2. Упругая и пластическая деформация

Деформацией называется изменение форм и размеров тела под действием напряжений. Деформация, возникающая при сравни­тельно небольших напряжениях и исчезающая после снятия нагрузки, называется упругой, а сохраняющаяся — остаточной или пластической. При увеличении напряжений деформация может заканчиваться разрушением.

Упругая и пластическая деформация в своей физической основе принципиально различаются друг от друга. При упругой дефор­мации происходит обратимое смещение атомов из положений равновесия в кристаллической решетке. Упругая деформация не вызывает заметных остаточных изменений в структуре и свой­ствах металла. После снятия нагрузки сместившиеся атомы под действием сил притяжения (при растяжении) или отталкивания (при сжатии) возвращаются в исходное равновесное положение и кристаллы приобретают первоначальную форму и размеры. Упру­гие свойства материалов определяются силами межатомного взаимодействия.

В основе пластической деформации лежит необратимое пере­мещение одних частей кристалла относительно других. После снятия нагрузки исчезает лишь упругая составляющая деформа­ции. Пластичность, т. е. способность металлов перед разрушением претерпевать значительную пластическую деформацию, является одним из важнейших свойств металлов. Благодаря пластичности осуществляется обработка металлов давлением. Пластичность позволяет перераспределять локальные напряжения равномерно по всему объему металла, что уменьшает опасность разрушения.

Для металлов характерно большее сопротивление растяжению или сжатию, чем сдвигу. Поэтому процесс пластической деформа­ции обычно представляет собой процесс скольжения одной части кристалла относительно другой по кристаллографической пло­скости или плоскостям скольжения с более плотной упаковкой атомов. В результате скольжения кристаллическое с троение перемещающихся частей не меняется и остается прежним (рис. 35).

Другим механизмом пластической деформации является двойникование. Как и скольжение, двойникование осуществляется за счет сдвига, однако в этом случае происходит сдвиг части кри­сталла в положение, соответствующее зеркальному отображению (рис. 36). При деформации двойникованием напряжение сдвига выше, чем при скольжении. Двойники обычно возникают тогда, когда скольжение по тем или иным причинам затруднено. Деформация двойникованием обычно наблюдается при низких температурах и высоких скоростях приложения нагрузки, так как в этих случаях для скольжения необходимо высокое напряжение сдви­га. Двойники более характерны для металлов с ГП-решеткой (Ti, Mg, Zn).

В соответствии с дислокационной концепцией процессы скольжения и двойникования осуществляются не одновременным сдвигом одной атом­ной плоскости относительно другой, а последовательным перемещением дислокаций в плоскости сдвига. Благодаря тому, что для переме­щения дислокаций требуются значительно меньшие усилия, чем для жесткого смещения атомных плоскостей, фактическое напря­жение сдвига значительно меньше теоретического.

Величина напряжения, необходимого для осуществления пла­стической деформации, зависит от скорости деформирования и тем­пературы. С увеличением скорости деформирования достижение заданной деформации требует больших напряжений, а при повы­шении температуры значение необходимых напряжений сни­жается. Таким образом, пластическая деформация является терми­чески активируемым процессом. При понижении температуры предел текучести большинства металлов растет. Наиболее сильно он увеличивается в металлах с ОЦК- и ГП-решеткой. Металлы с ГЦК-решеткой имеют значительно более слабую зависимость предела текучести от температуры.