Термоупругое равновесие при полиморфном превращении.
Каждый металл и сплав имеет свою кристаллическую решетку, архитектура и размеры которой строго заданы. У многих металлов с изменением температуры, давления решетка не остается одной и той же и наступает момент, когда происходит ее перестройка. Такая смена типа кристаллической решетки — полиморфное превращение — может осуществляется двумя способами: 1) при высокой температуре за счет диффузии при высокой подвижности атомов; 2) при низкой температуре за счет коллективного, согласованного перемещения атомов, что приводит к изменению формы объема сплава (бездиффузионное сдвиговое термоупругое мар- тенситовое превращение с образованием новой кристаллической решетки — мартенсита).
Термоупругое равновесие может возникнуть, если упругая энергия большого зерна компенсирует выигрыш свободной энергии и кристалл перестанет расти. Повышение температуры приводит к уменьшению кристалла, так как при повышении температуры, энтропия растет и свобод энергия падает. Напряжения, возникающие при образовании первых кристаллов новой фазы, определяют ориентировку и порядок появления новых кристаллов при дальнейшем появлении. Роль нагрузки при превращении в том, что она задает преимущественное направление для возникающих кристаллов новой фазы, что приводит к большим деформациям.
Сдвиговой механизм пластической деформации.
Существует два механизма пластической деформации: диффузионный и сдвиговый.
Сдвиговый механизм заключается в упорядоченном смещении отдельных частей кристалла под действием внешних сил. Сдвиговая деформация наступает почти одновременно с приложением силы.
Основными механизмами сдвиговой пластической деформации кристаллических тел являются скольжение и двойникование.
Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов, где величина сопротивлений сдвигу наименьшая. Это объясняется тем, что расстояние между соседними атомными плоскостями наибольшее, то есть связь между ними наименьшая. Плоскости скольжения и направления скольжения, лежащие в этих плоскостях, образуют систему скольжения.
На заметку (не нужно): Отполированная поверхность кристалла после деформации скольжением при рассмотрении в оптическом микроскопе оказывается покрытой одной или несколькими системами параллельных тонких линий, называемых линиями скольжения. Эти линии представляют собой ступеньки на поверхности, возникающие в результате сдвига кристалла вдоль плоскости, которая и называется плоскостью скольжения, а направление сдвига в этой области -направлением скольжения. Комбинация данной плоскости и направления скольжения в ней составляет систему скольжения.
Чем больше в металле возможных плоскостей и направлений скольжения, тем выше его способность к пластической деформации.
Скольжение-это такое перемещение одной части кристалла относительно другой, при котором кристаллическое строение обеих частей остается неизменным. В области сдвига кристаллическая решётка остается такой же, как и в обеих частях кристалла, и каждый атом в этой области перемещается на одинаковые расстояния, составляющие целое число периодов повторяемости решётки.
Скольжение осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций. Для их движения требуется незначительное напряжение, определяемое выражением:
τp = G exp(-2πω/b)
τp – реальное сопротивление сдвигу, G – модуль сдвига, ω – ширина дислокации, b – вектор Бюргерса.
На начальной стадии пластическая деформация монокристалла осуществляется движением дислокаций по одной системе плоскостей – стадия легкого скольжения. После стадии единичного (легкого) скольжения начинается стадия множественного скольжения – движение дислокаций в двух и более системах.
Пластическая деформация кроме скольжения осуществляется двойникованием, которое сводится к переориентировке части кристалла в положение, симметричное по отношению к первой части плоскости, называемой плоскостью двойникования. Двойникование подобно скольжению сопровождается прохождением дислокаций сквозь кристалл.
