Пластичность металла

«Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Еще М. В. Ломоносов более двух веков назад отнес способность металла деформироваться к его главным отличиям. Не обладай металлы столь важным и полезным свойством, дающим возможность осуществлять прокат и штамповку, волочение и гибку, вытяжку и высадку, ковку и чеканку, трудно сказать, как бы развивалась цивилизация, какими бы путями шло развитие техники.

Проблема создания новых технологических процессов, связанных с формообразованием металлов, интересует конструкторов и технологов практически всех отраслей промышленности. Интерес этот не случаен — прогрессивные способы изготовления изделий позволяют значительно повысить производительность труда, снизить расход металла, улучшить их качество.

Тем более удивительно, что, веками изучая металл, человек не познал до конца механизм пластичности. И только последние десятилетия, благодаря достижениям науки, столь распространенный  материал начал постепенно раскрывать секреты, таящиеся в недрах его кристаллической решетки.

Со школьной скамьи нам известно, что в миллиардах кристаллов, из которых состоит любой металлический предмет, идеальную кристаллическую решетку найти так же трудно, как иголку в стоге сена. Подавляющее большинство реальных кристаллов имеет те или иные дефекты — нарушения периодичности расположения атомов.  Почти в каждом из них можно найти или «чужой» атом, или не заполненное атомом место — вакансию, или своеобразное линейное нарушение — дислокацию. Последняя — результат искажения структуры решетки, граница между сдвинутой и несдвинутой частями кристалла. Именно дислокации и оказывают наибольшее влияние на прочность и пластичность кристаллической структуры.

Дислокаций (линейных микроскопических дефектов) в каждом кристаллике множество. В одном кубическом сантиметре металла суммарная длина дислокаций (плотность дислокаций) равна фантастической цифре — миллионам километров. Пока металл не нагружен, дислокации в его кристаллах ведут себя вполне миролюбиво: спокойно располагаются на своих местах или, в крайнем случае, колеблются относительно некоего нейтрального положения. Но стоит приложить к металлу внешнее усилие, создать даже небольшое, в несколько граммов на квадратный миллиметр, давление, как мириады дислокаций приходят в движение. Начинается массовая передислокация дислокаций. Причем в зависимости от направления и величины внешнего воздействия скорость их движения может достигать 105 см/с.

Перемещение каждой дислокации можно рассматривать как элементарный акт пластической деформации. Перемещение же массы дислокаций дает нужный нам эффект изменения формы металла. Несколько упрощая общую картину, можно сказать: чем больше дислокаций, т. е. чем больше линейных дефектов в кристаллах, тем пластичнее металл.

До недавнего времени теория дислокаций достаточно полно объясняла специфику процесса деформации. Никого не удивляло, что, например, для мягкого железа теоретический, применительно к случаю идеальный кристаллической решетки, предел текучести (величина нагрузки, при которой начинается пластическая деформация) равен примерно 1 300 кгс/мм2, а в действительности он почти в 100 раз меньше. Никуда не денешься — дислокации!

14 Ноябрь 2012 Опубликовано в Ковка вокруг нас

Комментирование закрыто.