Deformarea plastica a agregatelor policristaline

Deformarea plastica a agregatelor policristaline

Procesul de deformare plastica a corpurilor policristaline se compune din urmatoarele faze:

- deformarea plastica a grauntilor cristalini (schimbarea formei si a dimensiunilor acestora), adica deformarea intracristalina a policristalului;

- deplasarea relativa a grauntilor, denumita si deformare intercristalina a policristalului.

Principalul mecanism de deformare ramane si in cazul policristalelor, alunecarea. Intr-un agregat policristalin, alunecarea este blocata la limitele grauntilor care poseda orientari diferite. Limitele grauntilor pot servi fie la cresterea rezistentei mecanice, fie chiar la scaderea acesteia, in functie de temperatura, de viteza de deformare si de gradul de puritate. Astfel, la temperaturi sub 0,5 T (temperatura de topire in K) si la viteze de deformare relativ ridicate, limitele grauntilor maresc rezistenta, in timp ce la temperaturi inalte si la viteze mici de deformare (fluajul), deformarea se localizeaza chiar la limita grauntilor. Cresterea rezistenfei la agregatele policristaline se considera ca se datoreaza in primul rand faptului ca limitele grauntilor reprezinta bariere pentru alunecari, precum si faptului de importanta hotaratoare ca in acest caz cerintele de continuitate intre graunti la deformare, introduc moduri complexe de comportare in interiorul fiecarui graunte. Cu ajutorul microscopiei electronice s-a putut observa ca dislocatiile se concentreaza in lungul planelor de alunecare la limitele grauntilor. Aceste grupari (aglomerari) de dislocatii produc contratensiuni care se opun generarii unor noi dislocatii de catre sursele Frank-Read in interiorul grauntilor.

Datorita orientarii diferite a planelor de alunecare, in grauntii corpului policristalin (graunti cu orientare arbitrara in spafiu), la solicitarea acestuia cu un sistem de forfe exterioare, deformarea plastica nu va incepe concomitent in toti grauntii, ci in primul rand in cei cu orientarea cea mai favorabila a planelor de alunecare, fata de direcjia fortelor exterioare, restul grauntilor se vor deforma elastic.

In cazul intinderii si compresiunii liniare, orientarea cea mai favorabila pentru inceperea deformarii plastice o au grauntii pentru care diferenta: (45° - <φ °) are valoarea cea mai mica.

Efortul unitar normal la intindere sau compresiune monoaxiala, care corespunde momentului cand marea majoritate a graumtilor materialului metalic se deformeaza plastic, reprezinta limita de curgere. La deformarea plastica a materialelor metalice policristaline se produce si o orientare a grauntilor, deci se formeaza asa numita textura (fig. 2.17). Textura localizata intergranular contribute in mod corespunzator la accentuarea anizotropiei proprietajilor caracteristice materialului metalic deformat plastic.

Starea metalului cu proprietati modificate in urma deformarii plastice se numeste ecruisare. Ecruisarea este determinata de franarea miscarii dislocatiilor de catre piedicisau bariere care apar chiar in timpul procesului de deformare plastica. In metalul ecruisat se observa fragmentarea grauntilor cristalini, orientarea lor dupa directia solicitarii si alungirea lor. Aceasta stare de ecruisare este instabila din punct de vedere termodinamic; se poate mentine timp indelungat la temperaturi normale, fiind recomandata acelor piese care impun proprietati de rezistenta mecanica si nu mai urmeaza a fi deformate plastic.

Starea de ecruisare, instabila din punct de vedere termodinamic, se poate reduce odata cu cresterea temperaturii. In aceste conditii are loc trecerea catre o stare mai stabila, o stare neecruisata. Acest proces prin care se realizeaza, la
incalzire, transformarea din starea ecruisata intr-o stare neecruisata, poarta
numele de recristalizare. In general, procesul de recristalizare se poate imparti
in trei etape (fig. 2.20.):

• restaurarea retelei;

• recristalizarea (germinarea);

• cresterea grauntilor.

Fig. 2.20 Etapele procesului de cristalizare

Recristalizarea este procesul prin care se realizeaza obtinerea unei structuri noi, cu graunti nedeformati, in locul structurii deformate plastic la rece sau la cald (fig. 2.21.). Temperatura la care are loc obtinerea structurii se numeste temperatura critica de recristalizare (TR). Se mai defineste, pentru scopuri practice, temperatura de recristalizare ca fiind acea temperatura la care un aliaj ce a fost puternic deformat plastic la rece, sau la cald, recristalizeaza complet intr-o ora.

Procesul de recristalizare este influentat, de obicei, de o serie de factori cum ar fi: marimea gradului de deformare, temperatura, timpul, dimensiuneainitiala a grauntelui, compozitia chimica. De aceea nu se poate defini o singura valoare a temperaturii la care sa se produca cristalizarea.

Pentru scopuri practice se pot folosi urmatoarele data experimentale: procesul de restaurare incepe la o temperatura de aproximativ 0,3 T_R temperatura punctului solidus a materialului metalic considerat, masurata in K, iar procesul de recristalizare la temperatura de ≈0,4Tt.

Temperatura de recristalizare T_R este incadrata in urmatoarele limite in functie de factorii mentionati:

pentru metalele de puritate tehnica: T_R = (0,3 0,4) T_t, [K];

pentru metale de inalta puritate: T_R 0,2T_t, [K];

pentru solutii solide: T_R (0,5 0,6) T_t, [K]

Daca defonnarea se produce la temperatura ridicata, se obtine o structura cu graunti complet recristalizati numai la temperaturi care depasesc 0,7T_t.

Deoarece corelatia structura-proprietati este importanta pentru practica tehnologica, in mod corespunzator este stringenta cunoasterea factorilor de care depinde dimensiunea finala(D).

Acesti factori sunt urmatorii:

structura existenta initiala;

durata si temperatura de mentinere;

gradul de deformare anterior.

Daca structura initiala este neuniforma, cristalele mari vor ingloba usor pe cele mici (fenomen de covalescenta), rezultand o structura grosolana. In cazul unei structuri initiate uniforme, cresterea grauntilor va fi mai mica. Majorarea duratei si a temperaturii de mentinere due la marirea accelerata a graunjilor cristalini.