Деформация монокристаллов. Закон сдвигающих напряжений

Ввиду малости размеров зерен металла изучать процесс их деформации непосредственно неудобно, поэтому основные закономерности деформации зерен изучают на монокристаллах, которые можно искусственно выращивать до больших размеров путем осаживания частиц вещества из растворов, паров или расплава. При таких исследованиях, имеется ввиду, что свойства зерен и свойства отдельных кристаллов одинаковы.

Многочисленные опыты показали, что деформация монокристаллов осуществляется в основном двумя способами:

1. Скольжением – сдвиг одной части кристалла относительно другой его части по плоскости скольжения.

а б в

Рисунок 9 – Процесс деформации монокристалла методом скольжения. а – начальное состояние; б – промежуточное состояние; в – конечное состояние;

Плоскость скольжения – кристаллографическая плоскость наиболее плотноупакованная атомами (Рисунок 10). У металлов, имеющих элементарную ячейку объёмно-центрированного куба, плоскостями скольжения являются так называемые плоскости ромбического додекаэдра. У алюминия, , меди, никеля и др. металлов, имеющих элементарную ячейку гранецентрированного куба, наиболее густо усеяны атомами плоскости октаэдра. У металлов, кристаллизующихся в гексагональную решетку, плоскостями скольжения служат плоскости базиса.

Дислокациями называют особого типа местные искажения правильности кристаллического строения. К основным видам дислокаций относятся краевая и винтовая дислокации, которые можно представить как результат неполного сдвига одной части кристалла относительно другой.

а б

Рисунок 11 – Основные виды дислокации. а – винтовая дислокация; б – краевая дислокация

2. Двойникование – поворот узлов решётки одной части кристалла относительно другой его части, так что деформированная часть кристалла становится как бы зеркальным отображением недеформированной части кристалла, т.е. двойником.

а б

Рисунок 12– Процесс деформации монокристалла методом двойникования: а – до деформации; б – после деформации;

Кристаллическая решётка переходит в новое положение почти мгновенно. Двойникование происходит тогда, когда сдвигающие напряжения в плоскости двойникования достигнут определённой величины, зависящей от природы металла, размеров кристалла, температуры и скорости деформации. Двойникование сопутствует основному механизму деформации – скольжению. Развитию двойникования способствуют понижение температуры и повышение скорости деформации.