Deformarea plastica a materialelor metalice

Prelucrarea materialelor metalice prin deformare plastica se bazeaza pe proprietetea de plasticitate a metalelor , adica pe capacitatea acestora de a capata deformatii permanente sub actiunea unor forte exterioare.

Variatia tensiunii cu deformatia (alungirea delta l) la :

Deformarea unui semifabricat sub forma de prisma dreapta cu o forta P.

.

.

.

MECANISMUL DEFORMARII PLASTICE

Deformarea plastica reprezinta totalitatea fenomenelor de alunecare, maclare, difuzie si transmigrare a atomilor interfazic sau intercristalin; poate fi inteleasa prin simplificare la principalul mecanism, alunecarea. Alunecarea se produce pe plane de maxima densitate in atomi; alunecarea bare loc de-a lungul planului numai daca tensiunea ( tensiunea de forfecare) atinge o valoare citica.In vecinatatea planului de alunecare apar perturbari elastice care blocheaza celelalte plane de alunecare ce tind la marirea fortei sa se orientezre favorabil alunecarii.

Alunecarea este favorizata de prezenta dislocatiilor; acestea se pot deplasa prin doua cai sincron si asincron

Alunecarea sincrona si asincrona

Limita de curgere depinzand de marimea retelei de dislocatii se apreciaza ca, la baza curgerii intervenita in deformarea plastica sta miscarea dislocatiilor si nu deplasarea tuturor atomilor din planul de alunecare, ca in figura. Tensiunea necesara miscarii unei dislocatii este foarte mica, dar trebuie sa se depaseasca o valoare critica τcr sugerat de conditia ca tensiunea aplicata sa aiba o componenta paralela cu planul de alunecare. Aceasta tensiune critica va fi maxima intr-un plan de alunecare ce face unghi de 45o cu directia fortei deformatoare. In cazul materialelor policristaline, probabilitatea ca sa existe plane care sa faca unghiuri de 45 sau apropiate de aceasta valoare va fi mai mare. Alunecarea se va produce liber in fiecare cristal, dar este franata de existenta limitelor.

Deplasarea prin alunecare a dislocatiilor

Miscarea prin alunecare a unei dislocatii pana in afara planului unic determinat de vectorul Burgers b si linia de dislocatie este catararea, caz in care semiplanul suplimentar este micsorat sau marit cu sir de atomi sau vacante. In cazul dislocatiilor elicoidale se produce asa numita alunecare deviata: cand este intalnit un obstacol in calea deplasarii, dislocatia isi continua miscarea pe un alt plan de alunecare din aceeasi familie(aparute ca urmare a paralelismului vectorului b cu linia de dislocatie). Deplasarii dislocatiilor li se opun limitele, sublimitele, atomii straini dizolvati in retea, incluziunile, particulele de faza secundara .

Din acest motiv metalele au plasticitate mai mare decat aliajele, iar teoretic monocristalele mai mare ca agregatele policristaline. Propagarea alunecarii de la grauntii deformati la cei vecini se realizeaza prin excitarea surselor Franck-Read, posibilitate reala numai la concentratii mari de dislocatii, ceea ce sugereaza ca la deformare plastica densitatea de dislocatii creste.

Aceasta concentrare implica eforturi(tensiuni) mai mari. Intrucat limita de curgere este mai mare cu cit diametrul cristalelor este mai mic (limita dintre cristale extinsa)se sugereaza ca orice extindere a limitelor sau sublimitelor va frana procesul de deformare intervenind ecruisajul.

Femonene ce insotesc deformarea plastica

(ecruisarea, fluajul, curgerea, clivajul)

La baza prelucrarii prin deformare plastica a materialelor se defineste sub actiunea unor forte exterioare , exceptand unele pierderi inevitabile datorita imperfectiunii utilajelor.

Clivajul - consta in fragmentarea solidelor cristaline de-a lungul anumitor plane cristalografice, sub actiunea unor forte destul de mari pentru a rupe legaturile atomice.Clivajul se intalneste frecvent la metale cu structura cubica cu volum centrat si hexagonal compact, la aliaje, dar aproape niciodata la metale cu structura cubica cu fete centrate.Ruperea prin clivaj conduce la suprafete de rupere care, din punct de vedere microscopic sunt orientate normal la tensiunea de intindere aplicata

Curgerea - in urma deformari plastice , incluziunile si particulele de faza secundara se desprind din matrice, golurile rezultate cresc si eventuala lor cualescenta conduce la rupere.Prezenta golurilor determina o suprafata de rupere cu denivelari caracteristice , fapt ce face ca ruperea sa se mai numeasca fibroasa sau cu gropite.

Fluajul – la temperaturi ridicate materialele metalice se deformeaza plastic in mod continu sub actiunea unor tensiuni permanente de nivel scazut.In aceste situatii multe metale si aliaje se rup de-a lungul limitelor de graunte cu o deformare plastica relativ scazuta , cand sarcina este mentinuta un timp indelungat.Cauzele producerii fluajului o constituie cresterea mobilitati atomilor prin difuzie la temperaturi ridicate.Fiecare material prezinta o inclinatie naturala spre unul sau altul dintre mecanismele de rupere.Pentru un material dat mecanismul de rupere care predomina depinde de temperatura, tensiune, viteza de aplicare a sarcini, conditiile chimice din mediul inconjurator.

Ecruisarea – consta in cresterea rezistentei la rupere si a duritatii HB , concomitent cu scaderea rezistentei KCU , a alungirii relative At si a gatuirii.

Ruperea materialelor metalice

Alaturi de comportarea materialelor metalice la deformarea plastica , deosebit de importanta este si comportarea acestora la rupere.

Dupa deformarea plastica ce precede ruperea sunt :

- Ruperi ductile (precedate de deformatii insemnate)- Ruperi fragile (fara deformari plastice)

Din punct de vedere fenomenologic ruperea fragila reprezinta despartirea materialului, de obicei cu suprafata de rupere. Ruperea fragila poate decurge transcristalin sau intercristalin.

Sensibilitatea sa ruperea fragila este accelerata de scaderea temperaturii si cresterea vitezei de deformare.

Ruperea ductila dupa cum rezulta si din denumire este asociata cu o deformare mai mult plastica . Macroscopic recunoasterea unei ruperi ductile se face dupa gatuire care apare in zona ruperii. Dupa aparitia acestei fisuri are loc forfecarea restului de sectiune transversala pe suprafete inclinate cu unghi de 45 grade fata de directia efortului.Aprecierea tranzitiei ductil-fragil se face trasand curbele de tranzitie pe probe de rezilienta in coordonate energii de rupere –temperatura sau procent de suprafata rupta.

Cateva din caracteristicile ruperilor ductile si fragile sunt prezentate in tabel :

Figura de mai sus prezinta schematic unele dintre tipurile de rupere produse prin intindere care pot aparea in metale.