Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Теории упрочнения металлов
121
«роста» распределены случайно и многие из них пересекают первичные плоскости скольжения; их часто называют дислокациями «леса». На фиг. 5.3
Дислокации „ леса'
Дислокации, скользящие в плоскости А
Стареньки
Дислокации, скользящие в плоскости В
Фиг. 5.3. Взаимодействие дислокаций, скользящих по плоскости А, с другими дислокациями, СКОЛЬЗЯЩИМИ ДО плоскости В.
показана идеализированная модель, в которой имеются скользящие дислокации в двух соседних полосах скольжения и некоторые дислокации «леса».
§ 4. Теория напряжения течения
Зегер [3, 15] вывел выражение для напряжения течения следующим путем. Наблюдаемая деформация є выражается через количество дислокаций N в единице объема, имеющих вектор Бюргерса Ъ и охватывающих площадь А в плоскости скольжения, следующим образом:
є = bAN. (5.8)
Конечно, для движения дислокаций существуют препятствия, которые преодолеваются повышением либо приложенных напряжений, либо тепловой энергии. Поэтому энергия активации процесса U (т) будет зависеть от приложенного напряжения сдвига. Тогда скорость деформации выражается в виде
е = MATv0 ир[—^]1 (5.9)
где V0 — частотный множитель, определяемый природой препятствий, а к — постоянная Больцмана.
Если уравнение (5.9) решить относительно т, то мы получим выражение
связывающее т с T и є, но прежде всего это может дать много полезной информации о величине U (т). Зегер предположил, что т состоит из двух компонент тс и t5. Компонента тс появляется благодаря взаимодействию параллельных дислокаций на первичной плоскости скольжения, обладающих одинаковыми векторами Бюргерса. Длина волны полей внутренних напряжений, возникающих вследствие этого взаимодействия, приблизительно равна расстоянию между дислокациями, а именно 10~4 см в отожженном металле. Это расстояние в атомном масштабе столь велико, что тепловые флуктуации не могут дать какого-либо существенного вклада, облегчающего действие приложенных напряжений, вследствие чего компонента rG не зависит от температуры.
122
Глава 5
Другая компонента T5 обусловлена взаимодействием скользящих дислокаций с предварительно существовавшими дислокациями «леса», которые пересекают плоскость скольжения. Когда скользящие дислокации пересекают дислокации «леса», образуются ступеньки, препятствующие последующему движению дислокаций. Компонента ts является весьма темлера-турно-чувствительной, поскольку термическая активация существенно помогает образованию ступенек. Зегер предположил, что имеется единственное значение энергии активации U0, определяющее скорость деформации, которое линейно зависит от приложенных напряжений:
U = U0 - V (T - Tq), (5.10)
где U — обнаруживаемая энергия активации, a v — активационный объем.
Активационный объем v = bdl^ где d — эффективный диаметр пересекаемых дислокаций «леса», являющийся мерой расстояния, на котором совершается работа во время процесса пересечения. Величина V0 — расстояние между дислокациями «леса», пересекаемыми скользящей дислокацией, а Ь — ее вектор Бюргерса.
Это соотношение показывает, что напряжение, понижающее энергию активации, представляет собой разность между приложенным напряжением т и внутренним напряжением те. Окончательно выражение для напряжения
течения, как функции Ти е, имеет вид
X(T) = T0+ Ро-тульуо/е) , (5.11)
или
т - tg + ts. (5.12)
При высоких температурах член ts исчезает, и термическая активация вызывает движение первичных скользящих дислокаций через «лес», не требуя напряжений в качестве дополнительного фактора. Однако член тс с изменением температуры остается неизменным. Поэтому можно ожидать, что напряжение течения чистого металлического кристалла будет быстро уменьшаться с повышением температуры при низких значениях последней, но останется постоянным при достаточно высоких температурах. Такая последовательность изменений согласуется с экспериментальными результатами для ряда металлов [5] (гл. 4).
§ 5. Перваи стадия упрочнения
В гл. 4 показано, что кривые напряжение — деформация гранецентрированных кубических металлов разделяются на три стадии, из которых первая стадия представляет участок наименьшего упрочнения. Экспериментальные наблюдения длинных непрерывных линий скольжения, близко расположенных по одной системе скольжения, подтверждают, что как в кубических, так и в гексагональных металлах многие дислокационные источники действуют без больших помех. Длина свободного пробега дислокаций, вероятно, велика, и очень большая часть из них достигает поверхности кристалла. Это положение подкрепляется тем фактом, что поверхностные металлические или окисные покрытия оказывают большое влияние на данную стадию кривой деформации, по-видимому, вследствие возникновения скоплений дислокаций непосредственно под пленкой покрытия.
Первая стадия, по крайней мере для кристаллов с ориентировками вблизи угла (011) стереографического треугольника, отвечает деформации по одной системе скольжения, что весьма похоже на поведение мягких гексагональных кристаллов при 293 К, к которым применимо аналогичное рассмотрение. Идеальная первая стадия деформации получается, вероятно,
