Механизмы пластической деформации монокристалла

09

мая

Новости
Механизмы пластической деформации монокристалла


Поскольку объем тела при обработке металлов давлением не изменяется, а деформации, определяющие формоизменение тела, значительны, пластическая деформация может происходить только в результате сдвига частей атомной решетки относительно друг друга. Многочисленными исследованиями установлено, что основными механизмами пластической деформации монокристаллов являются скольжение и двойникование. Преобладающий механизм для кристаллов с кубической и гексагональной атомными решетками — скольжение. Поэтому ниже более подробно рассмотрена сдвиговая деформация атомной решетки путем скольжения и кратко — путем двойникования.

Механизмы пластической деформации монокристаллаРис. 1. Возможные плоскости скольжения в ячейке гранецентрированной кубической решетки


Скольжение происходит при сдвиге одной части кристалла относительно другой по определенным плоскостям, называемым плоскостями скольжения. Эти плоскости разделены недеформированными слоями металла толщиной 0,01—0,1 мм. Чтобы началось необратимое скольжение слоев атомов, необходимо приложить касательное напряжение определенной величины τср. Исследования показали, что чем плотнее упаковка атомов в кристаллографической плоскости, по которой происходит скольжение, тем меньше величина τср. Так, в гранецентрированной кубической решетке наибольшая плотность упаковки атомов (т.е. наибольшее количество атомов, лежащих в данной плоскости элементарной ячейки) характерна для плоскости ABC, проходящей через диагонали граней куба (рис. 1, а). Таких плоскостей в ячейке кубической гранецентрированной решетки четыре. На каждую из этих плоскостей приходится 1 ⅞ атома: 1/8 атома в каждой из трех вершин и по 1/2 атома в каждой из трех граней, итого 3 (1/8 + 1/2) = 1 ⅞. Меньшая плотность атомов на плоскостях, проведенных через две диагонали граней куба (рис. 1, в): 4 • 1/8 + 2 • 1/2= 1 ½; и еще меньшая на гранях куба (рис. 1, 6): 4 • 1/8 + 1/2 = 1.

Поскольку в плоскостях с наиболее плотной упаковкой атомов для осуществления сдвиговой деформации требуется минимальное касательное напряжение, эти плоскости называются плоскостями легчайшего сдвига.

Величина τср, которую необходимо достичь для осуществления сдвига, зависит также от его направления. Наиболее облегчен сдвиг, т.е. требуется минимальное значение τср в том направлении, в котором расстояние между атомами меньше. Это направление называется направлением скольжения. В плоскости АВС (см. рис. 1, а) таких направлений три, они проходят по диагоналям граней куба. Совокупность плоскости скольжения и направления скольжения в этой плоскости называется системой скольжения. Поэтому можно сказать, что в кубической гранецентрированной ячейке 12 систем скольжения.

Механизмы пластической деформации монокристаллаРис. 2. Плоскости скольжения в ячейке кубической объемноцентрированной решетки


В металлах с кубической объемноцентрированной решеткой наиболее плотную упаковку атомов имеет плоскость АВСD, проходящая через две диагонали граней куба (рис. 2). На эту плоскость приходится 4 • ⅛ + 1 = 1 ½ атома. Таких плоскостей в кубической объем но центрирован ной ячейке шесть. Наиболее благоприятными направлениями скольжения являются направления, проходящие по диагоналям куба, например АС и ВD. Этих направлений два. Таким образом, в кубической объемноцентрированной ячейке также 12 систем скольжения.

Механизмы пластической деформации монокристаллаРис. 3. Плоскости скольжения в ячейке гексагональной плотноупакованной решетки


В металлах с гексагональной плотноупакованной решеткой (рис. 3) плоскостями скольжения являются плоскости базиса АВСDEF и А'В'С'D'Е'F'. На каждую такую плоскость приходится 1/6 • 6 = 1 атом. Так как каждая плоскость базиса является общей для двух ячеек и таких плоскостей в каждой ячейке две, то на одну ячейку приходится одна такая плоскость. Наиболее благоприятные направления скольжения проходят по диагоналям шестиугольника АD, ВЕ, СF. Таких направлений три. Это показывает, что в гексагональной ячейке три системы скольжения.

При деформации монокристалла происходит поворот систем скольжения. Как показано на рис. 4, при растяжении угол между плоскостью скольжения и осью приложения нагрузки уменьшается, при этом направление скольжения приближается оси растяжения. При деформации монокристалла сжатием наблюдается обратная картина. Поворот систем скольжения приводит к тому, что система, расположенная в начале скольжения наиболее благоприятно к направлению действующей силы, в процессе скольжения занимает неблагоприятное положение, сдвигающее напряжение в ней уменьшается. В то же время другая система, занимавшая в начале процесса деформации неблагоприятное положение, вследствие поворота может стать благоприятно расположенной, сдвигающее напряжение в ней возрастает и начинается процесс скольжения. Такое чередование систем скольжения происходит непрерывно и позволяет достичь в монокристаллическом образце высоких деформаций.

Механизмы пластической деформации монокристалла


Рис. 4. Изменение угла между плоскостью скольжения и осью приложения нагрузки при растяжении монокристалла:


а — до растяжения;
б — после растяжения

Двойникование представляет собой перемещение части кристалла как одного целого в положение, зеркально симметричное с неподвижной частью кристалла (рис. 5). Плоскость симметрии, относительно которой осуществлен поворот, называется плоскостью двойникования, а переместившаяся часть кристалла — двойником. Этот двойник показан на рис. 5 пунктирными линиями. Механизм двойникования состоит в смещении атомов, расположенных в плоскостях, параллельных плоскости двойникования, на расстояния, пропорциональные расстоянию этих плоскостей от плоскости двойникования. При этом все плоскости сдвигаются относительно соседних плоскостей на одинаковую величину (см. рис. 5).



Механизмы пластической деформации монокристаллаРис. 5. Схема двойникования

Плоскости двойникования часто совпадают с плоскостями скольжения. Так, у металлов с кубической гранецентрированной решеткой плоскостью двойникования обычно служит плоскость, проведенная через диагонали граней куба (см. рис. 1, а) и являющаяся основной плоскостью скольжения.







Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Информация

Комментировать статьи на нашем сайте возможно только в течении 1 дней со дня публикации.