к нулю деформационным упрочнением (на экспериментальных кривых может наблюдаться слабое упрочнение или разупрочнение), субструктура тоже практически не меняется – форма, размер субзерен и плотность дислокаций (109, изредка 1010 см2) остаются постоянными.

   Кривые горячей деформации, подобные кривой 2 на рис. 2.25, чаще характерны для металлов с низкой энергией дефектов упаковки. В этом случае наблюдаются три стадии горячей пластической деформации. На первой (участок ab) проходит деформационное упрочнение, причем здесь степень горячего наклепа должна быть значительно больше из-за трудностей перестройки растянутых дислокаций путем поперечного скольжения и особенно переползания.

   В таких условиях динамическая полигонизация не получает развития, формируется дислокационная структура, характеризующаяся объемными сплетениями дислокаций. В результате создаются структурные и энергетические условия, необходимые для зарождения центров динамической рекристаллизации. Они могут появиться еще до достижения точки b, но когда их станет достаточно много, то из-за пониженной плотности дислокаций внутри этих рекристаллизованных зерен образуется участок разупрочнения bc. На этой стадии завершается динамическая рекристаллизация всего объема образца, и одновременно происходит повышение плотности дислокаций внутри рекристаллизованных зерен в результате продолжающейся деформации.

   К моменту достижения точки с устанавливается динамическое равновесие между количеством новых дислокаций и исчезающих в результате непрерывно продолжающейся динамической рекристаллизации – наступает третья, установившаяся стадия ck горячей деформации. На этой стадии средний размер рекристаллизованных зерен и плотность дислокаций (109 см-2) уже не меняются, деформационное упрочнение, как и на кривой 1 близко к нулю.

   Переход к установившейся стадии горячей деформации и в случае динамической полигонизации, и при динамической рекристаллизации происходит после истинной деформации на 10-50%. С повышением температуры горячей деформации установившаяся стадия начинается все раньше, снижается уровень напряжений течения, уменьшается вероятность динамической рекристаллизации (из-за уменьшения степени горячего наклепа).

   Еще одной особенностью горячей деформации поликристаллов является заметное развитие межзеренной деформации, т.е. смещение зерен одного относительно другого по поверхности границ. До сих пор мы игнорировали этот механизм деформации, считая, что она осуществляется только за счет перемещения дислокаций внутри зерен. При холодной и теплой деформации вкладом межзеренных смещений в общую деформацию можно было пренебречь без большой погрешности. При горячей же деформации этот вклад может стать значительным, однако только при малых скоростях и в мелкозернистых материалах.

 

 

3.4. Влияние скорости  деформации

   При статическом нагружении увеличение скорости деформации влияет на формирующуюся структуру и упрочнение качественно так же, как снижение температуры. Это легко понять, если учесть, что при всех температурах, в том числе низких, при пластической деформации конкурируют процессы упрочнения и разупрочнения (динамический и термический возврат). При этом полнота протекания термически активируемых процессов разупрочнения, связанных с поперечным скольжением и переползанием дислокаций, должна быть тем больше, чем длительнее деформация, т.е. чем меньше ее скорость. Особенно сильно влияние скорости деформации при повышенных температурах. На рис. 8 показаны кривые горячего кручения с разными скоростями стали с 0,25%С при 1100°С.

Рис.8. Кривые кручения при 100 0С стали с 0,25% С

*-цифры у кривых - число скручиваний в минуту

   Видно, насколько существенно снижается уровень напряжений течения и меняется геометрия кривых по мере уменьшения скорости деформации, обеспечивающего более полное протекание термического возврата. С увеличением скорости при данной температуре горячей деформации должна увеличиваться вероятность динамической рекристаллизации. При больших скоростях горячей деформации она наблюдается даже в металлах с высокой энергией дефектов упаковки, например, в алюминии.

 

 

 

Список литературы

1. Полухин П.И., Горелик С.С. и др. «Физические основы пластической деформации»
2. С.В. Грачев, В.Р. Бараз, А.А. Богатов, В.П. Швейкин «Физическое металловедение»
3. Бернштейн М.Л. «Структура деформированных металлов»