Пластическая деформация монокристаллов и поликристаллов. Изменение структуры и свойств при пластической деформации

На начальной стадии пластической деформации монокристалла осуществляется движением дислокаций по одной системе плоскостей – стадия легкого скольжения. Дислокации на этой стадии перемещаются сравнительно беспрепятственно на большие расстояния, обеспечивая прогрессивную деформацию без значительного роста действующих напряжений (стадия I деформационного упрочнения). После этого начинается стадия множественного скольжения - движение дислокаций в двух и более системах, на этой стадии после значительной деформации дислокационная структура металла сильно усложняется и плотность дислокаций увеличивается. Сопротивление их движению сильно возрастает и для их продвижения напряжение должно резко возрасти (стадия II деформационного упрочнения) Под влиянием все возрастающего напряжения развиваются поперечное скольжение винтовых дислокаций, т.е. скольжение с переходом из одной разрешенной плоскости скольжения в другую. Это приводит к частичной релаксации напряжений, аннигиляции отдельных дислокаций разного знака и группировке дислокаций в объеме ячейки, внутри которых плотность дислокаций меньше, чем в стенах ячеек. Наступает III стадия деформации, когда происходит так называемый динамический возврат, который приводит к уменьшению деформационного упрочнения.

Пластическая деформация поликристаллов. Пластическая деформация поликристаллического металла протекает аналогично деформации монокристалла путем сдвига или двойникования. Так как плоскости и направления в каждом зерне различные, то сперва скольжение идет в более благоприятно ориентированных зернах. В отличии от монокристалла движение дислокаций препятствует границы зерен, поэтому первая стадия деформационного упрочнения отсутствует, а во второй стадии деформационного упрочнения - коэффициент упрочнения выше.

С ростом степени холодной пластической деформации усиливаютсяпрочностные свойства металла (увеличиваются пределы прочности и текучести, твердость), а пластические свойства ослабевают (уменьшаются относительное удлинение и сужение, ударная вязкость). Холодная пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической решетки металла — образованием новых дислокаций, дроблением зерен, их сплющиванием и удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате искажений кристаллической решетки и появления остаточных напряжений изменяются физико-химические свойства металла, например уменьшаются электро- и теплопроводность. В результате холодной деформации в металле возникают также преимущественная ориентировка (текстура) и анизотропия свойств, т. е. их неоднородность в зависимости от направления преимущественного течения металла. При неполной холодной пластической деформации с нагревом чистого металла до температур (0,25...0,30) Tпл, где Tпл – абсолютная температура плавления, одновременно с процессом упрочнения металла возникает явление, называемое отдыхом или возвратом. Оно обеспечивает частичное снятие остаточных напряжений, небольшое восстановление пластических свойств и повышает сопротивление металла коррозии.При неполной горячей пластической деформации с нагревом чистого металла до температуры свыше 0,47Tпл одновременно с процессом упрочнения протекает процесс рекристаллизации — зарождение и рост новых зерен взамен деформированных. После деформации в микроструктуре металла наблюдаются рекристаллизованные (равноосные) и нерекристаллизованные (вытянутые) зерна металла.
При горячей пластической деформации, совершающейся при температуре, превышающей температуру рекристаллизации, в металле протекают одновременно процессы упрочнения и разупрочнения. Если за время деформации рекристаллизация произойдет полностью, то вызываемого упрочнением изменения свойств металла не произойдет. Скорость процесса разупрочнения, вызванного рекристаллизацией, значительно меньше скорости процесса упрочнения. В результате рекристаллизации металл в процессе горячей обработки несколько разупрочняется и стремится приобрести равноосную неориентированную структуру.