Движение дислокаций.

Движение дислокаций оказалось ключевым понятием, которое позволило успешно применить дислокационную модель для объяс­нения снижения прочности кристаллов в тех случаях, когда другие ранее использовавшиеся модели оказывались неудовлетворитель­ными. Чтобы пояснить идею движения дислокаций, рассмотрим простую краевую дислокацию. При приложении касательного напряжения τ эта положительная кра­евая дислокация движется по кристаллу слева направо вдоль плоскости скольжения.

 

 

Рис. 10 Движение краевой дислокации

 

Окончательный эффект состоит в том, что дислокация передви­гается при полных затратах внешней энергии, много мень­ших, чем потребовалось бы для разрыва связей при одновремен­ном смещении всех атомов, расположенных выше плоскости сколь­жения. Эта ситуация примерно аналогична следующей. Тяжелый ковер, лежащий на полу, очень трудно сдвинуть, прикладывая к нему силу. Гораздо легче образовать сначала складку и пере­двигать ее, пока складка не схлопнется, дойдя до другого края ковра. Окончательным итогом в обоих случаях будет смещение всего ковра. Точно так же происходит смещение и при движении дислокации вдоль плоскости скольжения.

В металлах образование пластических деформаций начи­нается уже при сравнительно небольших нагрузках. Среди множества хаотически ориентированных кристалликов всегда находится некоторое количество неблагополучно расположен­ных или даже имеющих внутренние дефекты, вследствие ко­торых возможны остаточные изменения уже при сравнительно небольших силах в пределах упругой зоны диаграммы растя­жения. Число таких кристалликов, однако, невелико, и мест­ные пластические деформации не сказываются заметным обра­зом на общей линейной зависимости между силой и перемеще­нием, свойственной первой стадии нагружения образца.

При достаточно больших силах пластические деформации в образце становятся преобладающими. Необратимые сдви­ги происходят в большинстве кристаллов в их наиболее сла­бых плоскостях, особенно если последние имеют направление, близкое к плоскостям максимальных касательных напряжений в образце. Это находит свое выражение в образовании полос скольжения.

При растяжении образца соседние кристаллы взаимодей­ствуют между собой, и возникшее в одном кристалле пласти­ческое смещение не может возрастать неограниченно, так как оказывается блокированным соседним, более удачно ориенти­рованным кристаллом. Этим обстоятельством и объясняется возникновение зоны упрочнения и некоторое увеличение рас­тягивающей силы при наличии пластических деформаций.

Не следует, однако, думать, что с вытяжкой число дисло­каций уменьшается. Напротив. Каждый кристаллик взаимо­действует с соседними, и возникают новые дислокации. Если дислока­ция не находит выхода и упирается в соседний кристаллик, то к месту блокировки подходят следом новые и новые. Дисло­кации в этом месте накапливаются. Но несколько непосред­ственно соседствующих дислокаций - это уже микротрещина, которая по мере увеличения растягивающих напряжений спо­собна начать расширяться. В структуре материала возможно существование микротрещин и по условиям кристаллизации.

Получается, что процесс разрушения имеет в своей основе два взаимообусловленных и взаимоконкурирующих механизма, "борющихся" за право разрушить образец. Первый механизм - образование пластических деформаций путем сдвига по опре­деленным кристаллографическим плоскостям. Второй - образование и развитие трещин с последующим разрывом. Иногда верх берет первый, иногда - второй.

Возвращаясь к закону разгрузки, следует указать, что в результате приложения к образцу внешних сил в кристаллах возникают смещения атомов не только на целое число позиций, но сохраняется также и некоторое искажение кристаллической решетки. Следовательно, наряду с пластической деформацией существует и упругая. При разгрузке форма искаженной ре­шетки восстанавливается, т.е. снимается упругая деформация. Пластическая же деформация, понятно, не восстанавливается.

Весьма существенно, что процесс снятия упругой де­формации происходит по тем же законам изменения внутри-кристаллических сил, что и в начальной стадии нагружения образца. Поэтому прямая разгрузки парал­лельна прямой начального нагружения.