деформации (Макклинток Ф., Аргон А., 1970 - Деформация и разрушение материалов), страница 7

Глава 1 Пластическая деформация в противоположность упругой столь значительна, что уже ыожно говорить о раэрыве свяаей между атомами, которые. до деформации были соседями, и об образовании новых связей, таких же устойчивых, как и первоначальные свяэи. Поскольку при снятии нагруэки сохраняется новая конфигурация атомов, деформация будет неупругой. Ясли же новые свяэи ие образовались, наступит раэрушение. Обычно пластическая деформация происходит в том случае, когда к разрыву свяэей приводит возрастание напряжения во всем деформируемом объеме до величины, равной теоретической прочности, т. е.

порядка 0,1 В (фиг. 1.8). Раэрушение же наступает в результате раэрыва свяэей иэ-эа исключительно. высокой концентрации напряжений вблиэп трещин. Однако ва многих материалах пластическая деформация имеет место при уровне напряжения, гораздо более нивкам, чем теоретическая прочность. тг и Ф и г. Сйп Недефорккрокакяая простая кубкческая решетка (е) и простая кубическая решетка, пефоркировакная упруго (О). Существование днслонации в кристалле приводит к появлению области, где благодаря сохраненито порядка в расположении атомов в окружающем эту область кристалле энергия, необходииая для раарыэа группы связей.

получается аа счет одновременного восстановления другой группы свяэей. Таким образом, для доформирования требуются напряжения небольшой величины, Пластическая деформация, которая может возникнуть, если через ьристалл пройдут все имеющиеся в нем дислокации, в случае отожженных материалов невелика. Следовательно, |влжен существовать какой-то механизм непрерывного зарождения дислокаций. Действие такого механиама свяаано о образованием дпслокацпопных петель диаметром порядка сотен межатомных расстояний. В гл. 4 будет показано, что в кристалле с модулем всестороннего сжатия В н межатомным расстоянием Ь энергия деформации от дислокации составляет порядка 0,1 ВЬт на одно межатомкоо расстояние вдоль линни дислокации. Следовательно, для обраэованкя даже самой маленькой петли потребуется энергия, гораэдо большая, чем энергия связи; в кристаллах с первичными связями при комнатной температуре термическая активация почти никогда не сетон<от быть источником этой энергии.

Еще реже будут соэдаваться в результате термической активации петли длиной в несколько сотен межатомных расстояний. Они будут возникать при действии на короткие отрезки дислокаций внешнего напряжения определенной величины — стартового напряжения. В гл. 4 мы увидим, что благодаря периодичности строения кристаллической решетки с дислокацией связана энергия деформации больших областей. Остаточный характер пластической деформации объясняется тем, что расширяющиеся петли взаимодействуют друг с другом и переплетаются, в результате чего при снятии нагрузки они не могут принять исходного положения. .. ен, рк Ф.б. МИКРО- И МАКРОСТРУКТУРя МАТКРИАДОИ А.

Микроструктура Линейные дефекты материалов столь малы, что выявить их можно лишь с помощью электронной микроскопии или по ивменению травкмости кристалла. В световом микроскопе наблюдаемая при обычном увеличении структура в большинстве случаев свявана с дефектами на поверхности. Ф в г. х.22. Ливии скольжения в и-латуки восле 8%-ной деформа- ции сдвигв ~4~. В отсутствие пластической деформации можно наблюдать грвницье зерен, где стыкуются кристаллы с различной ориентировкой. Иногда растворенные атомы образуют группировки с правильной решеткой — новую Ф и г. 1.22. Полосы скольжения нв поверхности мовокриствллв в;ломания.

фазу; ев границы можно выявить путем травления. Включения — это фазы нэ неметаллических элементов, не вошедших в раствор. При деформированни очень часто структура изменяется лишь в отдельных областях материала, причем таким образом, что окавывнется возможным продолжение деформации в непосредственной блиаости от первоначаль- вн ьвь Ф и г.

1.2(. 1)олосз дз4юрмацин в зерне алюминиевого обре.ща ноглз гнба н нерогнба вручную. но деформированных участков. Вследствие этого деформация происходит в ограниченных областях — полосах различных типов.,Цнижение дислокаций по некоторой плоскости скольжения приводит к взаимному смещектпо двух частей кристалла, разделяемых плоскостью окольжения. Образующаясн в результате этого смещения ступенька на поверхности проявлется как линия сколья ения. На фиг. 1.22 покачакы линии скольжения яа поверхности кристалла и-латуни. Отио- Ф и г.

1.25. Полосы сброса з кристалле цинка Ф н г. 1.26. Двойники деформации после сзкатин (но Гнлману). з монокрнстзалг цинка. сительпое смещение по одной плоскости сколюкения, как правило, не преносходит длины 100 векторов трансляции '), поэтому линии скольжения с помощью оптического микроскопа наблюдать нельзя. г) Некоторые сплавы, н том чнсзс н-латунь, прздставлнют исключеннг (рззд. 4.10). Сиимнтдра и механизмы дефармазиьь аьеербыг таеа На более поадних стадиях пластической деформации параллельные лвиии скольжения начинают объединяться и на поверхности возиикают следы, видимые в оптический микроскоп (фиг.

1.23). Эти следы называются полосами сколов«ения. За очень небольшим исклгочением все видимые в"оптический микроскоп следы скольжения па поверхности металла — это полосы скольн.енвя. В некоторых случаях пластический сдвиг по двум или нескольким пересекагощимся плоскосгявг происходит внутри гаирокой полосы ~фиг. 1.24), воторую мол«по назвать полосой деформации '). Ф в г. «.Зт. Полосы Чернова — Лю- Ф в г. П28.

Продольное сзченно стальной вродзрса в образце вз нзлоуглсроднстой нононн после трзнзнння. стаяв. Вь««ны удлиненные эерн«н енныченнн. Когда скальп'ение по параллельным плоскостям происходит в полосе, почти перцепдикуляриой плоскостям скольжения, решетка материала внутри полосы поворачивается по отношению к решетке окружающей матрицы. Такого рода полоса пазывается полосой сброса.

На фиг. 1.25 показаны полосы сброса в кристалле цинка, деформпровавном сжатием. Двойииковапие может происходить внутри узкой полосы, ограничениой плоскостями двойникования. В результате двойпиковапия образуется топкая пластин» с решеткой, находящейся по отяогпепию к матрице в двойииковой ориентации. Опа вазывается полосой двойника деформации.

Такие двойиики в кристалле цинка показаиы на фиг. 1.26. В некоторых поликристаллических материалах, например в подвергнутой старению малоуглеродистой стали, деформация с самого ее начала локализуется в полосах и «размягчает» примыкающие к иим области, что облегчает продолжение деформация па границе исходной полосы. Такого типа полосы деформации часто видны даже макроскопически, опи называются полога ни Чернова — Людерса.

В качестве примера показаны такие полосы иа образце из стального листа (фиг. 1.27). ») Пучки полос скольжения н полосы сброса часто также называют полос«ив дефорызцнн. Это ярнводнт к такой путанице, что термин «новос« деформации» становятся ночтн боснозезныы. н~ рь Е'ла««7 П и большой пластической деформации исходная форма верна может ри сильно намениться; действующие плоскости скольжения стремятся повернуться в направлении деформнрокания, в результате чего возникают преимущественные ориентировки зерен и образуются длинные пеночки включений Такая структура характерна для материала после ковки и прокатки; ей соответствуют линии течения (фиг.

1.28). Б. Макроструктура Часто создают такие сочетания материалов, которые и целом можно рассматри ат осматривать как новый материал. Например, обшивка самолета мол'ет иметь ка обратной стороне ребра жесткости (фпг. 1.29) или представлять Ф к г. 1.3а. Слоистая кок«трупики с сотовой слрд- иевииой. «В и г. 1.29. Ребра «кеоткости ие обшивке плоскости самолете. собой «сотые (фиг.

1.30). Такие материалы «южно рассматривать с двух точек зрения: а) учитывая поведение отдельных элементов составного мате- риала и б) учитывая его свойства как целого. Подход в каждом конкретном случае определяетгя условиями задачи. $.7. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА керк Теперь мы постараемся ответить на вопрос: в какой степени энанги структуры материалов поаволяет предсказывать их механическое поведение? Ф зн я разобрались во многих вопросах ядерной структуры, на точной теории пока еще пет. Однако мы уже видели, что процессы на ядерном уро овне как правило, не играют большой роли в деформации и разрушении материалов, и поэтому отсутствие теории этих явлений не имеет существенного значения. Для описания структуры и процессов на атомном уровне фиаики создали мощный инструмент — квантовую механику.

Зная массу и заряд ядра атома, по ащыо квантовой механики принципиально вочмояшо установить ако яе галька строение отдельного атома, ко и любого агрегата атомов. Одн ф ескиедостиженияв этап направлении еще далеки от уровня, на катором находятся основы теории. Точные решения имеются лишь дл о простых атоъюв и молекул, тем ие менее были получены удовлетворительные приближенные решения для некоторых типов кристаллов и для ряда химических соединений. Была выяснена природа рааличпых типов связи. В результате этих работ появилась возможность рассчитывать в хорошем приближении упругие константы некоторых кристаллов.