ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Пластические свойства кристаллических твердых тел из "Физика твердого тела " При значениях приложенного напряжения выше напряжения, соответствующего пределу упругости (точка А на рис. 4.9), кривая переходит в область ВС, для которой закон Гука не выполняется. Если теперь снять нагрузку, то исходная форма образца или его длина уже не восстанавливается. В результате возникает остаточная деформация, которая при низких температурах не зависит от времени приложения нагрузки. Не зависящую от времени деформацию, которая сохраняется после снятия нагрузки, называют пластической. [c.128] Таким образом, предел текучести — это напряжение, при котором начинает появляться остаточная деформация. Практически пределы текучести и упругости совпадают, хотя резкого перехода от упругого к пластическому поведению обычно не наблюдается. [c.128] С момента начала пластической деформации реализуются два основных типа процесса деформации кристалла скольжение и двойникование. Для того чтобы происходила пластическая деформация, независимо от ее типа необходимо наличие касательных (сдвиговых) напряжений. [c.129] Двойникование наблюдается в ряде кристаллов, особенно имеющих плотноупакованную гексагональную или объемно-центрированную кубическую решетку. При двойниковании происходит сдвиг определенных областей кристалла в положение, отвечающее зеркальному отображению несдвинутых областей. Такой симметричный сдвиг происходит относительно какой-то благоприятным образом ориентированной по отношению к приложенному напряжению т кристаллографической плоскости, называемой плоскостью двойникования (рис. 4.12), которая до деформации не обязательно была плоскостью симметрии. Областью сдвига является вся сдвинутая часть кристалла. При двойниковании, как видно из рис. 4.12, в области сдвига перемещение большинства атомов происходит на расстояния, меньшие межатомных, при этом в каждом атомном слое атомы сдвигаются на одно и то же расстояние по отношению к атомам нижележащего слоя. [c.129] При пластической деформации путем скольжения (рис. 4.13) одна часть кристалла перемеи ается в определенном направлении называемом направлением скольжения) относительно другой вдоль определенной кристаллографической плоскости плоскости скольжения). Параплоскость и направление скольжения образуют систему скольжения. Для каждой кристаллической решетки может быть несколько систем скольжения. Скольжение одной атомной плоскости по отношению к другой происходит таким образом, что атомные слои не отделяются друг от друга (в противном случае кристалл просто бы разрушился), т. е. атомы в плоскости скольжения перемещаются на целое число трансляций, и в результате сохраняется непрерывность кристаллической решетки, т. е. сохраняется атомная структура. [c.129] Направлениями скольжения в кристалле являются направления также с наиболее плотной упаковкой атомов, т. е. они располагаются в плотноупакованной плоскости скольжения, поскольку в этих и перпендикулярных им направлениях элементарные сме-ш,ения при скольжении являются наименьшими, а значит, и процесс скольжения происходит при меньших напряжениях. [c.130] На рис. 4.14 приведены типичные решетки металлических кристаллов и показаны основные плоскости (заштрихованные) и направления (стрелки) возможного скольжения. [c.131] Как видно из рис. 4.14,а, в гранецентрированной кубической решетке скольжение идет по плоскостям 111 в направлениях 110 . Поскольку в гранецентрированной решетке четыре плоскости типа (111), а в каждой из них лежит по три направления скольжения, то всего имеется 12 основных систем скольжения. Большим числом систем возможного скольжения с учетом нена-правленности сил связи объясняется значительная пластичность металлов с гранецентрированной кубической решеткой, таких, как А1, Си, Ni, Ag и др. [c.131] В кристаллах с объемно-центрированной кубической решеткой (рис. 4.14,6) основными плоскостями возможного скольжения являются плоскости 110 , а направлениями — 1И . Легко сообразить, что общее число основных систем скольжения также составит 12 — это шесть плоскостей (ПО) и в каждой плоскости — по два направления скольжения [111]. [c.131] В гексагональных кристаллах (рис. 4.14,а) плоскостями скольжения являются плоскости базиса 0001 , а направлениями легкого скольжения — направление 1120 , т. е. имеет место одна плоскость скольжения (0001) и три направления скольжения типа [1120] — всего три основные системы скольжения. [c.131] Очевидно, что при нагружении монокристаллического образца, имеюш,его несколько систем возможного скольжения, пластическая деформация начнется в той системе, которая наиболее благоприятным образом ориентирована относительно направления действующих напряжений. [c.131] Если известна ориентация кристалла относительно направления действующих напряжений, то можно вычислить касательную (скалывающую) составляющую напряжений, при которой начинается пластическая деформация для каждой из возможных для данного кристалла систем скольжения. Для вывода расчетной формулы рассмотрим монокристалл в виде - цилиндра, С площадью поперечного сечения S, к которому вдоль оси приложено растягивающее усилие F (рис. 4.15). [c.131] Пусть скольжение при растяжении происходит в плоскости, которая на рис. [c.131] Из формулы (4,38) видно, что скалывающее напряжение максимально, когда плоскость и направление скольжения составляют с осью цилиндра углы в 45°, т, е. а=р=45°. В этом случае T/Maj —-0,5(7. [c.132] Установлено, что нормальные напряжения почти не оказывают влияния на пластическое течение кристаллов. Таким образом, пластическая деформация происходит под действием касательных напряжений. При этом, как показано экспериментально, напря-н ение, соответствующее пределу текучести, сильно меняется в зависимости от ориентации кристалла, однако если согласно (4.38) это напряжение преобразовать в приведенное напряжение, то результирующее напряжение сдвига является константой данного материала (типичные значения этого напряжения обычно находятся в пределах (/ - —Ю- ) G. Другими словами, пластическая деформация начинается в том случае, когда скалывающее напряжение -X превышает некоторое критическое значение, характерное для данного материала и данной системы скольжения. Этот закон постоянства критического скалывающего напряжения впервые на основании экспериментальных данных был сформулирован Е. Шмидом и В. Боасом. В соответствии с этим законом, если образец находится под действием постепенно возрастающей нагрузки, то скольжение мало до тех пор, пока скалывающие напряжения не превзойдут определенного предельного значения, которое, например, при комнатной температуре для Си (плоскости скольжения 111 , направления скольжения 1Ю ) равно 0,49-10 Па, а для А1 (системы скольжения 111 , 1Ю ) и Zn (системы скольжения 0001 , 1120 )—соответственно 0,78-10 и 0,18-10 Па. [c.132] Так как в процессе деформации слои, по которым идет сколь-л ение, меняют ориентацию, плоскость скольжения поворачивается из своего положения, отвечающего максимуму критического скалывающего напряжения, то при дальнейшей деформации постепенно вступают в действие другие, более благоприятные уже в этой ситуации системы скольжения. [c.132] Если пластическая деформация происходит путем скольжения одной. плотноупакованной атомной плоскости относительно другой, то, даже если энергия, необходимая для перемещения атома из одного положения в другое, очень мала, иаличие в плоскости скольжения около 102° атомов/м потребует значительного усилия для осуществления скольжения. [c.133] Экспериментально наблюдаемые значения критических скалывающих напряжений, как мы видели выше, на много порядков меньше теоретических и находятся в пределах (IQ- —Ю ) G. Так, для Си экспериментально наблюдаемое значение критического скалывающего напряжения равно 0,49-10 Па, а теоретическое значение (3/30=75,2-10 /30=2,5-10 Па. [c.133] На примере единичного сдвига мы видели, что дислокация в результате перемещения по плоскости скольжения покидает криС талл. Опыт же показывает, что при больших напряжениях кристаллы претерпевают значительные деформации. Для объяснения этого факта необходимо предположить, что в кристалле имеются источники, которые генерируют дислокации при напряжениях, меньших чем 10 G. Такими источниками, как мы видели в разделе о дислокациях, являются, например, источники Франка — Рида, которые начинают действовать при скалывающих напряжениях Gb/l, где / — длина источника, Ь — модуль вектора Бюргер-са. В реальных кристаллах источники Франка — Рида — это только один из возможных механизмов размножения дислокаций. Рождение новых дислокаций в процессе пластической деформации и их перемещение приводят к макроскопическому сдвигу вдоль плоскости скольжения. [c.134] Как видно из рис. 4.9, для дальнейшей деформации кристалла в области пластичности необходимо непрерывно увеличивать напряжение, поскольку при необратимой деформации происходит его упрочнение (наклеп), которое продолжается вплоть до разрушения (кривая непрерывно идет вверх). Наблюдаемое упрочнение связано с понижением подвижности дислокаций. [c.134] Вернуться к основной статье