Вплив зовнішньої поверхні на процес пластичної деформації

Зварювання та спорідненні процеси супроводжуються пластичною деформацією, умови протікання якої пов'язані з характером і кількістю дислокацій, дифузією й кількістю вакансій. Важливим фактором у ході цих процесів є прискорення дифузії й самодифузії на поверхні й інших шарів.

Щільність дислокацій і концентрація вакансій у поверхневих і глибинних шарах металу відрізняються.

У загальному випадку вплив поверхні на пластичну деформацію зводиться до наступного:

Перекручування атомної конфігурації на поверхні впливають на переміщення дислокації й вакансій, обумовлюючи відповідну зміну характеру деформування та властивостей тіла.

Поверхневий шар адсорбує атоми зовнішнього середовища, що призводить до зміни поверхневого складу тіла і його властивостей.

Поверхневий шар металу, вступаючи в хімічну взаємодію з атомами атмосфери, утворює хімічні сполуки, які покривають відносно тонким шаром деформуюче тіло.

Компоненти сплаву у відповідність із їхніми властивостями можуть вступати у хіміко-фізичну взаємодію із середовищем і залишати поверхневі шари тіла, обумовлюючи зміну його властивостей (наприклад, поява зневуглецеваного шару).

У процесі зварювання, наплавлення, пайки, напилюванні легкоплавкі елементи металу можуть дифундувати по границях кристалів у приповерхневих шарів основного металу.

 

Аномалії пластично течії поверхневих шарів. Особливості переміщення дефектів поблизу вільної поверхні тіла

Загальною рисою робіт, присвячених питанням пластичної деформації матеріалів, є факт наявності в поверхневих шарах джерел зсувоутворення, що впливають у першу чергу на загальний процес макроскопічної деформації. Установлено, що початок пластичної течії кристалу починається з його поверхневих шарів, де діють поверхневі джерела дислокацій.

Щільність поверхневих джерел дислокацій і швидкість переміщення таких дислокацій на ранній стадії деформування вище, у порівнянні з об'ємними.

Крім того, готовими легко діючими джерелами дислокацій у поверхні можуть бути оксидні плівки, подряпини, тріщини, які діють усередині кристала подібно маленьким індентором, поверхневі мікровиступи й сходи відколу.

Установлено, що концентрація джерел зсувоутворення (особливо гетерогенного типу) у поверхні завжди вище, ніж в об'ємних шарах кристалу.

Гіпотеза про переважну пластичну течію у приповерхневих шарах кристала на початкових стадіях деформування знайшла експериментальне підтвердження. Подібні висновки можна зробити на підставі досліджень щільності дислокацій по глибині кристала (рис.8.8,а), а також при вивчення особливостей мікропластичної деформації в поверхневих шарах на загальний хід кривої деформаційного зміцнення (рис.8.8,б). Глибина такого приповерхневого шару (debris-шар) з великою щільністю дислокацій може досягати 60 (Al) – 100 (Fe) мкм залежно від матеріалу.

Таким чином, у приповерхневих шарах кристала виникають аномально полегшені енергетичні умови пластичної течії. У той же час поверхневі шари можуть відігравати роль бар'єра в загальному процесі макроскопічної деформації. Принципово залежно від абсолютної величини й конкретних умов деформації можна одержати як більш слабкий, так і більш зміцнений приповерхневий шар деформуючого матеріалу. Про більшу або меншу міцність приповерхневого шару в порівнянні з об’ємом матеріалу варто говорити, маючи на увазі конкретні умови деформації, її абсолютну величину й швидкість, тип середовища, передісторію досліджуваного матеріалу, метод навантаження й дослідження, варто чітко розрізняти, на якій стадії мікро - або макроскопічної течії спостерігається ослаблений або більш міцний приповерхневий шар.