Решение задачи: Пластическая деформация металлов

Ниже представлены ответы на вопросы теоретической части лабораторной работы, подготовленные для удобного переписывания в тетрадь. I. Пластическая деформация металлов Дислокация — это линейное несовершенство (дефект) кристаллической решетки, представляющее собой край лишней атомной полуплоскости или искажение рядов атомов. Плотность дислокаций — это суммарная длина дислокаций в единице объема металла (см/см\(^3\)) или число дислокаций, пересекающих единичную площадь поверхности (см\(^{-2}\)). Механизм пластической деформации в идеальных кристаллах (без дислокаций): осуществляется путем одновременного сдвига одной части кристалла относительно другой по всей плоскости скольжения. Это требует разрыва всех межатомных связей в этой плоскости сразу, что обуславливает очень высокую теоретическую прочность. Механизм пластической деформации в реальных кристаллах: осуществляется путем постепенного перемещения (скольжения) дислокаций по плоскостям скольжения. При этом в каждый момент времени разрываются и перестраиваются связи только у небольшого числа атомов, находящихся вблизи дислокации. Принципиальное отличие этих механизмов: в идеальном кристалле происходит жесткий одновременный сдвиг по всей плоскости, а в реальном — последовательное эстафетное перемещение дефекта (дислокации), что требует в сотни раз меньших усилий. II. Наклёп металлов Наклёп — это процесс изменения структуры и свойств металла (упрочнение) в результате его холодной пластической деформации. Механизм наклёпа металлов заключается в: резком увеличении плотности дислокаций при деформации. Дислокации начинают мешать движению друг друга, сталкиваются, переплетаются и образуют скопления («заторы»), что затрудняет дальнейшую деформацию. Механические свойства металла в результате наклёпа изменяются следующим образом: прочность (\(\sigma_в\)) и твердость (\(HB\)) повышаются, а пластичность (\(\delta\)) и ударная вязкость снижаются. III. Рекристаллизация металлов Рекристаллизация — это процесс образования и роста новых равноосных зерен в деформированном металле при его нагреве выше определенной температуры. Температурой рекристаллизации \(T_p\) называют: минимальную температуру нагрева, при которой начинается процесс образования новых зерен и происходит резкое снижение прочности и восстановление пластичности. Процесс рекристаллизации состоит из следующих основных этапов: 1. Возврат и полигонизация (снятие внутренних напряжений). 2. Первичная рекристаллизация (зарождение и рост новых зерен). 3. Собирательная рекристаллизация (рост крупных зерен за счет мелких). Механические свойства и структура зерен металла после первичной рекристаллизации изменяются следующим образом: вместо вытянутых (деформированных) зерен образуются новые мелкие округлые зерна; твердость и прочность резко падают до исходного уровня, а пластичность восстанавливается. Рекристаллизационный отжиг проводится с целью: полного снятия наклёпа, восстановления пластичности металла для возможности проведения дальнейшей деформации и получения мелкозернистой структуры. По отношению температуры деформации к температуре рекристаллизации различают «холодную» и «горячую» деформации. «Холодная» деформация вызывает следующие изменения: зерна вытягиваются в направлении деформации, плотность дислокаций растет, металл упрочняется (происходит наклёп), пластичность падает. «Горячая» деформация вызывает следующие изменения: одновременно с деформацией протекает процесс рекристаллизации. В результате металл не получает упрочнения (наклёпа), его структура остается равноосной, а пластичность сохраняется высокой.