Влияние примесей и легирования на пластическую деформацию и упрочнение

До сих пор, рассматривая пластическую деформацию, абстрагировались не только от легирующих элементов, но и от примесей, всегда присутствующих даже в техниче­ски чистых металлах. Однако картина пластической деформации и закономерности деформационного упрочнения реальных металлических материалов принципиально не отличается от рассмотренной. В то же время примеси и легирующие добавки в твердых растворах и в виде избыточных фаз могут заметно влиять на детали этой кар­тины.

В твердых растворах инородные атомы, находящиеся в узлах или междоузлиях кристаллической решетки базового металла, могут вызывать изменение картины пла­стической деформации в основном за счет четырех эффектов: 1) образования примес­ных атмосфер на дислокациях; 2) изменения энергии дефектов упаковки; 3) увеличе­ния сил трения при движении дислокаций; 4) упорядочения.

Образование на дислокациях примесных атмосфер затрудняет их перемещение, особенно при низких температурах, повышает напряжение, необхо­димое для начала работы дислокационных источников. На картине пластической де­формации это может проявляться по-разному. Блокировка дислокационных источни­ков затрудняет переход к новым системам скольжения, поэтому примеси могут вызы­вать, в частности, удлинение стадии легкого скольжения. В то же время такая блоки­ровка приводит к началу пластической деформации при более высоких напряжениях после разблокировки дислокаций, а в этих условиях облегчается множественное и по­перечное скольжение, что особенно важно для поликристаллов.

Энергия дефектов упаковки при легировании чаще всего снижается. Такое сниже­ние может быть очень существенным при больших (не менее нескольких процентов; концентрациях легирующего элемента в твердом растворе. В результате поперечное скольжение дислокаций сильно затруднится. Естественно, это вызовет заметные из- менения пластической деформации скольжением на III стадии и увеличение коэф- фициента упрочнения.

Снижение энергии дефекта упаковки облегчает двойникование. Это имеет важное практическое значение: легирование, способствующее облегчению двойникован используется как метод повышения пластичности хрупких металлов, в которых формация скольжением почти не идет.

Увеличение протяженности I стадии деформации при легировании — результат за­труднения начала скольжения в новых плоскостях: если критическое напряжение сдвига возрастает, то концентрация напряжений у скоплений дислокаций в твердом растворе, необходимая для инициирования скольжения в новых плоскостях, тоже растет и, следовательно, легкое скольжение может продолжаться до больших дефор­маций.

Особенно важным является повышение напряжения перехода к III стадии и увели­чение здесь коэффициента упрочнения. Это связано с затруднением в результате ле­гирования поперечного скольжения дислокаций (из-за увеличения сил трения), упо­рядочения и очень часто уменьшения энергии дефекта упаковки. В результате коэф­фициент деформационного упрочнения и уровень напряжений течения поликристал­лических сплавов - твердых растворов оказываются более высокими, чем у чистого металла.

Количественно разница в уровнях напряжения течения и в деформационном уп­рочнении поликристаллов чистого металла и твердого раствора колеблется в широких пределах и определяется типом решетки и различием таких уже рассмотренных пара­метров, как энергия дефекта упаковки, размерное и электрохимическое несоответст­вие атомов растворителя и добавки, степень порядка и др.

Чем ниже температура деформации, тем более значительны различия твердых рас­творов и чистых металлов. Но если они обусловлены упорядочением, то влияние тем­пературы становится неоднозначным: если с повышением температуры степень по­рядка растет, разница в деформационном упрочнении усиливается, и наоборот.

Легирование растворимыми элементами, снижая энергию дефектов упаковки, увеличивает вероятность динамической рекристаллизации при горячей деформации с соответствующим изменением характера кривых деформации.

Контрольные вопросы