Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

так как в этом случае у металла увеличивается способность к обра­ зованию плоскостей скольжения при незначительных касатель­

ческого) сжатия, тем больше при одинаковых температурных и ско­ ростных условиях пластичность металлов. С. И. Губкин объяс­ няет это явление тем, что объемное сжатие затрудняет межкристаллитную деформацию, значительное проявление которой спо­ собствует разрушению. Следовательно, пластичность металла воз­ растает с уменьшением роли растягивающих напряжений. При резании металлов в зоне пластической деформации элементарные объемы металла подвергаются гидростатическому сжатию с нало­ жением напряжений сдвига.

Рис. 4. Схема влияния главных напряжений на пластичность П и сопротивление деформации С

Легкость, с которой осуществляется деформация металла, сильно зависит от того, насколько направление действующих сил совпадает с направлением плоскости возможного сдвига. Дефор­ мация облегчается, когда срезающая сила параллельна плоскости сдвига. В гранецентрированной кубической решетке сдвиг про­ исходит в плоскости, перпендикулярной пространственной диаго­ нали куба. Плоскости подобного рода можно провести в четырех разных направлениях и, следовательно, деформация осуще­ ствляется сравнительно легко, так как всегда какая-либо из плоскостей кристалла окажется близко расположенной к направ­ лению действия сил. Труднее деформируются металлы с гекса­ гональной решеткой, тзк как здесь сдвиг может происходить в единственной плоскости основания призмы.

Пластичность металла зависит от степени равномерности его структуры. В нем могут быть концентраторы и антиконцентра­ торы напряжений как микроскопического, так и макроскопиче­ ского характера. Микроскопические включения, прочность кото­ рых меньше прочности окружающего фона, например графито­ вые включения в феррите, будут концентраторами напряжений и потому очагами первых линий сдвигов. Концентраторы напря­ жений ослабляют металл и, следовательно, графитовые или какие-либо неметаллические включения должны ослаблять фер­ рит. В случае резания последнее обстоятельство способствует дроблению стружки, как это, например, имеет место при обра-

9

ботке стали с повышенным содержанием серы, фосфора (авто­ матные стали) или чугуна; при этом трещины в стружке распро­ страняются от одного неметаллического включения к другому. На­ оборот, включения, которые более прочны по сравнению с матри­ цей, являются антиконцентраторами, так как увеличивают проч­ ность металла. К ним относятся, например, зерна цементита1 в фер­ рите, твердые межкристаллитные, интерметаллидные включения, прочность которых выше прочности окружающего фона.

4.ЯВЛЕНИЯ НАКЛЕПА

Как было указано, наблюдаются два вида пластической дефор­ мации; чаще имеет место деформация, обусловленная скольже­ нием. Она не является однородной; значительное смещение при сдвиге происходит вдоль нескольких далеко отстоящих одна от другой плоскостей скольжения, в то время как промежуточные объемы почти не подвергаются деформации. При этом скольжение начинается лишь тогда, когда напряжение сдвига в соответствую­ щем направлении достигнет определенной критической величины.

При двойниковании, наоборот, незначительные смещения (ме­ нее чем на постоянную решетки) испытывает каждая из многих соседних кристаллографических плоскостей. По завершении про­ цесса деформации деформированная часть кристалла оказывается зеркальным отражением недеформированной части, что и было причиной введения термина д в о й н и к о в а н и е [40]. Оба вида пластической деформации связаны с перемещением в кри­ сталлической решетке особого типа несовершенства структуры, известного под названием дислокации. Ими обусловлены низкие экспериментальные скалывающие напряжения сравнительно с рас­ считанными теоретически.

Дислокации

На рис. 5, а показана краевая дислокация. Схематически изображен простой кубический кристалл, в котором верхний атомный слой в левой части плоскости скольжения хдвинулся на одно межатомное расстояние; в правой части плоскости сколь­ жения этого не произошло. Граница между этими двумя частями

гаемым сплошным сквозным и действительным сдвигами при наличии дислокаций.

Таким образом, дислокация представляет собой линейный дефект кристаллической структуры, положение которого отме­ чается «лишней» вертикальной атомной плоскостью в верхней половине кристалла (рис. 6). Вблизи дислокации искажение структуры наибольшее. Простая краевая дислокация неогра-

10

н и ж н е й п о л о в и н е Q — р а с т я ж е н и е

Рис. 7. Движение дислокации в процессе сдвига; верхняя поверхность образца смещается, вправо

11

ничейно простирается в плоскости скольжения в направлении, нормальном траектории скольжения.

Механизм перемещения дислокации и сопутствующее скольже­ ние схематически иллюстрируются на рис. 7. Когда атомы, расположенные по одну сторону от плоскости скольжения, пере­ мещаются относительно атомов на другой стороне, то часть ато­ мов в плоскости скольжения будет отталкиваться своими соседями

этому внешняя сила, необходимая для перемещения дислокации, будет очень малой. Таким образом, наличие дислокаций делает кристалл очень пластичным. Перемещение через кристаллы крае­ вой дислокации можно уподобить перемещению складки по ковру;

Произвольную дислокацию можно считать состоящей из отрез­ ков, имеющих краевую и винтовую компоненты. Следовательно, скольжение тончайших слоев металла при пластической дефор­ мации происходит не вдоль всей кристаллической плоскости, а заключается в ряде последовательных смещений отдельных участков решетки, облегчаемых наличием изъянов в строении, т. е. смещением атомов и свободными местами (дислокационная теория деформации).

При каждом смещении (сдвиге) искажаются кристаллогра­ фические плоскости решетки и образуется большое количество обломков, способствующих восстановлению сцепления и тем самым прекращению сдвига на соответствующем участке. Даль­ нейшее повышение нагрузки вызывает скольжение в следующей плоскости и как следствие — такое же упрочнение и т. д. В ре­ зультате возрастает сопротивление деформации со стороны ме­ талла, т. е. уменьшается способность его к дальнейшей пласти­ ческой деформации. Это явление называется упрочнением или наклепом. Подобный наклеп вызывается лишь холодной дефор­ мацией; при высокой температуре (выше температуры рекристал­ лизации) он невозможен.

12