1. Точечные дефекты

 

Вакансия – недостающий атом (ион) в узле кристаллической решетки.

Межузельный атом − лишний атом в междоузлии. Концентрация их невелика, так как для их образования требуется существенная затрата энергии (например, облучение металла ядерными частицами).

Примесный атом - занимает место основного атома в узле, либо внедрен внутрь ячейки.

Вакансии и межузельные атомы появляются в кристаллах при любой температуре выше абсолютного нуля из-за тепловых колебаний атомов.

2. Линейные дефекты

Дислокации – линии, вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла (их поперечные размеры не превышают нескольких межатомных расстояний, а длина может достигать размера кристалла).

Рис. Схемы краевой (а) и винтовой (б) дислокаций

а) Краевая дислокация - линия, вдоль которой внутри кристалла обрывается край «лишней» полуплоскости (результат сдвига по плоскости скольжения).

б) Винтовая дислокация – линия, которая отделяет часть плоскости скольжения, где сдвиг уже произошел, от части, где сдвиг не начинался (результат частичного сдвига по плоскости скольжения).

Механизм пластической деформации монокристалла

Рис. Схемы пластической деформации различными способами: а – скольжением; б – двойникованием

Способы осуществления деформация (может протекать только под действием касательных напряжений):

1. Трансляционное скольжение - параллельное смещение тонких слоев кристалла на дискретную величину, равную целому числу межатомных расстояний.

Плоскости скольжения (сдвига) - кристаллографические плоскости с наибольшей плотностью размещения атомов, направления скольжения – направления, по которым межатомные расстояния минимальны.

Это наиболее характерный механизм при обработке давлением.

2. Двойникование – перестройка части кристалла путем поворота в новое положение, симметричное к его недеформированной части.

Плоскость двойникования - плоскость зеркальной симметрии. Двойникованием можно достичь незначительной степени деформации.

Двойникование возникает:

- при пластической деформации

Характерно для ОЦК и ГПУ кристаллов (особенно при повышении скорости деформации и понижении температуры);

- в результате отжига пластически деформированного тела.

Характерно для ГЦК кристаллов.

 

Дислокационная теория пластической деформации.

В основу теории взяты следующие положения:

• Скольжение начинается от мест искажений кристаллической решетки (в основном дислокаций), которые возникают в кристалле при его нагружении.

• Скольжение происходит по плоскости сдвига последовательно, а не одновременно, и является результатом перемещения дислокаций;

Физическая сущность пластической деформации.

Рис. Схема дислокационного механизма пластической деформации: а – перемещение атомов при движении краевой дислокации на одно межатомное расстояние; б – перемещение дислокации через весь кристалл

Характер деформации определяется:

- типом кристаллической структуры;

- наличием несовершенств в этой структуре.

Различают:

- теоретическую прочность (для идеального кристалла);

- техническую прочность (для реального кристалла, имеющего дефекты строения)

Отношение пределов прочности σ _{в (теор)} / σ _{в (тех)} = 100÷1000.

Рис. Влияние плотности дислокаций на прочность: 1 – теоретическая прочность; 2 – бездефектные монокристаллы («усы»); 3-4 – техническая прочность (3 – чистые неупрочненные поликристаллы; 4 –сплавы, упрочненные легированием, наклепом, термической или термомеханической обработкой)

Для технических металлов:

а _min ≈ 10⁶-10⁸ см^-2, а _max ≈10¹³ -10¹⁵ см^-2.