Избыточная энергия в упругодеформированных областях может понизиться без нарушения целостности тела, если разрядка остаточных напряжений произойдет путем пластической деформации. Следовательно, чтобы добиться полного или частичного снятия остаточных макронапряжений в изделии, необходимо вызвать в нем пластическое течение.
Остаточные напряжения при отжиге уменьшаются двумя путями:
- вследствие пластической деформации в условиях, когда эти напряжения превысят предел текучести;
- в результате ползучести при напряжениях меньше предела текучести.
Рассмотрим первый путь. Остаточные напряжения, являющиеся упругими, по закону Гука пропорциональны модулю упругости и величине упругой деформации. С ростом температуры модуль упругости слабо снижается и соответственно слабо уменьшаются остаточные напряжения. Предел текучести также падает с ростом температуры, причем значительно более интенсивно, чем остаточные напряжения.
Схема влияния температуры на остаточные напряжения
(1) и предел текучести (2).
Выше некоторой температуры предел текучести становится ниже остаточных напряжений и происходит сдвиговая пластическая деформация, в результате которой остаточные напряжения уменьшаются до значения предела текучести.
Нижняя температурная граница уменьшения остаточных напряжений вследствие сдвиговой деформации — не очень четкая, так как в разных участках тела действуют разнообразные по величине остаточные касательные напряжения.
При напряжениях выше предела текучести генерируется множество дислокаций, скольжение которых приводит к очень быстрой пластической деформации. Можно считать, что степень разрядки остаточных напряжений по такому механизму определяется температурой отжига, а не его продолжительностью.
Рассмотрим второй путь уменьшения остаточных напряжений, когда их величина меньше предела текучести. Если в какой-то момент испытания образца на растяжение перестать увеличивать деформацию и оставить образец в захватах разрывной машины под нагрузкой, то, как известно, в образце будет происходить релаксация напряжений. Напряжения в этом опыте падают вначале быстро, затем все медленнее и медленнее, и, наконец, достигается некоторый практически неизменный уровень напряжений.
Общая деформация образца складывается из упругой и пластической:
Длина образца, находящегося в захватах машины, остается неизменной. Напряжения в нем снижаются потому, что упругая деформация уменьшается при одновременном и равном увеличении пластической деформации, развивающейся в условиях ползучести. Релаксация при заданной общей деформации развивается путем ползучести при падающем напряжении.
В детали, в которой остаточные напряжения меньше предела текучести, упругая деформация также может с течением времени переходить в пластическую.
В области температур, где остаточные напряжения меньше предела текучести (ниже t1), ползучесть является единственно возможным механизмом их уменьшения. При напряжениях меньше предела текучести не происходит массового размножения и массового скольжения дислокаций.
Медленное пластическое течение осуществляется перемещением ограниченного числа легкоподвижных дислокаций. Встречаясь с препятствиями (отдельными сидячими дислокациями, дислокационными сплетениями, дисперсными частицами, границами зерен), скользящие дислокации тормозятся. Исчерпание легкоподвижных дислокаций приводит к затуханию ползучести, а уменьшение остаточных напряжений еще более усиливает это затухание.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков