Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Р. Хоникомб
Кембридж, 1968
Автоионная микрофотография иридия.
Округлые области являются выраженными кристаллическими гранями. Линия AB — граница :нфна, светлые пятна (О) — внедренные атомы кислорода; в области D видна дислокации. Увеличение несколько миллионов.
Глава 1
ВВЕДЕНИЕ
Вероятно, наиболее характерным свойством металла является пластичность, или способность претерпевать большую деформацию без разрушения. Это свойство было весьма полезным даже для наших отдаленных предков, -когда они открывали месторождения природного золота или меди, а также случайно находили железные метеориты. Действительно, золото, которое является наиболее пластичным из металлов, уже много столетий назад проковывалось в тончайшие листы. В то время как практические знания о формоизменении металлов простираются в глубь тысячелетий, наше понимание • физических явлений, связанных с деформацией, развилось только в течение последних сорока лет. Некоторые из основных принципов были объяснены, но многие сопутствующие явления требуют еще значительных дальнейших исследований, прежде чем они будут поняты до конца. Эта книга имеет целью обрисовать костяк излагаемого предмета, опираясь на известные факты и принципы, но в некоторых случаях автор не устоял от соблазна и привел теоретические соображения, основанные на непроверенных пред-лоложениях.
Если к металлической проволоке, подвешенной в какой-то фиксированной точке, прилагать возрастающую нагрузку, то будет происходить ее растяжение, которое полностью обратимо после удаления нагрузки. В этом случае говорят, что металл деформируется упруго и имеется линейное соотношение между напряжением о* и деформацией є, которое называется законом Гука E ~ а/г. Для любой данной нагрузки отношение напряжения ст к упругой деформации в есть постоянная величина Е, называемая модулем Юнга для •случая одноосного растяжения. Однако по достижении определенной нагрузки полного возврата деформации при разгружении не происходит, поскольку металл деформируется пластично, или необратимо. Определим напряжение .этого перехода как напряжение течения, или напряжение начального течения. Полная упругая деформация очень мала, так что преобладающей частью всей деформации является пластическая деформация. Инженеры при конструировании машин стараются избежать напряжений, сколько-нибудь близких к напряжении) течения, но металлурги при производстве и обработке металла должны работать в пластической области. В этой книге мы рассмотрим поведение металлов, начиная от напряжения течения до того момента, когда они полностью разрушаются, изучим основные механизмы явлений, которые позволяют успешно осуществлять такие операции, как прокатка, ковка, волочение и прессование.
В начале нынешнего столетия Розенхайн и Эвинг показали, что пластическая деформация металлов приводит к появлению на их поверхности множества параллельных микроскопических ступенек, называемых полосами ¦скольжения, которые позволили им предположить, что металл сдвигается вдоль полос наподобие карт при тасовании колоды. Эти ранние наблюдения ясно показали, что сдвиг осуществляется вдоль четко выраженных кристаллографических плоскостей в металле и следы скольжения изменяют свое направление на границах зерен. Однако провести детальное изучение ;на обычных металлических образцах было трудно, поскольку в одном зерне могут существовать несколько различных систем следов скольжения,
14
Глава 1
в связи с чем стала очевидной необходимость исследования поведения отдельных зерен или кристаллов. Только на этом пути можно было упростить изучение проблемы пластической деформации.
Несколько позднее, в 1910 г., Андраде открыл способ выращивания из расплава больших отдельных кристаллов; на этой основе затем Бриджмен разработал методику, которую он использовал для приготовления одинаковых по размерам монокристаллов многих металлов, перекрывающих широкую область возможных кристаллографических ориентировок оси образца. Этот способ сделал возможным детальное изучение пластической деформации металлических монокристаллов, и в период 1920 — 1934 гг. были проведены обширные экспериментальные исследования пластичности кристаллов.
Фундаментальные исследования деформации большинства обычных металлов привели к важным обобщениям, таким, как критерий критических скалывающих напряжений, и позволили точно установить принципы геометрии скольжения кристаллов. Было сопоставлено поведение металлов трех основных кристаллографических групп: гранецентрированных кубических, объемноцентрированных кубических и гексагональных плотно упакованных. Результаты этого периода интенсивных исследований суммированы в опубликованной в 1936 г. классической монографии Шмида и Боаса, посвященной пластичности кристаллов. В гл. 2 настоящей книги представлены классические экспериментальные результаты относительно деформации монокристаллов, а в гл. 4 этот вопрос рассматривается в свете данных более поздних исследований. После 1945 г. было выполнено много новых работ (в некоторых случаях на металлах значительно более высокой степени чистоты), что привело к видоизменению прежних представлений.
