Серпімді және пластикалық деформация

Серпiмдi және пластикалық деформацияның жүру сарыны физикалық тұрғыдан бір – біріне ұқсамайды. Серпімді деформация туындаған металдың микроқұрылымы өзгемейді, кристалл торындағы атомдар тепе-теңдік күйден ауытқып арақашықтықтары өзгереді. Деформация тудырған күшті тоқтатқан кезде орын ауыстырған атомдар бастапқы тепе-теңдік күйіне оралады.

а) б) в)

г) д)
а) бастапқы құрылым; б) серпімді деформация; в) серпімді және пластикалық деформация; г)- сырғып деформацияланған құрылым; д)- қосарланып деформацияланған құрылым.

Пластикалық деформация тудыратын күштердің мөлшері деформациялау температурасы мен оның жылдамдығына байланысты. Пластикалық деформацияға қажетті күш температура көтерілген сайын азаяды. Деформациялау жылдамдығы артқан сайын пластикалық деформациялау процесі қиындай түседі.

Металдың пластикалық деформацияға бейімділігі оның өте маңызды және пайдалы қасиеттерінің біріне жатады. Мұндай қасиеті жоқ металды қысыммен өңдеу – илемдеу, сымдау, соққылау, штамптау және басқадай басып өңдеу мүмкін болмас еді.

Пластикалық деформацияға ұшырамаған бұйымның қирауына аз мөлшердегі күш те жеткілікті болады.

Металдар көбінесе түскен күштің әсерінен ығысуға емес созылуға немесе сығылуға қарсылық көрсетуге бейімді. Сондықтан пластикалық деформация процесін кристалдардың бір бөлігі атомдардың ең тығыз орналасқан кристаллографиялық жазықтықтардың бойымен екінші бөлігінен әрі қарай сырғыйды немесе ығысады деп қарау керек. Сырғу кезінде кристалдық торлар бастапқы қалпын өзгертпей сақтайды. Пластикалық деформация сырғудан басқаша қосарланып жүруі де мүмкін.

Қосарлану деформациясы сырғу деформациясы сияқты жылжу арқылы жүреді, тек қана кристалдың сырғып ығысқан бөлігі, ығыспаған бөлігінің айнадағы кері бейнесіндей қайырылып отырады (4.1 сурет, д).

Қосарлану деформациясын тудыратын жылжу кернеуі жоғары болу керек, ол көбінесе сырғып деформациялануға мүмкіндік болмаған жайларда байқалады. КЦК, БЦК торларында қосарлану деформациясы тек төмен температурада және түскен күштің жылдамдығы өте жоғары болса ғана байқалады. Қосарланып деформациялану көбінесе гексагональді тығыз торларда (Ti, Mg, Zn) кездеседі. Гексагональды тығыз тордан тұратын металдардың созымталдығы төмен болғандықтан илемдеуге, штамптауға жарамайды.

4.2 Морт және тұтқыр қирау
Материалдың деформациялануының соңғы кезеңіне – қирау жатады. Қатты дененің қирауын термиялық, радиациялық, коррозиялық және басқадай туындаған күштердің әсерлерінен оның бөлшектерге бөліну процесі деп түсінуге болады.

Металл материалдарының қирауы көптеген факторларға байланысты: қорытпаның химиялық құрамына, түйіршіктердің мөлшеріне, күштің түсу шартына, температураға байланысты болады. Пластикалық деформация дәрежесіне қарай қирауды негізінен морт және тұтқыр қирау деп ажыратады. Дислокациялардың әсерінен пайда болған экстражазықтықтар бір-бірімен қосылып, оның астында жарықшалар туындайды. Туындаған жарықшалардың дамуына күш жұмсалса, ондай сыну тұтқыр деп аталады.

1 2 3 4

б)
а) сынық түрлері: 1- морт; 2 – 3 – аралас; 4 – тұтқыр. б) микрофракто-граммалар (солдан оңға қарай) тұтқыр, морт, интеркристалды морт сынық (х5000).

4.3– сурет. Болат сынықтары
Егер жарықшаның туындауы бірден оның қирауына әкеліп соқса, ондай сыну морт деп аталады. Морт сыну кезінде атомаралық байланыстың үзілуі қирау жазықтығына перпендикуляр болады, демек жыртылады немесе опырылады. Қирау микрожарықша туындаған қандайда бір ақаудан басталады. Әрі қарай дамыған жарықша шекті өлшеміне жетеді де, сонан соң жарықшаның өздігінен өсуі екпінді процесске айналады. Мұндай жарықшалардың бет жағында пластикалық деформация мүлдем болмайды.

Тұтқыр қирау кезінде атомаралық байланыстың үзілуі жылжу немесе сырғанау арқылы жүреді. Сырғанау жазықтығы түсетін күштің бағытына 45⁰ бұрышымен орналасқан. Тұтқыр қирауға жұмсалатын энергия морт қирауға жұмсалатын энергиядан көп болу керек. Мұндағы энергия жарықшаның дамуының алдында пайда болатын пластикалық деформацияға жұмсалады. Жарықшаның өсу жылдамдығы морт қираудан әлдеқайда төмен.

Қираудың түрі сынық бетінен анықталады. Тұтқыр сынған бет талшықты, күңгірт болса, морт сынған бет жылтыр, түйіршіктері біркелкі жазық орналасады. 4.3- суретте 1- морт (жарық) сынық, металдың беті біркелкі жазық және жылтыр; 4- талшықты (күңгірт) сынық, металдың беті кедір-бұдыр талшықты. Электронды микроскоп арқылы зерттелген сынықтың жұқа құрылымын 4.3,б - суреттен көруге болады.

Бір металдың өзі тұтқыр және морт сынуы мүмкін. Қирау түріне кристалдық тор типтері, химиялық құрамы, түйіршіктердің өлшемі тетіктердің пішіндері мен өлшемдері, тілікшелер мен ақаулардың болуы, түсетін күштердің жылдамдығы мен шарттары, әсіресе температурасы сияқты көптеген факторлар әсерін тигізеді. Көптеген металдар температураның өзгеруіне байланысты тұтқыр сынудан морт сынуға ауысады.

Тұтқыр сынудан морт сынуға ауысу температурасы суыққа сынғыштық табалдырығы (t_п.х.немесе Т₅₀) деп аталады.
4.3 Деформацияның металдың қасиетіне тигізер әсері
Металды деформациялау дәрежесі артқан сайын оның деформацияға қарсылық көрсетер қасиеттері: беріктігі (_в), аққыштығы (_0,2), қаттылығы (HВ), электркедергілiгi көтеріледі де, тығыздығы, тотқа шалдықпау қабiлетi, созымталдық қабілеті (δ) төмендейді. Металдың пластикалық деформациялануға қабілеті илемдеу, сымдау, соққылау, штамптау сияқты технологиялық процестермен өңдеуге мүмкіндік береді, пайдалану сенімділігін арттырады.

Пластикалық деформация процесі кристалл торларындағы ақаулар санының көбеюімен, жылжу жазықтықтарының қисаюымен, кристаллиттердің сынықтарының пайда болуымен, басқа құрылым өзгерістерімен қатар жүреді. Осының бәрі дислокациялардың орын ауыстырып отыруына кедергі тудырып, олардың жинала беруіне және бір-бірімен байланысуна әкеліп соғады. Металдың созымталдығының төмендеп, беріктігінің нығаю себебі осында.

Деформацияланған металдың түйіршіктері түскен күштің бағытына сәйкес қалыптасуы кезінде талшықтық құрылым түзіледі. Өте үлкен дәрежеде деформацияланған металдың кристалдары кеңістікте бірдей бағыттылуын деформациялық текстура деп атайды.

4.4-сурет. Пластикалық деформацияның металл құрылымына әсері.

Қыздыру температурасын жоғарылатқанда деформациядан кейінгі талшықты құрылымының орнында жаңадан тепе-тең кристалдардың пайда болуы қайта кристалдану немесе екінші кристалдану деп аталады.

Қайта кристалдану температурасы (Т_р) Бочвар А.А. формуласымен анықталады:

Қайта кристалдану температурасынан төмендегi деформация суықтай деформациялау деп аталады. Суықтай деформацияланған металдың берiктiгi артады. Суықтай деформация арқылы металдың беріктігін нығайту тойтару деп аталады.

Қайта кристалдану температурасынан жоғары температурада жүретін деформация ыстықтай деформациялау деп аталады. Ыстықтай деформациялау кезінде металдың берiктiгi көтеріледi, бiрақ бұл температурада жүретін қайта кристалдану процесi оны жартылай немесе толығымен жойып отырады

Қайта кристалдану кезінде металдың беріктігі σ_в, әсіресе аққыштық шегі σ_0,2 күрт төмендеп, металдың созымталдығы δ көтеріледі.

Қайта кристалданудан кейінгі дислокация тығыздығы 10¹⁰ – 10¹² –ден 10⁶– 10⁸ см² – дейін төмендейдi, тойтарылған ұсақ түйіршікті металл мен қорытпалардың беріктігі және тұтқырлығы көтеріңкі болады. Түйіршіктердің мөлшері қайта кристалдану температурасына, деформация дәрежесіне, қорытпаның құрамына, кірмелердің болуына т.б. байланысты қалыптасады. Деформация дәрежесі асқан сайын түйіршік мөлшері кішірейеді.