Физические основы пластической деформации (1072018), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

рис. 28).Такое представление о механизме сдвиговой деформации, как скольжение дислокаций, приводит в соответствиетеорию и эксперимент в части необходимых напряжений для относительного сдвига атомных плоскостей.Рассмотрим механизм перемещения дислокации на атомном уровне,( рис. 29 ).20Как известно, силы взаимодействия атомов зависят от расстояния. В зоне дислокации расстояния атомов 3 и 4от краевого атома 1 экстраплоскости 1-11 увеличены и связи между этими атомами утрачены. Под действием сдвигающей силы Р смещение плоскостей приводит к уменьшению расстояния 1-4 и увеличению расстояния 2-4, в результате чего связь между атомами 1 и 4 восстанавливается, а между атомами 2 и 4 обрывается. Дислокация перемещается на одно мажатомное расстояние.В полной аналогии с моделью гусеницы общее перемещение атомной плоскости происходит путем последовательного перемещения дислокации – аналога лапки гусеницы.

Движение дислокации – это процесс последовательногоразрыва и восстановления связей кристаллической решетки. Пробег дислокации от одной границы кристалла до другой есть элементарный акт деформации кристалла на одно межатомное расстояние. Из совокупности пробегов дислокаций складывается общая деформация кристаллического тела.5.3. Плотность дислокацийСколько же дислокаций требуется для получения значительной деформации тела?На рис. 30 показан кристалл с размерами l1, l2, l3 , в котором имеетсяn дислокаций.Введем понятие плотности дислокаций  =n, где знаменатель – площадь поверхности, пересекаемой дисl1 l 2локациями.

Иногда используется другая мера плотности дислокаций – суммарная длина дислокационных линий вединице объема  = l . Если предположить, что все дислокации прямолинейны и перпендикулярны площадке, наVкоторой мы фиксируем их выход на поверхность, то меры эти идентичны.Так,  =nnl 3l .=l1 l 2l1l 2 l 3VДля простоты выберем первую меру плотности. Когда все дислокации пробегут путь от левой до правой граникристалла, каждая из них даст на поверхности ступеньку величиной «в».

Пока ступеньки есть только на левой граникристалла, изменение его размера в направлении Х, связанное с одной дислокацией, будет меньше «в» и составлять от«в» такую же часть, какую пробег дислокации «х» составляет от l1:  = вхl1Понятно, что при х = l1 получим  = в.Полное изменение размера  кристалла в направлении оси X будет равно сумме тех смещений , которые связаны скаждой дислокацией, т.

е.21 = 1+ 2 + …+ n =вnx, где х - усредненная по всему кристаллу длина пробега дислокаций.l1Относительный сдвиг  в плоскости ХY равен отношению изменения размера по оси X к начальному размеру пооси Y, т.е.  =Δ вnxn=, или, с учетом плотности дислокаций  =,l 2 l1 l 2l1 l 2 =вρх .Принимая средний пробег дислокаций х равным среднему расстоянию между ними, когда зоны искажения еще неперекрывают друг друга, а также зная межатомное расстояние в = (2–3)10-8см, было подсчитано, что для полученияотносительного сдвига  10 % плотность дислокаций  должна составлять 1013 на 1 см2 поверхности или общая длина дислокационных линий должна быть равна 1013см в 1 см3 ( расстояние больше, чем от Земли до Луны).5.4. Краевая дислокацияЛинейная дислокация, образованная наличием неполной атомной плоскости (экстраплоскости), называется краевойдислокацией.

В одном измерении протяженность искажения кристаллической решетки такая же, как длина края экстраплоскости, т. е. размер ее макроскопический. В плоскости, перпендикулярной краю экстраплоскости, область несовершенства решетки имеет малые размеры – от двух до десяти атомных диаметров. Можно себе мысленно представить, что рассматриваемая область несовершенства находится внутри трубы, осью которой является край экстраплоскости.Вне этой трубы строение кристалла близко к идеальной решетке, а внутри – сильно искажено.

Положение центраядра дислокации обозначается значком . При этом, если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, тодислокация считается положительной и обозначается знаком , если в нижней части кристалла, то - отрицательной иобозначается знаком . Краевые дислокации одинакового знака, действующие в одной плоскости, взаимно отталкиваются, противоположного знака – притягиваются и при встрече уничтожаются, в результате чего решетка восстанавливается.Таким образом, краевая дислокация – это линейное несовершенство, образующее внутри кристалла границу зоны сдвига. Эта граница отделяет ту часть плоскости скольжения, где сдвиг уже произошел, от той части, где он еще неначинался.

Краевая дислокация перпендикулярна вектору сдвига.5.5. Винтовая дислокацияДругим видом линейных несовершенств является винтовая дислокация.Представим кристалл в виде параллелепипеда и сделаем в нем надрез поплоскости АВСД (см. рис. 31).Затем сдвинем правую часть кристалла по этой плоскости относительнолевой части на один период решетки так, что верхняя атомная плоскостьправой части совместится со второй горизонтальной атомной плоскостьюлевой части, вторая атомная плоскость правой части – с третьей плоскостьюлевой части и т.д.

Очевидно, что правильная решетка сохранится во всемобъеме кристалла, кроме локальной зоны вдоль линии ВС, где смещениеатомов произошло на расстояние, меньшее периода решетки. Видно, чтоверхняя атомная плоскость, как и все параллельные ей атомные плоскости,оказалась изогнутой по винтовой линии.

Отсюда локальное искажениерешетки вдоль линии ВС названо винтовой дислокацией, а линия ВС – линией винтовой дислокации. В плоскостях,перпендикулярных линии ВС, область несовершенства кристаллической решетки не превышает нескольких атомныхдиаметров, а вдоль линии ВС эта область имеет макроскопический размер.Дислокация может быть правой и левой, в зависимости от того, в какую сторону идет закрутка винтовой линии,если смотреть сверху (по часовой стрелке – правая винтовая дислокация, против часовой стрелки - левая). Винтоваядислокация перемещается в направлении, перпендикулярном вектору сдвига, а линия винтовой дислокациипараллельна вектору сдвига.

После того, как винтовая дислокация полностью пересечет кристалл, его правая частьбудет полностью сдвинута относительно левой части на одно межатомное расстояние (период решетки).225.5 . Смешанная дислокацияДислокация не может закончиться внутри кристалла, не соединяясь с другой дислокацией. Это следует из того, чтодислокация является границей зоны сдвига, а зона сдвига всегда есть замкнутая линия, причем часть этой линииможет проходить по внешней поверхности кристалла. Следовательно, линия дислокации должна замыкаться внутрикристалла или оканчиваться на его поверхности.На рис.

32 показаны частный случай, когда граница зоны сдвига (линия дислокации авcdf ) образована прямымиучастками, параллельными и перпендикулярными вектору сдвига, и более общий случай криволинейной линиидислокации gh.аgвeсdfhРис.32На участках ав, cd и ef дислокация краевая, на участках вс и de – дислокация винтовая. Отдельные участкикриволинейной линии дислокации имеют краевую или винтовую ориентацию, но часть этой кривой неперпендикулярна и не параллельна вектору сдвига, и на этих участках имеет место дислокация смешаннойориентации.На рис.33 линия АВ ограничивает внутри кристалла зону сдвига АВС. Заштрихованная ступенька на передней граникристалла показывает сдвиг верхней части кристалла относительно нижнейчасти поплощади АВС. Вблизи точки А дислокация параллельна вектору сдвига и,следовательно, имеет винтовую ориентацию.

Вблизи точки В дислокацияперпендикулярна вектору сдвига и, следовательно, имеет краевуюориентацию.В промежутке между чисто винтовым участком вблизи точки А ичисто краевым участком вблизи точки В дислокация имеет смешаннуюориентацию, промежуточную между винтовой и краевой. Под действиемприложенных касательных напряжений заштрихованная зона сдвигарасширяется. Участок дислокации с чисто краевой ориентацией вблизиточки В скользит в направлении приложенной силы, а участок с чистовинтовой ориентацией вблизи точки А – перпендикулярно этомунаправлению. Когда вся линия смешанной дислокации выйдет на внешние грани, верхняя часть кристалла окажетсясдвинутой относительно нижней на один период решетки в направлении действующих касательных напряжений.На приведенном рисунке линия смешанной дислокации оканчивается на внешних гранях кристалла.

Но она можетобразовывать и замкнутые плоские петли внутри кристалла. Плоская петля смешанной дислокации, как и любаядислокация, является границей зоны сдвига и отделяет область плоскости скольжения внутри нее, где сдвиг ужепроизошел, от области, лежащей вне петли и еще не охваченной сдвигом. Т.к. винтовая дислокация легко переходитиз одной плоскости в другую, то, в общем случае и линия смешанной дислокации, и поверхность скольжения не лежатв одной плоскости.5.7. Контур и вектор Бюргерса23Одной из характеристик дислокации является вектор смещения - вектор Бюргерса.

Характеристики

Список файлов книги