Деформация металлов

Деформация металлов

ДЕФОРМАЦИЯ МЕТАЛЛОВ, изменение под действием сил формы и размеров данного объема металла. Эти изменениям, м. б. упругими, если после прекращения действия сил объем металла принимает первоначальную форму, и остаточными, если металл после прекращения действия сил останется в измененном (деформированном) виде. При деформации металлов в горячем состоянии (выше температуры рекристаллизации) механические свойства металла не изменяются, а при деформации металлов в холодном состоянии это явление сопровождается изменением механических свойств. Величина усилия (выраженная в кг/мм2), производящего начало остаточной или пластической деформации металла, называется пределом упругости данного материала. Механизм деформации одного металлического кристалла в условиях выше предела упругости (пластическая деформация металла) был изучен Полани (Polanyi) и его сотрудниками в 1923 г. Пластическая деформация кристалла всегда происходит так, что часть кристаллографических определенных плоскостей и направлений сдвигаются друг относительно друга.

При малой симметрии, как, например, у цинка, это скольжение происходит по одной плоскости. Положение этой плоскости на деформированном кристалле выражается рядом эллипсов (эскиз, 2) и у Zn имеет место при нагрузке 36 г/мм2 при 15° (по Заксу). На фиг. 1 (образец [а] сделан круглым из одного кристалла Zn) можно себе ясно представить этот механизм деформации растяжением одного кристалла, где большая стрелка указывает большую ось эллипса скольжения, а малая -  направление силы, поворачивающей слой кристалла.

Деформация металлов

Т. о., деформация кристалла не совпадает с направлением деформирующего усилия (фиг. 2), поэтому деформированный кристалл (фиг. 1, б) принимает не круглую, а эллиптическую форму.

Деформация кристалла не совпадает с направлением деформирующего усилия

Если образец состоит из нескольких (немногих) кристаллов, то аналогичная деформация металла происходит с каждым кристаллом, и деформированный образец имеет неправильную внешнюю форму (эскиз, 1). Технические металлы все состоят из очень многих кристаллов, но каждый из них деформируется самостоятельно, и при наступлении усилия, превосходящего предел упругости, каждый кристалл разбивается на параллельные плоскости по спайностям, видимым на эскизах, 3, 4 и 5, и называемые линиями сдвигов. На этом основании Фремон предложил следующий метод определения предела упругости. Изготавливается конической формы полированный образец (фиг. 3) и подвергается некоторому напряжению, превосходящему предел упругости в тонкой цилиндрической части, где появятся на полированной поверхности линии сдвигов, но так как напряжение не превосходит предела упругости в другой, толстой части образца, то на конусе в некотором месте между тонкой и толстой частями появится граница этих линий сдвигов.

Изготавливается конической формы полированный образец  и подвергается напряжению

Зная нагрузку и измерив диаметр образца у этой границы, можно определить величину σЕ. На эскизах, 6 и 7, приведены микрофотографии деформированного участка и границы между деформированным и не деформированным. Из рассмотрения фиг. 4 (опыты Чохральского, 1923 г. и Оберхоффера, 1916 г.) следует, что, чем меньше размер кристаллов, составляющих образец, тем правильнее форма деформируемого металла.

Опыты Чохральского, 1923 г. и Оберхоффера, 1916 г.

Наиболее мелкокристаллический образец дает: 1) большую прочность, 2) большую однородность, т. е. большую надежность механических качеств; поэтому современная техника применяет гл. обр. металлы мелкокристаллической структуры, которые обладают наибольшим упругим сопротивлением деформирующему действию механических усилий. Деформированный (наклепанный) металл (остаточная деформация) обладает более высоким пределом упругости, чем он имел до деформации, - отсюда применяется иногда очень неподходящее название - усиление металла (Verfestigung). Например, при уменьшении площади сечения железной (С ~0,07%) проволоки на 96,5% при холодной протяжке свойства изменились следующим образом (в %):

Deformac metallov 5

Мы считаем название усиление (Verfestigung) материала деформацией при температуре ниже рекристаллизации неподходящим потому, что такой металл обладает ничтожным сопротивлением удару. В технике, однако, метод деформации на холоде применяется для раздробления кристаллов, а хрупкость, возникшая при этом, уничтожается термической обработкой, - например, патентированием проволоки (см. Волочение). Следует указать, что кристаллы металла, деформированного на холоде (наклепанный металл), обладают способностью вблизи температуры рекристаллизации сливаться вместе, образуя очень крупные кристаллы (эскизы, 8 и 9), т. е. наклепанный металл при низкой температуре нагрева приобретает структуру, характеризующуюся очень низкими механическими качествами, особенно на удар; поэтому холодная обработка должна сопровождаться правильной термической обработкой, после которой металл может получить очень высокие механические качества.

Деформация металлов

Деформация металлов

Деформация металлов

 Деформация металлов

Деформация металлов

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.