Рлс. 2.6 Сдвиг одиой части монокристалла железа по другой

Рис. 2.7. Дефекты атомной решетки

ггш ш

Рис. 2.8. Дислокации

а - краевая, б - винтовая

Рис. 2.9 Сьпзь между числом дислокаций п и напряжением сдвига %

Рис. 2.10. Схема сдвига одиой части поликристалла по другой

- аб -

Если при сдвиге одной части идеального кристалла по другой необходимо преодолеть силы межатомного сцепления между всеми атомами по плоскости скольжения, то в кристалле с нарушенной структурой перемещение происходит за счет смещения отдельных групп атомов (см. рис. 2.8, а) и требуемое усилие значительно меньше.

Прочность монокристалла зависит от плотности дислокаций (количество дислокаций на единицу объема) - рис. 2.9. С увеличением числа дислокаций прочность кристалла (зерна) падает. При дальнейшем увеличении числа дислокаций возникают препятствия для их перемещения и прочность увеличивается.

Для повышения прочности материалов можно идти по двум направлениям: первое - уменьшение числа дефектов кристаллической структуры и приближение к идеальной структуре; второе - направленное изменение кристаллической решетки и повышение плотности дислокаций, например с помощью легирования, предварительной пластической деформации и т. д.

Работа поликристалла железа. Пластическое течение поликристалла железа происходит под воздействием касательных напряжений путем сдвига по отдельным зернам - кристаллам (рис. 2.10). В железе каждое из зерен имеет разное ориентирование кристаллической решетки, что затрудняет общий сдвиг одной части образца по другой. Затруднение сдвигу создают и границы зерен, где атомнля решетка искажена и имеются отложения разных включений. Поэтому сопротивление пластическим деформациям у железа, состоящего из большого числа зерен, выше, чем у отдельного монокристалла (зерна). Хаотичное ориентирование громадного количества зерен приводит к тому, что в упругой стадии такой материал работает как изотропный (однородный во всех направлениях). При переходе же материала в пластическое состояние при хаотичном расположении зерен всегда находятся плоскости, по которым действуют наибольшие касательные напряжения и большинство зерен на которых расположено благоприятно для сдвига. По этим отдельным плоскостям и происходит наиболее интенсивное пластическое течение. Между плоскостями интенсивного течения материал находится или в упругом состоянии, или слабо затронут пластичностью.

Работа стали. Большое препятствие образованию сдвигов в зернах феррита создают в стали более прочные зерна перлита (см. рис. 2.2), поэтому прочность стали значительно выше прочности чистого железа.

Работу, например, углеродистой стали СтЗ при растяжении (в зависимости от ее структуры) можно представить в следующем виде (рис. 2.11, кривая в). В первой стадии до предела пропорциональности Опц происходят упругие деформации, пропорциональные действующим напряжениям, - это стадия упругой работы. Деформации удлинения в этой стадии материала происходят только в результате упруговозврати-мого искажения атомной решетки. Поэтому после снятия нагрузки образец (изделие) принимает первоначальные размеры.

При дальнейшем увеличении нагрузки дислокации начинают скапливаться около границ зерен феррита, что способствует появлению отдельных сдвигов в зернах ферр.ита; пропорциональность между напряжениями и деформациями нарушается - деформации начинают расти быстрее напряжений (участок между Стпц и стт). Последующее увеличение напряжений способствует увеличению количества и развитию линий сдвига в зернах феррита, которые приводят к развитию больших деформаций изделия (образца) при постоянных напряжениях - к образованию площадки текучести. Этой стадии пластического течения отвечают напряжения предела текучести. Протяженность площадки текучести у стали марок СтЗ и других малоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей составляет примерно 1,5-2 %. Развитие деформаций происходит в результате упругого деформирования и больших необратимых сдвигов по плоскостям скольжения зерен феррита. Поэтому после снятия нагрузки упругая часть деформаций возвращается (линия разгрузки идет параллельно линии нагрузки), а необратимая остается, приводя к остаточным деформациям. Дальнейшее развитие деформаций изделия (образца) затрудняется более прочными и

2 « <f а w .12 li, 1ф 20 гг гч гес

возвратные деформации ~Остаточнь1е /Реформации -Полные дегрормации

Ряс. 2.tl. Диаграмма растяжения стали и образование шейкн в обраэде

"Л?""*" железа; б - поликристалл железа; в -сталь обычной прочности (типа ВСтЗ)з г-стальповышениой прочности (типа 09Г2С; ЮХСНД); d-сталь выс5кой прочиости (тиа юилф, 1212СМФ И др.); слева - разорванный образец из стали обычной прочиости

Рве. 2.12. Фрагмент микроструктуры стали в месте прохождения линии (плоскости) сдвига

Рис. 2.13. Линии интепсияиого течения

справа-линии течения в двутавре; слева - плоскости шгастнч ческого течения