ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Формирование структуры при пластической деформации металла из "Теория обработки металлов давлением " Из множества работ, среди которых можно отметить [3, 4, 6, 8, 11, 19, 20], известно, что формирование структуры металлов во время процессов их обработки происходит на нескольких масштабных уровнях, поэтому для ее полного описания необходимо применять интегральные методы и интегральновероятностные характеристики. При этом следует иметь в виду, что структуры металлов не возникают сами по себе, для их формирования требуются определенные условия и энергозатраты. Величина диссипации энергии при структурообразова-нии будет рассмотрена далее в связи с деформационным упрочнением. Здесь же проанализируем структуры металлов, возникающие при пластической деформации, с позиций неравновесной термодинамики и определим степень их соответствия диссипативным структурам, рассмотренным в разделе 1.2. [c.32] Если металл нагрузить вновь и перевести его в пластическое состояние, которое описывается нелинейной зависимостью, например, а = Ото+схе , то в металле, как известно, начинается изменение структуры. Таким образом, требование нелинейности динамических уравнений, описывающих систему, удовлетворяется. [c.33] Во-вторых, деформируемый металл можно считать неизолированной термодинамической системой он обменивается энергией с окружающей средой, которой при пластической деформации является деформирующий инструмент. Если металл налипает на инструмент, он может быть признан открытой системой, если обмена массой нет - система закрытая. Как было показано ранее, формирование диссипативных структур возможно в открытых или закрытых системах. [c.33] В-третьих, образование структур при пластической деформации металлов происходит за счет кооперативного поведения элементов, составляющих систему. Известно, что процессы пластической деформации на микроуровне происходят кооперативно, поскольку перемещение дислокаций, миграция границ, ротации происходят при участии большого числа атомов - элементов системы. [c.33] В-четвертых, образование структуры происходит при значениях параметров системы, превышающих критические величина деформирующих напряжений должна превышать значение а ц. [c.33] О какой же конкретно структуре, возникающей во время пластической деформации, идет речь Приведем один из возможных сценариев формирования структуры деформированного металла на примере холоднокатаного рения (рис. 1.4). Условно разобьем процесс на отдельные стадии, но при этом будем все же помнить, что в силу вероятностного характера свойств различных микрообъемов при одной величине деформации в металле могу г возникнуть различные типы структуры. В связи с этим в металле нет резкой границы раздела стадий структурообразования, система плавно переходит от одного состояния к другому. Более резко отдельные стадии выделяются при деформации монокристаллов, но здесь мы будем рассматривать деформацию только поликри-сталлических тел. [c.34] Дислокационные ячейки разориентированы относительно друг друга, углы разориентации составляют, как правило, (0,1 0,2)°, причем они сохраняются как для соседних, так и для удаленных друг от друга ячеек, но находящихся в пределах одного зерна. Таким образом, при сформированной ячеистой структуре кристалл достаточно однороден по кристаллографической текстуре с точностью до 0,2° [6]. [c.36] Разориентация соседних объемов по обе стороны от вновь образованной границы может изменяться по ее длине за счет ответвлений от основной границы, которые постепенно гасятся между отдельными дислокационными ячейками. [c.37] Когда в кристалле совершается поворот отдельных объемов на угол 0, это можно интерпретировать как прохождение по кристаллу дисклинации с вектором Франка, равным углу поворота 0, но противоположным по знаку. Прохождение дисклинации иллюстрирует рис, 1,5,6, соответствующий микрофотографии на рис, 1,4,в. Таким образом, взаимный разворот отдельных областей кристалла развивается вдоль осей разворотов со, что еще раз подчеркивает сходство с развитием складки на ткани. [c.38] Мощность дисклинационного разворота (0 или определяется мощностью дислокационных зарядов и Ар , связанных с величиной и особенностями пластической деформации, а также со свойствами кристалла плотностью дефектов, упругими характеристиками, кристаллографией скольжения и др. [c.38] Для описания ротационной пластичности можно использовать теорию катастроф, которая является составной частью теории структурообразования в неравновесных термодинамических системах [1]. Появление в металле подобного дефекта, похожего на складку, описывается катастрофой 1-го рода, которая и называется катастрофа складки . [c.38] Таким образом, ротационную пластичность можно уподобить появлению турбулентных вихрей в жидкостях. Начало ротаций в металле свидетельствует о появлении нового механизма деформации, который присущ новому структурному состоянию. Он возникает на фоне затухания дислокационного механизма, но работать без подпитки, которая задает начальный упругий разворот за счет градиентов плотности дислокаций Ар Ар не может. [c.38] Образование подобных границ отмечалось исследователями неоднократно, например, в работах [6, 26]. Эти границы, как и упругие дислокационные границы поворота, могут обрываться в кристалле (зерне) за счет испускания менее мощных упругих границ разворота. Термодинамическую выгодность такого качественного изменения структуры материала рассмотрим далее, а к моменту смены механизма пластической деформации будем обращаться еще не раз. [c.39] Иногда говорят, что система - деформируемый металл, претерпев ряд структурных изменений, от исходного хаотического состояния прошла через клубковую (жгутовую) структуру, ячеистую структуру, фрагментированную структуру и достигла хаотического состояния на новом энергетическом уровне. [c.39] Металл исчерпал весь резерв структурных состояний, и на общем фоне появились трещины как признак деградации системы, которые развиваются вдоль границ фрагментов, т.е. границ деформационного происхождения. [c.39] в процессе пластической деформации металл реагирует на вынужденное формоизменение, включая постепенно, последовательно различные механизмы деформации и образуя при каждом значении деформации определенный тип структуры. Можно отметить, что каждому значению деформирующих напряжений и деформационного упрочнения соответствует вполне определенный тип структуры данного металла. Этот факт поможет нам в дальнейшем установить взаимосвязь между значением структурной энтропии и величиной деформационного упрочнения. [c.39] Особенности могут состоять и в наличии еще одного дополнительного механизма деформации, например, за счет обратимых мартенситных превращений, могут проявляться и на окончательной стадии - при разрушении. И тем не менее, сценарий един -чем дальше от равновесия, чем больше степень пластической деформации, тем сложнее структура и выше деформационное упрочнение. [c.40] Вернуться к основной статье