Пластическая деформация монокристалла

Категория:
Металлы


Пластическая деформация монокристалла

Рассматривая сущность внутрикристаллических изменений, происходящих при пластическом деформировании металла, отметим прежде всего, что пластическая деформация происходит под действием касательных или скалывающих напряжений. Нормальные напряжения сами по себе при любой величине могут вызвать только упругие деформации и в крайнем случае разрушение путем отрыва, но не пластическую деформацию.

Рис. 1. Схема изменений в кристаллической решетке при деформации пластичного металла: а — исходное состояние; б — упругая деформация

При некотором значении касательных напряжений в кристалле происходит сдвиг по одной или нескольким атомным плоскостям, в результате чего части кристалла смещаются относительно других на величины, кратные параметру решетки. При этом междуатомные связи по плоскости сдвига не разрываются, кристалл не разрушается, но получает остаточную деформацию.

Изменения в кристаллической решетке, приводящие к пластически деформированному состоянию, схематически представлены на рис. 1. Сначала приложение сдвигающих напряжений вызывает обычную упругую деформацию решетки, т. е. некоторое смещение на долю параметра одной части кристалла относительно другой (рис. 1,б), причем это смещение не выходит еще за пределы упругой деформации, так как при снятии нагрузки все атомы занимают свои первоначальные места, а изделие в целом принимает прежнюю форму и размеры.

Наконец, при некотором значении сдвигающего напряжения происходит смещение (сдвиг) одной части кристалла относительно другой (рис. 1,в), представляющее собой уже пластическую деформацию. Атомы смещаются на один, два или несколько параметров, встают на новые места и вступают во взаимодействие с другими атомами. Чтобы сместить их с этих новых мест на прежние или на какие-либо другие, потребуется вновь приложить напряжение, причем большее, чем те, которые вызвали предыдущие сдвиги. Такое увеличение напряжения, необходимого для каждого повторного сдвига, объясняется упрочнением металла в результате предыдущих смещений атомных слоев.

Атомные плоскости, по которым происходит сдвиг, называются плоскостями сдвига или плоскостями скольжения.

Плоскости сдвига можно хорошо наблюдать при деформации монокристалла цинка, имеющего гексагональную кристаллическую решетку. В процессе деформации весь монокристалл цинка разбивается на отдельные пачки или пакеты скольжения, представляющие собой группы атомов, сдвигающиеся и поворачивающиеся относительно других подобных им групп, как это схематически представлено на рис. 2. При этом сдвиг происходит по плоскости базиса кристаллической решетки. В результате скольжений и поворотов групп атомных плоскостей монокристалл удлиняется, а поперечное сечение его уменьшается.

Рис. 2. Сдвиг в монокристалле цинка

Сдвиг происходит по плоскостям наилегчайшего скольжения, которыми оказываются кристаллографические плоскости решетки, наиболее густо усеянные атомами. Таких плоскостей, не параллельных друг другу, в каждом кристалле оказывается одна или несколько в зависимости от типа пространственной решетки. В гексагональной решетке плоскость базиса является единственной, по которой наиболее легко может быть осуществлено скольжение одной группы атомов относительно другой.В этой плоскости возможны три непараллельных направления сдвига и, следовательно, гексагональная решетка имеет всего три возможности пластического деформирования (рис. 3,а).

Рис. 3. Плоскости и направления сдвига в кристаллических решетках

В объемноцентрирован ном кубе имеется 6 плоскостей ромбического додекаэдра и в них 12 направлений легчайшего сдвига (рис. 3,б). В кубической гране-центрированной решетке легчайший сдвиг осуществляется в плоскости октаэдра. Таких плоскостей в этой решетке имеется четыре и в каждой три непараллельных направления сдвига (рис. 3,в).

Наименьшей способностью к пластической деформации обладают металлы с гексагональной решеткой: магний, цинк и кадмий. Среднее место занимают металлы с объемноцентрированной кубической решеткой: железо а, вольфрам, ванадий и другие. Наибольшей пластичностью обладают металлы с кубической гранецентрирован-ной решеткой: свинец, алюминий, медь, никель, железо у и другие.

Рис. 4. Схема двойникования: а — вид атомной решетки. Знаком + обозначено первоначальное положение атома в зоне двойникования; б — схема кристалла — двойника

Пластическая деформация возникает не только вследствие сдвига по плоскостям скольжения. Она может развиваться и в результате так называемого двойникования, состоящего в том, что под действием напряжений сдвига части деформируемого зерна смещаются друг относительно друга с одновременным поворотом и занимают симметричное положение, представляя как бы зеркальное изображение одна другой (рис. 4,б).


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум