Механизм пластического деформирования
Пластическая деформация в кристалле осуществляется путем сдвига одной части относительно другой. Сдвиг вызывают касательные напряжения τ, когда их значение превышает критическую величину. Имеется две разновидности сдвига: скольжение и двойникование. При скольжении одна часть кристалла смещается параллельно другой части вдоль плоскости, называемой плоскостью скольжения или сдвига (рисунок 2, а). Двойникование представляет собой перестройку части кристалла в новое положение, зеркально симметричное к его недеформированной части (рисунок 2, б). Плоскость зеркальной симметрии называют плоскостью двойникования. При двойниковании атомные плоскости кристалла переориентируются параллельно плоскости двойникования на разные расстояния. Часть кристалла, в которой в результате двойникования произошла переориентация кристаллической решетки, называется двойником деформации. По сравнению со скольжением двойникование имеет второстепенное значение. Роль двойникования возрастает, когда скольжение затруднено. В металлах с ОЦК и ГЦК-решетками двойникование наблюдается лишь при низких температурах или высоких скоростях деформирования. При нормальных условиях в металлах с ГПУ-решеткой деформация развивается как двойникованием, так и скольжением.
Скольжение развивается по плоскостям и направлениям, на которых плотность атомов максимальна. Плоскость скольжения вместе с направлением скольжения, принадлежащим этой плоскости, образуют систему скольжения. Число систем скольжения неодинаково в металлах с разным типом решеток. У металлов с ГЦК-решеткой скольжение идет по плоскостям {111} в направлениях [110]. В металлах с ОЦК-решеткой скольжение развивается по плоскостям {110} в направлении [111].
|
|
|
У металлов с ГПУ-решеткой при c/a > 1,63 (Mg, Zn) скольжение развивается по плоскостям базиса. Эти металлы менее пластичны, чем металлы с ОЦК и ГЦК-решетками. Число систем скольжения может возрасти, если уменьшаются критические напряжения сдвига в других плоскостях.
Элементарный акт сдвига – это смещение одной части кристалла относительно другой на одно межатомное расстояние. В идеальном кристалле в скольжении должны одновременно участвовать все атомы, находящиеся в плоскости сдвига. Для такого синхронного «жесткого» сдвига требуется критическое касательное напряжение, которое называют теоретической прочностью кристалла. В реальных кристаллах для сдвига на одно межатомное расстояние требуется напряжение в 1 000 раз меньше теоретического значения. Низкая прочность реальных кристаллов обусловлена их структурным несовершенством.
|
|
|
Пластическое деформирование в реальных кристаллах осуществляется путем последовательного перемещения дислокаций. Дислокация легко движется в той плоскости, в которой находится дислокационная линия АА (рисунок 3). Перемещение краевой дислокации при сдвиге на одно межатомное расстояние представляет собой согласованную перегруппировку атомов около дислокации и не сопровождается диффузионным переносом массы.
а – скольжения; б – двойникования
Рисунок 2 - Схемы пластической деформации
Рисунок 3 - Схема смещения атомов при перемещении краевой дислокации на один параметр решетки при перемещении краевой дислокации из положения 1 в положение 2 под действием касательного напряжения τ
Как видно из схемы, приведенной на рисунке 3, для перемещения краевой дислокации слева направо из положения 1 в положение 2 требуется лишь незначительное перемещение атомов (обозначенных черными кружками).
При дальнейшем движении дислокация пройдет всю плоскость и выйдет на поверхность зерна (блока). При этом верхняя часть зерна окажется сдвинутой по отношению к нижней его части на один межатомный период решетки (рисунок 4). Так как в каждый данный момент времени смещается лишь небольшая группа атомов в области дислокации и на незначительные расстояния (меньше межатомных), то пластическая деформация совершается при небольшой величине касательных напряжений τ, что и соответствует экспериментальным данным.
|
|
|
Рисунок 4 - Схема сдвига на один параметр решетки верхней части зерна относительно его нижней части при движении дислокации через всю плоскость скольжения
Рассмотренный дислокационный механизм схематически представляет физическую сущность пластической деформации, происходящей путем скольжения (сдвига) в единичной кристаллографической плоскости монокристалла (одного зерна). В процессе пластического деформирования возникают новые дислокации, их плотность повышается.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 196; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!