2.1.2. Поведение дислокаций в зоне резания

В результате развития пластической деформации, которая сопровождает резание кристаллических материалов, плотность дислокации в зоне обработки существенно увеличивается [15]. Вновь образованные дислокации располагаются упорядоченно, скапливаясь по определенным плоскостям скольжения. Каждое сечение скопления дислокаций плоскостью шлифа представляет собой ряд точек выхода дислокаций на поверхность и выделяется как линия скольжения. Конфигурация деформированной зоны резания формируется как область с множеством полос скольжения, различным образом ориентированных относительно движения инструмента (резца, фрезы и т.д.). Размеры этой области дают представление о размерах пластически деформированной зоны, а плотность полос скольжения - о степени деформации. Процесс резания сопровождается образованием области опережающего упрочнения впереди резца и упрочненной области металла под обработанной поверхностью. Длина зоны опережающего упрочнения в 2 – 3 раза больше глубины упрочнения поверхностного слоя обработанной поверхности. Размеры упругодеформированной зоны примерно в 2 раза больше, чем пластически-деформированная зона. Размеры пластически деформированной зоны резания чувствительны к технологическим условиям обработки материала: скорости резания, толщине среза и переднему углу инструмента.

В зоне металла, прилегающем к обрабатываемой поверхности наблюдается поворот отдельных зерен и их удлинение в направлении движения инструмента. При обработке сложнолегированных малопластичных сплавов качественные изменения в дислокационной структуре зоны опережающего упрочнения могут не наблюдаться.

Исследования резания меди и алюминия (электронная микроскопия) показали, что поверхность металла в зоне контакта с инструментом действует как очень сильный источник зарождения новых дислокаций. Винтовые дислокации, возникающие в процессе резания, оказываются подвижными, а большинство краевых дислокаций (90%) находится в «связанном» состоянии в виде диполей. Подмечено сходство кривых упрочнения металлов, имеющих ОЦК и ГЦК кристаллические решетки, что свидетельствуют о схожести механизмов упрочнения.

С увеличением степени деформации при резании металлов проявляется неоднородность деформации – отдельные дислокации скапливаются у границ зерен, что объясняется смещением зерен относительно друг друга. В условиях резания дислокации переходят границы зерен под действием механизма скольжения дислокаций на другую сторону границы зерна, порождая новые дислокации, вызывая так называемую «эстафетную передачу скольжения».

Электронная микроскопия титанового сплава ВТЗ – 1, обработанного резанием на глубину 0,1 мкм, показала, что деформация материала осуществляется движением множества дислокаций в одной плоскости скольжения. Одиночное скольжение является особенностью деформирования металлов с ГПУ решеткой. При напряжениях сдвига, превышающих на 20 % значение предела текучести обрабатываемого материала, новых следов скольжения уже не появляется.

Выводы:

1) Выявление дислокационных механизмов резания – влияет на точность обработки деталей, например, выбор материалов и режимов резания для разделения слитков монокристаллов на подложки для производства интегральных схем методом связанного абразива. С появлением сканирующих микроскопов атомного разрешения эти задачи решать существенно легче.

2) Определение дислокационных механизмов материалов контролирует качество и точность обработки и изготовления макродеталей оптотехники.

3) Релаксационный многоуровневый подход к механизмам деформации приповерхностных слоев кристаллических материалов повышает актуальность разработки ультразвуковых, лазерных и других неразрушающих методов улучшения физико–механических свойств конструкционных материалов оптотехники.