Пластическая деформация
Строение металлов
Холодная пластическая деформация монокристалла
Элементы теории дислокаций
Движение дислокации и пере ползание дислокации
Вектор Бюргерса
Возникновение и размножение дислокаций
Силовые поля
Холодная пластическая деформация поликристалла
Равенство деформаций
Упрочнение при холодной деформации
Кривые упрочнения
Влияние температуры и скорости деформации
Виды деформации при обработке металлов давлением
Влияние температуры на сопротивление деформированию
Влияние горячей деформации на свойства металла
Условие постоянства объема
Степень деформации и смещенный объем
Влияние скорости деформации на пластичность
Сверх пластичность
Напряжения
Напряжения в координатных площадях
Напряжения в наклонной площадке
Понятие о тензоре напряжений
Главные касательные напряжения
Диаграмма напряжений Мора
Условия равновесия для объемного напряженного состояния
Осесимметричное напряженное состояние
Плоское напряженное состояние
Малые деформации и скорость деформаций
Неразрывность деформаций
Однородная деформация
Условие пластичности
Смысл энергетического условия пластичности
Связь между напряжениями и деформациями
Механическая схема деформации
Схемы главных напряжений
Принцип подобия
Контактное трение
Характер нагрузки
Принцип наименьшего сопротивления
Неравномерность деформаций
Методы определения деформирующих усилий
Решение дифференциальных уравнений
Основы метода расчета деформирующих усилий
Метод линий скольжения
Свойства линий скольжения
Характеристики
Методы графического построения
Жесткопластическая схема
Связь полей линий скольжения с полями скоростей
Построение годографа скоростей
Понятие о методе верхней оценки
Метод сопротивления материалов
Метод баланса работ
Понятие о пластическом методе
Краткое сопоставление различных методов
Осадка
Удельное усилие
Осадка правильной призмы и цилиндра
Осадка полосы конечной длины
Неоднородность деформации при осадке
Толстостенная труба под равномерным давлением
Протяжка
Протяжка заготовки круглого сечения
Выдавливание
Удельное усилие деформирования
Объемная штамповка в открытых штампах
Удельное усилие деформирования заусенца
Элементы штамповки в закрытых штампах
Скручивание
Уравнения равновесия
Дальнейшее увеличение кривизны
Вытяжка

Элементы теории дислокаций

Предположение о наличии дислокаций, как своеобразных нарушений закономерности расположения атомов в решетке монокристалла, было выдвинуто в связи с необходимостью объяснить значительную разницу расчетных и фактических величин касательных напряжений, необходимых для начала пластических деформаций. Расчетные значения этих касательных напряжений превышали фактические на три-четыре порядка. Столь существенную разницу можно было объяснить лишь тем, что действительный процесс скольжения осуществляется не одновременным смещением всех атомов одной кристаллографической плоскости относительно атомов смежной, параллельной плоскости, а последовательным смещением групп атомов, расположенных в данной плоскости.
 Возможность последовательного смещения отдельных групп атомов вдоль плоскости скольжения при уменьшенных напряжениях возникает, если дефекты кристаллической решетки являются не точечными (вакансии, лишние атомы), а линейными, т. е. вызывающими нарушения правильного расположения атомов на значительные (макроскопические) расстояния в одном направлении и на малые (несколько межатомных расстояний) в направлениях, перпендикулярных к первому. Предположение о существовании линейных дефектов кристаллической решетки реальных монокристаллов позволило не только объяснить причины различия расчетных и фактических величин касательных напряжений, вызывающих пластическую деформацию, но также выяснить многие вопросы, связанные с механизмом деформирования и явлениями, сопутствующими пластической деформации.
 Появление элементов теории дислокаций относится к 20-м годам этого столетия (работы Я. И. Френкеля, Дж. Тейлора, Е. Орована и др.). Однако экспериментальное подтверждение существования дислокаций получено лишь в 50-х годах благодаря развитию экспериментальных средств исследований строения кристаллов. Существование дислокаций было подтверждено как прямыми методами исследования (с помощью ионного проектора, рентгеновской топографии, электронно-микроскопического исследования), так и косвенными методами исследования (метод ямок травления, муаровых фигур и др.).
 Типы дислокаций
 Основными типами дислокаций, встречающихся в реальных монокристаллах, являются краевая и винтовая дислокации.
 Как видно из схемы, краевая дислокация возникает, если по одну сторону от плоскости скольжения количество атомных плоскостей, перпендикулярных к плоскости скольжения, больше, чем по другую. В случае, представленном на рис. 1.11, выше плоскости скольжения имеется добавочная плоскость а, усеянная атомами, не имеющая продолжения ниже плоскости скольжения. Линию в—г пересечения добавочной плоскости с плоскостью скольжения называют линией дислокации, а точки (в, г и др.) пересечения линии дислокации с перпендикулярными к ней кристаллографическими плоскостями называют центрами дислокации. Условное обозначение краевой дислокации показано жирными линиями около центра дислокации.
 Краевые дислокации условно разделяют на положительные (обозначаются _L) и отрицательные (обозначаются Т) в зависимости от расположения дополнительной плоскости относительно плоскости скольжения. Краевая дислокация считается положительной, если дополнительная плоскость находится выше плоскости скольжения, и отрицательной, если дополнительная плоскость расположена ниже плоскости скольжения, А.
 Наличие дополнительной плоскости, ограниченной линией в—г, вызывает нарушение правильного взаимного расположения атомов, соответствующего минимуму потенциальной энергии. Наибольшие нарушения правильности взаимного расположения атомов возникают вблизи центра дислокации (или линии дислокации). Для положительной краевой дислокации межатомные расстояния вблизи линии дислокации выше плоскости скольжения уменьшены, а ниже плоскости скольжения увеличены по сравнению с межатомными расстояниями в идеальной решетке. Эти искажения межатомных расстояний быстро убывают по мере удаления от линии дислокации. Нарушение правильности взаимного расположения атомов вблизи линии дислокации повышает потенциальную энергию участка кристаллической решетки вблизи линии дислокации. Таким образом, вблизи дислокации возникает силовое поле с повышенным уровнем потенциальной энергии. Под действием сдвигающих напряжений, действующих параллельно плоскости скольжения, краевая дислокация способна передвигаться. Смещение дислокации состоит в том, что дополнительной, лишней, плоскостью поочередно становятся плоскости, параллельные исходной плоскости. Элементарный акт смещения краевой дислокации на одно межатомное расстояние схематично показан на рис. 1.12. Штриховыми линиями на этом рисунке показана решетка, образованная после смещения центра дислокации из положения «b» в положение «Ьг». При этом первоначальная лишняя плоскость «Ьа» замыкается на расположенную ниже плоскости скольжения кристаллографическую плоскость «be», а лишней плоскостью становится плоскость «Ьгаг». Естественно, что пробег такой дислокации от одной боковой поверхности монокристалла до противоположной дает смещение части монокристалла выше плоскости скольжения относительно части монокристалла, расположенной ниже плоскости скольжения на одно межатомное расстояние. Таким образом, смещение краевой дислокации приводит к последовательному переходу атомов на плоскости скольжения в новые положения равновесия, т; е. приводит к возникновению пластической деформации.
 Как видно из приведенной схемы, направление пластического сдвига параллельно направлению движения краевой дислокации. Заметим, что одно и то же смещение одной части монокристалла относительно другой вдоль плоскости скольжения создается противоположным смещением положительных и отрицательных дислокаций.
 Схема винтовой дислокации приведена на рис. 1.13. В области винтовой дислокации кристаллографические плоскости, перпендикулярные к плоскости скольжения, получают изгиб. Схематично возникновение винтовой дислокации можно представить следующим образом: часть кристаллической решетки разрезана по плоскости скольжения, и разделенные участки смещены один относительно другого на одно межатомное расстояние, как это показано на рис. 1.13. Образующаяся при этом зона изогнутых кристаллографических поверхностей, с обеих сторон граничащая с участками, имеющими правильное кристаллическое строение, является зоной силового влияния винтовой дислокации.
 Линия, находящаяся в плоскости разреза и проходящая в зоне наибольшего искажения решетки, называется линией винтовой дислокации. Движение линии винтовой дислокации в плоскости скольжения вызывает поперечное смещение атомов в новые положения равновесия. Таким образом, если движение краевой дислокации дает пластический сдвиг в том же направлении, в котором движется дислокация, то движение винтовой дислокации дает пластический сдвиг в направлении, перпендикулярном к направлению движения дислокации. Пробег винтовой дислокации от одной внешней границы монокристалла до другой вызывает смещение одной части монокристалла относительно другой в плоскости скольжения на одно межатомное расстояние. Дислокация данного типа названа винтовой вследствие того, что смещенные из положений равновесия атомы располагаются в пространстве по винтовой линии. Сказанное можно пояснить рис. 1.14 [57]. На этом рисунке показано расположение атомов в двух смежных атомных плоскостях, одна из которых расположена в плоскости скольжения. Белыми кружочками обозначены атомы, расположенные в плоскости скольжения (см. рис. 1.13), а черными — атомы, расположенные в смежной параллельной плоскости, находящейся выше плоскости скольжения. Атомы, находящиеся в рядах от 1-го до 5-го и от 9-го до 14-го, образуют правильную кристаллическую решетку. Атомы же, расположенные в рядах от 5-го до 9-го, смещены из положений равновесия и располагаются по винтовой линии, схематично показанной на рис. 1.14,6, закручиваясь вокруг линии дислокации ВС. Дислокация, как и резьба винта, может быть правой или левой в зависимости от направления движения по винтовой линии при переходе от атомов верхнего горизонта к атомам нижнего горизонта около линии дислокации. Изображенная на рис. 1.13 и 1.14 дислокация является левой винтовой дислокацией, так как линию дислокации при движении сверху вниз, следует обходить по спирали против часовой стрелки.
 Для того чтобы движение дислокаций могло приводить к пластической деформации монокристалла необходимо, чтобы линия дислокации выходила на поверхности монокристалла или же образовывала замкнутую петлю.
 Замкнутые петли дислокаций могут быть составлены из краевых дислокаций или образованы из краевых и винтовых дислокаций. Они могут быть замкнутыми криволинейными, когда на некоторых участках петли будут так называемые смешанные дислокации, при которых нарушения правильности взаимного расположения атомов имеют признаки, свойственные и краевым, и винтовым дислокациям.




 
Яндекс.Метрика