2.3. Изменение свойств металлов при холодной пластической деформации

В результате холодного пластического деформирования изменяют-

ся механические и физические свойства металла.

Часть работы, затраченной на холодную пластическую деформацию, поглощается металлом, остальная ее часть рассеивается в виде теплоты. Накопленная в металле энергия, а это 5-10% от общей работы, затраченной на деформацию, расходуется на образование дефектов кристаллического строения: плотность дислокаций возрастает до 10¹¹-10¹³ см/см³, повышается также концентрация вакансий; и на упругие искажения решетки.

По мере увеличения степени деформации дислокационная структура металла изменяется. Это связано с тем, что уже в процессе деформации металл стремится уменьшить накапливающуюся в нем энергию. Понижению энергии способствует упорядоченное расположение дислокаций, что выражается в образовании ячеистой структуры. Границы ячеек в таких струкуктурах представляют собой объемные сплетения дислокаций, тогда как внутри каждой ячейки плотность дислокаций относительно низкая.

Повышение концентрации вакансий в деформированном металле ускоряет диффузию и приводит к уменьшению плотности в нем. Однако, с течением времени эти избыточные вакансии постепенно исчезают, «стекая» на дислокации и границы зерен.

С увеличением степени пластической деформации возрастают твер-дость и прочностные свойства металла (предел прочности возрастает в 1,5-3 раза, пределы упругости и текучести - в 3-7 раз), а показатели пластичности и ударной вязкости падают. На рис.8 представлены данные некоторых механических свойств пластически деформированного технического железа.

Упрочнение материала в процессе деформации называют наклепом.

Упрочнение при холодной пластической деформации объясняется увеличением плотности дислокаций и образованием их сплетений, формированием ячеистой структуры. Сплетения дислокаций, являясь барьером для скольжения «свободной» дислокации, затрудняют их движение и делают материал менее пластичным и более прочным.

Теория дислокаций дает следующую зависимость между пределом текучести _т и плотностью дислокаций :

_т = _о +  b G√, (2)

где _о - предел текучести до упрочнения (в отожженном материале),  -коэффициент учитывающий вклад других механизмов торможения дислокаций, b - вектор Бюргерса, G - модуль сдвига,  плотность дислокаций.

Текстура деформации обусловливает анизотропию свойств, обычно нежелательную, но иногда направленно развиваемую. Так, прочность деформированного зерна в направлении прокатки в 1,5-2 раза больше, чем в перпендикулярном направлении.

Неоднородность деформации в объеме металла служит причиной появления остаточных напряжений I рода - как растягивающих, так и сжимающих.

Таким образом, в результате пластического деформирования металл приобретает крайне неравновесное, термодинамически нестабильное состояние.

Рис.8. Зависимость механических свойств технического железа

от степени пластической деформации