Как видно из общеизвестной диаграммы напряжение-дефор­мация для монокристаллов в координатах σ - ε, характер ее резко изменяется после прекращения действия закона линейной про­порциональности. Эти изменения сопровождаются многими из­менениями в деформируемом материале, главным образом появ­лением пластической деформации. Таким образом, пластическая деформация приводит к изменению механических, физических и химических свойств металла. Повышаются пределы упругости, пропорциональности, текучести и прочности, вместе с тем, сни­жаются пластические свойства металла: относительное удлине­ние, относительное сужение, ударная вязкость. Изменяются основные свойства: электропроводность, металлический блеск, маг­нитные свойства ферромагнитных материалов, химическая актив­ность, теплопроводность, коррозионная стойкость. Совокупность изменений всех указанных свойств в связи с деформацией ме­таллов называется упрочнением. Раньше это явление называли наклепом, имея в виду изменения только механических свойств. Физическая природа упрочнения за последние годы значительно раскрыта, но многие явления еще неясны и требуют дальнейших исследований.

Основные признаки упрочнения следующие:

А) с увеличением деформации происходит вытягивание кри­сталлитов в направлении наибольших главных деформаций;

Б) беспорядочная ориентировка кристаллитов с увеличением деформации становится все более упорядоченной. Это явление ведет к появлению текстуры деформации, т. е. определенной ориен­тировки кристаллов и в связи с этим анизотропии свойств поли­кристалла;

В) появление остаточных напряжений в результате искажения решетки кристаллитов, сопровождаемое связанной потенциальной энергией;

Г) возникновение и накапливание внутрикристаллитных и межкристаллитных нарушений правильной структуры, понижаю­щих прочность и пластичность поликристалла;

Д) с увеличением степени деформации механические свойства, характеризующие пластичность, уменьшаются, а характеризую­щие сопротивление деформации увеличиваются. Изменение фи­зических свойств влияет на ослабление характера металлических связей, вызываемое повышением электронной плотности в междуузловом пространстве.

Диаграмма напряжения-деформации (рис. 1) дает пред­ставление о характере изменения упрочнения при различных ста­диях деформации и позволяет определить их характерные участки.

Рис. 1. Характерная кривая упрочнения

Участок 1 характеризуется начальной малой пластической деформацией (предпластичная область), участок 2-пластиче­ской деформацией с интенсивным упрочнением, участок 3 - сосредоточенной деформацией, участок 4 - наличием высоких пластических деформаций.

Рассмотрим каждый отдельный участок приведенной диаграммы.

Участок 1. Напряжения и деформации проходят стадию упругих деформаций, где дей­ствует закон линейной пропор­циональности; в отдельных зер­нах поликристалла при весьма малых напряжениях появляются начальные пластические деформа­ции. Величина необратимых форм поликристалла при этой началь­ной пластической деформации слишком мала и составляет от 0,2 до 0,5%. Это вызывается тем, что ориентировка отдельных зерен, их механическая прочность и состояние их границ создают ус­ловия, достаточные для появления пластической деформации в связи с ослаблением зерен, происшедшим при их формировании. Таким образом, наличие малых пластических деформаций и напря­жений приводит к отклонению их от теоретической прямой Гука. Поэтому предел упругости и предел пропорциональности, который фактически является одним из видов предела упругости, условны, и эта условность зависит от степени пластической деформации.

Участок 2. На этом участке появляется интенсивное упроч­нение, которое отвечает практически пластической деформации, так как отношение упругой деформации к пластической чрезвы­чайно мало. Здесь происходит интенсивный пластический про­цесс, который локализуется в поверхностях максимальных каса­тельных напряжений. Деформируемый образец покрывается ли­ниями Чернова (Людерса). Эта стадия деформации сопровождается неоднородным распределением деформированного состояния, что ведет к значительному увеличению дополнительных напряжений первого и второго рода - внутрикристаллитных и межкристал­литных. С середины участка начинается выравнивание напряже­ний, ведущее к упорядочению ориентировки и снижению интенсив­ности упрочнения.

Участок 3. Здесь появляется сосредоточенное сужение, в результате более четко проявляется текстура, т. е. кристаллографическая ориентировка. Этот участок характеризуется мест­ным растяжением, зависящим от формы образца, состояния его поверхности, действия зажимов и т. п.

Участок 4. Это стадия высоких степеней деформирования; она начинается только при таких условиях, при которых факти­чески растягивающие напряжения меньше сопротивления разру­шению данного поликристалла. Происходит дальнейшее увели­чение остаточных напряжений, упрочнение заканчивается, и кривая идет почти параллельно оси абсцисс.

Таким образом, кривые упроч­нения дают зависимость величины напряжения при линейном напря­женном состоянии от величины деформации. Величина напряже­ний зависит от многих факторов, в том числе от температуры и скорости, при которых образец подвергался испытанию; поэтому следует оговаривать, при каких температурно-скоростных усло­виях строилась кривая упрочне­ния.

Характерным для количествен­ного определения упрочнения является напряжение текучести σs, которое зависит от величины де­формации и вызывает пластиче­скую деформацию при линейном напряженном состоянии при данных температурно-скоростных условиях. Линейное напряжение при испытании на растяжение существует до образования шейки, точнее, до сохранения первоначальной площадки сечения образца F0, после чего напряженное состояние будет объемным. Таким образом, построение кривой упрочнения производится из условий неизменности площади поперечного сечения. Кроме того, необходимо исключить влияние трения при построении кривых упрочнения при испытании образ­цов на осадку. С этой целью Л. А. Шофман] предлагает при­менять торцевые выточки, наполненные смазкой.

На рис. 2 представлены кривые упрочнения для раз­личных материалов; показателями формоизменения образца при­няты относительное уменьшение площади поперечного сечения ψ и изменение напряжения текучести σs, при этом ψ определялось по формуле:

(1)

Где F - текущее значение площади поперечного сужения при деформации.

Рис. 2. Кривые упрочнения раз­личных материалов

Характер и направление кривых упрочнения идентичны; различие только в количественных показателях.