• Максимальное сопротивление сдвигу
c = 2Gab ,
G – модуль сдвига, а, b –параметры решетки.
При a = b, c ≈ G/6. (G/30 уточнен. )
• Для железа теоретические значения
с [2,3; 11] ГПа,
• а экспериментальное значение равно 0,029 ГПа. Существенная разница в значениях предельных напряжений объясняется тем, что при определении теоретических значений не учитываются дефекты кристаллической решетки.
5
•Разрушение монокристалла происходит либо путем среза, либо путем отрыва.
•Разрушение от среза происходит при скольжении или двойниковании и вызывается касательными напряжениями. При этом происходят пластические деформации.
•Разрушение от отрыва происходит при малых остаточных деформациях. Разрушение носит хрупкий характер.
6
Поликристаллические материалы (металлы)
•До настоящего времени не существует теории поликристаллического металла, объясняющей все важнейшие факты. Теории, которые принимают во внимание дискретную природу материала, достаточно сложны и поэтому часто учитывают чисто внешние проявления свойств и зависимостей между напряжениями, деформациями и другими величинами, которые проявляются в макроскопическом опыте. Такой подход называется феноменологическим.
7
•Деформации монокристалла и поликристаллического металла в упругой зоне отличаются тем, что монокристалл анизотропен, а поликристалл квазиизотропен. Внешнее различие в поведении монокристалла и поликристаллического металла в области упругих деформаций меньше, чем в области пластических.
•Свойства поликристаллического металла зависят от его структуры, свойств зерен и их соединения между собой. Основная пластическая деформация поликристаллического металла происходит за счет пластической деформации зерен. Для наноструктурных материалов важно учитывать смещения по границам зерен. Преодоление связей на границах зерен приводит к хрупкому разрушению.
8
• Ориентация плоскостей, в которых зерно имеет предпочтительную возможность скольжения по отношению к направлению внешней нагрузки, в разных зернах различна, поэтому они не все cразy пластически деформируются. Наибольшее число зерен одновременно вступает в пластическую деформацию посредством скольжения в поликристаллическом металле, зерна которого имеют кубическую гранецентрированную решетку. Число плоскостей и направлений скольжения в кристаллах с такой решеткой больше. С ростом напряжений в пластическую деформацию вступают все новые зерна с менее благоприятной для нее ориентацией. Пластическая деформация поликристалла возможна в случае перехода скольжения из одного зерна в другое.
9
3.2. Расположений атомов в поликристаллической структуре.
10
мозаичная (или блочная) структура металла
Поликристалл состоит из большого числа зерен, при этом в соседних зернах кристаллические решетки ориентированы различно.
Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов. Граница между зернами представляет собой тонкую в 5-10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.
Строение переходного слоя способствует скоплению в нем дислокаций. На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию. Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеального строения кристаллической решетки. Имеются участки, разориентированные один относительно другого на несколько градусов. Эти участки называются фрагментами. Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией.
11
В свою очередь каждый фрагмент состоит из блоков, размерами менее 10 мкм, разориентированных на угол менее одного градуса. Такую структуру называют блочной или мозаичной.
Разориентация зерен и блоков в металле
а – зерна; б – блоки; Θ – угол
между зернами |
12 |
|
Кристаллическая структура металлов
В металлах чаще встречаются кристаллические решетки: ГЦК - гранецентрированная кубическая, ОЦК – объемно-центрированная кубическая, ГПУ - гексагональная плотноупакованная,
13
Гексагональная простая и плотноупакованная решетки
•В гексагональной плотноупакованной решетке (рис.3.3) атомы расположены в вершинах и в центре шестигранных оснований призмы, а три атома – в средней плоскости призмы. Ячейка ГПУ решетки содержит 17 атомов.
Рис. 3.3 |
14 |