3.1 Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации.

Упругой называется деформация, исчезающая после прекращения действия внешних сил. При упругой деформации происходит лишь незначительное относительное смещение атомов или поворот блоков кристаллов, которые после снятия нагрузки приобретают свои первоначальные форму и размер.

Пластической является остаточная деформация, которая появляется если напряжения превышают предел упругости. Такая деформация связана с перемещениями атомов в кристаллах на достаточно большие расстояния и вызывает остаточные изменения формы. После того, как напряжения исчезают, материал не восстанавливает свою первичную форму, структуру свойства. На поверхности полированного образца при этом появляются линии сдвига (линии Чернова-Людерса), что является свидетельством остаточной деформации металла. Пластическая деформация в металлах может осуществляться путем скольжения или двойникования.

Двойникование - это пластическая деформация, которая сводится к переориентированию частей кристалла в другое положения. Это положение является симметричным к первой части относительно плоскости, которую называют плоскостью двойникования (рис. 3.1.).

Р

Р

Рисунок 3.1 - Схема образования двойника при пластической деформации кристалла

Скольжение - это смещение отдельных частей кристалла одна относительно другой, осуществляемых под действием касательных напряжений, когда они в плоскости и направлении скольжения превышают критическую величину. Процесс скольжения, однако, не следует представлять как одновременное перемещения всех атомов, которые находятся в плоскости скольжения. Для такого сдвига требуется критическое касательное напряжение _K  0,16*G (G – модуль сдвига) в сотни и тысячи раз большее, чем те напряжения, при которых реально осуществляется пластическая деформация. (В реальных кристаллах для сдвига необходимо 10^-4*G). Несоответствие между действительными и теоретическими напряжениями объясняет теория дислокаций, согласно которой пластический сдвиг является следствием перемещения дислокаций. Этот вопрос был рассмотрен в теме № 2. Прежде всего это перемещение начинается в наиболее плотно упакованных плоскостях и направлениях. В кубических кристаллах, которыми является большинство металлов, таких структурно эквивалентных плоскостей и направлений несколько ( ГЦК – (111) и [110]; ОЦК – (110) и [111] ) и они более пластичны, чем кристаллы с гексагональной решеткой.

Скольжение осуществляется в результате перемещения дислокаций через весь кристалл, что приводит к смещению (сдвигу) части кристалла на одно межатомное расстояние, при этом на поверхности кристалла образуется ступенька. Упрощенная схема процесса скольжения приведена на рис. 3.2. Следует учитывать, что перемещения дислокаций, образовавшихся при кристаллизации, недостаточно. Чтобы осуществить большие деформации необходимо появление большого количества новых дислокаций, которые образуются в процессе пластической деформации.

Рисунок 3.2 - Дислокационная схема пластического сдвига

Механизм образования дислокаций в процессе пластической деформации был предложен Франком и Ридом, вследствие чего получил название механизма Франка-Рида. Благодаря действию этого механизма количество дислокаций в металлах во время пластической деформации многократно возрастает, несмотря на их постоянный выход на поверхность кристалла. В каждой из параллельных плоскостей скольжения на поверхность выходят десятки и сотни дислокаций и образуются ступеньки макроскопического масштаба. За счет этого и происходит видимое изменение формы кристалла.

В неметаллах, которым свойственны жесткие направленные связи, дислокациям для перемещения необходимы напряжения на 3 порядка большие, чем для металлов. Поэтому хрупкое разрушение происходит раньше, чем сдвиг.