Элементы теории дислокаций

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ДИСЛОКАЦИИ [c.19]

В книге приведены общие соотношения для расчета гармонических составляющих э.д.с. накладного датчика в зависимости от коэрцитивной силы, остаточной и максимальной индукции ферромагнитных материалов при одновременном воздействии Переменных и постоянных полей. Даны рекомендации по выбору оптимальных значений намагничивающих полей и конструктивных элементов датчиков. Рассмотрены основные типы феррозондов с поперечным и продольным возбуждением. На основании общих соотношений теории дислокаций описаны процессы упрочнения, ползучести, изменения магнитных и механических свойств металлов при деформации и усталости нагружения. Даны рекомендации по применению методов и приборов по контролю качества термообработки и упругих напряжений, однородности структуры. [c.2]

С начала XX века — века технического прогресса с его высокоскоростными машинами, быстроходными турбинами, развитой авиационной промышленностью — гораздо больше внимания стало уделяться исследованиям, направленным на достижение понимания явления усталости. К середине XX в. повсеместно стали проводиться широкие исследования усталости и на микроскопическом, и на макроскопическом уровнях. Физики и металлурги пытались разобраться в сути явления на микроскопическом уровне, а инженеры — рассчитывать элементы конструкций и сами конструкции на макроскопическом уровне, используя данные простых лабораторных испытаний и полуэмпирические методы расчета. Развитие теории дислокаций в этот период во многом помогло пониманию усталости на микроскопическом уровне. Создание электронного микроскопа с его высочайшей разрешающей способностью дало возможность непосредственно наблюдать за процессом усталости. [c.169]

Элементы структуры конструкционных материалов весьма разнообразны и их размеры изменяются в широком диапазоне — от размеров атомов и молекул до размеров деталей или элементов конструкции. Характерные масштабы структуры приведены схематически на рис. 4.1 [96. Отвлекаясь от квантово-механических явлений, начнем перечисление с уровня кристаллической решетки 1 с характерным масштабом порядка 10 . .. 10 м. Более широкий диапазон 2 занимает молекулярная структура полимеров. Характерный масштаб дислокаций 3 имеет порядок 10 . .. 10 м, а среднее расстояние между дислокациями 4 лежит в широком диапазоне 10" . ... .. 10 м. Перечисленные элементы структуры служат предметом рассмотрения физики твердого тела. При этом раздел физики твердого тела — континуальная теория дислокаций — является пограничной областью между физикой твердого тела и механикой сплошной среды. [c.119]

Известно, что прочность молекул (физическая прочность) во много раз превосходит техническую прочность всего элемента в целом. Громадный разрыв, существующий между физической и технической прочностью, для кристаллического состояния находит хорошее объяснение в теории дислокаций, учитывающей неправильности в построении кристаллической решетки. Что касается аморфного состояния, то снижение механической прочности объясняется наличием в реальном объеме материала микротрещин, в области которых происходит концентрация напряжений. [c.35]

Б сплавах легирующие элементы или примеси, понижающие поверхностное натяжение, должны, как правило, собираться на поверхностях раздела, т. е. на границах зерен [154], где концентрация таких элементов всегда выше, чем в зерне. Доказательства этого полон ения были приведены не только с позиций термодинамики, но и с точки зрения энергии искажений решетки вокруг растворенных атомов и современных представлений теории дислокаций [50, 27]. [c.95]

Последней величиной, определение которой необходимо для получения пороговых значений амплитуды коэффициента интенсивности напряжений, является р — размер критически напряженного элемента у вершины трещины. Харрис на основе анализа зоны у вершины усталостной треш,ины установил, что размер критически напряженного элемента должен быть от 100 до 400 атомных расстояний данного материала. В работах Лю также было показано, что размер элемента структуры, который может характеризовать неоднородность свойств материала, должен быть от 0,025 до 0,1 мкм. Такой же размер критически напряженного объема получен прн анализе средней плотности дислокаций у вершины усталостной треш,ины. Постоянная, фигурирующая в теории Нейбера как элемент, по-которому усредняется действующее в вершине трещины напряжение, также имеет порядок, близкий к приведенным размерам критически напряженного объема. Таким образом, размер критически напряженного объема у вершины усталостной трещины можно принять равным 0,02—0,1 мкм. Однако из условия минимума порогового значения амплитуды коэффициента интенсивности напряжений целесообразно выбрать значение р, близкое к нижней границе. В этом случае погрешность в определении пороговых условий пойдет в запас прочности. [c.127]

Рассмотрим эволюцию дефектной структуры при деформации в условиях сильного сжатия и сдвига. Теория этого вопроса дана в [512]. Как показано в этой работе, изменения кристаллической структуры при сжатии—сдвиге сводятся к уменьшению межатомного расстояния, достижению предельной плотности дислокаций, пластическому повороту смежных монослоев на угол Дф, образованию трещин-пор, распаду на элементы со, разделению со на вакансии. Иными словами, при сжатии— сдвиге происходит последовательный переход трехмерной трещины в двухмерные пустоты (дивакансии) со, пересыщающие все участки объема. [c.316]

Характер деформации кристаллической решет-ки. Традиционное представление о трансляционном характере пластического течения кристалла вытекает из его трансляционной симметрии. Поэтому все теории пластичности основывались лишь на рассмотрении трансляционного перемещения дислокаций по определенным системам скольжения. Возникновение в деформируемом кристалле атом-вакансионных состояний в зонах стесненной деформации й на границах раздела субструктурных элементов в принципе позволяет осуществляться не только трансляционным, но и поворотным модам деформации. Полевая теория этого вопроса рассмотрена в [71], где показано, что вихревой характер пластического течения в решетке со смещениями равноправен наряду с трансляционным скольжением в определенных кристаллографических [c.23]

Термически активируемое перемещение дислокаций рассматривается в свете теории абсолютных скоростей реакций. Чтобы произвести элементарную деформацию, элемент дислокации,. находящийся в активированном состоянии (единица потока), должен преодолеть энергетический барьер. Источниками энергии, необходимой для преодоления барьера (которая наглядно изображается на графике сила — расстояние), являются приложенное напряжение и тепловое возбуждение. Даются определения термодинамических параметров и рассматриваются способы их экспериментального измерения. [c.91]

Термодинамический анализ пластической деформации с привлечением дислокаций берет начало из теории вязкого течения молекулярных жидкостей, предложенной Эйрингом [117]. Скорость течения рассматривается как результат, успешного действия единиц потока , когда носитель деформации движется путем преодоления энергетического барьера при помощи приложенного напряжения и теплового возбуждения. Математический аппарат здесь точно такой же, как и при описании химических реакций, т. е. теория абсолютных скоростей реакций. Будем считать элемент дислокации единицей потока и примем, что частоту, с которой элемент дислокации преодолевает энергетический барьер (в том смысле, что приложенное напряжение о совершает работу), можно записать так же, как скорость термически активируемой химической реакции [c.100]

Эта теория основана на существенном допущении, что как только элемент дислокации преодолевает барьер и попадает в-очередную потенциальную яму, вся его энергия снова переходит в тепло и, для того чтобы преодолеть следующий барьер, ош должен вновь чисто случайно получить всю необходимую энер- ГИЮ. Возможны два случая. [c.101]

Уравнения баланса дефектов в данной модели строятся из интуитивных геометрических соображений, как правило, без учета временной зависимости [24, 25]. В настоящее время используются представления калибровочных полей [26—28], что позволяет изучать процессы, обусловленные взаимосвязью механических изменений внутри структурного элемента с соседними элементами и внешними объектами [27, 28]. Обычно внутренняя (локальная, описывающая структурный элемент) и внешняя (глобальная) симметрии представляются группой Лоренца. В ряде работ, например [29], рассмотрены идеи нарушенной симметрии, в которых поведение дислокаций описано аналогично теории сверхпроводимости Гинзбурга — Ландау с некоторым параметром порядка. Следует отметить, что введение группы Лоренца как для внешних, так и для внутренних переменных не убедительно, поскольку в неоднородной среде отсутствует единственная скорость передачи сигнала — скорость звука. Теория, содержащая малый параметр, представляет собой скорее описание фазового перехода типа плавление , чем поведение механической среды, в которой заведомо отсутствуют какие-либо параметры порядка. [c.43]

Наконец, развитый аппарат теории границ не только обобгцает понятие дефекта, но и включает в качестве частных случаев элементы теории дислокаций, дисклинацнй и диспираций. В табл. 10 даны перечисления конкретных применений теории границ. [c.198]

Появление элементов теории дислокаций относится к 20-м годам этого столетия (работы Я. И. Френкеля, Дж. Тейлора, Е. Орована и др.). Однако экспериментальное подтверждение существования дислокаций получено лишь в 50-х годах благодаря развитию экспериментальных средств исследований строения кристаллов. Существование дислокаций было подтверждено как прямыми методами исследования (с помощью ионного проектора, рентгеновской топографии, электронномикроскопического исследования), так и косвенными методами исследования (метод ямок травления, муаровых фигур и др. [49]). [c.20]

Теория упругих дислокаций, т. е. построение и изучение решений уравнений теории упругости, соответствующих некоторому распределению особенностей на заданных линиях, создана достаточно давно. Основные результаты здесь принадлежат Воль-терра. Эта теория носила довольно формальный характер и не имела сколько-нибудь серьезных приложений до тех пор, пока к дислокационным представлениям не прибегла физика кристаллов. С тех пор появилось очень большое количество исследований, направленных на развитие формальной теории дислокаций, и к настоящему времени она приобрела достаточно законченный характер. Здесь будут излагаться лишь элементы формальной теории упругих дислокаций, непосредственные же приложения к физике кристаллов носят чисто иллюстративный характер. [c.454]

Благодаря развитию теории дислокаций достигнуты заметные успехи в объяснении механизмов деформирования и разрушения технических материалов на атомистическом уровне. Однако эта теория не дает в распоряжение инженеров средств, позволяющих производить количественные оценки критических условий нагружения, размеров и форм конструкции, а также свойств материалов. В связи с этим наряду с проведением исследований на микроскопическом уровне по построению и развитию теории дислокаций проводились исследования на макроскопическом уровне с целью создания моделей разрушения элементов машин и конструкций, т. е. в области, известной ныне под названием механики разрушения. Начиная с появления работ Гриффитса, Орована и Ирвина, исследования в области механики разрушения в значительной степени были стимулированы разрушениями 1289 (из них 233 случая [c.60]

Для описания макродеформации твердого тела пет необходимости прибегать к теории дислокаций, а следует воспользоваться аппаратом механики среды со структурой [169] и рассматривать достаточно высокие структурные уровни. Чтобы понять механизм пластического течения, необходимо анализировать дислокационный структурный уровень. Дислокационная теория деформации во многих случаях необходима и для понимания механизма движения макроэлементов структуры друг относительно друга, т. е. движения границ раздела. Но при этом нужно учитывать возможность воз- никновения па границах раздела субструктурных элементов атом-вакансионных состояний. Рассмотрение движения точечных дефектов соответствует атомному структурному уровню деформации. В ряде случаев (например, ползучесть Набарро — Херринга) этот уровень определяет всю трансляционную пластичность. Однако при коллективном движении точечных дефектов на более высоком уровне возмон пы повброты пространственных элементов структуры. [c.81]

Следующие элементы структуры в зависимости от подхода к их анализу можно отнести как к физике твердого тела, так и к прикладному материаловедению (металловедению). Среди них линии скольжения 5 и полосы скольжения 6, микропоры и микровключения 7, зерна и волокна 8, микротрещины 9. Сюда можно отнести такие элементы структуры, характеризующие состояние поверхности высоты рельефа микрошероховатости 10 и характерные длины этого рельефа 11. Перечисленные элементы имеют масштабы длины, лежащие приблизительно в одном и том же диапазоне 10 . .. 10 м. Существенно, что на этом уровне допустимо рассматривать материал с позиций механики сплошной среды (более того, методы теории упругости применяют уже в теории дислокаций). Кроме того, предметом механики [c.119]

Первую теорию ползучести, контролируемой вязким движением дислокаций, предложил Виртман [ 238] в 1957 г. Теория Виртмана имеет общий характер в том смысле, что она не предполагает конкретного типа взаимодействия атомов растворенного элемента с дислокациями. Рассмотрим его теорию на примере скоплений дислокаций, показанных на рис. 10.1. Под действием напряжения дислокация вязко перемещается слева направо и в момент занимает положение х,. Каждая дислокация возникает в начальном положении О и исчезает на расстоянии I от начала в тот момент, когда в начальном положении возникает новая дислокация. Исчезновению дислокации в результате аннигиляции при встрече с дислокацией противоположного знака предшествует ее п еползание на расстояние Предполагается, что время, необходимое для того, чтобы дислокация преодолела это расстояние переползанием, [c.143]

В основе идеологии В. Е. Панина и теоретиков его школы (В. Е. Егорушкина, Ю. В. Гриняева, А. И. Олемского) лежит представление о перестройке потенциального рельефа атомов в условиях сильного возбуждения. Это приводит к тому, что в пространстве меж-дуузлий появляются новые разрешенные состояния, поведение ионной подсистемы становится менее определенным (приобретает волновой характер). В таких условиях представление о кристаллической решетке и ее дефектах теряет смысл, теория дислокаций становится полностью неприменимой к описанию деформационных процессов. В отмеченных работах предложен новый подход пластическая деформация рассматривается как локальное структурное превращение в областях сильновозбужденных состояний атомов, которое сопровождается испусканием дефектов как элементов новой структуры. Иными словами, дефекты возникают на определенной стадии релаксации сильновозбужденного состояния и являются, по сути, элементами диссипативной структуры. [c.92]

Согласно представлениям теории дислокации, в результате естественного старения дислокации оказываются окруженными облаком из атомов растворенных элементов, в данном случае углерода и азота, затрудняющих передвижение дислокаций. При небольших обжатиях дислокации преодолевают это сопротивление и вырываются из облака . Их дальнейшее перемещение облегчается. Предел текучести понижается и становится менее отчетливо выраженным. [c.719]

Рассчитана релаксированная атомноя структура и субструктура межфазных (межслоевых) границ. Установлено соответствие сеток первичных дислокации, выявляемых по атомной структуре и рассчитанных на основе теории О-решетки. Структурные элементы, составляющее межфазную границу, представляют собой устойчивые атомные или дислокационные конфигурации. Вторичные граничные дислокации можно рассматривать как искажения сетки первичных дислокаций, компенсирующих отклонение от специальной ориентации. [c.196]

Упрочнение первого типа обычно связывается с влиянием элементов, образующих растворы замещения и внедрения. При этом рассматривается взаимодействие дислокаций с примесью вследствие несоответствия размеров атомов, которое определяется параметром r= lla)dald (а —параметр решетки, С — концентрация легирующего элемента), а также упругих модулей, которое определяется параметром R= l/G)dG/d . Эти типы взаимодействия могут быть рассчитаны в рамках теории упругости, поскольку они обусловлены полями дальнодействия. Кроме того, возможно взаимодействие типа близкого действия, определяемое электростатическим взаимодействием ядра дислокации с а. р. э. Напряжение Тпр в области, где оно не зависит от температуры, т. е. определяется дальнодействием, может быть рассчитано из соотношения Хпр = гОг где 2=1/760 [c.220]

Основная, пожалуй, задача, на которой были сосредоточены в последние годы усилия ученых-механиков, занимающихся практическими приложениями механики разрушения к оценке прочности крупногабаритных изделий,— это задача о нахождении условий равновесия или распространения большой трещины в достаточно пластичном материале. Пластическая зона впереди трещины велика настолько, что для нее можно считать справедливыми соотношения макроскопической теории пластичности, рассматривающей среду как сплошную и однородную. Для плоского напряженного состояния модель Леонова — Панасюка — Дагдейла, заменяющая пластическую зону отрезком, продолжающим трещину и не имеющим толщины, оказывается удовлетворительной. В частности, это подтверждается приводимым в этой книге анализом соответствующей упругопластической задачи, которая ре- шается численно методом конечных элементов. С увеличением числа эле-ментов пластическая зона суживается и можно предполагать, что в пределе, когда при безграничном увеличении числа элементов решение стремится к точному решению, пластическая зона действительно вырождается в отрезок. Заметим, что при рассмотрении субмикроскопических трещин на атомном уровне многие авторы принимают гипотезу о том, что нелинейность взаимодействия между атомами существенна лишь в пределах одного межатомного слоя, по аналогии с тем, как рассчитывается так называемая дислокация Пайерлса. Онять-таки, как и в линейной теории, возникает формальная аналогия, но здесь она носит уже искусственный характер, и суждения об относительной приемлемости модели в разных случаях основываются на совершенно различных соображениях степень убедительности приводимой Б защиту ее аргументации оказывается далеко неодинаковой. [c.10]

Механизм зарождения и роста газовых пузырьков в металлах раскрыт не полностью, хотя для его объяснения было предложено много теорий. Наиболее часто распухание объясняют зарождением на дислокациях пузырьков и их дальнейшим ростом посредством диффузионного механизма. Отражатели нейтронов, изготовленные из бериллия и используемые в некоторых ядерных реакторах, согласно Клайборну [19], нуждаются в замене каждые шесть месяцев. Возможно, что распухание может ограничить использование бериллия в качестве замедлителя или в качестве материала оболочки тепловыделяющих элементов. Эллз и Эванс [28] вводили небольшое количество гелия в бериллий бомбардировкой а-части-цами и облучали эти образцы при температуре до 740° С. Небольшое распухание было отмечено для образцов, облученных при 605° С сильное — во время облучения при 740° С. Однако распухания не происходило во время облучения при температуре 600° С и ниже. [c.267]

Некоторое представление о значении структурного фактора на повышение прочностных и пластических свойств при ВТМО, в частности, с применением дробной деформации можно получить путем исследования тонкой структуры рентгенографическим методом. На образцах стали 40ХСНВФ (см. табл. 3) измерено физическое уширение линий (НО) и (211). По полученным значениям произведена оценка размеров блоков В и напряжений второго ряда Аа/а согласно методике [6, 7, 10], а также плотности дислокаций. Результаты соответствующих измерений и расчетов показывают закономерные изменения элементов тонкой структуры в соответствии с теорией. Измерения и расчеты, проведенные на сталях других марок, подтверждают указанные закономерности. Путем применения дробной деформации можно существенно улучщить тонкую структуру стали, измельчить блоки и повысить плотность дислокаций. [c.45]

Проанализируем сначала простейший случай кислотной коррозии, полагая, что растворяющийся сплав состоит из сильно различающйхся по своим Свойствам фаз, представленных практически чистыми компонентами-А и В. Весь процесс приближенно можно описать на основе теории коррозионных микроэлементов, допу стив, что реакция анодного растворения локализована на фазе А (фаза с отрицательным потенциалом), а катодная реакция — восстановление Н+-ИОНОВ — срсредоточена на фазе В (фаза с положительным потенциалом). В стационарных условиях скорости обеих реакций одинаковы и равны скорости саморастворения металла. В реальных процессах помимо работы фазовых элементов существует еще целый ряд причин, вызывающих коррозионные разрушения, в частности коррозионные элементы типа граница фазы — центр фазы, которые сильно усложняют анализ. По границам фаз всегда происходит накопление дислокаций и примесных атомов, что способствует сосредоточению в этих зонах интенсивного растворения. [c.155]

Согласно теории Котрелла повышение предела текучести объясняется взаимодействием дислокаций с атомами примесей. Растворенные атомы, особенно элементов внедрения, сегрегируют в места скопления дислокаций и тормозят их движение при деформировании металлического тела. С понижением температуры торможение увеличи-чивается, что приводит к резкому возрастанию предела текучести [185]. [c.241]

Анализ соотношений показывает в обш ем случае необходимо учитывать дефекты различных тийов (дислокации и дисклинаций), но при определенных условиях деформации и в зависимости от структуры материала процесс деформирования поддается дислокационному описанию. Необходимо обратить внимание, речь идет об одном только структурном элементе. Но дислокационное описание, как видно, имеет ограниченное применение и только внутри структурного элемента (например, зерна). В общем случае невозможно построить чисто дислокационную или дисклинационную теорию. Поэтому имеет смысл говорить об общей теории дефектов. [c.158]

В самом деле, границы (например, границы разориентации) далеко не всегда являются источниками дальнодействующих напря-я ений. Потому их нельзя ввести в предмет теории через особен-. ность в решениях для напряжений. Более того, границы разориентации — это органический элемент структуры частичной дисклинации, а границы сдвига — частичной дислокации. Такие границы остаются в кристалле и при отсутствии дислокаций или дисклинаций, например, из-за выхода на наружную поверхность или образования полностью замкнутой границы S. Если поверхность S не имеет края, то нет и линейного деферта, ее окаймляющего. Потому даже [c.169]

Детали машин и элементы конструкций — распределенные системы, поля напряжений, деформаций и температур в которых, как правило, неоднородны. Поэтому накопление повреждений протекает в различных точках неодинаково, так что меры повреждений — функции не только времени, но и координат. Это приводит к континуальным моделям повреждения, в которых наряду с полями напряжений и температуры рассматривают поля некоторых скалярных и тензорных характеристик поврежденности материала. По существу модели теории пластичности и теории ползучести представляют собой континуальные модели накопления повреждений, в которых степень повреждения материала определена через поля тензора пластических деформаций или его инвариантов. В более общем случае можно ввести дополнительные поля, которые характеризуют плотность дислокаций, линий скольжения, микротрещин и т. п. Предложен ряд моделей, использующих тензоры второго и более высокого ранга. Однако для использования этих моделей в прикладных расчетах необходимо иметь весьма обширные опытные данные, которые можно получить только из весьма тонких и обстоятельных экспериментов (которые пока никто не проводил). Возможно, что более практичным является другой путь развивать не полуэмпири-ческие, а структурные модели, которые явным образом описывают явления, происходящие в структуре материала при его повреждении. Влияние неоднородности полей напряжений и температур на процессы повреждения целесообразнее учитывать, рассматривая достаточно большое число наиболее напряженных точек и узлов, т. е. увеличивая размерность вектора г 5. [c.93]

Теория не должна быть основана на рассмотрении движения однородных дислокационных линий, но должна расс.матривать движение отдельных связанных элементов, составляющих дислокационную линию. В общем случае скорость деформации тем выше, чем больше число основных нерегулярностей дислокационной линии (петель, разрывов и т. д.), однако необходимо учитывать также подвижность этих нерегулярностей. Подвил<сность узлов, разрывов и петель обычно бывает незначительна, однако эти нерегулярности оказывают определенное влияние на деформацию, являясь источникалщ новых дислокаций. Дислокационные петли очень подвижны. [c.137]

Действительно, в теории относительности скорость света является предельной скоростью. Воображаемые события, происходящие со сверхсветовой скоростью не приносят информащда внутрь четырехмерной малой конической поверхности с1з = 0, в которой заключены реальные факты. Однако эти представления нельзя распространить на пространство с естественной геометрией деформированной среды, в которой элемент расстояния определяется равенством (2.107). В деформированной среде возможны процессы, происходящие со скоростью ь>С2. Например, Коттрел [67] отмечает явления, напоминающие черепковское излучение, при движении сверхбыстрых дислокаций, движущихся со скоростью а>С2 [c.63]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...