6. Наклеп

Вернемся к рассмотрению зависимости между напряжением и деформацией (рис. 41). Если нагрузка не превысила точки А (условный предел текучести), то после ее устранения изменений в металле не произойдет, но если нагрузка превысила предел текучести и напряжения, например, были равны то после снятия нагрузки останется деформация, равная а. Если затем опять нагружать металл, то способность его к пластической деформации уменьшится, предел текучести повысится до значения т. е. чтобы вызвать пластическую деформацию, следует приложить большие напряжения. Это значит, что металл стал прочнее. Упрочнение металла под действием пластической деформации называется наклепом, или нагартовкой.

Рис. 65. Изменение прочности в зависимости от плотности дислокаций (высокопрочная сталь)

Из сказанного выше уже известно, что пластическая деформация осуществляется путем перемещения дислокаций.

Пара движущихся дислокаций порождает сотни и сотни новых, в результате этого плотность дислокаций повышается, что и приводит к упрочнению (повышению предела прочности) — рис. 65.

График изменения механических свойств в зависимости от степени пластической деформации меди и алюминия показан на рис. 66. По мере увеличения степени деформации (уменьшения поперечного сечения) предел прочности растет, а относительное удлинение (б) падает. Пластическая деформация вносит существенные изменения в строение металла.

Кристаллическая структура пластически деформированного металла характеризуется не только искажением кристаллической решетки, но и определенной ориентировкой зерен — текстурой.

Беспорядочно ориентированные кристаллы под действием деформации поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации.

С увеличением деформации степень текстурованности возрастает и при больших степенях деформации достигает 100 %, т. е. все зерна оказываются одинаково ориентированными.

Не следует думать, что в результате деформации зерно измельчается. В действительности оно только деформируется, сплющивается и из равноосного превращается в неравноосное (в виде лепешки, блина), сохраняя ту же площадь поперечного сечения.

Многочисленные сдвиги демонстрируют смещение одной части кристалла относительно другой, протекающие по описанному выше дислокационному механизму. Они хорошо видны на полированном (до деформации) металле и часто именуются линиями Чернова—Людерса (см. рис. 42).

Рис. 66. Изменение механических свойств меди (а) и алюминия (б в зависимости от степени пластической деформации

Такой характер пластического течения приводит к изменению внутризеренной структуры — дробятся блоки мозаики с одновременным увеличением степени их разориентировки.

Возрастает величина внутренних напряжений, ограниченных (локализованных) малыми объемами.

С увеличением деформации уменьшается плотность металла. На рис. 67 приведены результаты опытов по определению плотности разорванного образца чистого железа. После разрыва в месте шейки (участок 9) деформация была максимальной, а у головки (участок 1) почти отсутствовала. По мере приближения к более деформированным участкам плотность уменьшается.

Уменьшение плотности при большой степени пластической деформации обусловлено образованием пор внутри и между зернами (так называемая деструкция).

Начало заметного уменьшения плотности начинается при определенной величине деформации и на кривой растяжения может быть отмечена определенной точкой, которую обозначили буквой (см. рис. 41).

Таким образом, пластическая деформация вызывает изменение внутреннего строения зерна и его формы, а после определенной ее величины и уменьшение плотности из-за образования несплошностей (пор).

Рис. 67. Изменение плотности в зависимости от степени пластической деформации образиа, подвергнутого растяжению