Сущность и способы обработки металлов давлением

При упругой деформации происходит искажение кристаллической решетки металла с отклонением атомов, расположенных в узлах решетки, от положений их устойчивого равновесия.

Пластическая деформация отдельно взятого металлического кристалла может происходить путем скольжения или двойникования. Скольжение представляет собой последовательные перемещения дислокаций вдоль кристаллографических плоскостей. Дислокации представляют собой линейные дефекты кристаллической решетки вдоль прерванных плоскостей кристалла. При деформации кристалла перемещение его отдельных объемов происходит разновременно, а не сразу по всей плоскости скольжения. Дислокации смещаются последовательно микроскачками, при этом образуются новые дислокации. Таким образом, пластическая деформация кристалла скольжением складывается из множества микроскачков отдельных дислокаций по различным плоскостям скольжения.

Двойникование также является результатом движения дислокаций и представляет собой поворот части монокристалла относительно плоскости двойникования в зеркально обратное положение. После двойникования части кристалла оказываются симметрично расположенными относительно плоскости двойникования.

Пластическая деформация поликристаллических тел осложнена их многозернистым строением. Она начинается в отдельных зернах и складывается из пластического скольжения внутри зерен (внутрикристаллических сдвигов), поворотов, вытягивания и дробления зерен на более мелкие объемы (блоки) и ограниченных взаимных смещений зерен. Пластическое течение металла начинается в то время, когда касательные напряжения (напряжения, действующие в плоскости сдвига) достигают определенной величины, зависящей от свойств металла и условий деформации. Величина пластической деформации для горячего металла может быть весьма значительной, а для холодного возможна лишь в небольших пределах.

При обработке металлов давлением применяют холодное и горячее пластическое деформирование. Холодное пластическое деформирование вызывает образование первичной волокнистой микроструктуры металла с вытянутыми в направлении деформирования зернами и физическое упрочнение или наклеп металла в результате образования новых дислокаций, дробления зерен и искривления плоскостей скольжения. Наклеп характеризуется увеличением твердости и прочности металла и снижением пластичности. Повышение сопротивления деформированию металла при наклепе и падение его пластических свойств объясняются резким увеличением плотности дислокаций и исчерпанием возможностей их перемещений внутри кристаллов. Наклеп при холодной обработке давлением не позволяет осуществлять значительное деформирование в связи с опасностью разрушения металла. Его устраняют термообработкой — рекристаллизационным отжигом, при котором снижается плотность дислокаций и металл восстанавливает свои пластичность и остальные начальные свойства.

При нагреве холоднодеформированного металла вначале происходит снятие остаточных напряжений, искажений кристаллической решетки и взаимное уничтожение линейных дислокаций различных знаков из-за возросшей подвижности атомов. Это явление называется возвратом, так как оно вызывает частичный возврат прочностных и пластических свойств и снижение хрупкости металла.

При температурах нагрева выше 0,37Тпл, где Тпл — абсолютная температура плавления металлов, начинается процесс рекристаллизации, при котором происходит перерождение волокнистой микроструктуры, окончательное восстановление искаженной кристаллической решетки и физико-механических свойств металла. На границах старых, вытянутых зерен возникают новые центры кристаллизации в виде мельчайших кристаллов, постепенно растущих с повышением температуры и создающих равноосную структуру металла с пониженной плотностью дислокаций.