Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
С повышением температуры деформации зуб текучести постепенно исчезает, и кривая напряжение — деформация приобретает пилообразный профиль (фиг. 6.4), который обычно не наблюдается при комнатной температуре. Впервые это явление наблюдалось на железе, содержащем малые концентра-
ZOX
WOX
ZQQX
3S0X
Фиг. 6.4. Эффект Портевена — Ле-Шателье по наблюдениям на железе (схема).
136
Глава 6
ции углерода, и известно как эффект Портевена — JIe - Шателье [14]. Указанное явление свойственно также твердым растворам и не на основе железа, например латуням и другим сплавам на медной основе, алюминиевым сплавам, и имеет место как в монокристаллах, так и в поликристаллических образцах. При соответствующих температурах (100—300° G для железа) атомы растворенного вещества оказываются достаточно подвижными для того, чтобы мигрировать к движущимся дислокациям, которые в свою очередь снова отрываются от своих атмосфер. G другой стороны, дислокации, образуемые во время деформации, легко собирают атмосферы атомов растворенных веществ и остаются заблокированными в таких положениях, так что непрерывно порождаются новые дислокации с образованием повторяющихся мелких зубьев текучести.
§ 3. Теория зуба текучести
Коттрел и Билби [8] объяснили резкий предел текучести в железе блокировкой всех подвижных дислокаций атомами углерода.
Полная сегрегация атомов растворенного вещества на дислокациях будет иметь место только в случае существования благоприятных условий для диффузии атомов примесей. Углерод и азот в железе легко диффундируют при комнатной температуре, но в случае многих растворов замещения необходима обработка при повышенных температурах. Таким образом формируется атмосфера атомов растворенного вещества, концентрация которой с в точке, где энергия связи равна U, может быть выражена в виде
где C0 — средняя концентрация, a U — энергия упругой связи.
Такое соотношение предопределяет максвелловское распределение примесей около дислокации, но в случае углерода и азота в железе при комнатной температуре упругое взаимодействие так сильно, что U ^> JcT и атмосфера сгущается в сплошной ряд атомов примесей вдоль ядра дислокации. Соотношение (6.4) можно использовать для предсказания температуры, ниже которой будет происходить подобное явление.
В полностью конденсированной атмосфере с = 1 и U = UMaKC. Из соотношения (6.4) получаем
T — ^макс /а гч
УкР- к Ы 1/C0 * {К>-'>}
Для значений с0 = 10 и ?7Манс — 0,5 эВ критическая температура 7*1;р. получается равной 700 К. Это согласуется с наблюдениями очень резкого предела текучести в железе при комнатной и более низких температурах.
Важной особенностью коттреловской блокировки является то, что благодаря ей следует ожидать сильной температурной зависимости предела текучести и очень крутого повышения напряжения течения при низких температурах. При 0 К атмосфера примесных атомов полностью сконденсирована и тепловые колебания отсутствуют, поэтому напряжение, требуемое для отрыва дислокации от цепочки растворенных атомов, велико. G повышением температуры локальные термические флуктуации атомов постепенно возрастают и усиливают действие приложенных напряжений, вызывая отрыв дислокаций от примесей. Для начала катастрофического течения достаточно отрыва от атмосфер примесных атомов только короткого отрезка дислокационной линии. Анализ Коттрела — Билби дает соотношение между энергией активации W и напряжением т в форме кривой, представленной на фиг. 6.5. Когда приложенное напряжение т достигает значения хь необходимого для локального отрыва дислокационной петли, требуемая для этого
Твердые растворы
137
(6.6)
энергия активации может быть определена выражением
W(t) = W0 (1-^-)3/2>
где W0-энергия активации в отсутствие приложенных напряжений.
Вероятность локального отрыва дислокации от своей атмосферы можно представить в виде
Предполагается, что под действием теплового движения атомов дислокация колеблется с частотой V (~10п с-1); тогда напряжение т, необходимое для освобождения дислокации от блокировки при температуре T за единицу времени, равно
[%ыпТ- (6-7)
и/
Это соотношение указывает на сильную температурную зависимость (Г2/3) напряжения отрыва дислокаций, т. е. напряжения течения. Эксперименты подтверждают, что существует заметная температурная зависимость, но она не всегда подчиняется закону T2/3.
Если первоначально полагали, что зуб текучести в общем характеризуется разблокировкой дислокаций, то в последние годы было обнаружено, что во время течения зарождается много новых дислокаций. Поэтому первоначальная теория, исходившая из закрепления дислокаций атомами примесей,
претерпела видоизменение, хотя представление о блокировке предварительно-существующих дислокаций атомами растворенного вещества остается существенным моментом, объясняющим предел текучести.
Скорость деформации кристалла е можно выразить через характеристики движущихся дислокаций:
Фиг. G.5. Соотношепые между энергией активации Wm напряжением т (Коттрел и Билби).
а = Nvb,
(6.8) их сред-
где N — число дислокаций, движущихся на единице площади, v няя скорость и Ь — вектор Бюргерса.
