2.7 Микроструктура деформированных поликристаллов
Увеличение напряжения сверх предела текучести и пластическая деформация поликристалла приводит к тому, что зерна получают вытянутую форму в направлении наиболее интенсивного течения металла. Определенная ориентировка вытянутых в результате деформации зерен называется полосчатостью микроструктуры (рис. 2.17).
Рисунок 2.17
Одновременно с изменением формы зерен в процессе деформации происходит поворот кристаллографических осей отдельных зерен в пространстве. На рис. 2.18 видно, что сдвиг по плоскостям скольжения должен приводить к смещению торцов образца. Но при растяжении образца торцы не смещаются, и сдвиг в этом случае возможен только при повороте плоскостей скольжения в направлении деформации растяжения.
Рисунок 2.18
Таким образом, при значительной деформации поликристалла возникает преимущественная ориентировка кристаллографических осей всех зерен, которая называется текстурой. Это приводит к анизотропии свойств поликристалла.
Разная ориентировка плоскостей скольжения в зернах поликристалла и связанная с этим разная величина упругой деформации, соответствующей началу пластической деформации в отдельных зернах, приводят при разгрузке к возникновению остаточных напряжений второго рода. На рис. 2.19 показаны два смежных зерна, по разному ориентированные в отношении действующей нагрузки. В слабом зерне, которое деформируется первым, уже прошла пластическая деформация, тогда как в сильном зерне деформация еще упругая.
Рисунок 2.19
При снятии внешней нагрузки в слабом зерне имеет место остаточная деформация, и ввиду сплошности тела оно не позволяет сильному зерну полностью снять его упругую деформацию. Следовательно, сильное зерно остается под действием остаточных растягивающих напряжений со стороны слабого зерна, тогда как на слабое зерно со стороны сильного действуют остаточные сжимающие напряжения.
Остаточные напряжения условно делятся на три рода. Напряжения первого рода уравновешиваются между отдельными частями тела (например, переход от деформированной части заготовки к недеформированной). Напряжения второго рода уравновешиваются между отдельными зернами поликристалла. Напряжения третьего рода уравновешиваются между отдельными группами атомов внутри зерна (например, дислокации).
Неодновременное включение зерен в пластическую деформацию и возникновение при разгрузке остаточных напряжений второго рода приводят к следующим особенностям деформирования.
Нелинейность зависимости деформации от напряжения при нагружении выше предела пропорциональности объясняется тем, что часть зерен начинает деформироваться пластически.
Упругое последействие, которое состоит в том, что образец под действием постоянной нагрузки, не превышающей предел текучести, с течением времени получает дополнительную деформацию, а после снятия внешних сил имеет некоторую остаточную деформацию, со временем уменьшающуюся или даже исчезающую. В данном случае в слабых зернах имеют место пробеги дислокаций сначала в одну, затем в другую сторону.
Релаксация напряжений, заключающаяся в том, что с течением времени убывает сила (напряжение), необходимая для поддержания постоянной деформации образца. Объясняется это тем, что в результате пробега дислокаций в слабых зернах доля упругой деформации убывает.
Упругий гистерезис — явление, характеризующееся тем, что линия нагружения на графике «сила–деформация» не совпадает с линией разгрузки, образуя петлю гистерезиса, которая характеризует энергию, выделяющуюся в процессе деформации в виде тепла.