Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Троицкий О.А. Радиация и прочность твердых тел

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

5.14 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 126 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Рассмотрим наиболее	простой метод механического
и с п ы т а н и я — р а с т я ж е н и е	с постоянной скоростью. Возь

мем цилиндрический монокристаллический образец и бу дем его растягивать. Поскольку образец был взят мо нокристаллическим, деформация его будет протекать равномерно. На поверхности образца по мере растяже ния будут появляться эллипсообразные параллельные друг другу линии, которые называют «линиями сколь жения». На рис. 10 наглядно показан механизм возник новения этих линий.

Р и с .	10.	Механизм		возникновения	линий скольжения при
			деформации кристалла.
Оказывается,			при	растяжении	кристалл	сдвигается
по одним	и	тем	ж е	плотноупакованиым		плоскостям,

которые называются плоскостями скольжения. Относи


тельное	смещение		слоев,		находящихся			на единичном
расстоянии,		называют		кристаллографическим					сдвигом.
Сдвиг происходит обычно в определенном								направлении,
именуемом		направлением			скольжения.			Совокупность
плоскости		скольжения		и	направления		скольжения			об
разуют	систему		скольжения			кристалла.		Поскольку		в
к а ж д о м	типе кристаллических					решеток	имеется		несколь

ко плотных плоскостей и направлений скольжения, то

различают соответственно			несколько			систем	скольже
ния. На рис.	10	была показана			только одна		система
скольжения,	а их,	например,	в	гранецентрированной ку
бической решетке		может быть		12.	Та	система скольже
ния, которая	в силу условий опыта проявилась						первой,

называется главной	или первичной системой. Осталь
ные системы можно	обозначить общим термином — вто
ричные системы.

Р и с . 11. Испытательная машина

(1— индукционный датчик; 2 — пружина динамо метра; 3—перхн-П зажим машины; 4 — нижний зажим машины; 5 — подвижная траверса; 6 — винт;

7 — маточная гайка;		5 —	неподвижная	травер
са;	9 — приводной	шкив;	10 — направляющие;
	— плита).
На рис. 11	приведена	испытательная		машина, с по

мощью которой можно проводить механические испы

тания	образцов растяжением.	Особенностью	ее	являет
ся то,	что усилия, действующие на образец		во	время
растяжения, измеряются с		помощью индукционного

электрического датчика, что позволяет проводить испы тания дистанционно, а машину вместе с образцом по

зі

мещать в поле сильной радиации, например, под выход ное окно современного большого ускорителя.

Деформируемый образец укрепляется в машине с помощью специальных захватов. Нижнему захвату с помощью редуктора и ходового винта сообщается от

мотора движение вниз с постоянной					скоростью.	Другой
захват	воздействует па		связанный	с	ним индукционный
датчик	и	обеспечивает	измерение	действующих		усилий.
Во время		растяжения	определяют		т а к ж е удлинение
кристалла.

Основными сведениями о материале, получаемом та кими испытаниями, являются диаграммы растяжения — зависимости действующих усилий деформации от удли нения образца. Пересчитанные в последующем по со

ответствующим формулам		указанные диаграммы дают
возможность	определить	наиболее важные	параметры
прочности	твердого тела — критические		напряжения

сдвига и удельный кристаллографический сдвиг. О фи

зическом	смысле	удельного	кристаллографического
сдвига	уже было	сказано выше — это относительное
смещение атомных		слоев при	деформации. Что касает


ся критического		напряжения сдвига, то оно определяет
ся уровнем приложенных внешних сил для							начала
скольжения	по	отдельным атомным				плоскостям.
Существует		статическая		разновидность испытания
образцов	растяжением.		При		этом к образцу		подве
шивается	постоянный		груз,		а	измеряется	только
удлинение	в	зависимости		от	времени, т. е.		скорость

деформации. Этот метод называют испытанием на пол зучесть.

Деформирующее напряжение, определяемое сопротивле нием кристалла растяжению, содержит, как будет показано дальше, термически активируемую часть. Это та часть соп ротивления решетки деформированию, в которую дают вклад тепловые колебания решетки. Этот вклад, естествен но, зависит от температуры опыта и скорости растяжения. Меняя температуру и скорость деформации во время испы таний, можно определить термически активируемую часть деформирующего напряжения. Например; опыт проводится при низкой Tj и высокой Т2 температуре. Измеряется кри

тическое	напряжение		сдвига	т.	Из	опыта	будут	получены
значения	т 1 К р	и т 2 к Р	причем	т х	обязательно		будет	выше т3 ,
а их разница		т, — т 2	представляет			собой термически акти-

вируемую часть сопротивления решетки деформированию. Очевидно, чем выше температура и чем ближе твердое те ло к жидкому состоянию, тем легче должна протекать его деформация.

Скорость растяжения, с которой решетка могла бы де формироваться, может быть записана выражением

1/ = У 0 е х р ^ ,

где V0 — постоянная величина;

0 — энергия активации скольжения;

Т— температура;

к— постоянная Больцмана;

Из этого соотношения видно, что скорость деформа ции и температура изменяют энергию активации в про тивоположных направлениях и с разным темпом. Из-за

логарифмического	характера	приведенной зависимости
для достижение	одного и	ю г о ж е эффекта скорость

деформации надо изменять на несколько порядков, а


температуру — значительно		меньше. Значит,		температу
ра действительно очень сильно			влияет на	результаты
механических	испытаний	образцов.
§	2. Дислокации и		скольжение

Как уже указывалось, пластическая деформация совер шенного кристалла происходит в результате скольжения


одного	набора		атомных		плоскостей		относительно		другого.
В реальных		кристаллах			такое	скольжение		начинается		при
достижении скалывающими напряжениями величины (10										4
-і- 10-в)	G,	где	G — модуль			сдвига	кристалла,		равный
~ 1 0 и	дин/см2.		Теоретические расчеты					показывают,		что
одновременный			сдвиг	атомов		одной плоскости скольжения
относительно другой				должен был бы			проходить при		гораздо

больших напряжениях, чем приведенные выше, при напря жениях порядка—1/30 G.

Подобное резкое расхождение экспериментальных и


теоретических		данных объясняется тем, что сдвиг в дей
ствительности		происходит неодновременно по всей
атомной	плоскости, а зарождается		где-либо	в одном
месте и	затем распространяется		на всю	плоскость

скольжения. В этих условиях затрачивается значительно меньше энергии, чем при одновременном сдвиге атомов.

Более того,	основная энергия затрачивается			только на
зарождение	скольжения, а распространение			скольже
	ния	на	все	сечение
	кристалла		идет уже при
	очень	малых		напряже
	ниях.


				Распространение					ло
			кально возникшего						сдви
			га	на	все	сечения			крис
			талла		связано		с	движе
			нием дислокаций. Дисло
			кация,		как		физический
			объект, представляет со
Р и с .	12. Пример положительно краевой		бой	край		лишней			атом
дислокации. Скольжение происходит по			ной	плоскости.				На	рис.
заштрихованной горизонтальної"!		плоско	12	показан участок к pi к -
сти.	Кран лишней плоскости	АБВГ—	12	показан участок к pi к -
сти.	Кран лишней плоскости	АБВГ—	таллической решетки, со-,
ВГ	является линией дислокации.		таллической решетки, со-,
			держащей лишнюю атом

ную плоскость АБВГ, краем которой ВГ является дислокация.

Сдвиг происходит	в направлении Л' —			N.
На рис. 13 показана схема, из			которой		можно понять,
как двигается дислокация. Участок			лишней		атомной плос
кости АГ пересекается		с плоскостью чертежа.				Последний
ряд атомов этой плоскости, именуемый				дислокацией,			про
ектируется в точку	Г.	Эти атомы	не	имеют		соседей	по

другую сторону плоскости скольжения, но под влиянием в: ешчих скалывающих напряжений т (или внутренних напряже ний) эти атомы могут «отнять» партнеров у соседней плос кости, выходящей в плоскости чертежа линией АГ. Пере ключение атомных связей показано на чертеже пунктирной линией. В результате плоскость АГ перестала быть лишней

в кристалле, а функцию лишней плоскости приняла	на се
бя плоскость АГ.' Край ее, выходящий в точку Г,	пере

местился на одно межатомное расстояние в плоскости сколь жения. В этом заключается механизм перемещения дисло каций. Такие переключения связей в кристалле происходят легко и этим объясняется легкость, с которой протекает пластическая деформация кристалла.

Рассмотрим более подробно физическую природу дислокаций. Показанная на рис. 12 и 13 дислокация

			А	71	О	О	O i
О	О	О	» \|		О	О	O i
О	О	О	*	\о	о	о	о
о	о	1 о	•	о	о	о	о
X							т

1 о

Р и с . 13. Участок лишни": атомной плоскости АГ пересекается с плоскостью чертежа. Послед ний ряд атомов этой плоскости, именуемый дислокацией, проектируется в точку Г.

Р и с . 14. Встреча и одной плоскости — отрицательнойВгГг и положительной В^Гх краевых дислокацій приводит к взаим ной аннигиляции сдвигов, и участок кристаллической решетки становится правильно уложенным атомами.

называется положительной краевой дислокацией. Если бы лишняя атомная плоскость располагалась ниже плоско

сти	скольжения,	то дислокация	была бы	отрицатель
ной.	Очевидно,	встреча в одной	'плоскости	скольжения

отрицательной и положительной дислокации, как по

казано

на

рис.

14,

должна

приводить

аннигиля

ции

противоположно

направленных

сдвигов

ре

шетке.

На

рис.

15 показан

другой

тип

линейного

дефекта,

называемый

винтовой

дислокацией. Она возникает по

линии ВГ при взаимном смеще

нии частей

кристалла

плос

кости

А Б В Г . Винтовую

дис

локацию

можно рассматривать

как геликоид, подобный винто

вой лестнице. Различают вин

товые

дислокации

правого н

левого вращения.

Если

при

движении по поверхности гели

коида

для

перемещения

на

одну ступеньку необходим об

ход по часовой стрелке, то дис

Р и е. 15. Бинтовая дислокация

локация

называется

правого

вращения,

против

часовой

ВГ,

образующаяся при взаим

стрелки — левого

вращения.

ном смещении частей

кристал

Элементарный

сдвиг,

кото

ла в направлениях

ММ.

рый

происходит

кристал-

лической решетке при движении одной дислокации, оп

ределяется	вектором	Бюргерса.		Вектор			Бюргерса
краевой дислокации всегда			перпендикулярен			к линии дис
локации. На рис. 13 он был показан стрелкой							вк.	Д л я
винтовой дислокации вектор Бюргерса всегда							паралле
лен линии	дислокации.	На	рис. 15	он показан			стрелкой
в. В этом	заключается	принципиальное			отличие			крае
вых и винтовых дислокаций.
В реальных условиях			преобладают		так	называемые

смешанные дислокации, у которых имеется винтовая и

краевая компонента, а линия	дислокации лежит, вооб
ще говоря, под произвольным	углом к линии дислока
ции.

Если при движении дислокации по решетке сдвиг происходит на расстояние, кратное элементарному рас стоянию в решетке, то такая дислокация называется

полной или единичной дислокацией. В противном

слу

чае дислокация будет частичной.

Дислокации

оканчиваются

на

поверхности

кристал

лов или на границе зерен. В реальных кристаллах

они-

пронизывают объем во всех направлениях, образуя

объ

емную

сетку. Плотность дислокаций определяется

к а к

их общая длина в единице

объема, поэтому размерность

плотности дислокаций записывается [см-2].

Реальные

кристаллы имеют

плотность дислокаций

порядка

10е —

108

[ с л - 2 ] . В результате

механической деформации

плот

ность

дислокаций может возрасти на несколько

поряд

ков.

После

интенсивной

пластической

деформации

плотность дислокаций

может

возрасти

до

1 0 й — Ю - 1 2 '

[сиг- 2 ].

Напротив,

тщательное

выращивание

кристалла

и осторожное обращение с

ним, а т а к ж е длительный от

жиг

кристалла

могут

привести

к тому,

что

мы

будем

иметь

место с

малодислокационным кристаллом,

содер

ж а щ и м не более 102 [сл-г- 2 ]

дислокаций.

Если дислокация двигается только в

одной

плоско

сти

не покидает

ее

во

время

деформации,

то

т а к о е

'движение называют консервативным. Консервативное

движение дислокаций характерно для больших										скоро
стей деформаций,		когда		не	остается		времени		для		су
щественных	атомных		перестроек.
Другой вид движения дислокаций, характерный для:
медленной	деформации,			называется			неконсервативным
или движением переползания. В этом								случае	дислока
ция может	покинуть		свою		плоскость			скольжения			и
перейти в другую,		если		в	своей	плоскости				имеются
достаточно	прочные		препятствия			для		скольжения,			или
просто, если энергетически					выгодно,			чтобы	дальней
шая деформация протекала в другой							плоскости			сколь
жения.
Плоскостями легкого				скольжения			в	кристаллах			я в

ляются обычно самые плотные атомные плоскости, а

направления скольжения		— самые	плотные	направления-
в этих плоскостях. Это	и	понятно. Чем плотней уложены
камни на мостовой, тем		легче по	ней двигаться. Так и
на атомном рельефе. Плотнейшая			упаковка	атомов спо
собствует тому, чтобы	скольжение происходило легко.

В гранецентрированных кубических кристаллах плос костью легкого скольжения являются плоскости типа (111), пересекающие диагонально элементарную куби-

ческую	решетку, а направлением		скольжения	является
одно из	направлений	в этой плоскости < 1 1 0 > .		В объ-
емноцентрированных		кубических	кристаллах	плос

костью легкого скольжения чаще всего являются плоско

сти типа (ПО) , а		направление	скольжения	всегда
< 111 > . В гексагональных кристаллах скольжение					про
исходит легче всего по базисным			плоскостям	(0001) в
направлении	типа	< 1 2 1 0 > .
Плоскость скольжения и направление скольжения в
совокупности	образуют систему		скольжения.	В	одной

плоскости скольжения могут действовать несколько на

правлений скольжения. Например, в базисной					плоско
сти	гексагональных	кристаллов (0001)		могут	действо
вать	одновременно	два	направления	скольжения
< 1 2 1 0 > и < 2 1 1 0 > .		Это	не означает, что скольжение

будет идти легче. Наоборот, различные системы сколь

жения мешают		друг	другу,	и напряжения	деформации
увеличиваются.		В	гранецентрированных		кубических
кристаллах	имеется		четыре	эквивалентных	плоскости
скольжения	и	три направления скольжения,			т. е. всего

12 самостоятельных систем скольжения. Гексагональ ные ж е кристаллы имеют три ярко выраженные систе мо) скольжения. А склонность к пластическому дефор

мированию	у первых в десятки и сотни		раз меньше, чем
у вторых.	Следовательно,	большое	число элементов
скольжения — не показатель		склонности кристалла к

большим пластическим деформациям . Наоборот, чем меньше систем скольжения, тем пластичнее материал.

Вкристаллах цинка, например, можно создать усло

вия, когда деформация протекает лишь	в одной систе
ме скольжения. В этом случае образцы	деформируются

на 500—600% и превращаются в тонкую ленту. Поис тине, простота приводит к большим результатам!

§ 3. Скорость движения дислокаций

Из предыдущего ясно, что дислокацию молено пони мать как границу между сдвинутой и несдвинутой частя* ми кристалла. Самое замечательное свойство дислока ций — это их высокая подвижность в кристаллической решетке, обусловленная тем, что при движении дислока ций не происходит перемещение масс (действительно, из рис. 12 и рис. 13 видно, что перемещение самой лишней

атомной плоскости не происходит, а имеет место лишь передача функции лишней атомной плоскости другой плоскости решетки). Именно потому, что при движении дислокации не происходит перемещения масс, сдвиг быстро распространяется по решетке.

Благодаря движению десятков и сотен тысяч дисло каций, следующих друг за другом в плоскостях скольже ния, кристалл пластически деформируется при очень малых усилиях деформации. Дислокации являются сво его рода атомными складками внутри твердого тела. Они могут перемещаться с огромными скоростями, поряд ка скорости звука, но могут быть и малоподвижными, если им что-либо мешает двигаться по решетке. Прохож дение одной такой складки сквозь кристалл приводит к тому, что одна половина кристалла сдвигается относи тельно другой на величину одной атомной ступеньки. Прохождение сквозь кристалл десятков и сотен тысяч дислокаций приводит к появлению заметной на глаз пла стической деформации кристалла. Можно сравнить дис локации со складками на ковре. Известно, что большой ковер тяжело целиком переместить по комнате. Гораздо


легче создать		на одном	конце ковра складку		и «прог
нать» ее	по всей комнате. При этом			ковер переместится
на желаемое		расстояние.
Высокая подвижность			дислокаций	обусловлена неста
бильным	положением края лишней			атомной	плоскости

в решетке. Атомы на конце лишней плоскости не имеют против себя (на противоположной стороне плоскости


скольжения) равноправных			партнеров. Кроме того,			ато
мы, окружающие		дислокацию,		смещены из своих		поло
жений равновесия		и стремятся		вытолкнуть	дислокацию
в сторону	вдоль плоскости		скольжения. Поскольку			дав
ление на	дислокацию оказывают атомы с				обеих сторон

от лишней атомной плоскости, то она находится в состо

янии квазиравновесия		или равновесия сжатой пружины.
В силу этого	д а ж е ничтожные		усилия	от внешних или
внутренних источников		могут	привести	дислокацию 3
движение.
Таким образом, легкое движение дислокаций					объясня
ется, с одной	стороны, «помощью» близлежащих				атомов,

а т а к ж е тем, что перемещение дислокаций из одних поло

жений в другие сопряжено только с малым	перераспре
делением атомных связен вблизи дислокаций	( р и с 13). С
Б9

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 126 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ

#
23.10.20235.78 Mб14Тригг Дж. Решающие эксперименты в современной физике.pdf
#
29.10.20232.76 Mб7Трикоз Ю.С. Ремонт и налаживание радиоприемников.pdf
#
21.10.202310.18 Mб21Трилор, Л. Введение в науку о полимерах.pdf
#
29.10.20233.77 Mб3Трифонов Д.Н. Прометий - элемент № 61 (опыт биографии химического элемента) пособие для учителей.pdf
#
30.10.202363.87 Mб9Трифонов, Дмитрий Николаевич. Редкоземельные элементы.pdf
#
23.10.20235.14 Mб12Троицкий О.А. Радиация и прочность твердых тел.pdf
#
29.10.20231.55 Mб12Троицкий Ю.В. Оптические квантовые генераторы.pdf
#
23.10.20238.36 Mб7Тронов В.П. Обезвоживание и обессоливание нефти из опыта работы об-ния Татнефть.pdf
#
23.10.20237.31 Mб6Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов.pdf
#
20.10.20238.31 Mб3Трофимов, А. М. Основы аналитической теории развития склонов (на примере осыпных и делювиальных).pdf
#
22.10.202316.53 Mб28Трофимов, В. С. Янтарь.pdf