Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Деформация металлических кристаллов
33
§ 9* Гексагональные металлы. Геометрическое рассмотрение
В этом параграфе мы рассмотрим «идеальное» поведение гексагональных металлов на примере кадмия, цинка и магнля. При комнатной температуре кристаллы этих металлов дефорлгируются в основном путем скольжения по базисной плоскости, так что на большей части процесса деформации действует только одна систедіа скольжения. Вид кривой напряжение — деформация очень сильно зависит от ориентировки базисной плоскости относительно оси растялгения до деформации,
что определяет в значительной степени величину пластической деформации, испытываемой кристаллом до разрушения.
В § 7 настоящей главы было показано, что в кристалле, подвергаемом растяжению, плоскость скольжения поворачивается таким образом, что направление сколь-
жения приближается к оси растя- а ff 6
жения. Чем больше возможный
поворот плоскости скольжения, ф и г- 2Л7* ТРИ ориентировки базисной НЛО-
скости.
тем больше будет результирующая пластическая деформация. Очевидно, что кристалл, ориентированный так, как показано на фиг. 2.17, а, будет давать наибольшую пластическую деформацию, тогда как кристалл с ориентировкой, показанной на фиг. 2.17, в, совершенно не способен к сколь-жению по базисной плоскости; в случае ориентировки, соответствующей фиг. 2.17, б, приведенное напряжение сдвига максимально, а сдвиговая деформация имеет умеренную величину.
Как было показано выше, отношение длины кристалла после деформации It к первоначальной длине I0 определяется через углы Xo и X1;
h = 'sin Xo . I0 sin xi '
отсюда можно видеть, что кристалл с подходящей ориентировкой (с большим углом Xo) может удлиниться на несколько сотен процентов, прежде чем величина Xi достигнет предельного низкого значения. Наиболее ярким геометрическим следствием протекания больших пластических деформаций по одной системе скольжения является то, что первоначально круглое поперечное сечение кристалла постепенно становится эллиптическим (фиг. 2.14), а при очень больших деформациях кристалл может даже превратиться в тонкую полоску. Для кристаллов цинка и кадмия подходящих ориентировок можно получить удлинения на 200—40096 при комнатной температуре и даже еще большие деформации при повышенных температурах.
В выражении для приведенного напряжения сдвига (2.1) подразумевается, что как в начале пластической деформации (напряжение T0), так и на любой ее стадии (напряжение т) приложенное растягивающее напряжение для кристаллов разной ориентировки изменяется в широких пределах ири одинаковой деформации. Это означает, что для предельных значений углов X необходимы значительные растягивающие напряжения, чтобы достичь требуемого приведенного напряжения сдвига в неблагоприятно ориентированной базисной плоскости (как, например, фиг. 2.14, а н 6"). В этих условиях часто происходит скольжение по другим плоскостям — пирамидальным или призматическим, или двойникование (гл. 4 и 8); поэтому поведение таких кристаллов нельзя просто связать с характерными особенностями кристаллов, деформируемых исключительно путем скольжения
34
Глава 2
по базисной плоскости. В общем «идеального» поведения можно ожидать для кристаллов с величиной угла %0 в интервале 10—80°.
Дальнейшее усложнение возникает вследствие поворота плоскости скольжения во,время пластической деформации. Допустим для простоты, что деформационное упрочнение отсутствует и кристалл все время деформируется при критическом приведенном напряжении сдвига T0. Тогда, используя выражения (2.1) л (2.2), мы можем записать уравнение кривой напряжение — деформация в виде
где d = Zi/Z0. Если для упрощения предположить, что X0 — %0? то можно получить серию кривых напряжение — деформация для различных значений
Фиг. 2.18. Теоретические кривые напряжение — деформация (принято X0 = Xo) [If.
угла между плоскостью скольжения и осью растяжения Xo (фиг. 2.18). Эти кривые отражают, конечно, анизотропию напряжения течения для растяжения, но они показывают также, что по достижении предела текучести деформация часто идет при уменьшенном напряжении, причем чем больше хо, тем больше падение напряжения. Очень большое падение напряжений в интервале углов X0 от 45 до 80° легко понять, поскольку в случае-кристалла с первоначальным расположением базисной плоскости почти нормально оси растяжения для достижения T0 по плоскости скольжения требуются высокие растягивающие напряжения. Однако, когда начинается деформация, базисная плоскость поворачивается во все более благоприятное положение, при котором приведенное напряжение сдвига становится выше, так что растягивающее напряжение, необходимое для продолжения дефор^ мации, уменьшается. На практике такое падение напряжения часто маскируется процессом деформационного упрочнения; однако для гексагональных кристаллов с низкой точкой плавления (и малым упрочнением при комнатной температуре) при подходящих ориентировках оно наблюдается. Это явление называется «геометрическим разупрочнением», поскольку оно обусловлено изменением геометрии кристалла и не отражает структурного-разупрочнения металла. Оно встречается также для монокристаллов сплавов, которые часто наряду с высоким напряжением течения характеризуются малым деформационным упрочнением.
