Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
1. Теория блокировки Коттрела
Факт образования атмосфер Коттрела в твердых растворах как внедрения, так и замещения хорошо установлен, но хотя этот тип блокировки дислокаций играет некоторую роль в появлении зуба текучести, трудно допустить, что он обусловливает в значительной степени упрочнение твердого раствора. В современной теории зуба текучести принимается, что дислокации со своими атмосферами остаются в заблокированном положении, а зарождаются новые дислокации, которые движутся. Если даже блокированные дислокации отрываются от своих атмосфер, то падение напряжения, наблюдаемое на пределе текучести, обычно составляет лишь малую долю начального напряжения течения. Отсюда следует вывод, что теории, опирающиеся прежде всего на блокировку дислокаций, не являются удовлетворительными и что главный вклад в напряжения течения дает сопротивление движущимся дислокациям различно расположенных атомов растворенных веществ. Эта точка зрения подкрепляется многими экспериментальными результатами, которые показывают, что легирование раствора повышает уровень кривой напряжение — деформация в целом [56, 57]. При увеличении концентрации растворенного вещества кривые деформации идут параллельно, но смещаются в сторону более высоких напряжений. Наиболее непринужденно это объясняется силой трения или полным сопротивлением, которые не зависят от деформации, но увеличиваются с ростом концентрации растворенного вещества. Последние работы показывают, что для ряда растворенных веществ в серебре сила трения линейно возрастает с увеличением средней концентрации валентных электронов на атом.
2. Теория химического взаимодействия
Детальная теория упрочнения, вызываемого сегрегацией примесей на дефектах упаковки, сложна, но Сузуки [9, 46] вывел следующее выражение для критического напряжения сдвига в зависимости от концентрации
Твердые растворы
155
растворенного вещества и температуры:
X0 = ^Hc0(I-C0)t^(brE/Jff) ; (6.15)
здесь T0 — максимальное напряжение блокировки, с0 — средняя концентрация растворенного вещества, v — молярный объем сплава и
где уа и Yb — энергии дефекта упаковки металлов а и 6, h — полуширина дефекта упаковки. Величина H не зависит от температуры, и, поскольку она является главной переменной в выражении (6.15), напряжение течения, согласно данному механизму, должно быть относительно нечувствительно к изменению температуры, но сильно зависит от концентрации растворенного вещества.
Сузуки экспериментально определил зависимость критического напряжения сдвига от температуры для ряда твердых растворов медь — никель. Его результаты показывают, что выше 500 К напряжение T0 нечувствительно к температуре, но изменяется в зависимости от концентрации легирующих атомов в растворе. Сузуки предположил, что сегрегация на дефектах упаковки играет преобладающую роль в упрочнении для указанной области температур. Ниже 500 К напряжение T0 быстро уменьшается с понижением температуры, и Сузуки связал это явление с коттреловской блокировкой, которая является температурно-чувствительной.
Теорию Сузуки, подобно теории атмосфер Коттрела, можно подвергнуть критике на том основании, что расщепленные дислокации, на дефектах упаковки которых происходит сегрегация примесей, останутся неподвижными при приложении напряжений. Они окажутся так сильно заблокированными, что будут зарождаться новые дислокации и напряжения, необходимые для движения этих дислокаций, отвечают упрочнению, вызванному растворением примесей. Возможно, однако, что взаимодействие атомов растворенных веществ с растянутыми дислокациями дает вклад в силу трения при движении дислокации.
3. Теория Мот га и Набарро
Мотт и Набарро [42] предложили теорию, в которой предполагается, что упрочнение при образовании твердого раствора обусловлено взаимодействием случайно распределенных атомов растворенного вещества с движущимися дислокациями. Отдельные атомы растворенного вещества вызывают появление малых локальных внутренних полей напряжений, величина которых по предположению зависит только от разности размеров атомов растворителя и растворенного вещества. Принимается, что дислокационная линия упруга, так что она не движется одновременно как целая, а подвергается периодическим изгибам в результате взаимодействия ее поля напряжений с полем напряжений атомов растворенного вещества.
Здесь имеется два важных параметра. Первый — расстояние между атомами растворенного вещества, или период поля внутренних напряжений. Это «длина волны» Л, которая определяется простым выражением
Л = -?_, (6.16)
где а — межатомное расстояние не — атомная концентрация растворенного вещества.
Второй параметр 8 есть мера величины поля внутренних напряжений, которая зависит от разности размеров атомов растворителя и растворенного
156
Глава 6
вещества (размерный фактор). Этот параметр определяется выражением
в-т?« (617>
где daldc — изменение постоянной решетки твердого раствора в зависимости от атомной концентрации растворенного вещества.
Далее, период поля локальных внутренних напряжений Л в твердом растворе будет значительно меньше, чем минимальный радиус кривизны дислокационной линии. Согласно выражению (3.23), напряжение течения обратно пропорционально расстоянию Л, откуда видно, что при малых значениях Л требуется очень высокое напряжение, приближающееся к величине G. Поэтому ясно, что в этих условиях будет двигаться участок дислокационной линии, значительно больший, чем Л. Трудность заключается в оценке длины движущейся петли; Мотт и Набарро предположили, что она будет достаточно длинной для того, чтобы ее центр продвинулся на расстояние Л.
