2.2.Механизм пластической деформации

При высоких скоростях нагруженная пластическая деформация может осуществляться двойникованием – перемещением атомов на расстояния меньше межатомных. В этом случае кристаллическая решетка в деформированной области является зеркальным изображением решетки в недеформированной области. Плоскость, разделяющая эти решетки, называют плоскостью двойникования.

Пластическая деформация в кристаллах протекает путем движения дислокаций. Чтобы описать дислокацию надо знать расположение линии дислокации и величину смещения, связанной с этой дислокацией. Вектор Бюргера – это расстояние между плоскостями кристаллической решетки, которая равна см. Каждая дислокация, проходя по плоскости, дает смещение в кристалле, см. В оптическом микроскопе можно увидеть маленькую ступеньку величиной 0.1 мкм. Это значит, по плоскости прошло 300 дислокаций (рис. 2.1).

Рис. 2.15. Вектор Бюргера

Кристаллы с дефектами имеют малую сдвиговую прочность, а большую прочность имеют кристаллы без дефектов. Сдвиг распространяется по кристаллу постепенно. Это постепенное перемещение есть перемещение дислокаций.

Если деформация мала – дислокации идут правильными рядами, а если велика, то получается скопление дислокации, которое разбивает кристалл на отдельные блоки. Если препятствий нет – дислокация идет легко.

Препятствиями для движения дислокаций являются:

1. Границы зёрен, так как поликристалл прочнее, чем кристалл.

2. Неподвижные скопления дислокаций при их большом количестве.

Плотность дислокаций увеличивается в сильно деформированном материале.

Максимальная плотность дислокаций может быть в том случае, если количество дислокаций будет такое, что ядра решётки будут соприкасаться, то есть решётка разрушается ( ).

3. Инородные выделения (например: старение). Состаренные сплавы обладают высокой сдвиговой прочностью.

4. Блокировка дислокаций примесями. Если в кристалле, есть атомы примесей, тогда они около дислокаций создают особые скопления. Дислокации, заблокированные примесями, становятся неподвижными.

Таким образом, для обеспечения высокой прочности надо препятствовать движению дислокаций, что достигается термомеханической обработкой. Но и теоретическая прочность для кристаллов без дислокаций очень велика.

Пластическая деформация не всегда идёт за счёт дислокаций. Она может идти за счёт точечных вакансий, но не является специфичной для кристаллических тел. Пластическая деформация может быть для аморфных тел, она идёт при высоких температурах и малых скоростях деформаций.

Второй путь повышения прочности – создание чистых поликристаллов.

Теория дислокаций позволяет принципиально ориентироваться, что происходит при резании. С помощью теории дислокаций можно объяснить механизмы упрочнения и разупрочнения материала, механические свойства металла (величины пределов упругости, текучести, прочности), процессы старения стали, внутреннего трения, усталости, ползучести. Разрабатывать рекомендуется по повышенной прочности материала или по организации их направленного разрушения при обработке резанием.

В поликристаллических телах одновременно с внутрикристаллической деформацией происходит относительное скольжение, поворот зёрен, дробление их, разрушение по границам зёрен. При повышенных температурах межкристаллические связи ослабляются, и разрушение материала происходит не только внутри зёрен, но и по границам. Изучение механизмов деформации показывает, что для реальных поликристаллических материалов трудно создать аналитические связи «напряжение – деформация – время – температура». При описанном процессе деформации материал заготовки рассматривается, как сплошное изотропное тело с усреднёнными физико-механическими свойствами.