Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
природа пластичности
337
веденную внутри тела единичную площадку. Это число может быть самым разнообразным, меняясь от IO2—IO3 см"2 в наиболее совершенных чистых монокристаллах до IO11— IO12 см"2 в сильно деформированных (холоднообработан-ных) металлах.
Из сказанного выше ясно, что наименее прочными (т. е. обладающими наименьшими пределами упругости) будут чистые монокристаллы, плотность дислокаций в которых сравнительно невелика, так что дислокации практически не мешают друг другу при своем движении. Упрочнение материала может быть достигнуто растворением в нем примесей или осаждением микроскопических твердых включений, уменьшением размеров зерен. Так, прочность железа повышается (в различных сортах стали) растворенными в нем атомами углерода или выпавшими в процессе затвердевания микроскопическими включениями карбида железа.
Пластическое деформирование само разрушает кристаллическую решетку, увеличивая число дефектов в кристаллах и тем самым затрудняя дальнейшее перемещение дислокаций. В этом заключается природа явления упрочнения при деформировании, в том числе природа упрочнения металлов холодной обработкой (так называемый наклеп металлов).
Достигаемое при пластической деформации упрочнение не сохраняется, однако, на неограниченное время. Наиболее устойчивым состоянием тела является не разрушенный, а идеальный кристалл, который представляет собой наиболее равновесное состояние твердого тела. Поэтому с разрушенными кристаллами происходят явления, называемые рекристаллизацией. Дефекты структуры «залечиваются», зерна поликристаллического тела растут — большие за счет меньших, и в результате получается более совершенный и соответственно менее прочный агрегат. Рекристаллизация происходит тем быстрее, чем выше температура. Наиболее интенсивно она происходит при сравнительно высоких температурах, в особенности при температурах, не далеких от точки плавления (в частности, при отжиге металлов}. При низких температурах рекристаллизация практически останавливается. Под влиянием рекристаллизации упрочнение постепенно ликвидируется, и если тело находится под действием постоянной нагрузки, то оно медленно течет. 338
твердые тела
[гл. XIII
Температура оказывает также сильное влияние на движение дислокаций. Поскольку это движение связано с преодолением атомами (в их перестройке вблизи движущейся линии дислокации) потенциальных барьеров, оно представляет собой процесс активационного типа (ср. § 91), и потому понижение температуры быстро останавливает его, тем самым уменьшая пластичность тела.
Описанные выше способы повышения прочности материала основаны на создании затруднений движению дислокаций. Возможен также и противоположный путь упрочнения — создание монокристалла, вовсе не содержащего дислокаций.
Такой кристалл должен был бы обладать, в принципе, наибольшим возможным пределом упругости: его пластическая деформация могла бы осуществляться лишь путем одновременных соскальзываний по целым плоскостям, что требовало бы, как уже указывалось, приложения чрезвычайно больших напряжений.
К этому идеалу приближаются так называемые усы —• тончайшие нитевидные кристаллы, толщины которых измеряются микронами. «Усы» образуются как металлами, так и неметаллами и могут быть получены различными способами, например: осаждением слабо пересыщенных паров чистых металлов при соответствующих температурах в инертной газовой среде, медленным осаждением сшей из растворов и др.
Рост таких кристаллов во многих случаях осуществляется, по-видимому, вокруг одиночных винтовых дислокаций описанным в § 105 механизмом. Дислокация, расположенная вдоль оси нити, не влияет при растяжении нити на ее механические свойства и кристалл ведет себя практически как идеальный.
Как ясно из изложенного, все описанные свойства пластичности относятся только к телам кристаллическим. Аморфные тела (например, стекла) не способны к пластическим деформациям (такие тела называют вообще хрупкими). Происходящие в них отклонения от упругих явлений сводятся либо к поломке (разрыву), либо к медленному течению под влиянием длительно действующих сил, в соответствии с тем, что аморфные тела — это жидкости с очень большой вязкостью. § '07]
трение твердых тел
339
§ 107. Трение твердых тел
Скольжение твердого тела по поверхности другого тела всегда сопровождается превращением его кинетической энергии в тепло, в результате чего движение тела постепенно замедляется. С чисто механической точки зрения это явление можно описать как возникновение некоторой силы, препятствующей движению; она называется силой трения. С физической точки зрения трение представляет собой результат сложных процессов, протекающих на трущихся поверхностях тел.
Опыт показывает, что трение между твердыми телами обычно подчиняется некоторым простым закономерностям. Оказывается, что полная сила трения Z7tp, действующая между движущимися телами, пропорциональна силе N, с которой тела прижимаются друг к другу, и не зависит от площади соприкосновения тел и от скорости движения:
