Словарь (стр. 27 )

Деформация механическая) εij=εeij+eεpij, где тензор упругой деформации εeij связан с напряжениями обобщён­ным законом Гука, а тензор пластич. деформации εpij характеризует дефор­мацию, к-рая сохраняется в окрест­ности рассматриваемой точки, когда все компоненты тензора напряжений σij при разгрузке обращаются в нуль. Типичной явл. неоднозначность зави­симости между напряжениями и упру­гопластич. деформациями: значения напряжений зависят не от текущих (мгновенных) значений деформации, а от того, в какой последовательности шло их изменение до достижения теку­щих значений, т. е. от процесса дефор­мации.

• , Пластичность, ч. 1, М.—Л., 1948.

.

547

ПЛАСТИЧНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ, свойство крист. тел необратимо изме­нять свои размеры и форму под действием механич. нагрузок. Пластичность крист. тел (или материалов) связана с действием разл. микроскопич. меха­низмов пластич. деформации, относит. роль. каждого из к-рых определяется внеш. условиями: темп-рой, нагрузкой, скоростью деформирования. Эти механизмы рассмотрены ниже в порядке увеличения числа атомов, участвую­щих в элем. акте пластич. деформа­ции.

С а м о д и ф ф у з и о н н а я и д и ф ф у з и о н н а я П. к. Перенос мас­сы может осуществляться посредством самодиффузии по поверхности или через объём кристалла. Самодиффузия происходит путём проникновения ато­мов поверхностных слоев внутрь кри­сталла в виде междоузельных атомов на участках сжатия и «выделения» их на участках, подверженных действию растягивающих сил. Одновременно в противоположном направлении идёт поток вакансий, рождающийся в ок­рестности приложения растягиваю­щих сил и аннигилирующих в местах действия сил сжатия на поверхности кристалла. В большинстве реальных случаев самодиффузионная деформа­ция в осн. связана с направленными потоками вакансий, к-рые образуются легче, чем междоузельные атомы.

В кристалле, состоящем из атомов разного сорта, в однородном поле на­пряжений происходит ориентац. упорядочение относит. расположения ато­мов (рис., а), в результате чего кри­сталл приобретает нек-рую зависящую от степени упорядоченности деформа­цию.

Диффузионная пластичность: а — ориентационное упорядочение примесных атомов (чёрные кружки) при сжатии — растяжении; б — перераспределение примесных атомов при изгибе; I — исходный кристалл; II -кристалл с примесными атомами под дейст­вием напряжений; 111 — конечная дефор­мация кристалла.

После снятия напряжений упоря­доченное состояние может быть невы­годно, но оно нек-рое время сохраня­ется. Если в кристалле создано неод­нородное поле напряжений, то атомы примеси большего радиуса и междо­узельные атомы (рис., б) стремятся перейти в растянутые области решётки, а меньшего — в сжатые; возникает неоднородное распределение концент­раций, стабилизирующее исходную не­однородную деформацию. В реальных условиях перемещение дефектов про­исходит за счёт тепловых флуктуации, частота к-рых быстро падает с пони­жением темп-ры.

К р а у д и о н н а я П. к. обуслов­лена рождением и перемещением краудионов — сгущений атомов вдоль плотно упакованных рядов атомов в кристалле (см. Дефекты). При вдав­ливании острия в поверхность кри­сталла материал из зоны вдавливания удаляется «разбегающимися» из-под острия краудионами.

Д и с л о к а ц и о н н а я П. к. Ти­пичный вид пластич. деформации кри­сталлов — скольжение по кристаллографич. плоскостям. Наиболее легко скольжение происходит по плотноупакованным плоскостям вдоль плотно-упакованных направлений. Скольже­ние по системе параллельных плоско­стей даёт макроскопич. сдвиг, а соче­тание сдвигов, соответствующих скольжению по разл. системам, со­ставляет осн. часть пластич. деформа­ции кристаллов. В реальных кристал­лах в процессе их образования всегда возникают дислокации. Атомы вблизи дислокаций смещены из своих положе­ний равновесия, а перевод их в новые положения равновесия, отвечающие сдвигу кристалла по плоскости сколь­жения на одно межатомное расстояние, требует значительно меньших затрат энергии, чем для атомов в неискажён­ном кристалле. Под действием напря­жений дислокации способны увеличи­вать свою протяжённость (т. н. раз­множение дислокаций). Поэтому ста­дия образования новых дислокаций лишь в исключит. случаях лимитирует скольжение (напр., начало деформа­ции в бездислокац. микрокристаллах). В остальных случаях развитие сколь­жения определяется движением дисло­каций. По подвижности дислокаций все материалы делятся на 2 группы. В к о в а л е н т н ы х к р и с т а л л а х этот барьер для движения дис­локаций по порядку величины при­ближается к энергии межатомных свя­зей и может быть прёодолён только за счёт тепловой активации (термич. флуктуации). Поэтому подвижность дислокаций становится заметной лишь при достаточно больших темп-pax, а при умеренных — ковалентные кри­сталлы непластичны. В м е т а л л и ч е с к и х и и о н н ы х к р и с т а л л а х барьер для перемещения дис­локаций 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 темп-ры. Поэтому сопротивле­ние движению дислокаций пренебре­жимо мало, чем обусловлена высокая пластичность ионных и металлич. кри­сталлов.

В р е а л ь н ы х к р и с т а л л а х имеются разл. дефекты (точечные де­фекты, примесные атомы, дислокации, частицы др. фаз), и сопротивление скольжению зависит от вз-ствия дви­жущихся дислокаций с этими дефекта­ми. В результате вз-ствия 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 кристалле, к-рая достигает 1011—1012 см-2; соответственно растёт их взаимное сопротивление скольже­нию — происходит деформац. упроч­нение, или наклёп кристалла.

При высоких темп-pax дислокац. механизм П. к. сочетается с диффу­зионным и самодиффузионным. В крис­таллах с примесями релаксация на­пряжений у дислокаций или дислокац. скоплений может осуществляться в результате перераспределения при­месных атомов. Вокруг дислокаций образуются примесные «атмосферы», и дислокац. П. к. падает (деформац. старение). Поэтому удаление приме­сей обычно повышает П. к. Процессы разрядки дислокац. плотности вслед­ствие взаимной аннигиляции дисло­каций протекают более интенсивно в условиях высокотемпературной де­формации, деформационное упрочне­ние падает и деформация развивается при постоянной нагрузке (ползучесть).

Для нек-рых кристаллов (напр., кварца, кальцита) преобладающим ме­ханизмом пластичности явл. двойникование. Необратимое изменение фор­мы может быть также результатом об­разования под нагрузкой новой фазы, имеющей иную крист. решётку, чем исходный кристалл.

В п о л и к р и с т а л л а х дейст­вие рассмотренных механизмов плас­тич. деформации внутри зёрен ослож­нено вз-ствием между зёрнами. Дефор­мация поликристалла есть суммарный результат деформации во многих раз­лично ориентированных относительно нагрузок и находящихся в разл. усло­виях зёрен. Поэтому развитие дефор­мации не имеет чётко выраженного стадийного характера, как деформа­ции монокристаллов. Межзёренные границы препятствуют распростране­нию дислокаций и, как правило, упроч­няют крист. тела при низких темп-pax. Наоборот, при высоких темп-рах наличие границ, являющихся источ­никами или стоками дефектов, повы­шает П. к. Сочетание дислокац. и са­модиффузионной деформаций в при­граничных областях приводит к их высокой пластичности, проявляющей­ся в специфич. механизме высокотем­пературной деформации поликристал­лов — «проскальзывании» по грани­цам зёрен. Перемещение зёрен друг относительно друга происходит по­добно движению ч-ц в сыпучих мате­риалах и в нек-рых случаях обеспе­чивает деформацию до 1000% («сверх-

548

пластичность»). к. может достигаться также, если в ходе дефор­мирования успевает проходить рекри­сталлизация, приводящая к удалению наиболее искажённых и, следователь­но, наименее пластичных зёрен, к-рые поглощаются растущими зёрнами с более совершенной структурой.