Преимущественная ориентировка зерен и текстура
По мере развития групповых сдвигов (деформации) возрастает число кристаллов (зерен) раздробленных на мелкие блоки мозаики. При этом зерна ориентируются в направлении наиболее интенсивного течения металла.
Определенная ориентировка вытянутых в результате пластической деформации зерен называется полосчатостью микроструктуры. Ориентирован-ные и вытянутые зерна обеспе-чивают металлу волокнистую структуру, а неметаллические включения при этом дают строчечную микроструктуру. Волокнистое строение обеспечи-вает различные механические свойства в разных направлениях, т.е. так называемую механи-ческую анизотропию.
У образцов 1, 2 и 3 различные механические свойства.
временное ударная вязкость
сопротивление
(предел прочности)
Вытянутость кристаллов устраняется отжигом, а строчечность – деформацией в направлении, перпендикулярном первоначальному.
Одновременно с изменением формы зерен при деформации происходит поворот их кристалл-лографических плоскостей до совпа-дения с направлением действия .
Преимущественная ориентировка кристаллографических плоскостей зерен поликристалла называется текстурой. Она характеризует кристаллографическую анизотропию, следовательно, в результате пластиче-ской деформации поликристалл становится подобным монокристаллу. Текстура в процессе отжига металла устраняется лишь частично, т.е. это явление неполностью обратимо.
Анизотропия проявляется в технологических процессах ОМД. Например, при вытяжке из листового металла деталей.
На краевой части стаканчика образуется волнистая поверхность (фестоны), как результат неодинаковых значений механических свойств металла вдоль и поперек листа (). Это приводит к увеличению отходов при обработке.
Деформация поликристалла осуществляется в результатах формоизменения каждого зерна (внутрикристаллитная деформация) и перемещение или поворот зерен относительно друг друга (межкристаллитная деформация). Поскольку пограничный слой в зернах прочнее самих зерен из-за большего искажения решетки вблизи границ зерен, то, чем мельче зерна, тем больше протяженность границ и выше прочностные свойства поликристалла, т.е. мелкозернистые металлы прочнее крупнозернистых.
При холодной пластической деформации межзеренная деформация нежелательна, т.к. приводит к разрушению связи между зернами.
Изменение энергии металла при деформации.
Макро- и микронапряжения
Работа, затрачиваемая на пластическую деформацию, выделяется в металле в виде тепла. В результате неравномерной деформации зерен в поликристалле часть израсходованной на формоизменение энергии аккумулируется в деформируемом металле. С повышением степени деформации до некоторого значения накопленная в металле энергия увеличивается, а затем остается постоянной и является потенциальной энергией упругого смещения атомов в кристаллической решетке от их равновесного положения. Возникающие при этом напряжения стремятся возвратить атомы в исходное положение. Таким образом, механическая энергия накапливается в металле в виде остаточных напряжений.
Напряжения, уравновешивающиеся в объемах, соизмеримых с размерами образца, называются макроскопическими остаточными напряжениями.
Напряжения, уравновешивающиеся в объеме одного зерна или меньшем, называются микроскопическими остаточными напряжениями.
Таким образом неравномерность деформации приводит к появлению остаточных напряжений.
Эффект Баушингера
Если металл подвергнуть пластической деформации растяжением, затем снять нагрузку и после этого снова подвергнуть растяжению, то предел пропорциональности несколько увеличится по сравнению с исходным значением. Если же образец предварительно подвергнуть сжатию, то предел пропорциональности его при растяжении уменьшится. Это явление называется эффектом Баушингера, который формулируется так: предварительная пластическая деформация металла растяжением приводит к увеличению предела пропорциональности при повторном растяжении и уменьшению его при сжатии и, наоборот, предварительная пластическая деформация металла сжатием приводит к увеличению предела пропорциональности при повторном сжатии и уменьшению его при растяжении.
Эффект Баушингера является результатом существования микроскопических остаточных напряжений, которые вызваны неоднородной пластической деформацией. Если после растяжения образца подвергнуть его сжатию, то зерна с остаточными сжимающими напряжениями, возникшими при предварительном растяжении образца, уменьшают внешнюю нагрузку для достижения пластической деформации сжатия.