Механизм пластической деформации

Пластическая деформация металла при обработке металлов давлением

Механизм пластической деформации

Любой металл является кристаллическим телом, с правильным расположением атомов в кристаллической решетке. При затвердевании жидкого металла образуются кристаллы правильной геометрической формы и правильным внутренним строением. При дальнейшем росте, кристаллов, происходит встреча с соседними зернами, что приводит к изменению внешней геометрической формы, она становится неправильной. Такие кристаллы называются зернами, Рисунок 7. Соприкосновение зерен происходит по кривым линиям. Прослойка, проходящая между зернами, надежно скрепляет эти зерна между собой. Многочисленными исследованиями выявлено, что разрушение металла происходит чаще всего не по границам зерен, а по самим зернам, то есть по плоскости скольжения кристаллов.

Рисунок 7 - Схема образования кристаллических зерен металла и границ между зернами .

Если воздействовать на образец (в данном случае мы рассматриваем растяжение образца из мягкой низкоуглеродистой стали) внешней силой, образец начнет деформироваться (Рисунок 8). Удлинение образца, на участке ОА, происходит пропорционально нагрузке. Если снять нагрузку, в пределах этого участка, то образец примет свою первоначальную форму и размеры. Такая деформация называется упругой или обратимой.

Рисунок 8 - Диаграмма растяжения образца малоуглеродистой стали.

Увеличивая нагрузку на образец, после достижения упругой деформации, которая соответствует точке А, приращение деформации не будет пропорционально увеличению нагрузки, участок АС, и удлинение образца возрастает в большей степени, чем увеличение нагрузки. Дальнейшее увеличении нагрузки приводит к разрушению образца (точка С). Если мы снимем нагрузку в пределах кривой АВ, то образец останется деформированным и не примет своих первоначальных форм и размеров.

Деформация, при которой тело после снятия нагрузки не возвращается к своей прежней форме и не восстанавливает своих первоначальных размеров, но не теряет своей целостности, называется пластической деформацией. Состояние тела при этом называется пластическим.

Очевидно, что для начала пластической деформации необходимо преодолеть упругие свойства металла. Отсюда следует, что всякой пластической деформации предшествует упругая деформация. Основное назначение процессов ОМД – пластическая деформация металлов с приданием им требуемой формы и размеров. Для этого к металлу прикладывают такое внешнее давление, которое создает в нем так называемое предельное внутреннее напряжение, вызывающие изменение формы металла (течение в направлении меньшего сопротивления), но не нарушающие связи между частицами, т.е. не вызывающие разрушений.

При упругой деформации атомы смещаются из положения устойчивого равновесия, причем это смещение очень небольшое и оно не превышает расстояния между атомами.

При пластической деформации атомы смещаются на значительные расстояния, превышающие расстояния между атомами в кристаллической решетке, и занимают новое положение устойчивого равновесия. Вследствие этого меняются также механические и физические свойства металла. Пластическая деформация возможна тогда, когда металл обладает пластичностью, то есть металл деформируется без разрушения.

На ряде опытов было показано, что деформация происходит путем ряда сдвигов вдоль определенных плоскостей, называемых плоскостями скольжения. При сдвиге этих плоскостей на поверхности образуются следы, называемые линиями скольжения.

Плоскости скольжения обычно совпадают с плоскостями действия максимальных касательных напряжений и составляют с направлением действия внешнего усилия угол около 45°.

Пластическая деформация может начаться тогда, когда в металле будет создано определенное напряженное состояние. При этом касательные напряжения на плоскостях скольжения достигнут определенной предельной величины и будут способны преодолевать внутреннее сопротивление на плоскостях скольжения и по границам зерен металла.