» » Механизмы к способы упрочнения металла
21.12.2014

Чтобы управлять прочностью металла, нужно понять механизм упрочнения металлов при деформации, установить, почему одни металлы или сплавы труднее деформируются, чем другие, необходимо выяснить механизм торможения дислокаций.
1. Торможение дислокаций границами зерен и субзерен
Поликристалл состоит из множества монокристаллов, произвольно ориентированных в пространстве. Также произвольно ориентированы и плоскости преимущественного скольжения.
На границе зерна решетка резко меняет свою ориентировку. Силовое поле может быть настолько большим, что будет само генерировать дислокации -источник Франка-Рида.
Механизмы к способы упрочнения металла

Переход дислокаций на другую плоскость скольжения затруднен. Дислокации тормозятся у границы, скапливаются, образуется суммарное силовое поле, напряжения на границе нарастают, и при достижении напряжениями критической величины начинается переход дислокаций на другую плоскость скольжения. Поэтому пластическая деформация поликристаллов, имеющих множество границ зерен, требует значительно больших усилий, чем пластическая деформация монокристаллов.
Границы зерен могут быть проходимыми и непроходимыми. Если угол разориентации плоскостей скольжения соседних зерен составляет 4-5°, граница довольно легко проходима для дислокаций, хотя для этого требуются дополнительные усилия. Чем больше угол разориентации, тем менее проходима граница. Этим объясняется тот факт, что мелкозернистые структуры обладают и большей прочностью, и лучшей пластичностью.
2. Торможение дислокаций частицами другой фазы (или примесными атомами)
Расстояние l"На огибание частиц фазы и их коагуляцию требуется дополнительная энергия. Вот почему двух- и более фазные металлы и сплавы являются более прочными, чем однофазные.
Механизмы к способы упрочнения металла

При прохождении второй дислокации расстояние между частицами другой фазы или примесными атомами l" уменьшается, движение дислокаций еще более затрудняется и при достижении l"-lкритич - данное препятствие может стать непроницаемым для дислокаций
Чем больше пластическая деформация, тем сильнее упрочняется металл. Упрочнение тем больше (затрудняется движение дислокаций), чем мельче препятствия (частицы другой фазы или примесные атомы), чем ближе они расположены друг к другу и чем их больше.
3. Торможение дислокаций примесями или неметаллическими включениями
Дислокация может упереться в неметаллическое включение или в частицу примеси и вызвать в последней сдвиг (а), но на это требуются дополнительные затраты энергии, следовательно, металл упрочняется. Дислокации скапливаются у неметаллических включений, создавая пиковые напряжения (б). Если в металле много примесей или неметаллических включений, дислокации не могут двигаться дальше, возникающие напряжения превышают величину σв деформируемого металла, образуется трещина (металл хрупкий).
Механизмы к способы упрочнения металла

(Неметаллические включения - макро- и микрочастицы в металлах и сплавах - оксиды, силикаты, сульфиды, нитриды, образуются в результате раскисления или окисления металла.)
Кроме того, в примесях скорость движения дислокаций значительно ниже, В металле скорость движения дислокации равна скорости движения звука в металле. Атомы примеси могут двигаться в основном только за счет диффузии, а эта скорость незначительна и очень сильно зависит от температуры.
Таким образом, ясны механизм и пути повышения прочностных и пластических свойств стали. Чтобы увеличить прочность стали, необходимо затормозить дислокации в их движении. (Пластическая деформация - необратимое движение дислокаций.)