е) Деформации при приложении сдвиговых усилий

е) Деформации при приложении сдвиговых усилий

Деформация системы атомов, более сложной, чем двухатомная модель, изображена на рис. 2.19. Приложение сдвиговых напряжений ? к плоскостям внутри кристалла приводит к перемещению атомов из первоначального положения на величину. Если перемещение мало, то деформация упруга и обратима. Это означает, что после снятия приложенного сдвигового напряжения атомы возвратятся в первоначальное положение.

 

Рисунок 2.19 - Деформация простой кубической решетки атомов при приложении каса­тельного напряжения. (Штрихпунктирной линией обозначена плоскость сдвига)

Если, однако, величина сдвигового напряжения достаточно велика, чтобы переместить атом 1 в сред­нее положение между атомами 2 и 4, то этот атом будет находиться в состоянии неустойчивого равновесия по отношению к атомам 2 и 4 и может либо занять новое равновесное положение непосредственно над атомом 4, либо вернуться в первоначальное положение над атомом 2.

 

Рисунок 2.20 - Качественная иллюстрация неустойчивого равновесного положения ато­ма в кубической решетке между двумя соседними атомами: — касательное напряжение; — потенциальная энергия;— перемещение

Неустойчивое равновесное положение атома 1 посредине между атомами 2 и 4 показано качественно на рис. 2.20. Можно видеть, что потенциальная энергия системы уменьшается при перемещении из состояния неустойчивого равновесия в любом направлении. Практически не требуется никакого сдвигового напряжения для того, чтобы осуществить перемещение в том или ином направлении. Если атом 1 действительно займет новое положение над атомом 4 (см. рис. 2.19), симметрия решетки сохранится, но у атомов, распо­ложенных с разных сторон от плоскости сдвига, появятся новые соседи. В этом случае говорят, что в кристалле произошло сколь­жение или что кристалл пластически деформировался на одно меж­атомное расстояние.

    Чтобы осуществить скольжение относительно друг друга плоскостей упорядоченно расположенных атомов, требуется приложить достаточно большое сдвиговое напряжение, которое могло бы прео­долеть силы взаимодействия между атомами одной плоскости и близко расположенными к ним атомами другой плоскости. Расчеты, произведенные различными способами, показывают, что для осуществления такого скольжения одной плоскости атомов относитель­но другой (пластической деформации) в обычных металлах теоре­тически потребовалосьбыприложитьсдвиговое    напряжение по­рядка 0,7-106 …1,5-106  Н/см2.  Фактически же обычно замеряемые в опытах величины составляют лишь от 7 000 до 35 000 Н/см2. Естественно возникает вопрос: почему наблюдается такое большое несоответствие между теоретическими и наблюдаемыми в опытах значениями критического сдвигового напряжения, требуемого для осуществления пластической деформации?

Подходящее объяснение этого несоответствия было найдено лишь после того, как в начале 30-х годов прошлого века Тейлор, Орован и Полани ввели понятие дислокации. Обширные исследования, проведенные после введения этого понятия, привели к тому, что стало возмож­ным наблюдать дислокации и их движение в экспериментах. К на­стоящему времени опубликовано много работ по математическому описанию и предсказанию взаимодействия дислокаций. Появилась возможность с помощью теории дислокаций правильно оценивать определяемые экспериментально величины сдвиговых напряжений, при которых начинается пластическая деформация. Некоторые основные идеи теории дислокаций были  рассмотрены выше.