загрузка...
 
2) Скольжение
Повернутись до змісту

2) Скольжение

Пластические сдвиги происходят только по определенным кристаллографическим плоскостям, характеризу­ющимся тем, что они наиболее плотно упакованы атомами, а в этих плоскостях — только в тех направлениях, которые также наиболее плотно насыщены атомами. Например, в кристаллах с решеткой ГЦК скольжение происходит по пло­скостям {111} в направлениях <110>.

 

 

Рисунок 2.23 - Плоскости скольжения и их индексы

В решетке ГЦК четыре пло­скости скольжения , и каждая плоскость (111) имеет три направления скольжения, представляющие собой диагонали граней куба, как показано на рис. 2.23а. Вообще в кристаллах с решеткой ГЦК имеется двенадцать возможных систем скольжения.

    Кристаллы с решеткой ОЦК имеют шесть плоскостей скольжения  {110} и в каждой плоскости два направления скольжения <111>, соединяющие противоположные углы куба, т. е. тоже двенадцать возможных систем скольжения. На рис. 2.23б показана одна из плоскостей (110) с двумя направлениями скольжения (по диагоналям).

В металлах с решеткой ГПУ скольжение происходит по основа­нию призмы, называемому плоскостью базиса (0001), в трех направ­лениях [2110], [1120] и [1210], соединяющих противоположные углы призмы (рис. 2.23 в). Таким образом, такие металлы имеют всего три системы скольжения.

    Плавное движение одной плоскости атомов над другой называется обычно скольжением. Скольжение приводит к появлению полос из тонких параллельных линий скольжения на поверхности кристалла при его пластическом деформировании. Как уже выше указывалось, плоскостями скольжения обычно являются наиболее плотно упакованные атомами плоскости кристаллической решетки, а направле­ниями — наиболее плотно упакованные атомами направления в ней (плоскости скольжения). Точнее плоскость скольжения есть плоскость, разделяющая два слоя атомной решетки с наиболее плотно упакованными в них атомами, а направление скольжения — проекция на плоскость скольжения линии между наиболее плотно упакованными рядами в слое атомов, параллельном плоскости скольжения.

Совокупность направления и плоскости скольжения назы­вается системой скольжения. Образование линий и полос скольже­ния схематически показано на рис. 2.24. При значительном увели­чении можно видеть, что линии скольжения образуются в резуль­тате относительного параллельного смещения плоскостей кристал­ла, находящихся друг от друга на расстоянии порядка 100 атомных диаметров. Размеры смещений, сопутствующих образованию линий скольжения, обычно имеют порядок 1000 атомных диаметров (см. рис. 2.24).

    При пониженных температурах дальнейшее увеличение приложенных сдвиговых напряжений с целью увеличения пластической деформации приводит в первую очередь к образованию множества новых линий скольжения, а не к развитию уже образованных. Это указывает на то, что в результате процесса скольжения плоскости скольжения начинают сильнее сопротивляться сдвигу. При повы­шенных же температурах линии скольжения стремятся сгруппиро­ваться вместе, образуя широкие полосы скольжения, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга.

 

Рисунок 2.24 - Схематичное изображение линий и полос скольжения на поверхности кристалла при действии касательного напряжения

В этих условиях скольжение заключается в увеличении числа линий внутри каждой полосы, в результате чего происходит относительно большое де­формирование. Замечено, что расположение плоскостей скольже­ния зависит от температуры, химического состава и величины пред­варительной пластической деформации. Направление же скольже­ния не зависит от этих факторов. Скольжение происходит скачко­образно, и иногда можно слышать, как этот процесс сопровождается «поскрипыванием» или «тиканьем».

Схематичное изображение кристаллической решетки до скольжения и после него показано на рис. 2.25. Можно отметить, что про­цесс скольжения осуществляется движением атомов на целое число межатомных расстояний. Таким образом, после скольжения общая симметрия решетки сохраняется, но на свободной поверхности за­метен след скольжения. Если свободную поверхность отполировать, то все следы скольжения исчезнут и конфигурацию кристалличе­ской решетки будет невозможно отличить от ее первоначальной конфигурации до начала скольжения.

 

Рисунок 2.25 -  Схематичное изображение кубической кристаллической решетки до и после скольжения, (а) до скольжения; (b) после скольжения (отметим, что атомы перемещаются на целое число межатомных расстояний); (с) вновь отполированная поверхность (все свидетели скольжения исчезли)

Если из монокристалла вырезать множество случайно ориентированных в нем образцов и испытать их, то обнаружится, что такие физические свойства образцов, как предел пропорциональности, предел текучести, прочность при растяжении и вязкость, меняются в довольно широких пределах. Тщательное сопоставление значений этих физических свойств и ориентации образца в кристалле ука­зывает на сильную зависимость свойств от ориентации образца. Особый интерес при исследовании скольжения представляет уста­новление критерия, который позволял бы предсказывать начало пластической деформации образца, вырезанного из монокристалла. Этот критерий может быть установлен с учетом только что сказан­ного о зависимости физических свойств от ориентации образцов, вырезанных из монокристалла.

    Монокристалл простой геометрической формы показан на рис.2.26. Цилиндрический образец, площадь нормального поперечного сечения которого равна A, нагружен осевой растягивающей силой F. Плоскость скольжения в кристалле определяется нормалью, которая пересекает ось симметрии образца под углом ?. Направление скольжения  в  плоскости  скольжения  определяется  углом ?  между осью симметрии образца и направлением скольжения. С уче­том сказанного площадьплоскости скольжения можно записать в виде

    (2.40)

а составляющуюрастягивающей силыв направлении сколь­жения — в виде

(2.41)

 

Рисунок 2.26 - Схематичное изображение системы скольжения в монокристаллическом образце

Составляющая касательного напряженияна плоскости скольжения в направлении скольжения определяется, таким образом, фор­мулой

   (2.42)

Было сделано предположение, подтвержденное в дальнейшем многочисленными экспериментами, что величина касательного напряжения, при которой начинается скольжение в чистом идеальном монокристалле материала, постоянна при фиксированной температуре. Эта величина называется предельным значением касательного напряжения, при котором происходит скольжение, а формула (2.42) — законом Шмида, который проверен для монокристаллов многих различных металлов.

   Нормальная составляющая напряжения  влияет на величину предельного значения касательного напряжения, при котором происходит скольжение. Формула для нормального напряженияна плоскости скольжения может быть записана после определения нормальной составляю­щейприложенной силыкоторая показана на рис. 2.23. Эта формула имеет вид

(2.43)

   Экспериментальные исследования показали, что влияние нормального напряжения на предельное значение касательного напряжения, при котором происходит скольжение, незначительно.

   Однако величину нормального напряжения  необходимо знать при определении сопротивления разрыву.



загрузка...