Особенности деформации поликристалла
В поликристалле отдельные кристаллиты или зерна произвольно ориентированы в пространстве. При нагружении поликристаллического тела пластическая деформация начинается прежде всего в зернах с благоприятной ориентировкой плоскостей скольжения. Остальные зерна при этих напряжениях деформируются лишь упруго. Но в процессе деформации они поворачиваются и также вовлекаются в процесс пластического деформирования. Зерна при этом вытягиваются в направлении действия нагрузки. Направленная ориентация зерен создает соответствующую ориентацию кристаллографических плоскостей. В поликристалле после значительной деформации появляется анизотропия свойств. Направленная ориентация кристаллографических плоскостей в поликристалле создает текстуру металла. Листовые изделия с определенной текстурой, т. е. с большой долей зерен, имеющих одинаковое и определенное направление кристаллографических плоскостей, широко используются в производстве. Текстурованность металла может быть использовала также для улучшения геометрических и технологических свойств готовых, например штампованных, деталей.
В связи с тем что разные зерна деформируются по-разному, взаимодействие зерен приводит к возникновению дополнительных внутренних напряжений в металле. После разгрузки внутренние напряжения взаимно уравновешиваются и в готовом изделии остаются в виде остаточных напряжений. При повторном нагружении они складываются с напряжениями от действующей нагрузки. При их совпадении по направлению и знаку предел текучести достигается при меньших внешних нагрузках, чем положено для данного металла, и разрушение может наступить раньше, чем принято в расчетах.
Взаимодействие основных и остаточных напряжений объясняет и известный деформационный эффект, который называется эффектом Баушингера. Суть его состоит в том, что при нагружении образца нагрузкой одного знака например растяжением, получается одно значение предела текучести, а при последующем нагружении нагрузкой противоположного знака (сжатием) предел текучести снижается. Действительно, благоприятно расположенные зерна при растяжении деформируются сильнее, чем менее благоприятные. При разгрузке металла эта группа зерен получит остаточные напряжения сжатия, а менее деформированные зерна — напряжения растяжения. При последующем сжатии образца остаточные сжимающие напряжения складываются с напряжениями сжатия, и предел текучести достигается при меньших внешних нагрузках.
Пластичность металла также зависит от наличия остаточных напряжений в металле. В отдельных зернах (с растягивающими остаточными напряжениями) пластичность снижается, а появление микротрещин в этих зернах будет началом разрушения всего металла. Следовательно, остаточные напряжения снижают пластичность металла в целом.
Остаточные напряжения в поликристалле опасны также при их релаксации, которая сопровождается ползучестью. При хранении на складе или при эксплуатации металлических изделий, особенно при повышенной температуре, остаточные напряжения самопроизвольно разряжаются и убывают (релаксация), приводя к некоторой деформации и короблению (ползучесть) изделия. Остаточные напряжения в готовых изделиях необходимо устранять путем отжига и за счет правильного выбора режима деформирования металла.
Отмеченные выше процессы играют решающую роль при деформации внутри кристаллита или зерна. Существенное значение имеют также отличные от дислокационного механизмы пластической деформации, такие как двойнико- вание, повороты областей внутри зерна друг относительно друга. Большую роль играет также межкристаллитная и межзеренная деформация. Химический состав и структура зерна, неправильное расположение атомов на границах зерен, ограниченные возможности движения атомов по границам и наличие здесь различных примесей — все это оказывает большое влияние на характер скольжения дислокаций и дислокационных структур, т. е. на пластичность и прочность поликристалла. Заклинивание зерен при деформации, появление различных обломков, наличие нерастворимых примесей способствуют увеличению предела текучести металла, т. е. его упрочнению (наклепу). Как правило, при этом снижается пластичность металла.
