 |
Структура деформированных металлов и сплавов
|
|
|
|
Пластическая деформация
Пластической деформацией – необратимая деформация материала, т.е. такая, которая сохраняется после снятия нагрузки.
В макромасштабе подобная деформация проявляется как остаточное формоизменение. Основным механизмом пластической деформации является внутризеренный сдвиг одних частей кристалла (зерна) относительно других. На атомном уровне такое перемещение осуществляется посредством разнообразных способов движения дислокаций.
Само сдвигообразование может происходить различными механизмами, наиболее важными из которых являются скольжение и двойникование.
А б в
Различные способы деформации кристалла (при действии осевой сжимающей нагрузки):
а - недеформированный кристалл;
б - деформация скольжением;
в - деформация двойникованием
Скольжение - такая разновидность сдвигового перемещения, когда одна часть кристалла как жесткое целое переносится относительно другой, условно принимаемой за неподвижную. После завершения указанного перемещения в обеих частях кристалла полностью восстанавливается прежняя геометрическая координация атомов, т.е. такой сдвиг является трансляционным.
Этот процесс является кристаллографически упорядоченным - происходит по определенным плоскостям и вдоль определенных направлений. Наименьшее сопротивление движению дислокаций со стороны самой решетки оказывается в том случае, когда она скользит
А) по плотноупакованным плоскостям (наиболее удаленным друг от друга) и
Б) вдоль плотноупакованных направлений (там будет наименьший трансляционный вектор - вектор Бюргерса).
Плоскость скольжения и направление скольжения, лежащее в этой плоскости, образуют систему скольжения.
|
|
|
. Двойникование - сдвиг происходит в результате кристаллографической переориентации смещенной части кристалла в положение, являющееся зеркальным (обратным) по отношению к основной (матричной) части. Возникающая двойниковая прослойка (двойник) отличается от матрицы только кристаллографической ориентировкой, но при этом они обе сохраняют одинаковую по уровню симметричности пространственную решетку.
При двойниковании сдвиг смежных плоскостей происходит на расстояние, меньшее величины вектора тождественной трансляции. Однако он (сдвиг) последовательно накапливается за счет одинакового смещения каждой атомной плоскости относительно соседней. При этом двойникование предполагает кооперативное перемещение всех атомов, находящихся в двойниковой прослойке, в такое положение, которое становится зеркально-симметричным по отношению к остальной части кристалла (матрице).
Обычно двойникование идет в тех случаях, когда по тем или иным причинам оказывается затрудненным скольжение. Поэтому оно не является основным видом деформации в тех металлах, которые обладают большим числом систем скольжения (например, с ГЦК решеткой). Напротив, наиболее часто оно наблюдается в металлах, в которых возможности для скольжения весьма ограничены -, скажем, в гексагональных плотноупакованных, где скольжение может идти по единственной базисной системе. Так, монокристалл цинка легко деформируется путем базисного скольжения, если плоскость базиса ориентирована наиболее благоприятным. Но если эта плоскость расположена параллельно или перпендикулярно оси растяжения, то кристалл будет деформироваться другим способом - двойникованием. Двойникованию благоприятствует также деформация при низких температурах и высоких скоростях нагружения. В этих условиях, когда становится затрудненным скольжение, сдвиг реализуется посредством конкурирующего механизма - двойникование. Такую картину можно наблюдать, например, в металлах с ОЦК решеткой - в железе (a- Fe), молибдене, вольфраме, хроме. При отрицательных температурах и ударном нагружении деформация двойникованием возможна даже в металлах с ГЦК решеткой.
|
|
|
Как и скольжение, двойникование является процессом кристаллографически упорядоченным, т.е. происходит по определенным плоскостям и вдоль определенных направлений (соответственно это плоскости и направления двойникования). Для каждого типа кристаллической решетки существует своя система двойникования.
Структура деформированных металлов и сплавов
Структура деформированного материала зависит от таких факторов, как схема и условия деформации, степень обжатия, температура и скорость деформирования, его кристаллическое строение и химический состав. Как отмечалось, холодная пластическая деформация происходит двумя путями - скольжением и двойникованием. При деформации скольжением на предварительно полированных образцах появляются рельефные ступеньки, которые выглядят под микроскопом как прямые параллельные линии в пределах отдельных кристаллитов-зерен (так называемые линии скольжения).
|
|
|
