5.1.2. Особенности деформирования монокристаллов

Если при деформировании мо­нокристалла плоскость скольжения оказалась параллельной направле­нию касательного напряжения, то монокристалл не упрочняется, а его деформация велика. Начальную ста­дию 1 деформирования называ­ют стадией легкого скольжения (рис. 5.4). При этом дислокации пе­ремещаются в монокристалле, прак­тически не встречая препятствий. Деформация монокристаллов с ГП решеткой на стадии легкого сколь­жения достигает 1000 %, у ГЦК и ОЦК монокристаллов она не превы­шает 10 - 15%.

С ростом деформации скольжение распространяется на другие систе­мы, и возникает множественное скольжение. На этой 2 стадии дисло­кации перемещаются в пересекающихся плоскостях, возрастает сопроти­вление их движению, и образуется сложная дислокационная структура.

Наконец, 3 стадия характеризуется более замедленным упрочнени­ем по сравнению со 2 стадией. Винтовые дислокации переходят в смеж­ные плоскости скольжения, и возникает поперечное скольжение, которое, по своей сути, является процессом разупрочнения. Разупрочнение на 3 стадии развивается по мере деформирования, и его называют динамиче­ским возвратом.

Скольжение дислокаций не связано с диффузией, так как происходит без переноса массы. Этим объясняется сравнительная легкость их пере­движения и при отрицательных температурах, когда скорость диффузии мала.

В процессе скольжения возникают новые дислокации, и их плотность повышается от 10е8 до 10е12 см(-2) (более высокую плотность получить не­льзя из-за появления трещин и разрушения металла). Существует не­сколько механизмов образования новых дислокаций. Важным из них явля­ется источник Франка — Рида (рис. 5.5). Под действием касательного напряжения закрепленная дислокация выгибается, пока не примет форму полуокружности. С этого момента изогнутая дислокация распространя­ется самопроизвольно в виде двух спиралей. При встрече спиралей возни­кают расширяющаяся дислокационная петля и отрезок дислокации. От­резок распрямляется, занимает исходное положение, и генератор дислока­ций готов к повторению цикла. Один источник Франка — Рида способен образовать сотни новых дислокаций.

В основе упрочнения металла при деформировании лежит прежде все­го повышение плотности дислокаций.

Движению дислокации ме­шают различные препятствия — границы зерен, дефекты упаковки, межфазные поверх­ности, дислокации, пересекаю­щие плоскость скольжения. Через некоторые препятствия дислокации проходят, но при более высоких напряжениях. Такими препятствиями явля­ются, например, пересекающи­еся с плоскостью скольжения дислокации.

Каждое скопление дислокаций создает поле напряжений, отталкиваю­щее приближающуюся дислокацию. Чем больше дислокаций в скоплении, тем сильнее отталкивание и тем труднее деформируется металл. Когда плотность дислокаций в скоплении достигает определенного значения, в этом месте зарождается трещина.

При нагреве выше 0,ЗТ(плав) начинает действовать другой механизм пе­ремещения дислокаций — переползание. Оно представляет собой диффу­зионное смещение дислокации в соседние плоскости решетки в результате присоединения вакансий (рис. 5.6). Вакансии присоединяются последова­тельно к краю избыточной полуплоскости, что равносильно перемещению края на один атомный ряд вверх, и «атакуют» дислокацию в разных ме­стах, в результате чего на дислокации появляются ступеньки. По мере присоединения вакансий дислокация на значительном участке своей дли­ны смещается на десятки межатомных расстояний. Из-за переползания ослабляется тормозящий эффект частиц второй фазы. Переместившиеся дислокации далее сдвигаются путем скольжения под действием напряже­ния (см. рис. 5.6, б). При нагреве выше 0,ЗТ(плав) вакансии весьма подвижны, а необходимое число вакансий создается пластической деформацией.