Механизм пластической деформации

 

В монокристаллах пластическая деформация может осуществляться двумя способами: 1) скольжением; 2) двойникованием. Скольжение – это сдвиг одной части кристалла относительно другой. Сдвиг происходит под действием касательных напряжений τ (рис. 3.1).

 

Рис. 3.1. Схема пластической деформации скольжением

 

Скольжение начинается в тот момент, когда касательное напряжение достигает определённой величины, называемой критической (τ ≥ τ_кр).

Скольжение в кристаллической решётке протекает по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов, где сопротивление сдвигу будет наименьшим.

В металлах с ОЦК решёткой плоскостями скольжения являются диагональные плоскости, а направлениями скольжения – диагонали куба (рис. 3.2).

В металлах с ГЦК решёткой скольжение протекает по плоскостям октаэдра и в направлении диагоналей граней куба (рис. 3.3).

В металлах с ГПУ решёткой скольжение происходит по плоскостям оснований (базиса) и в направлении его диагоналей (рис. 3.4).

Скольжение нельзя представлять как одновременное перемещение одной части кристалла относительно другой. Для такого жёсткого синхронного сдвига потребовались бы напряжения, в сотни и даже тысячи раз бóльшие по сравнению с реальными. Скольжение осуществляется в результате перемещения дислокаций. Перемещение дислокаций в плоскости скольжения приводит к смещению соответствующей части кристалла на одно межплоскостное расстояние. В плоскости скольжения обычно расположены десятки и сотни дислокаций. Их последовательное перемещение развивает процесс пластической деформации [3].

 

Рис. 3.2. Плоскости и направления скольжения в металлах с ОЦК решёткой

 

Рис. 3.3. Плоскости и направления скольжения в металлах с ГЦК решёткой

 

 

Рис. 3.4. Плоскости и направления скольжения в металлах с ГПУ решёткой

 

При двойниковании одна часть кристалла смещается относительно другой таким образом, что становится зеркально симметричной по отношению к недеформированной части (рис. 3.5).

 

Рис. 3.5. Схема пластической деформации двойникованием

 

Плоскость симметрии называется плоскостью двойникования. При двойниковании атомные плоскости кристалла смещаются параллельно плоскости двойникования на разные расстояния. Двойникование, также как и скольжение, сопровождается прохождением дислокаций через кристалл. По сравнению со скольжением двойникование имеет второстепенное значение. Роль двойникования возрастает, если скольжение затруднено. В металлах с ОЦК и ГЦК решётками двойникование наблюдается только при низких температурах или высоких скоростях деформации. В этих металлах много плоскостей скольжения и пластическая деформация, в основном, происходит скольжением. В металлах с ГПУ решёткой таких плоскостей меньше, и поэтому деформация происходит как скольжением, так и двойникованием.

Основная масса промышленных сплавов имеет поликристаллическую структуру. В поликристаллах пластическая деформация происходит более сложно. Кроме пластической деформации внутри зерна идёт процесс скольжения по границам зёрен. В результате зёрна поворачиваются относительно друг друга. При приложении касательного напряжения τ ≥ τ_кр деформация начинается только в тех зёрнах, плоскости скольжения которых параллельны направлению приложенного напряжения – зерно 1 (рис. 3.6). Остальные зерна в этот момент поворачиваются относительно друг друга. В тот момент, когда напряжение становится параллельным плоскостям скольжения каких-либо зёрен, в них тоже начинается деформация. Таким образом, в поликристаллических металлах пластическая деформация происходит неодновременно во всех зёрнах.

 

Рис. 3.6. Схема пластической деформации в поликристаллах

 

Поэтому при небольшой деформации наблюдается сильная неоднородность в строении: наряду с сильно деформированными зёрнами могут встречаться и зёрна, деформация в которых не начиналась.