» » Пластическая деформация поликристалла
21.12.2014

Промышленный металл - поликристалл, его деформация неравномерна. Зерна, которые образуются в процессе кристаллизации из расплава, могут «меть неодинаковый химический состав. Между зернами имеются границы, вблизи которых свойства зерен отличаются от внутренних частей. Это межзеренное вещество содержит примеси, неметаллические включения, которые вытесняются при росте зерна к периферии, другая фаза металла и др. Кроме того, у границ скапливаются дислокации, которые тормозятся и образуют дополнительное силовое поле.
Таким образом, имеется неоднородность свойств не только от зерна к зерну, но и внутри каждого зерна. Следовательно, деформируемость разных участков металла различна,
Пластическая деформация поликристалла

Деформация поликристалла осуществляется в результате деформации каждого отдельного зерна и взаимного перемещения зерен относительно друг друга.
Зерна в отожженном металле расположены хаотически - тело квазиизотропно. Ho сами зерна ввиду кристаллического строения имеют четко выраженную анизотропию. Возможные плоскости скольжения расположены под разными углами по отношению к направлению действующих сил (см. рисунок - плоскости скольжения обозначены штриховкой). В зернах 1 деформация будет происходить в первую очередь, так как плоскости скольжения в них расположены под углом 45°.
Пластическая деформация поликристалла

Касательное напряжение в плоскости скольжения и в направлении скольжения при растяжении монокристалла силой P можно определить из следующего выражения:
Пластическая деформация поликристалла
Пластическая деформация поликристалла

Чтобы началась пластическая деформация при линейном напряженном состоянии, необходимо, чтобы σ1 = σт → τ = τкр - касательные напряжения достигают критического значения.
Пластическая деформация поликристалла

При постоянном значении касательного напряжения (τкр = const) существующая зависимость σт = f(Θ) показывает, что для осуществления пластической деформации минимальное растягивающее напряжение будет приложено в зернах с плоскостями скольжения, ориентированными под углом 45° к направлению растяжения.
Таким образом, для зерен 2 и 3, в которых плоскости скольжения соответственно перпендикулярны и параллельны относительно прикладываемой нагрузки, невозможно осуществить пластическую деформацию.
Следовательно, в поликристалле деформация распределяется крайне неравномерно.
Следует отметить, что поликристалл имеет обычно несколько различно ориентированных плоскостей скольжения, поэтому какая-нибудь из них плоскость располагается удовлетворительно по направлению действия сил, но на осуществление пластической деформации по неосновной плоскости (менее плотно упакованной атомами) требуются значительные затраты энергии.
Пластическая деформация поликристалла

Степень неравномерности деформации тем выше, чем меньше систем скольжения имеет данный металл (совокупность плоскостей и направлений скольжения).
Продеформированные зерна оказывают дополнительные усилия на недеформированные зерна, что заставляет последние поворачиваться, располагаясь более благоприятно к направлению действия сил, и они начинают пластически деформироваться. При этом происходит дальнейшее упрочнение металла.
Пластическая деформация поликристалла

В процессе пластической деформации наблюдается изменение ориентировки зерен, неупорядоченная структура становится упорядоченной, образуя текстуру. Зерна вытягиваются в направлении деформации, анизотропия отдельных зерен совпадает и поликристаллическое тело превращается из изотропного в анизотропное (в различных направлениях металл имеет различные свойства, что особенно важно для листового проката).
Следует отметить, что процессы внутризеренной деформации протекают значительно легче, чем по границам зерен и межзеренная деформация, так как за счет ликвации (неодновременное затвердевание и скопление по границам зерен примесей) по границам зерен кристаллизуется более хрупкая и твердая составляющая фаза, скапливаются неметаллические включения, примеси, дислокации и т.д.