1625914689-e957c8b7a8e4003fe3539e4e0e465a65 (532400), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Дислокация, наткнувшись на включение при скольжении, огибает его, оставляя на включении дислокационную петлю, механизм образования которой похож на работу источника Франка – Рида (рис. 1.13, б ). На такое огибание затрачивается дополнительная энергия, т. е. материал с включениями оказывается витоге прочнее, чем без них. При многократном повторении такого процесса вокруг включения образуется так называемая «дислокационная шуба», т.
е. набор из несколькихпетель (рис. 1.13, в). Напряжение на внутренней дислокации складывается из суммынапряжений всех остальных, из-за чего напряжение, действующее на включение, значительно превышает обычное напряжение от дислокации. При этом на противоположныестороны включения действуют дислокации разных знаков, из-за чего включение оказывается под действием сильной срезывающей нагрузки и может быть ею разрушено.1.4..
Поликристаллы19баt...nв+++++Рис. 1.14. Дислокационные конфигурации: а) скопление дислокаций, б ) дислокационная стенкка,в) полигонизация1.3.7.Группы дислокацийДислокации могут объединяться в группы различных видов. Один из таких видов –скопление дислокаций (рис. 1.14, а), образующееся перед некоторым препятствием и прижатое к нему действующим внешним напряжением.
Пусть все эти дислокации (n штук)одинаковы и каждая имеет вектор Бюргерса b. Тогда скопление действует на окружающую решетку и на препятствие как супердислокация с вектором Бюргерса B = nb.Энергия скопления очень велика, и потому такая группа является неустойчивой, она распадется на отдельные дислокации, как только исчезнут внешние вынуждающие условия.Скопление отталкивает движущиеся в материале дислокации и таким образом являетсяупрочняющим элементом структуры. Если плотность дислокаций в скоплении достигнетнекоторого критического значения, в месте скопления образуется микротрещина.
Большоескопление может также своим воздействием разрушить препятствие, к которому прижато.Другой вид группы, имеющий для структуры материала большое значение, – стенка дислокаций (рис. 1.14, б ). Она представляет собой цепочку упругих диполей и потомуустойчива, ее энергия меньше, чем суммарная энергия отдельных дислокаций.
Из-за того,что сооружение стенки позволяет снизить внутреннюю энергию материала, дислокациистремятся выстраиваться в стенки при любой возможности, что приводит к релаксациинапряжений. Особенно благоприятные условия для этого складываются при нагреве, облегчающем переползание дислокаций. Так, если в материале после деформирования имеется множество хаотически расположенных дислокаций, то при нагреве (отжиге)происходит полигонизация – разделение решетки на многоугольники стенкамидислокаций (рис. 1.14, в). Это один из путей образования следующего типа дефектоврешетки – плоских дефектов.1.4.1.4.1.ПоликристаллыПлоские дефекты кристаллической решеткиПлоские дефекты кристаллической решетки делятся на два вида: межфазные границы и межзеренные границы.Межфазными границами (рис.
1.15, а) называются границы раздела между объемами с разными типами или параметрами кристаллической решетки, а может быть, ис разными типами межатомных связей. Межзеренные границы (рис. 1.15, б ) разделяютобъемы с одинаковым типом, но разной ориентацией кристаллической решетки. Межзеренные границы делятся на два вида: границы наклона (рис. 1.15, в) и границы кручения(рис. 1.15, г).20Глава 1.
Физические основы пластического деформирования твердого телаавбгРис. 1.15. Плоские дефекты кристаллической решетки: а) межфазная граница, б ) межзереннаяграница, в) граница наклона, г) граница крученияабвРис. 1.16. Модели межзеренных границ: а) малоугловая граница, как дислокационная стенка,б ) аморфная модель высокоугловой границы, в) модель решеток совпадающих узлов (границусоставляют атомы, выделенные темным цветом, находящиеся в узлах, которые принадлежатрешеткам обоих зерен)Границы наклона в свою очередь могут быть малоугловыми (с углом разориентациидо нескольких градусов) и высокоугловыми.
Разделенные границами области, не заключающие границ внутри себя, называются зернами, или кристаллитами. Кристалл, состоящий из одного зерна, называют монокристаллом, а все прочие – поликристаллами.Мало- и высокоугловые границы до некоторого предела (до угла разориентации около 35◦ ) хорошо моделируются стенками дислокаций (рис. 1.16, а). При больших углахграница может представлять собой узкую область аморфного материала (рис. 1.16, б ).Существуют также и другие представления о высокоугловых границах, например,модель решеток совпадающих узлов. В представлениях этой модели при определенных параметрах разориентации одного кристаллита относительно другого часть узлов кристаллической решетки одного из них может совпадать с положениями узлов кристаллическойрешетки другого (рис.
1.16, в). При этом принимается, что граница, проведенная междутакими кристаллитами по плоскости, содержащей совпадающие узлы, будет обладать упорядоченной структурой, период которой отличается от периодов решеток кристаллитов.1.4.2.Появление и упрочняющее действие межзеренных границГраницы, как и прочие дефекты, являясь искажением кристаллической решетки, обладают энергией и создают поля напряжений в окружающем материале. Эти напряженияобычно пропорциональны углам разориентации, определяющим степень искажения решетки. Первоначально границы возникают при кристаллизации из жидкого состояния.
В расплаве возникают зародыши кристаллов с различной ориентацией, растущие вразных направлениях. Место встречи двух таких кристаллов становится границей. Дальнейшее образование границ уже в твердом материале может происходить за счет полиморфных и фазовых превращений, а также во время пластической деформации как из-за1.4.. Поликристаллы21перестройки дислокационных стенок, так и из-за образования новых стенок из разрозненных дислокаций. Увеличение суммарной площади границ означает увеличение количествазерен, размер которых уменьшается. Поскольку границы являются препятствием для свободного перемещения дислокаций, измельчение зерен приводит к увеличению прочностиматериала. Таким образом, размножение границ является еще одним механизмом деформационного упрочнения наряду с размножением дислокаций. Это упрочнение достаточнохорошо описывается соотношением Холла – Петча:√(1.7)σy = σ0 + K/ d,где σy – предел текучести, σ0 – напряжение, необходимое для перемещения дислокаций, K – экспериментально определяемый коэффициент упрочнения, свой для каждого материала, а d – средний размер зерна.
Если размер зерна становится слишком мал(например, в материале с наноразмерной структурой), дислокационный механизм деформирования практически перестает работать и деформирование происходит за счет межзеренного проскальзывания.1.4.3.Пластичность как миграция границ зерен и дефектов кристаллической решеткиМежзеренные границы, как стенки из дислокаций одного знака, могут мигрироватьпод действием внешних напряжений. При этом они встречаются с другими дефектами ивзаимодействуют с ними.Точечные дефекты (вакансии и примесные атомы), попавшись на пути движущейсяграницы, остаются на ней. Вакансии при этом уменьшают суммарную энергию атомов, составляющих границу, т.
е. уменьшают искажение, вносимое границей в кристаллическуюрешетку. Примесные атомы, отличающиеся по объему от атомов решетки, увеличиваютэнергию этих атомов. Скопление на межзеренных границах атомов легкоплавких веществили веществ, создающих с атомами основного вещества легкоплавкие соединения, можетпривести к тому, что в определенных интервалах температур зерна оказываются разделены жидкими прослойками и удерживаются только за счет сил поверхностного натяжения.В результате металл становится ломким.
Это называют красноломкостью, так как эффектнаблюдается в области температур красного каления.Также границы являются местом стока дислокаций: вблизи границ всегда присутствует так называемая зона аккомодации, где дислокаций гораздо больше, чем во внутреннем объеме кристаллитов. В этой области происходит перераспределение направленийскольжения дислокаций для обеспечения непрерывности деформации между соседнимизернами, по-разному ориентированными относительно внешних напряжений.
Если граница – это стенка дислокаций, то дислокации того же знака вливаются в нее, увеличиваяплотность стенки и степень разориентации на границе. Приход дислокации противоположного знака, напротив, уменьшает разориентацию. Аналогичным образом происходитвзаимодействие одной дислокационной стенки с другой, как с совокупностью дислокаций.В результате этого границы сливаются и происходит укрупнение зерен с увеличением илиуменьшением разориентации на границах.В случае, если на пути мигрирующей границы оказывается выделение другой фазы,т.
е. включение, может произойти образование нового зерна, полностью заключающего всебя включение, подобно тому, как образуются дислокационные петли (рис. 1.17, а). Такжесуществует модель образования микротрещин, согласно которой часть дислокационнойстенки тормозится на включении, а другая часть продолжает движение (рис. 1.17, б ).И, наконец, при выходе мигрирующей границы на свободную поверхность происходитдеформирование материала с образованием на свободной поверхности микрорельефа, где22Глава 1.
Физические основы пластического деформирования твердого телабаРис. 1.17. Модели взаимодействия мигрирующей границы с включением: а) огибание включенияс образованием нового зерна, б ) образование микротрещины при встрече малоугловой границыс включениемабвРис. 1.18. Развитие полосы скольжения: а) зарождение полосы вблизи поверхностного дефекта,б ) распространение полосы в продольном и поперечном направлении за счет простого и двойногопоперечного скольжения, в) формирование головной, внутренней и боковой областей полосы сразной плотностью дислокацийсредний размер неровности соответствует размеру зерна.Таким образом, миграция границ и дефектов кристаллической решетки являютсямеханизмами пластического деформирования металлов.1.5.1.5.1.Структура деформированного металлаПолосы скольженияТипичным элементом структуры деформированного металла при дислокационноммеханизме деформирования являются полосы скольжения, называемые также полосамиили линиями Чернова – Людерса.
У многих материалов их можно заметить невооруженным глазом на поверхности пластически деформированного тела в виде двух взаимноперпендикулярных семейств полос. От остального материала их отличает огромное количество накопленных дислокаций. Для появления полосы необходимо, чтобы начальнаяплотность дислокаций в материале была мала, а зарождение их затруднено, из-за чегоскольжение локализуется вблизи дефектов, создающих большие перенапряжения, и постепенно распространяется по материалу.Развитие полосы происходит следующим образом. Сначала вблизи дефекта зарождаются дислокации, которые скользят вдоль будущей полосы и одновременно размножаютсяпутем двойного поперечного скольжения (рис. 1.18, а), тем самым расширяя полосу, содержащую дислокации (рис.
1.18, б ). При этом дислокации одного знака скользят внутрьматериала, удлиняя полосу, а дислокации другого знака выходят на свободную поверхность, образуя растущую ступеньку. Внешние края полосы постепенно продвигаются в1.5.. Структура деформированного металлаа23бРис. 1.19. Полоса сброса (а) и двойник (б ).стороны за счет двойного поперечного скольжения, сама полоса удлиняется, а внутри нееплотность дислокаций растет до тех пор, пока полоса не разделяется на три характерныезоны (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
