ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Деформация и дислокации из "Композиты " Каждая доктрина переживает три состояния. Сначала ее атакуют, объявляя абсурдной, затем допускают, что она правильна, очевидна. но малозначительна. Наконец, признают, что она истинная, и тогда бывшие противники добиваются чести ее открытия. [c.42] ЛЯ деформации и последующего разрушения кристалла необходимо либо разорвать межатомные связи, отделить атомы друг от друга, либо сдвинуть их. [c.42] Не сразу поняты были большие возможности кинетической теории для выяснения физической природы прочности и мехаБизмов разрушения твердых тел. При кинетическом подходе к проблеме прочности разрушение рассматривается как своеобразный процесс накопления дефектов. [c.43] Структурная неоднородность большинства тел (зерна в металлах, дефекты кристаллической структуры, трещины, включения) приводит к неравномерному распределению напряжений по объему, к появлению локальных перенапряжений. [c.43] Возьмем стекло. Резерв его прочности обычно оценивают по предельной прочности, обусловленной его микронооднородным строением из-за огромного количества термически индуцированных структурных дефектов — микротрещин. Растягивающее усилие создает концентрацию напряжения в вершинах этих микротрещин. Когда напряжение у вершины хотя бы одной из них достигает величины теоретической прочности, трещина начинает катастрофически углубляться в тело, рассекая его. [c.43] происходит разрушение металлов, которому предшествует пластическая деформация Такой вопрос задал себе американский ученый Г. Тэйлор, когда начал исследовать, все ли атомы при пластической деформации перемещаются вдоль плоскости скольжения. Многочисленные опыты и теоретические расчеты Г. Тэйлора в США, Э. Орована в Англии и Я. Френкеля в Советском Союзе привели к созданию теоретической концепции дефектов кристаллической решетки и объяснили их роль в деформации и прочности кристаллических тел. [c.44] что пластическая деформация металла представляет собой сдвиг его слоев, свидетельствует внешний вид образца. При текучести его зеркально отполированная поверхность мутнеет, покрывается сеткой тончайших бороздок, на которые впервые обратил внимание Д. Чернов. Это следы пластических сдвигов атомов в кристаллических зернах, расположенных у поверхности образца. Появление этих сдвигов еще не означает разрушения металла. Сдвинувшиеся слои прочно сцеплены друг с другом. [c.44] Кирпич, бетой й стекло легко разрушаются при растяжении или ударе и отлично противостоят большим нагрузкам на сжатие. Ключом к пониманию столь разного поведения материалов служат их кристаллические структуры (у металлов они простые, у силикатов — сложные), а также дефекты кристаллической структуры, называемые дислокациями (смещениями). [c.45] В кристаллических телах почти неизбежны участки, в которых наблюдается несовпадение в расположении атомов. Рассматривая вакансию в трехмерном пространстве кристалла, ученые заметили, что зачастую ей соответствует смещение или лишний ряд атомов, который был назван экстраплоскостью. [c.45] Многочисленные неполные плоскости или экстраплоскости не проходят через все сечение кристалла. Они обрываются внутри него. Возле края экстраплоскости расположение атомов искажено. Эта искаженная область тянется вдоль всего края и называется краевой дислокацией. Длина одиночной дислокации может достигать нескольких тысяч межатомных расстояний или периодов решетки. [c.45] За счет унругйх полей дислокации взаимодействуют. При этом дислокации, лежащие в разных плоскостях скольжения, могут упорядоченно располагаться в кристалле, выстраиваясь таким образом, что область сжатия кристалла у одной дислокации приходится на область растяжения у другой. Ряды дислокаций образуют субграницы, разбивающие кристалл на взаимно разориентированные блоки. Точечные дефекты и примесные атомы обычно скапливаются в упругих полях дислокаций. [c.46] Винтовые дислокации играют большую роль при выращивании кристаллов из паров, растворов или расплавов. Ступенька, образующаяся при выходе винтовой дислокации на поверхность кристалла, может непрерывно захватывать осаждающиеся на поверхности растущего кристалла атомы или ионы. Большинство дислокаций в кристаллах представляет собой совокупность краевых и винтовых типов. [c.47] Дислокации перемещаются под действием касательных напряжений сдвига. Сопротивляются ли атомы решетки этому перемещению Исследования показали, что дислокации обладают легкой подвижностью. Те из них, которые не встречают на своем пути тормозящего влияния чужеродных атомов, вакансий, включений и других дефектов, перемещаются при напряжении около десятых долей килограмма на квадратный миллиметр. Можно сделать вывод, что атомы решетки е препятствуют перемещению дислокаций. Атомы, расположенные непосредственно перед дислокацией, сопротивляются ее приближению, так как она выводит их из равновесного положения. Толкачами дислокации служат атомы, расположенные непосредственно за ней ее удаление позволяет И.М занять новое стабильное положение в решетке. Дислокация испытывает давление с обеих сторон, поэтому суммарное воздействие на нее равно нулю. [c.47] Цепь препятствий способна существенно повысить прочность металла. Заслоном движению дислокаций могут служить границы зерен, у которых скапливаются дислокации. Уменьшение средней величины зерен увеличивает общую длину их границ, следовательно, создает мощный барьер движению дислокаций. [c.48] Чужеродные атомы локально искажают кристаллическую решетку. Искажения оказывают существенное сопротивление перемещению дислокаций. Да и сами дислокации, образующиеся при ковке или прокатке, препятствуют такому перемещению при пластической деформации. [c.48] Мы говорили, что дислокации в конце 1К0НЦ0В могут выходить на поверхность кристалла. В местах их выхода решетка искажена сильнее всего. Энергия атомов здесь повышена, поэтому при приготовлении шлифов места выхода дислокаций протравливаются скорее и глубже. [c.48] А не может ли случиться так, что все дислокации выйдут на поверхность кристалла В этом случае они были бы исчерпаны, и прочность кристалла резко возросла. Однако этого никогда не произойдет, и вот почему. Английский ученый Ф. Франк и американский ученый В. Рид в 1950 году открыли явление образования новых дислокаций в процессе пластической деформации. Представьте себе краевую дислокацию закрепленной в крайних, неподвижных точках. Под действием напряжения она сначала выгнется, а затем начнет излучать замкнутые расширяющиеся кольца дислокаций. Расчеты показали, что величина напряжения обратно пропорциональна радиусу кривизны линии дислокации. [c.48] Наиболее активно задерживают движение дислокаций чужеродные атомы. Они сохраняют свою индивидуальность независимо от того, связаны ли они дислокацией или нет, тогда как вакансии могут полностью поглощаться, оставляя дислокацию практически неизменной. [c.49] Одиночные вакансии и междоузельные атомы не во всех случаях заметно препятствуют движению дислокаций, в то время как упругое взаимодействие чужеродных атомов с дисло-кациями очень эффективно и значительно изменяет пластические свойства кристалла. [c.49] Вернуться к основной статье