
Сильная пластическая деформация: как технологии меняют металлы
Сильная пластическая деформация (СПД) — это группа методов обработки металлов, которые позволяют создавать материалы с уникальными свойствами. Эти методы предполагают интенсивное воздействие на металл, что приводит к изменению его внутренней структуры. В результате получаются материалы с ультрамелкозернистой (УМЗ) или нанокристаллической (НК) структурой, что делает их прочнее, долговечнее и устойчивее к износу.
Что такое сильная пластическая деформация?
Сильная пластическая деформация — это процесс, при котором металл подвергается огромным механическим нагрузкам. Это может быть сжатие, скручивание, растяжение или комбинация этих воздействий. Главная цель таких методов — создать высокую плотность дефектов в кристаллической решетке металла. Эти дефекты, такие как дислокации, приводят к измельчению зерен материала.
Зерна — это микроскопические кристаллы, из которых состоит металл. Чем меньше размер зерен, тем прочнее и устойчивее материал. Например, если традиционные методы обработки дают зерна размером 10–100 микрон, то СПД позволяет получить зерна менее 1 микрона, а иногда даже нанометрового размера.
История СПД
История сильной пластической деформации уходит корнями в глубокую древность. Еще в бронзовом и железном веках кузнецы использовали многократную ковку и складывание металла для создания прочных инструментов, таких как мечи. Однако научное понимание этих процессов появилось только в XX веке.
В 1930-х годах американский физик Перси Бриджмен провел революционные эксперименты, изучая воздействие высокого давления на твердые тела. Его работа показала, что сочетание гидростатического давления и сдвиговой деформации может значительно изменять свойства материалов. За эти исследования Бриджмен получил Нобелевскую премию по физике в 1946 году.
В 1970-х годах советские ученые, в частности В. М. Сегал, разработали метод равноканального углового прессования (РКУП), который стал одним из основных методов СПД. Позже, в 1980-х годах, в России был разработан метод кручения под высоким давлением (КВД), основанный на принципах, заложенных Бриджменом.
Основные методы СПД
Методы сильной пластической деформации можно разделить на три группы: объемные, поверхностные и порошковые. Каждый из них имеет свои особенности и области применения.
1. Равноканальное угловое прессование (РКУП)
Этот метод был разработан в 1970-х годах и до сих пор остается одним из самых популярных. Суть РКУП заключается в том, что металлическая заготовка продавливается через канал, изогнутый под углом 90 градусов. В процессе деформации металл подвергается равномерному сдвигу по всему объему.
Преимущество РКУП в том, что его можно повторять несколько раз, изменяя ориентацию заготовки. Это позволяет добиться однородной структуры материала.
2. Кручение под высоким давлением (КВД)
КВД — это метод, при котором