Деформация и разрушение металлов

При приложении к твердому телу усилий происходит его деформация – изменение формы, обусловленное отклонением атомов от равновесного положения.

Рис. 1.8. Схема деформирования металла при растяжении: а и б – участки упругой и пластической деформации, ×– разрушение

Если напряжения невелики, то деформация носит упругий характер. В этой области выполняется закон Гука: абсолютная деформация Δl прямо пропорциональна приложенному усилию Р (рис. 1.8). Сопротивляемость упругой деформации, т.е. жесткость материала при растяжении, характеризует модуль нормальной упругости Е (модуль Юнга), прямо пропорциональный tga. Модуль упругости определяется силами межатомных связей в кристаллической решетке деформируемого металла. При упругой деформации после снятия нагрузки атомы возвращаются в исходное положение и тело восстанавливает исходную форму и размеры.

Если при внешнем нагружении напряжения достигают критической величины, то деформация становится пластической вследствие интенсивного размножения и движения дислокаций. После снятия нагрузки тело не восстанавливает свою форму и размеры. По мере развития пластической деформации металл наклепывается. Под наклепом понимают совокупность изменений структуры и связанных с ними изменений свойств, вызванных пластической деформацией металла.

При достаточно большой степени деформации все зерна становятся напряженными; равноосные до деформации зерна поликристаллических металлов вытягиваются, образуя волокнистую структуру (рис. 1.9). Количество дефектов кристаллической решетки, и прежде всего дислокаций, возрастает на несколько порядков (см. рис. 1.6). Внутри зерен за счет роста числа дислокаций происходит интенсивное образование малоугловых границ и увеличение углов разориентировки субзерен. При большой степени деформации возникает преимущественная ориентация решеток зерен – текстура деформации, проявляющаяся в анизотропии свойств деформированных поликристаллических металлов.

С увеличением степени деформации увеличиваются твердость, предел текучести, электросопротивление, коэрцитивная сила и др.; уменьшаются пластичность, вязкость, коррозионная стойкость, магнитная проницаемость и др.

Рис. 1.9. Изменение формы зерен в результате деформации:

а – до деформации; б – после деформации

При дальнейшем увеличении приложенных напряжений процесс деформации заканчивается разрушением, которое может быть вязким или хрупким. Вязкое разрушение происходит после значительной пластической деформации; сопровождается поглощением большого количества энергии; проходит по телу зерен; имеет волокнистый, матовый излом. Хрупкое разрушение имеет малую энергоемкость; деформация мала и носит в основном упругий характер; излом светлый, грубокристаллический.