|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Пластичность (свойство твердых тел) | Пластичность (далее П) (от греч. plastikós — годный для лепки, податливый, пластичный), свойство твердых тел необратимо изменять свои размеры и форму (т. е. пластически деформироваться) под действием механических нагрузок. П (свойство твердых тел) тел (или материалов) связана с действием различных микроскопических механизмов пластической деформации, относительная роль каждого из которых определяется внешними условиями: температурой, нагрузкой, скоростью деформирования. Эти механизмы рассмотрены в порядке увеличения числа участвующих в элементарном акте пластической деформации.
Самодиффузионная и диффузионная П (свойство твердых тел) Под действием сжимающих сил происходит перемещение слоев с участков его поверхности, на которые эти силы действуют, на участки, где действуют растягивающие силы. Перенос массы может осуществляться посредством самодиффузии по поверхности или через объем Если не очень мал, так что удельная его поверхность (т. е. отношение поверхности к объему) не слишком велика, объемная самодиффузия является наиболее эффективным механизмом. Она происходит путем "растворения", т. е. проникновения поверхностных слоев внутрь в виде междоузельных на участках сжатия и "выделения" их на участках, подверженных действию растягивающих сил. Одновременно в противоположном направлении идет поток вакансий, рождающихся в окрестности приложения растягивающих сил и аннигилирующих в местах сжатия. В большинстве реальных случаев самодиффузионная деформация в основном связана с направленными потоками вакансий, которые образуются легче, чем междоузельные (рис. 1).
В состоящем из разного сорта, в однородном поле напряжений происходит ориентационное упорядочение относительного расположения (рис. 2, а), в результате чего приобретает некоторую зависящую от степени упорядоченности деформацию. После снятия напряжений упорядоченное состояние может быть невыгодно, но оно некоторое время сохраняется, т.к. возврат в неупорядоченное состояние происходит со скоростью диффузионных перескоков Если в создано неоднородное поле напряжений, то примеси большего радиуса и междоузельные (рис. 2, б) стремятся перейти в растянутые области решетки, а меньшего — в сжатые; возникает неоднородное распределение концентраций, стабилизирующее исходную неоднородную деформацию. Максимальная деформация, которая может возникнуть в результате ориентационного упорядочения или концентрационной неоднородности, ограничена составом Таким образом, самодиффузионная и диффузионная деформации определяются потоками точечных дефектов (вакансий, междоузельных и примесных В реальных условиях перемещение дефектов происходит за счет тепловых флуктуаций, частота которых быстро падает с понижением температуры. Поэтому эти механизмы П (свойство твердых тел) действуют только при достаточно высоких температурах (не ниже 0,5 от абсолютной температуры плавления).
Краудионная П (свойство твердых тел) обусловлена рождением и перемещением краудионов — сгущений вдоль плотно упакованных рядов в (см. Дефекты в кристаллах). При вдавливании острия в поверхность (рис. 3) материал из зоны вдавливания удаляется "разбегающимися" из-под острия краудионами, в результате чего на некотором расстоянии от точки вдавливания создается повышенная концентрация междоузельных
Дислокационная П (свойство твердых тел) Типичный вид пластической деформации — скольжение по плоскостям. Наиболее легко скольжение происходит по плотноупакованным плоскостям вдоль плотноупакованных направлений. Скольжение по системе параллельных плоскостей дает макроскопический сдвиг, а сочетание сдвигов, соответствующих скольжению по различным системам, составляет основную часть пластической деформации Скольжение происходит неоднородно: сначала оно охватывает некоторую область плоскости скольжения (рис. 4), а затем границы этой области распространяются на всю плоскость. Граница распространения скольжения называется дислокационной линией или дислокацией. Поэтому развитие скольжения можно рассматривать как образование и перемещение дислокаций. Скорость деформации пропорциональна плотности (суммарной длине дислокаций в единице объема) и скорости перемещения дислокаций. В реальных в процессе их образования всегда возникают дислокации, которые под действием напряжений способны увеличивать свою протяженность (размножение дислокаций). Поэтому стадия образования новых дислокаций лишь в исключительных случаях лимитирует скольжение (например, начало деформации в без дислокационных микрокристаллах). В остальных случаях развитие скольжения определяется движением дислокаций.
Поскольку вблизи дислокаций смещены из своих положений равновесия, перевод их в новые положения равновесия, отвечающие сдвигу по плоскости скольжения на одно межатомное расстояние, требует значительно меньших затрат энергии, чем для в неискаженном Энергетический барьер для смещения дислокации тем меньше, чем больше зона искажения в окрестности дислокации. По подвижности дислокации все материалы делятся на 2 группы. В ковалентных этот барьер по порядку величины приближается к энергии межатомных связей и может быть преодолен только за счет тепловой активации (термических флуктуаций). Поэтому подвижность дислокаций становится заметной лишь при достаточно больших температурах, а при умеренных — ковалентные непластичны. В металлических и ионных барьер для перемещения дислокации в 103—104 раз меньше энергии связи и исчезает при напряжениях 10-3—10-4 G (где G — модуль сдвига); при таких напряжениях движение дислокаций не нуждается в тепловой активации и их подвижность слабо зависит от температуры. Сопротивление движению дислокаций в совершенной решетке пренебрежимо мало, чем обусловлена высокая П (свойство твердых тел) ионных и металлических
В реальных имеются различные дефекты (точечные дефекты, примесные дислокации, частицы других фаз), и сопротивление скольжению зависит от взаимодействия движущихся дислокаций с этими дефектами. В беспримесных пластических междислокационное взаимодействие является основным. Часть сопротивления скольжению, связанная с непосредственным столкновением дислокаций, может быть уменьшена за счет тепловой активации, однако преобладающая часть обусловлена дальнодействующим взаимодействием дислокаций через собственные поля напряжений, которые они вокруг себя создают, и почти не зависит от температуры. В результате взаимодействия друг с другом дислокации тормозятся и останавливаются, поэтому для протекания деформации с постоянной скоростью необходимо непрерывное рождение новых дислокаций. Это приводит к постоянному увеличению плотности дислокаций в которая достигает 1011—1012 см-2; соответственно растет их взаимное сопротивление скольжению — происходит деформационное упрочнение, или наклеп
Развитие междислокационного взаимодействия отражает диаграмма "напряжение — деформация" (рис. 5), которая в типичных случаях обнаруживает 3 характерных участка, отвечающих трем основным стадиям эволюции дислокационной структуры.
На стадии (стадия легкого скольжения) плотность дислокаций относительно невелика, каждая дислокация до остановки успевает пройти расстояние, сопоставимое с размером всего и значительная часть дислокаций выходит на поверхность Сопротивление скольжению обусловлено взаимодействием отдельных дислокаций, плотность которых возрастает с деформацией относительно медленно, поэтому коэффициент упрочнения здесь мал (~ 10-з G). С увеличением степени деформации и ростом плотности дислокаций их распределение становится существенно неоднородным: дислокации образуют компактные скопления в плоскостях скольжения (стадия ). Поля напряжений от этих скоплений, в свою очередь, являются причиной побочной пластической деформации. Эта локальная, различным образом направленная деформация может не проявляться в общем формоизменении но увеличивает плотность дислокаций в результате появления дислокаций во вторичных системах скольжения. Взаимодействие дислокаций основной и вторичных систем приводит к образованию дислокационных сгущений и формированию дислокационной ячеистой структуры (рис. 6). На протяжении всей стадии характер дислокационной структуры сохраняется, уменьшается только размер ячеек; коэффициент упрочнения ~10-2 G. С дальнейшим увеличением плотности дислокаций происходит "выдавливание" части дислокаций из плоскостей скольжения, в которых они были расположены; при этом дислокации противоположных знаков встречаются и аннигилируют. Происходит разрядка дислокационной плотности, сопровождающаяся падением коэффициента упрочнения (стадия ). Параллельно начинаются процессы нарушения сплошности (образование микротрещин), которые приводят в конечном итоге к разрушению определяющему максимально достижимую величину пластической деформации (см. Прочность).
При высоких температурах дислокационный механизм П (свойство твердых тел) сочетается с диффузионным и самодиффузионным. В с примесями релаксация напряжений у дислокаций или дислокационных скоплений может осуществляться в результате перераспределения примесных Вокруг дислокации образуются примесные "атмосферы" и дислокационная П (свойство твердых тел) падает (деформационное старение). Поэтому удаление примесей обычно повышает П (свойство твердых тел) С другой стороны, дислокации являются эффективными стоками и источниками вакансий и междоузельных Рождение или аннигиляция этих дефектов приводят к достройке или сокращению обрывающихся на дислокациях неполных плоскостей и, следовательно, "переползанию" дислокаций из своей плоскости скольжения. Потоки точечных дефектов между дислокациями разного знака приводят к самодиффузионной пластической деформации, а вызванное этими потоками переползание дислокаций позволяет им обойти препятствия, лежащие в плоскости скольжения. Путь скольжения, пройденный каждой дислокацией в условиях высокотемпературной деформации, увеличивается (по сравнению с обычными температурами, когда диффузионная подвижность мала). Процессы разрядки дислокационной плотности вследствие взаимной аннигиляции дислокаций протекают более интенсивно, деформационное упрочнение падает и деформация развивается при постоянной нагрузке (ползучесть).
Двойникование. Этот механизм связан с деформацией элементарной ячейки приводящей к изменению ориентировки части относительно действующих сил (см. также Двойникование). Переориентированная часть претерпевает относительно исходного двойниковый сдвиг, величина которого определяется симметрией решетки. В реальных условиях развитие деформации происходит путем зарождения и распространения в исходном прослоек двойниковой компоненты. Если двойниковая прослойка заканчивается внутри у ее концов возникают поля напряжений; взаимодействие двойников приводит к деформационному упрочнению. В некоторых например двойникование — основной механизм пластической деформации, но обычно двойникование развивается преимущественно при низких температурах, когда скольжение затруднено и создаются условия для локальной концентрации напряжений, необходимой для зарождения двойников.
П (свойство твердых тел) вследствие протекания фазового превращения. Необратимое изменение формы может быть также результатом образования под нагрузкой новой фазы, имеющей иную решетку, чем исходный При этом исходная фаза должна быть метастабильна (см. Метастабильное состояние) по отношению к образующейся, по крайней мере при действии механических напряжений. Поскольку относительная стабильность зависит также от температуры, П (свойство твердых тел) в этом случае существенно зависит от температуры деформирования по отношению к температуре равновесия фаз. В определенных случаях, уменьшая стабильность образовавшейся под нагрузкой фазы за счет изменения температуры, можно уничтожить полученную при превращении деформацию: возвращается к исходной форме ("эффект памяти").
В поликристаллах действие рассмотренных механизмов пластической деформации внутри зерен осложнено взаимодействием между зернами. Деформация поликристалла есть суммарный результат деформации во многих различно ориентированных относительно нагрузок и находящихся в различных условиях зерен. Поэтому развитие деформации не имеет четко выраженного стадийного характера, как деформации монокристаллов (рис. 5). Межзеренные границы препятствуют распространению дислокаций и, как правило, упрочняют тела при низких температурах. Наоборот, при высоких температурах наличие границ, являющихся источниками или стоками дефектов, повышает П (свойство твердых тел) Сочетание дислокационной и самодиффузионной деформаций в приграничных областях приводит к их высокой П (свойство твердых тел), проявляющейся в специфическом механизме высокотемпературной деформации поликристаллов — "проскальзывании" по границам зерен. Перемещение зерен друг относительно друга происходит подобно движению частиц в сыпучих материалах и в некоторых случаях обеспечивает деформацию до 1000% ("сверхпластичность"). Высокая П (свойство твердых тел) может достигаться также, если в ходе деформирования успевает проходить рекристаллизация, приводящая к удалению наиболее искаженных и, следовательно, наименее пластичных зерен, которые поглощаются растущими зернами с более совершенной структурой. Постоянное восстановление П (свойство твердых тел) за счет рекристаллизации широко используется на практике при горячей обработке металлов.
П (свойство твердых тел) простых аморфных тел связана с диффузионными перегруппировками и молекул. П (свойство твердых тел) ряда веществ связана с передвижением недеформирующихся твердых частиц друг относительно друга в некоторой вязкой среде. К такого рода явлениям можно отнести П (свойство твердых тел) глин, сыпучих тел, смоченных водой, и т.п.
Изучение П (свойство твердых тел) представляет большой практический интерес, т.к. делает возможным рациональный выбор технических материалов, к П (свойство твердых тел) которых обычно предъявляется целый комплекс требований как при обработке, так и при эксплуатации их в различных условиях. Изучением различных аспектов П (свойство твердых тел) занимается ряд физико-математических и теоретических дисциплин: физика твердого тела (в частности, теория дислокаций) исследует микроскопические механизмы П (свойство твердых тел), механика сплошных сред (теории пластичности и ползучести) рассматривает П (свойство твердых тел) тел, абстрагируясь от их структуры, сопротивление материалов и др.
Лит.: Фридель Ж., Дислокации (кристаллов), пер. с англ., М., 1967; Физика деформационного упрочнения монокристаллов, К., 1972; Набарро Ф. Р., Базинский З. С., Холт Д. Б., П монокристаллов, пер. с англ., М., 1967; Хоникомб Р., Пластическая деформация металлов, пер. с англ., М., 1972.
А. Л. Ройтбурд.
атомы.
{{73}}
{{74}}
{{75}} 
Рис. 2. Диффузионная пластичность: а — ориентационное упорядочение примесных (черные кружки) в однородном поле напряжений; б — перераспределение примесных в неоднородном поле напряжений; — исходный — с примесными под действием напряжений; — конечная деформация |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
