ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.07.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 0
называется главной |
или первичной системой. Осталь |
ные системы можно |
обозначить общим термином — вто |
ричные системы. |
|
Р и с . 11. Испытательная машина
(1— индукционный датчик; 2 — пружина динамо метра; 3—перхн-П зажим машины; 4 — нижний зажим машины; 5 — подвижная траверса; 6 — винт;
7 — маточная гайка; |
5 — |
неподвижная |
травер |
|
са; |
9 — приводной |
шкив; |
10 — направляющие; |
|
|
— плита). |
|
||
На рис. 11 |
приведена |
испытательная |
машина, с по |
мощью которой можно проводить механические испы
тания |
образцов растяжением. |
Особенностью |
ее |
являет |
ся то, |
что усилия, действующие на образец |
во |
время |
|
растяжения, измеряются с |
помощью индукционного |
электрического датчика, что позволяет проводить испы тания дистанционно, а машину вместе с образцом по
зі
мещать в поле сильной радиации, например, под выход ное окно современного большого ускорителя.
Деформируемый образец укрепляется в машине с помощью специальных захватов. Нижнему захвату с помощью редуктора и ходового винта сообщается от
мотора движение вниз с постоянной |
скоростью. |
Другой |
||||
захват |
воздействует па |
связанный |
с |
ним индукционный |
||
датчик |
и |
обеспечивает |
измерение |
действующих |
усилий. |
|
Во время |
растяжения |
определяют |
т а к ж е удлинение |
|||
кристалла. |
|
|
|
|
|
Основными сведениями о материале, получаемом та кими испытаниями, являются диаграммы растяжения — зависимости действующих усилий деформации от удли нения образца. Пересчитанные в последующем по со
ответствующим формулам |
указанные диаграммы дают |
||
возможность |
определить |
наиболее важные |
параметры |
прочности |
твердого тела — критические |
напряжения |
сдвига и удельный кристаллографический сдвиг. О фи
зическом |
смысле |
удельного |
кристаллографического |
сдвига |
уже было |
сказано выше — это относительное |
|
смещение атомных |
слоев при |
деформации. Что касает |
ся критического |
напряжения сдвига, то оно определяет |
||||||
ся уровнем приложенных внешних сил для |
начала |
||||||
скольжения |
по |
отдельным атомным |
плоскостям. |
||||
Существует |
статическая |
разновидность испытания |
|||||
образцов |
растяжением. |
При |
этом к образцу |
подве |
|||
шивается |
постоянный |
груз, |
а |
измеряется |
только |
||
удлинение |
в |
зависимости |
от |
времени, т. е. |
скорость |
деформации. Этот метод называют испытанием на пол зучесть.
Деформирующее напряжение, определяемое сопротивле нием кристалла растяжению, содержит, как будет показано дальше, термически активируемую часть. Это та часть соп ротивления решетки деформированию, в которую дают вклад тепловые колебания решетки. Этот вклад, естествен но, зависит от температуры опыта и скорости растяжения. Меняя температуру и скорость деформации во время испы таний, можно определить термически активируемую часть деформирующего напряжения. Например; опыт проводится при низкой Tj и высокой Т2 температуре. Измеряется кри
тическое |
напряжение |
сдвига |
т. |
Из |
опыта |
будут |
получены |
|
значения |
т 1 К р |
и т 2 к Р |
причем |
т х |
обязательно |
будет |
выше т3 , |
|
а их разница |
т, — т 2 |
представляет |
собой термически акти- |
вируемую часть сопротивления решетки деформированию. Очевидно, чем выше температура и чем ближе твердое те ло к жидкому состоянию, тем легче должна протекать его деформация.
Скорость растяжения, с которой решетка могла бы де формироваться, может быть записана выражением
1/ = У 0 е х р ^ ,
где V0 — постоянная величина;
0 — энергия активации скольжения;
Т— температура;
к— постоянная Больцмана;
Из этого соотношения видно, что скорость деформа ции и температура изменяют энергию активации в про тивоположных направлениях и с разным темпом. Из-за
логарифмического |
характера |
приведенной зависимости |
для достижение |
одного и |
ю г о ж е эффекта скорость |
деформации надо изменять на несколько порядков, а
температуру — значительно |
меньше. Значит, |
температу |
||
ра действительно очень сильно |
влияет на |
результаты |
||
механических |
испытаний |
образцов. |
|
|
§ |
2. Дислокации и |
скольжение |
|
Как уже указывалось, пластическая деформация совер шенного кристалла происходит в результате скольжения
одного |
набора |
атомных |
плоскостей |
относительно |
другого. |
|||||
В реальных |
кристаллах |
такое |
скольжение |
начинается |
при |
|||||
достижении скалывающими напряжениями величины (10 |
4 |
|||||||||
-і- 10-в) |
G, |
где |
G — модуль |
сдвига |
кристалла, |
равный |
||||
~ 1 0 и |
дин/см2. |
Теоретические расчеты |
показывают, |
что |
||||||
одновременный |
сдвиг |
атомов |
одной плоскости скольжения |
|||||||
относительно другой |
должен был бы |
проходить при |
гораздо |
больших напряжениях, чем приведенные выше, при напря жениях порядка—1/30 G.
Подобное резкое расхождение экспериментальных и
теоретических |
данных объясняется тем, что сдвиг в дей |
|||
ствительности |
происходит неодновременно по всей |
|||
атомной |
плоскости, а зарождается |
где-либо |
в одном |
|
месте и |
затем распространяется |
на всю |
плоскость |
скольжения. В этих условиях затрачивается значительно меньше энергии, чем при одновременном сдвиге атомов.
Более того, |
основная энергия затрачивается |
только на |
||
зарождение |
скольжения, а распространение |
скольже |
||
|
ния |
на |
все |
сечение |
|
кристалла |
идет уже при |
||
|
очень |
малых |
напряже |
|
|
ниях. |
|
|
|
|
|
|
|
Распространение |
ло |
|||||
|
|
|
кально возникшего |
сдви |
||||||
|
|
|
га |
на |
все |
сечения |
крис |
|||
|
|
|
талла |
связано |
с |
движе |
||||
|
|
|
нием дислокаций. Дисло |
|||||||
|
|
|
кация, |
как |
физический |
|||||
|
|
|
объект, представляет со |
|||||||
Р и с . |
12. Пример положительно краевой |
бой |
край |
лишней |
атом |
|||||
дислокации. Скольжение происходит по |
ной |
плоскости. |
На |
рис. |
||||||
заштрихованной горизонтальної"! |
плоско |
12 |
показан участок к pi к - |
|||||||
сти. |
Кран лишней плоскости |
АБВГ— |
||||||||
таллической решетки, со-, |
||||||||||
ВГ |
является линией дислокации. |
|||||||||
|
|
|
держащей лишнюю атом |
ную плоскость АБВГ, краем которой ВГ является дислокация.
Сдвиг происходит |
в направлении Л' — |
N. |
|
|
|
||
На рис. 13 показана схема, из |
которой |
можно понять, |
|||||
как двигается дислокация. Участок |
лишней |
атомной плос |
|||||
кости АГ пересекается |
с плоскостью чертежа. |
Последний |
|||||
ряд атомов этой плоскости, именуемый |
дислокацией, |
про |
|||||
ектируется в точку |
Г. |
Эти атомы |
не |
имеют |
соседей |
по |
другую сторону плоскости скольжения, но под влиянием в: ешчих скалывающих напряжений т (или внутренних напряже ний) эти атомы могут «отнять» партнеров у соседней плос кости, выходящей в плоскости чертежа линией АГ. Пере ключение атомных связей показано на чертеже пунктирной линией. В результате плоскость АГ перестала быть лишней
в кристалле, а функцию лишней плоскости приняла |
на се |
бя плоскость АГ.' Край ее, выходящий в точку Г, |
пере |
местился на одно межатомное расстояние в плоскости сколь жения. В этом заключается механизм перемещения дисло каций. Такие переключения связей в кристалле происходят легко и этим объясняется легкость, с которой протекает пластическая деформация кристалла.
Рассмотрим более подробно физическую природу дислокаций. Показанная на рис. 12 и 13 дислокация
|
|
|
А |
71 |
О |
О |
O i |
О |
О |
О |
» | |
|
|||
О |
О |
О |
* |
\о |
о |
о |
о |
о |
о |
1 о |
• |
о |
о |
о |
о |
X |
|
|
|
|
|
|
т |
1 о
Р и с . 13. Участок лишни": атомной плоскости АГ пересекается с плоскостью чертежа. Послед ний ряд атомов этой плоскости, именуемый дислокацией, проектируется в точку Г.
Р и с . 14. Встреча и одной плоскости — отрицательнойВгГг и положительной В^Гх краевых дислокацій приводит к взаим ной аннигиляции сдвигов, и участок кристаллической решетки становится правильно уложенным атомами.
называется положительной краевой дислокацией. Если бы лишняя атомная плоскость располагалась ниже плоско
сти |
скольжения, |
то дислокация |
была бы |
отрицатель |
ной. |
Очевидно, |
встреча в одной |
'плоскости |
скольжения |
отрицательной и положительной дислокации, как по
казано |
на |
рис. |
14, |
должна |
приводить |
к |
аннигиля |
|||||||
ции |
противоположно |
|
направленных |
сдвигов |
в |
ре |
||||||||
шетке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
На |
рис. |
15 показан |
|
другой |
тип |
линейного |
|
дефекта, |
||||||
называемый |
винтовой |
дислокацией. Она возникает по |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
линии ВГ при взаимном смеще |
||||||||
|
|
|
|
|
|
нии частей |
кристалла |
в |
плос |
|||||
|
|
|
|
|
|
кости |
А Б В Г . Винтовую |
дис |
||||||
|
|
|
|
|
|
локацию |
можно рассматривать |
|||||||
|
|
|
|
|
|
как геликоид, подобный винто |
||||||||
|
|
|
|
|
|
вой лестнице. Различают вин |
||||||||
|
|
|
|
|
|
товые |
дислокации |
правого н |
||||||
|
|
|
|
|
|
левого вращения. |
Если |
при |
||||||
|
|
|
|
|
|
движении по поверхности гели |
||||||||
|
|
|
|
|
|
коида |
для |
перемещения |
на |
|||||
|
|
|
|
|
|
одну ступеньку необходим об |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ход по часовой стрелке, то дис |
||||||||
Р и е. 15. Бинтовая дислокация |
локация |
называется |
|
правого |
||||||||||
вращения, |
против |
|
часовой |
|||||||||||
ВГ, |
образующаяся при взаим |
стрелки — левого |
вращения. |
|||||||||||
ном смещении частей |
кристал |
|||||||||||||
Элементарный |
сдвиг, |
кото |
||||||||||||
ла в направлениях |
ММ. |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
рый |
происходит |
в |
|
кристал- |
лической решетке при движении одной дислокации, оп
ределяется |
вектором |
Бюргерса. |
Вектор |
|
Бюргерса |
|||
краевой дислокации всегда |
перпендикулярен |
к линии дис |
||||||
локации. На рис. 13 он был показан стрелкой |
вк. |
Д л я |
||||||
винтовой дислокации вектор Бюргерса всегда |
паралле |
|||||||
лен линии |
дислокации. |
На |
рис. 15 |
он показан |
стрелкой |
|||
в. В этом |
заключается |
принципиальное |
отличие |
крае |
||||
вых и винтовых дислокаций. |
|
|
|
|
|
|||
В реальных условиях |
преобладают |
так |
называемые |
смешанные дислокации, у которых имеется винтовая и
краевая компонента, а линия |
дислокации лежит, вооб |
ще говоря, под произвольным |
углом к линии дислока |
ции. |
|
Если при движении дислокации по решетке сдвиг происходит на расстояние, кратное элементарному рас стоянию в решетке, то такая дислокация называется
полной или единичной дислокацией. В противном |
слу |
|||||||||||
чае дислокация будет частичной. |
|
|
|
|
|
|||||||
Дислокации |
оканчиваются |
на |
поверхности |
кристал |
||||||||
лов или на границе зерен. В реальных кристаллах |
они- |
|||||||||||
пронизывают объем во всех направлениях, образуя |
объ |
|||||||||||
емную |
сетку. Плотность дислокаций определяется |
к а к |
||||||||||
их общая длина в единице |
объема, поэтому размерность |
|||||||||||
плотности дислокаций записывается [см-2]. |
Реальные |
|||||||||||
кристаллы имеют |
плотность дислокаций |
порядка |
10е — |
|||||||||
108 |
[ с л - 2 ] . В результате |
механической деформации |
плот |
|||||||||
ность |
дислокаций может возрасти на несколько |
поряд |
||||||||||
ков. |
После |
интенсивной |
пластической |
деформации |
||||||||
плотность дислокаций |
может |
возрасти |
до |
1 0 й — Ю - 1 2 ' |
||||||||
[сиг- 2 ]. |
Напротив, |
тщательное |
выращивание |
кристалла |
||||||||
и осторожное обращение с |
ним, а т а к ж е длительный от |
|||||||||||
жиг |
кристалла |
могут |
привести |
к тому, |
что |
мы |
будем |
|||||
иметь |
место с |
малодислокационным кристаллом, |
содер |
|||||||||
ж а щ и м не более 102 [сл-г- 2 ] |
дислокаций. |
|
|
|
|
|||||||
Если дислокация двигается только в |
одной |
плоско |
||||||||||
сти |
и |
не покидает |
ее |
во |
время |
деформации, |
то |
т а к о е |
'движение называют консервативным. Консервативное
движение дислокаций характерно для больших |
скоро |
||||||||||
стей деформаций, |
когда |
не |
остается |
времени |
для |
су |
|||||
щественных |
атомных |
перестроек. |
|
|
|
|
|
|
|||
Другой вид движения дислокаций, характерный для: |
|||||||||||
медленной |
деформации, |
называется |
неконсервативным |
||||||||
или движением переползания. В этом |
|
случае |
дислока |
||||||||
ция может |
покинуть |
свою |
плоскость |
скольжения |
и |
||||||
перейти в другую, |
если |
в |
своей |
плоскости |
|
имеются |
|||||
достаточно |
прочные |
препятствия |
для |
|
скольжения, |
или |
|||||
просто, если энергетически |
выгодно, |
|
чтобы |
дальней |
|||||||
шая деформация протекала в другой |
плоскости |
сколь |
|||||||||
жения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плоскостями легкого |
скольжения |
в |
кристаллах |
я в |
ляются обычно самые плотные атомные плоскости, а
направления скольжения |
— самые |
плотные |
направления- |
|
в этих плоскостях. Это |
и |
понятно. Чем плотней уложены |
||
камни на мостовой, тем |
легче по |
ней двигаться. Так и |
||
на атомном рельефе. Плотнейшая |
упаковка |
атомов спо |
||
собствует тому, чтобы |
скольжение происходило легко. |
В гранецентрированных кубических кристаллах плос костью легкого скольжения являются плоскости типа (111), пересекающие диагонально элементарную куби-