3.1.3.2. Деформация двойникованием

Как указывалось, пластическая деформация кристаллов может осуществляться не только наиболее распространенным способом - скольжением, но и путем двойникования. Суть его состоит в том, что сдвиг происходит в результате кристаллографической переориентации смещенной части кристалла в положение, являющееся зеркальным (обратным) по отношению к основной (матричной) части. Возникающая двойниковая прослойка (двойник) отличается от матрицы только кристаллографической ориентировкой, но при этом они обе сохраняют одинаковую по уровню симметричности пространственную решетку. Схематическое изображение двойникового сдвига показано на рис.56в. Расположение атомов при двойниковании приведено на рис.57. Под действием напряжения сдвига атомы, находящиеся по другую сторону плоскости двойникования, движутся таким образом, чтобы оказаться в положении зеркального отображения относительно матричной части кристалла.

Механизм двойникования имеет дислокационную природу и процесс реализуется за счет движения особых двойникующих дислокаций. После их прохождения через весь кристалл создается окончательная конфигурация двойника.

Рис.57. Перестройка кристаллической решетки при двойниковании

Обычно двойникование идет в тех случаях, когда по тем или иным причинам оказывается затрудненным скольжение. Поэтому оно не является основным видом деформации в тех металлах, которые обладают большим числом систем скольжения (например, с ГЦК решеткой). Напротив, наиболее часто оно наблюдается в металлах, в которых возможности для скольжения весьма ограничены -, скажем, в гексагональных плотноупакованных, где скольжение может идти по единственной базисной системе. Так, монокристалл цинка легко деформируется путем базисного скольжения, если плоскость базиса ориентирована наиболее благоприятным. Но если эта плоскость расположена параллельно или перпендикулярно оси растяжения, то кристалл будет деформироваться другим способом - двойникованием. Двойникованию благоприятствует также деформация при низких температурах и высоких скоростях нагружения. В этих условиях, когда становится затрудненным скольжение, сдвиг реализуется посредством конкурирующего механизма - двойникование. Такую картину можно наблюдать, например, в металлах с ОЦК решеткой - в железе (a-Fe), молибдене, вольфраме, хроме. При отрицательных температурах и ударном нагружении деформация двойникованием возможна даже в металлах с ГЦК решеткой.

Поверхность кристалла

Плоскость деойникоеания

Как и скольжение, двойникование является процессом кристаллографически упорядоченным, т.е. происходит по определенным плоскостям и вдоль определенных направлений (соответственно это плоскости и направления двойникования). Для каждого типа кристаллической решетки существует своя система двойникования. Так, для металлов с ГПУ решеткой плоскостью двойникования является плоскость типа {0112}, а направлением двойникование - направление типа <0111>. Соответственно для металлов с ОЦК решеткой ими являются плоскости {112} и направления <111>, а для ГЦК - {111} и <112>.

Поскольку смещение атомов при двойниковании прекращается после сдвига их только на часть межатомного расстояния, то это не приводит к значительной остаточной деформации материала. Поэтому у металлов, которые деформируются преимущественно двойникованием, мала величина пластической деформации и они считаются хрупкими материалами. Для таких металлов, как цинк, кадмий, магний, прошедшее двойникование может облегчать последующий процесс скольжения. Тем самым деформация может осуществляться обоими способами и в результате в состоянии достигать значительной величины. На границах двойников сохраняется когерентность (сопряженность) решеток матрицы и двойника. Это обстоятельство определяет их низкую энергию и, следовательно, высокую устойчивость (двойники исчезают с большим трудом и лишь при высоких температурах нагрева).

Процесс двойникования, как и механизм скольжения, описывается с

позиций дислокационной модели сдвигообразования. В общем случае для

начала двойникования требуются более высокие напряжения, чем для

скольжения. Однако эти напряжения по-прежнему существенно ниже

теоретической прочности кристалла. Поэтому реальная картина

двойникования рассматривается как процесс постепенного распространения

сдвига (аналогично скольжению) путем перемещения особых, так

называемых двойникующих дислокаций, способных двигаться по плоскости

110

двойникования. Например, в металлах с ГЦК решеткой двойникующей является частичная дислокация с вектором Бюргерса типа a/2<112>.