» » Механизмы пластической деформации
21.12.2014

Рассмотрим механизмы пластической деформации монокристалла, где он проявляется в наиболее чистом виде.
Основными механизмами пластической деформации являются скольжение и двойникование.
Скольжение - значительно более распространенный механизм пластической деформации.
Всесторонне равномерное сжатие вызывает появление только упругой деформации: атомы сближаются, пока силы их отталкивания не уравновесят сжимающую нагрузку. При всестороннем равномерном растяжении также происходит лишь упругая деформация: расстояние между атомами увеличивается и, наконец, может произойти разрыв межатомных связей -хрупкое разрушение, таким образом ни всестороннее равномерное сжатие, ни растяжение не приводят к пластической деформации.
Механизмы пластической деформации

Основным типом нагрузки, обеспечивающим необратимое смещение атомов относительно друг друга без нарушения связи между ними, является нагрузка, вызывающая появление сдвига. Поэтому основным механизмом пластической деформации является скольжение атомов относительно друг друга в кристаллической решетке, которое вызывается только сдвигом. Это скольжение происходит, как было сказано выше, по вполне конкретным кристаллографическим плоскостям и направлениям и, прежде всего, по плоскостям с наиболее плотной упаковкой атомов и по направлениям минимальных расстояний между ними.
Механизмы пластической деформации

Двойникование встречается значительно реже (Zn). В результате происходит мгновенный зеркальный перенос одной части кристаллита относительно другой. В плоскости двойникования не может быть проведена дальнейшая пластическая деформация.
Происходит в тех случаях, когда скольжение затруднено (высокие скорости деформации, низкие температуры). Конечная деформация этого эффекта меньше, чем при скольжении.
Скольжение, как основной механизм пластической деформации, происходит за счет касательных напряжений.
Механизмы пластической деформации

Перемещение атомов в плоскости скольжения может произойти лишь тогда, когда касательное напряжение в этой плоскости достигнет вполне определенной критической величины.
Найдем величину касательных напряжений τ, необходимых для перемещения атомов одного ряда относительно другого.
При сдвиге верхнего слоя атомов на величину х≤b/2 будет действовать сила F, которая стремится вернуть атомы в первоначальное устойчивое положение; х=b/2 - неустойчивое равновесие; х≥b/2 - атомы стремятся занять новое положение.
Критическое сдвиговое напряжение, которое нужно приложить, чтобы сдвинуть слой атомов на одно межатомное расстояние
Механизмы пластической деформации

где а, b - параметры решетки; σ - сопротивление сдвигу.
Из таблицы видно, что теоретическая величина этого напряжения на 2-3 порядка выше опытной величины. Значит, действительная картина не соответствует классическому механизму, по которому одна атомная плоскость целиком движется по соседней.
Механизмы пластической деформации

Наиболее логичное и последовательное объяснение механизма пластической деформации дает теория дислокаций, согласно которой скольжение атомов относительно друг друга есть результат перемещения дислокаций в плоскости сдвига.
Механизмы пластической деформации

Дислокация - несовершенство кристаллической решетки, когда число атомных плоскостей, расположенных выше и ниже плоскости скольжения, неодинаково.
AB и A1B1 - лишний внедренный атомный слой (экстра-плоскости);
А и A1 - края экстраплоскости - это центры или ядра линейных краевых дислокаций.
Внедренные слои вызывают искажения решетки - уплотнение в зоне В(B1) и разрежение в зоне ядер дислокаций. Расстояние между атомами в районе дислокации значительно больше или меньше, чем у правильной кристаллической решетки и атомы занимают неустойчивое положение. С удалением от дислокаций на 2-3 периода решетки искажения затухают
Следовательно, требуется значительна меньше усилий для смещения атомов из одного полуустойчивого положения в другое. Под действием сдвигающего напряжения (даже незначительного) дислокация в плоскости скольжения становится легкоподвижной. Перемещение дислокации на целое межатомное расстояние совершается благодаря незначительной перестановке атомов (эстафета «экстра-плоскости» в направлении сдвига), а большая часть атомов кристалла остается на своих местах. Если не окажется препятствий, скольжение дислокаций под действием τ будет продолжаться через весь кристалл, и одна его часть окажется сдвинутой относительно другой на величину периода решетки - это законченный элементарный акт пластической деформации.
Механизмы пластической деформации

Выделяют винтовые дислокации - плавный сдвиг части решетки относительно другой на один параметр. Вокруг оси такой дислокации образуется винтовая поверхность с «правой» или «левой» спиралью - правая или левая дислокация. Предполагают, что реальные дислокации - смешанные: частично винтовые и частично краевые.
Можно было бы предположить, что по мере развития деформации дислокации выходят на поверхность, удаляются из кристалла, его структура совершенствуется, и сопротивление скольжению должно стремиться к теоретическому. Ho на самом деле при деформации дислокации и зарождаются, и накапливаются, то есть их плотность в объеме кристалла увеличивается.
В условиях, когда помимо внешних сил на деформируемое тело действует и температура (горячая обработка), механизм пластической деформаций усложняется; к сдвиговому добавляется диффузионный (межфазовое перемещение через растворение и осаждение, межзеренное перемещение при наличии рекристаллизации поликристалла).
С позиций теории дислокаций пластическая деформация (необратимое изменение формы) - есть необратимое перемещение дислокаций. Деформация осуществляется за счет образования дислокации и ее пробега по кристаллу. Силу т невозможно приложить одновременно равномерно ко всей плоскости скольжения, так как атомы связаны друг с другом упруго. Конечная деформация за счет пробега одной дислокации незначительна, но дислокаций в реальных металлах много: в отожженном металле 10в7-10в8 ед./см2, в сильно деформированных металлах - 10в12 ед./см2. Следовательно, дислокации имеют место и в идеальных монокристаллах и образуются за счет внешних воздействий.