Большая Советская Энциклопедия (ПЛ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 53

  На стадии I (стадия лёгкого скольжения) плотность дислокаций относительно невелика, каждая дислокация до остановки успевает пройти расстояние, сопоставимое с размером всего кристалла, и значительная часть дислокаций выходит на поверхность кристалла. Сопротивление скольжению обусловлено взаимодействием отдельных дислокаций, плотность которых возрастает с деформацией относительно медленно, поэтому коэффициент упрочнения здесь мал (~ 10^-зG). С увеличением степени деформации и ростом плотности дислокаций их распределение становится существенно неоднородным: дислокации образуют компактные скопления в плоскостях скольжения (стадия II). Поля напряжений от этих скоплений, в свою очередь, являются причиной побочной пластической деформации. Эта локальная, различным образом направленная деформация может не проявляться в общем формоизменении кристалла, но увеличивает плотность дислокаций в результате появления дислокаций во вторичных системах скольжения. Взаимодействие дислокаций основной и вторичных систем приводит к образованию дислокационных сгущений и формированию дислокационной ячеистой структуры (рис. 6). На протяжении всей стадии II характер дислокационной структуры сохраняется, уменьшается только размер ячеек; коэффициент упрочнения ~10^-2 G. С дальнейшим увеличением плотности дислокаций происходит «выдавливание» части дислокаций из плоскостей скольжения, в которых они были расположены; при этом дислокации противоположных знаков встречаются и аннигилируют. Происходит разрядка дислокационной плотности, сопровождающаяся падением коэффициента упрочнения (стадия III). Параллельно начинаются процессы нарушения сплошности (образование микротрещин), которые приводят в конечном итоге к разрушению кристалла, определяющему максимально достижимую величину пластической деформации (см. Прочность).

  При высоких температурах дислокационный механизм П. сочетается с диффузионным и самодиффузионным. В кристаллах с примесями релаксация напряжений у дислокаций или дислокационных скоплений может осуществляться в результате перераспределения примесных атомов. Вокруг дислокации образуются примесные «атмосферы» и дислокационная П. падает (деформационное старение). Поэтому удаление примесей обычно повышает П. С другой стороны, дислокации являются эффективными стоками и источниками вакансий и междоузельных атомов. Рождение или аннигиляция этих дефектов приводят к достройке или сокращению обрывающихся на дислокациях неполных атомных плоскостей и, следовательно, «переползанию» дислокаций из своей плоскости скольжения. Потоки точечных дефектов между дислокациями разного знака приводят к самодиффузионной пластической деформации, а вызванное этими потоками переползание дислокаций позволяет им обойти препятствия, лежащие в плоскости скольжения. Путь скольжения, пройденный каждой дислокацией в условиях высокотемпературной деформации, увеличивается (по сравнению с обычными температурами, когда диффузионная подвижность мала). Процессы разрядки дислокационной плотности вследствие взаимной аннигиляции дислокаций протекают более интенсивно, деформационное упрочнение падает и деформация развивается при постоянной нагрузке (ползучесть).

  Двойникование. Этот механизм связан с деформацией элементарной ячейки кристалла, приводящей к изменению ориентировки части кристалла относительно действующих сил (см. также Двойникование). Переориентированная часть кристалла претерпевает относительно исходного кристалла двойниковый сдвиг, величина которого определяется симметрией кристаллической решётки. В реальных условиях развитие деформации происходит путём зарождения и распространения в исходном кристалле прослоек двойниковой компоненты. Если двойниковая прослойка заканчивается внутри кристалла, у её концов возникают поля напряжений; взаимодействие двойников приводит к деформационному упрочнению. В некоторых кристаллах, например кальците, двойникование — основной механизм пластической деформации, но обычно двойникование развивается преимущественно при низких температурах, когда скольжение затруднено и создаются условия для локальной концентрации напряжений, необходимой для зарождения двойников.

  П. вследствие протекания фазового превращения. Необратимое изменение формы может быть также результатом образования под нагрузкой новой фазы, имеющей иную кристаллическую решётку, чем исходный кристалл. При этом исходная фаза должна быть метастабильна (см. Метастабильное состояние) по отношению к образующейся, по крайней мере при действии механических напряжений. Поскольку относительная стабильность зависит также от температуры, П. в этом случае существенно зависит от температуры деформирования по отношению к температуре равновесия фаз. В определённых случаях, уменьшая стабильность образовавшейся под нагрузкой фазы за счёт изменения температуры, можно уничтожить полученную при превращении деформацию: кристалл возвращается к исходной форме («эффект памяти»).

  В поликристаллах действие рассмотренных механизмов пластической деформации внутри зёрен осложнено взаимодействием между зёрнами. Деформация поликристалла есть суммарный результат деформации во многих различно ориентированных относительно нагрузок и находящихся в различных условиях зёрен. Поэтому развитие деформации не имеет четко выраженного стадийного характера, как деформации монокристаллов (рис. 5). Межзёренные границы препятствуют распространению дислокаций и, как правило, упрочняют кристаллические тела при низких температурах. Наоборот, при высоких температурах наличие границ, являющихся источниками или стоками дефектов, повышает П. Сочетание дислокационной и самодиффузионной деформаций в приграничных областях приводит к их высокой П., проявляющейся в специфическом механизме высокотемпературной деформации поликристаллов — «проскальзывании» по границам зёрен. Перемещение зёрен друг относительно друга происходит подобно движению частиц в сыпучих материалах и в некоторых случаях обеспечивает деформацию до 1000% («сверхпластичность»). Высокая П. может достигаться также, если в ходе деформирования успевает проходить рекристаллизация, приводящая к удалению наиболее искажённых и, следовательно, наименее пластичных зёрен, которые поглощаются растущими зёрнами с более совершенной структурой. Постоянное восстановление П. за счёт рекристаллизации широко используется на практике при горячей обработке металлов.

  П. простых аморфных тел связана с диффузионными перегруппировками атомов и молекул. П. ряда веществ связана с передвижением недеформирующихся твёрдых частиц друг относительно друга в некоторой вязкой среде. К такого рода явлениям можно отнести П. глин, сыпучих тел, смоченных водой, и т.п.

  Изучение П. представляет большой практический интерес, т.к. делает возможным рациональный выбор технических материалов, к П. которых обычно предъявляется целый комплекс требований как при обработке, так и при эксплуатации их в различных условиях. Изучением различных аспектов П. занимается ряд физико-математических и теоретических дисциплин: физика твёрдого тела (в частности, теория дислокаций) исследует микроскопические механизмы П., механика сплошных сред (теории пластичности и ползучести) рассматривает П. тел, абстрагируясь от их атомно-кристаллической структуры, сопротивление материалов и др.

  Лит.: Фридель Ж., Дислокации [кристаллов], пер. с англ., М., 1967; Физика деформационного упрочнения монокристаллов, К., 1972; Набарро Ф. Р., Базинский З. С., Холт Д. Б., Пластичность монокристаллов, пер. с англ., М., 1967; Хоникомб Р., Пластическая деформация металлов, пер. с англ., М., 1972.

  А. Л. Ройтбурд.

Рис. 6. Схема расположения дислокации на стадии II пластической деформации.