При деформировании монокристалла дислокации перемещаются беспрепятственно на большие расстояния. Монокристалл не упрочняется, пластическая деформация велика без значительного роста действующих напряжений. Эта I стадия легкого скольжения (рис. 3.7) в кристаллах с ГПУ решеткой достигает 100 %, с ГЦК и ОЦК – 10–15 %. Плоскостями легкого сдвига в ГЦК металлах являются плоскости (111), в ОЦК металлах – плоскости (110), в ГПУ металлах – плоскости (0001).
Когда первичные системы легкого сдвига блокированы, начинается II стадия движения дислокаций (скольжение) по вторичным плоскостям На этой стадии происходит интенсивное упрочнение. Дислокации имеют короткий пробег вследствие взаимодействия с дислокационными барьерами. Для этой стадии характерна активная работа источников Франка-Рида (резко увеличивается плотность дислокаций). На III стадии деформации под влиянием возрастающего напряжения развивается поперечное скольжение винтовых дислокаций. Это приводит к частичной релаксации напряжений, аннигиляции дислокаций разного знака. Имеет место динамический возврат − уменьшение деформационного упрочнения.
При пластической деформации в реальных условиях в механизмах пластичности участвует скольжение по нескольким системам.
При деформировании поликристалла стадия легкого скольжения отсутствует (см. рис. 3.7). Достигнув границы зерна, дислокации останавливаются. Напряжения при скоплении дислокаций упруго распространяются через границу и приводят в действие источники Франка-Рида в соседнем зерне. Плоскости и направления скольжения в каждом зерне различны. Зерна деформируются неодинаково, так как ориентированы произвольно по отношению к приложенной нагрузке.
Пластическая деформация начинается в зернах, в которых плоскости скольжения совпадают или близки вектору максимальных касательных напряжений. Одновременно происходит смещение и поворот соседних зерен. Зерна вытягиваются в направлении пластического течения. Концентрация дефектов (дислокаций, вакансий, междоузельных атомов) внутри зерен возрастает. Дефекты затрудняют движение дислокаций: сопротивление деформации растет, пластичность – уменьшается. Явление упрочнения металла называют наклепом.
Внутри зерен дислокации сначала распределяются равномерно. При увеличении степени деформации более 40 % появляется ячеистая структура. Ячейки с размером 0,2–3 мкм свободны от дислокаций; границы ячеек – сложно переплетенные стенки дислокаций.
Текстура деформации. Механическая текстура – преимущественная ориентация зерен в направлении, перпендикулярном нормальным напряжениям (рис. 3.8, г), которая возникает при большой степени деформации. В холоднокатаном металле зерна сплюснуты в поперечном направлении и вытянуты в продольном. Кристаллографическая текстура − ориентация кристаллографических плоскостей и направлений в зернах относительно выбранных в пространстве.
Деформирование двухфазного сплава. Каждая фаза имеет свои плоскости скольжения и критические напряжения сдвига. Процесс деформирования зависит от количества и структуры второй фазы, характера ее распределения.
Когда дислокация наталкивается на когерентные частицы второй фазы, то она их перерезает или огибает. Небольшие когерентные частицы перерезаются дислокациями (рис. 3.9, а). Чем прочнее частицы, тем труднее они перерезаются. Большие частицы, находящиеся на значительном расстоянии, огибаются дислокациями с образованием петель.
Когда дислокация наталкивается на некогерентные частицы, то она их только огибает (рис. 3.9, б). Оставив вокруг частицы петлю, дислокация скользит в прежнем направлении. При возрастании напряжений число петель вокруг частиц увеличивается. Напряжение для продвижения дислокации между частицами растет, прочность металла увеличивается.
Разрушение металлов. Процесс деформации при высоких напряжениях заканчивается зарождением трещины и ее распространением через образец – разрушением. Если металл претерпевает перед разрушением упругую и значительную пластическую деформацию (более 30 %), то говорят о вязком разрушении. При отсутствии или незначительном развитии пластической деформации происходит хрупкое разрушение. Для хрупкого разрушения характерна острая, ветвящаяся трещина, вязкого – тупая, раскрывающаяся. Абсолютно вязкое разрушение характерно для сырой глины; абсолютно хрупкое – для алмаза. Большинству материалов присуще и вязкое, и хрупкое разрушение, разделение проводится по преобладанию того или иного вида. Механизм зарождения трещины одинаков (рис. 3.10). При скоплении дислокаций перед препятствием (границы зерна, межфазной границы, включения) возникают напряжения, достаточные для образования микротрещины.