Франка– Рида. ( Плоскость скольжения параллельна плоскости чертежа.)
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Франка– Рида. ( Плоскость скольжения параллельна плоскости чертежа.)





По данным Ван Бюрена

Причинами возникновения дислокаций в кристаллах могут быть: попадание в расплав инородного микровключения во время затвердевания расплава и роста кристалла; зарождение де­фектов под действием прилагаемых напряжений; увеличение чи­сла дислокаций от источников Франка-Рида [11] и от возникновения множественного поперечного скольжения под действием внешних сил.

Дислокации, по-видимому, возникают в кри­сталлах во время роста кристаллов. Исключени­ем являются нитевидные кристаллы (так называе­мые кристаллические усы), высокая прочность которых, по всей видимости, объясняется отсутст­вием или почти полным отсутствием дислокаций.
В большинстве случаев дислокации, появившиеся в результате роста кристалла, не имеют правильного векто­ра Бюргерса или не лежат в плоскостях скольжения. Следова­тельно, эти дислокации не способствуют значительной пласти­ческой деформации, но могут оказывать влияние на другие физические явления.

Зарождение дислокаций в результате приложения напряже­ний является одним из главных механизмов, по которому проте­кает пластическая деформация в технических металлах и спла­вах. Этот процесс, по-видимому, вызывается образованием мик­ротрещин, выделением вторичных фаз, а также какими-либо другими дефектами в кристалле.

Регенеративный процесс с участием источников Франка-Рида является еще одним способом зарождения новых дислокаций по мере того, как дислокация распространяется в кристалле. Дей­ствие источника Франка-Рида показано на рис. 1.8. Первона­чальной дислокацией является прямой отрезок АВ. Эта дислока­ция как бы закреплена в точках А и В с помощью узлов или ка­ких-либо других запирающих механизмов.



При приложении касательного напряжения, как показано на рисунке, дислокационная линия выгибается параллельно направ­лениям приложения напряжения и увеличивается, как показыва­ют промежуточные положения 1, 2, 3. Наконец, дислокационная линия АВ (положение 4), изгибаясь, замыкается и образует пол­ную петлю (положение 5). В то время как положение 5 распро­страняется в кристалле, другая дислокация, которая является отражением первоначальной дислокации, готова образовать дру­гую петлю. Таким образом может образоваться неопределенное число дислокационных петель.

Множественное поперечное скольжение более сложно, чем распространение простого источника Франка-Рида, и требует на­личия винтовой дислокации. В отличие от механизма Франка-Рида этот процесс протекает не на одной плоскости. Он может не только увеличить число дислокаций на первоначальной плос­кости скольжения, но также вызвать скольжение на других близ­лежащих плоскостях.

УПРОЧНЕНИЕ

Раньше упрочнение рассматривалось как результат механи­ческого искажения и разрушения плоскостей скольжения, на ко­торых произошел сдвиг. Нужно отметить, что эта грубая схема процесса не отражает всей его сложности. Однако с тех пор, как была выдвинута дислокационная теория, была сделана попытка объяснить упрочнение взаимодействием дислокаций.

Теперь полагают, что упрочнение не является результатом движения единичных дислокаций, а скорее результатом движе­ния большого числа дислокаций, распространяющихся одновре­менно. При увеличении степени деформации число дислокаций также увеличивается и дальнейшая деформация затрудняется. Это объясняется взаимодействием дислокаций и приводит к уве­личению потребного деформирующего усилия, т. е. к повышению прочности, иначе называемому наклепом.

Тейлор [20] указал, что при большом числе концентраций на­пряжения происходит взаимное наложение полей напряжения, что приведет к частичному уничтожению их друг другом. В связи с этим единичные концентраторы ослабляют кристалл значитель­но сильнее, чем , наложение полей многих концентраторов. В 1934 г. Тейлор [21] применил эту идею к теории дислокаций и таким образом разработал первую полную теорию упрочнения.

Основные положения его теории следующие: «мгновенный» предел текучести зависит от внутренних напряжений, которые мешают движению дислокаций. В связи с этим дислокации не проходят насквозь через кристаллы, а задерживаются внутри их. Эти дислокации внутри кристалла постепенно создают более

высокие внутренние напряжения и тем самым повышают «мгно­венный» предел текучести.

Тейлор делает предположение о гомогенном распределении участков, в которых произошло скольжение, и дислокаций. Ре­зультаты такого механизма скольжения нельзя обнаружить под микроскопом. Поэтому в кристалле не видны полосы скольжения, причиной которых, как известно, является гетерогенное сколь­жение.

Теория же Мотта [15] учитывает гетерогенную природу сколь­жения. По теории

Мотта упрочнение происходит в результате

Рис.1.9. Схематическая кривая растяжения монокристалла металла, имеющего

гранецентрированную кубическую решетку. По данным Ван Бюрена:

а– зона легкого скольжения; б– зона линейного упрочнения; с– зона, зависящая от температуры

 

взаимодействия большого числа ди­слокаций противоположного знака, которые не могут обогнать друг друга. Это нагромождение застряв­ших заторможенных дислокаций создает эффекты, которые можно наблюдать визуально как деформа­цию или полосы изгибания. Подсчи­тано, что в алюминии после средней по величине деформации может скопиться приблизительно 103 дис­локаций на одной плоскости сколь­жения.

Оказывается, что полосы изгиба­ния возникают у дислокационных барьеров на пересекающихся пло­скостях скольжения. Эти барьеры задерживают дислокации, движу­щиеся как в прямом, так и в обрат­ном направлениях.

Ломер [14] и Коттрелл [9] вы­сказали предположение, что распространение дислокации на пересекающиеся плоскости сколь­жения может создать затор в плотно упакованных структурах исключительно за счет геометрической конфигурации. Такие дислокации были названы «сидячими» дислокациями Коттрелла- Ломера. Предложен еще один важный механизм, по кото­рому движение дислокаций задерживается в результате пере­сечения непараллельных дислокаций.

Полный механизм упрочнения для различных кристалличес­ких структур еще неизвестен, но Зигер [17], [18] предложил под­робную теорию упрочнения для гранецентрированных кубичес­ких структур на основе работы ряда исследователей. Ниже при­водятся основные выводы из реферата на работу Зигера, состав­ленного Ван Бюреном [7].

В соответствии с теорией Зигера схематически кривая рас­тяжения для монокристалла металла, имеющего объемноцентрированную кристаллическую решетку, приводится на рис. 1.9. Кривая разделена на три части: а — зона «легкого» скольжения, b— зона линейного упрочнения и с — зона, зависящя от темпе­ратуры. В зоне «легкого» скольжения передвижение искажения еще не задерживается барьерами и скольжение происходит при умеренных напряжениях при наличии только незначительной за­висимости от деформации. Тангенс угла наклона этой кривой есть коэффициент упрочнения, который выражается следующей за­висимостью:

, (1.9)

где С — константа, равная 0,1; G — модуль сдвига;

— число источников, генерирующих дислокации на едини­цу объема; А — средняя площадь, через которую распространяются дислокации от каждого источника. Численное соответствие этой модели с экспериментами, про­веденными на алюминии, показывает, что эта теория, по-видимо­му, является удовлетворительной, поскольку число источников является постоянным.

На линейном участке кривой число барьеров увеличивается и каждый источник становится полностью окруженным барьера­ми. Наклон линейной части этой кривой растяжения на рис. 1.9 можно выразить следующей зависимостью:

где С — константа, равная 0,1;

N2 — число скоплений дислокационных петель, исходящих из каждого источника; b — междуатомное расстояние в направлении сдвига;

— функция среднего пути последовательно высвобождае­мых дислокационных петель.

Согласно уравнению (2.10), линейный участок кривой растя­жения, по-видимому, объясняется тем, что отношение остается приблизительно постоянным.

На участках а и b температура, при которой проводится ис­пытание, по-видимому, не влияет на наклон кривой растяжения. На участке же с температурный эффект приводит к уменьше­нию скорости упрочнения при повышении температуры, так что

величина является переменной и уменьшается с увели­чением деформации. Эта зависимость от температуры, очевидно, указывает на влияние барьеров, которые должны быть преодо­лены дислокациями, чтобы произошло пластическое течение. Та­кие барьеры или препятствия могут легче преодолеть термически активированные атомы. В начале стадии с термически активиро­ванные процессы преодоления барьеров переползанием или ка­ким-либо другим способом будут конкурировать с неактивиро­ванными процессами, и в результате коэффициент упрочнения будет уменьшаться с увеличением деформации. Ниже будет более подробно сказано о термически активированных процессах.

Проведенные опыты показывают, что ультразвуковые колеба­ния, наложенные на осевые нагрузки при испытании на растяже­ние, снижают обычно наблюдаемый эффект упрочнения. Это объясняется, по-видимому, тем, что можно с помощью механи­ческих колебаний передвинуть застрявшие дислокации подобно тому, как это достигается в результате термического возбуж­дения.

Первые главы книги посвящены основным проблемам теории пластичности и методам их решения. Рассматриваются главным образом значительные по величине пластические деформации, имеющие место во многих операциях формоизменения. Пробле­мы упруго-пластического деформирования, в которых упругие и пластические деформации имеют примерно одинаковую величи­ну, в настоящей книге не рассматриваются, за исключением ис­следования упругого восстановления. Последующие главы книги посвящены анализу технологических процессов пластической обработки и решению задач, связанных с определением необхо­димых усилий деформирования.

Для получения логичных решений необходима не столько ма­тематическая строгость, сколько гибкость методов. Авторы не ставят цель получить точные решения, поскольку последние свя­заны с преодолением значительных математических трудностей и неудобны для практического применения.

Процессы пластической деформации необратимы (как процес­сы внутреннего трения). Уравнения потенциальной энергии, ис­пользуемые обычно в других областях инженерных расчетов, здесь не могут быть применены. Поэтому решения задач, при­веденные в этой книге, связаны с определенными допущениями и часто их надежность не может быть проверена предварительно. Поскольку заранее не представляется возможным с уверенно­стью оценить влияние всех допущений, то полученные решения будут сравниваться с экспериментальными данными.

Следует также заметить, что возможны разные допущения относительно деформируемого материала или его напряженного состояния. Соответственно будут различными и упрощения диф­ференциальных уравнений, которые нужно решать для определе­ния деформирующих сил, напряжений и деформаций. Поэтому для каждой данной взятой задачи возможно несколько решений. Авторами была предпринята попытка сравнить эти решения меж­ду собой для некоторых из исследуемых задач и указать, кото­рое из них является предпочтительным.

 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.