Оглавление:
Понятие о механизме образования деформаций
- Понятие о механизме деформационного образования Механические испытания различных типов металлов дают лишь внешнее представление о свойствах упругости и пластической деформации. Под такими вариантами представлено простое и легкое изложение современных представлений о процессах, происходящих в металле. Как известно, металл имеет кристаллическую структуру. Когда металл затвердевает в расплаве, одновременно возникает множество центров кристаллизации, и рост каждого кристалла сдерживается соседними кристаллами. В результате технический металл состоит из большого количества кристаллов неправильной огранки,
называемых крнсталлшлалш или крнсталлическш зернами. Для друг друга зерна ориентированы по-разному. При этом каждый атом расположен абсолютно надежно и образует так называемую кристаллическую решетку, состоящую из повторяющихся одинаковых ячеек. Атом электрически нейтрален, так как отрицательный заряд электрона, вращающегося вокруг ядра, нейтрализуется его положительным зарядом. В металлах, когда атомы сходятся достаточно, валентные электроны одного атома могут быть разделены положительными зарядовыми ядрами
другого атома, и это связано со следующими атомами и т. д. Эти электроны Людмила Фирмаль
называются свободными, потому что они не связаны с определенным атомом. Металл можно представить как структуру нейтральных атомов и ионов в атмосфере электронного газа, который притягивает ионы. Связь между атомами, которая осуществляется электростатическими силами в результате взаимодействия положительных ионов с электронным газом, называется металлом. Поскольку эти атомы идентичны по своей природе, они должны располагаться на таком расстоянии друг от друга, в результате чего действующие на них силы притяжения и отталкивания равны, то в кристаллической решетке наблюдается естественное
расположение атомов. < Поликристаллическая решетка ’ образована воображаемыми линиями и плоскостями, проходящими через точки пространства, где расположены ионы металла. Определение этих точек как центров наиболее вероятных положений ионов является более точным, так как они вибрируют не в покое, а вблизи этих центров. Последние обычно называют узлами кристаллической решетки. Наиболее распространенным типом таких металлических решеток является Центр кубического объема(рис. 115, а), центр кубической грани (рис. 115, б)и 1exagopalia плотно упакованы(рис. 115, б). В них атомы находятся в устойчивом
- равновесном положении и обладают наименьшей потенциальной энергией. Когда металл деформируется, расстояние между атомами под действием внешних сил изменяется в определенном направлении, линии и плоскости, проходящие через атомы, изгибаются, а кристаллическая решетка искажается. В этом случае результирующие силы притяжения и отталкивания между атомами уже не равны нулю, поэтому внутренние силы действуют в решетке, которая пытается вернуть атом в его равновесное положение. Связь между силой взаимодействия малых смещений атомов с определенным приближением можно считать линейной. Короче говоря, это выражается законом крюка в линейной зависимости
между смещением точки тела и внешней силой. При устранении внешней силы атом вновь занимает свое прежнее место в кристаллической решетке, в результате чего происходит упругое восстановление формы металлического тела. Это объясняет упругую деформацию. Когда внешняя сила увеличивается, внутренняя сила увеличивается. Затем в частицах металла происходит смещение одной части, называемой скольжением, относительно другой. Исследования показали, что это происходит в плоскостях и направлениях, где атомы являются самыми плотными. В каждой кристаллической решетке это показано на рисунке. 115,
такая плоскость заштрихована, а направление скольжения указано Людмила Фирмаль
стрелкой. Важной особенностью этих плоскостей и направлений является величина напряжения сдвига t, которое вызывает проскальзывание. Рассмотрим механизм пластической деформации монокристалла с совершенной кристаллической решеткой. 116, а. При такой решетке верхний слой атома заменяется нижним слоем плоскости а-А. 1g5процесс сдвига кристаллической решетки не искажается, т. е. ниже / в ее более высоких плоских частях!-И можно сделать вывод, что расстояние между атомами остается неизменным, и все атомы в верхнем слое движутся на одинаковое количество времени к нижнему. При этом взаимное
смещение(рис. 116, б) остается меньше половины расстояния между атомами атомной силы- Сдвинуть и сразу начать » — как взаимодействие Действие между ними предотвращает трение от облегчения перемещения решетки в новое устойчивое положение равновесия за пределы расстояния действия силы. Пластическая деформация возникает в результате смещения части решетки на кратное расстояние (рис. 116, Ат). В результате таких перемещений каждый предыдущий атом становится альтернативой следующему, и все атомы оказываются в местах, присущих этой кристаллической решетке. Кристалл сохраняет свои свойства и только меняет состав.
Точные теоретические расчеты, основанные на аналогичных моделях деформирования, позволяют определить максимальное напряжение сдвига, возникающее в Кристалле вследствие пластической деформации. На практике она начинает формироваться с напряжением в сотни раз меньшим, чем дает теория. Это несоответствие между теоретическим и практическим сопротивлением сдвигу в кристалле обусловлено тем, что переход атома из одного положения в другое происходит не одновременно, а, подобно волне, дислокацией. Для риса. 117, и показывает так называемую краевую дислокацию. Верхняя часть сетки смещена
относительно нижней сетки 106 межатомное расстояние, и сдвиг еще не покрыл всю скользящую поверхность фиксированного положения. В результате произошло искажение решетки: одна вертикальная плоскость верхней половины не имеет продолжения внизу. Обратите внимание, что реальные кристаллы содержат дислокации С самого начала или другие несовершенства, и дислокации уже сформированы с низким напряжением сдвига. Таким образом, при малых напряжениях происходит пластическая деформация кристалла, так как дислокации перемещаются через кристаллическую решетку.
Когда дислокация покидает Кристалл, его форма меняется, но структура остается прежней(рис. 117,6). Возникает новая дислокация, которая движется через кристалл. Весь результат этих скольжений в частицах проявляется в виде пластической деформации образца. Движение дислокации через кристалл можно уподобить движению складок на ковре. Когда складка проходит через весь ковер, то СН слегка смещается. Когда требуемая сила движения больше, на весь ковер нужно перенести следующие вещи. Таким образом, теория дислокаций объясняет механизм образования пластической деформации и разницу между теоретической и практической прочностью металла. При массопластическом деформировании дислокации, движущиеся в кристаллической решетке в плоскости пересечения, образуют фиксированный порог,
и таким образом миграция дислокаций подавляется. В общей сложности это проявляется в виде упрочнения металла после определенной пластической деформации. Появление сдвига в кристаллической решетке, приводящего к пластической деформации, не исключает деформации кристаллической решетки, которая соответствует упругой деформации. Это подтверждается тем, что на любой стадии деформации образца вплоть до разрыва общая деформация складывается из упругой и пластической деформации. Увеличение сопротивления дислокационным движениям повышает прочность металла. Это достигается введением в металл специальных примесей, термической обработкой, упрочнением и др. Сейчас предпринимаются первые шаги по созданию бездефектного металла в кристаллической решетке. Получены нитевидные металлические кристаллы («усы») без дислокаций с очень высокой прочностью к теоретическим.
Смотрите также:
| Испытание материалов на растяжение | Понятие о концентрации напряжений |
| Некоторые другие виды механических испытаний | Влияние различных факторов на механические свойства материалов |
