Двойникование – процесс поворота одной группы атомов относительно другой без разрыва связей между соседними атомами.

Физические основы обработки металлов давлением.

При обработке металлов давлением в условиях приложении внешней нагрузки - Р, вызывающей напряжения меньше предела текучести в металле возникает упругая деформация.

σ < σт ε_упр

Упругая деформация – обратимая деформация, характеризующаяся восстановлением формы заготовки после снятия нагрузки.

Механизм упругой деформации – смещение одной группы атомов относительно другой на расстояние меньше, чем межатомное расстояние – связи между атомами не нарушаются.

F

F

Атомы до приложения нагрузки занимают исходное положение – белые кружки. При приложении нагрузки часть атомов смещается в положение показанные черными кружками. После снятия нагрузки атомы возвращаются в исходное положение – деформация исчезает.

При увеличении нагрузки до напряжений больше предела текучести в металле начинает развиваться пластическая деформация- ε_пл.

σ > σт ε_{упр +} ε_пл

Пластическая деформация – необратимая деформация, характеризующаяся тем, что после снятия нагрузки заготовка не приобретает первоначальную форму, а ее размеры изменяются на величину пластической деформации.

Пластической деформации всегда предшествует упругая деформация.

Механизмы пластического деформирования

СКОЛЬЖЕНИЕ ДВОЙНИКОВАНИЕ

Скольжение – процесс поступательного перемещения одной группы атомов относительно другой по разделяющей их плоскости на величину кратную межатомному расстоянию – связи между атомами периодически разрываются и возникают снова, но уже с другими атомами.

Двойникование – процесс поворота одной группы атомов относительно другой без разрыва связей между соседними атомами.

В результате этого поворота происходит необратимое изменение формы заготовки.

Основным механизмом пластической деформации является скольжение, двойникование происходит при ударных нагрузках и термической деформации.

Скольжение развивается по определенным кристаллографическим плоскостям. Установлено, что плоскостью скольжения является кристаллографическая плоскость с более плотной упаковкой. Данное обстоятельство объясняется тем, что в этих плоскостях атомы расположены на более близком расстоянии, чем атомы, разделенные данной плоскостью, а, следовательно, и силы взаимодействия атомов будут больше.

У металлов с ОЦК кристаллической решеткой плоскостью скольжения является плоскость 1 – 2 - 3' - 4'

Системы скольжения в металлах с ГЦК (а), ОЦК (б) и ГПУ (в) решетками.

Плоскости наиболее легкого скольжения заштрихованы

На практике было установлено, что напряжения необходимые для пластического деформирования металла в 1000 раз меньше, чем напряжения необходимые для деформирования идеального кристалла.

Так, например, теоретическая прочность железа 52000МПа – практическая 250Мпа. Усы карбида кремния имеют прочность – 22000МПа.

Данное обстоятельство объясняется тем, что реальные кристаллы имеют несовершенства кристаллической структуры – дислокации. Наличие дислокаций приводит к тому, что сдвиг происходит не одновременно всех атомов, а только атомов, расположенных у дислокации, которая последовательно смещается на границу кристалла.

При отсутствии внешнего воздействия силы между атомами 1, 2, 3 сбалансированы и дислокация неподвижна. При приложении нагрузки F атом 2 смещается вправо и занимает новое положение. Дислокация сместилась влево и т.д. до выхода ступеньки на границу кристалла.

Схема смещения атомов при наличии дислокации

Справка: плотность дислокаций в отожженном металле 10⁶ см^-2

При большой степени деформаций плотность может достигать – 10¹² см^-2.