Деформация монокристалла. Основным видом нагрузки, вызывающим деформацию кристалла, т. е. необратимое смещение атомов относительно друг друга без нарушения между ними связи, является сдвиговая. Перемещение одной части кристалла относительно другой в первую очередь будет происходить по плоскостям скольжения, т. е. сдвигаться будут параллельно друг другу соседние плоскости, связь атомов между которыми слабее связи атомов в самой плоскости сдвига. В этом случае происходит минимальное нарушение правильности расположения атомов, требующее приложения минимальных затрат энергии.
Способность кристалла к пластической деформации тем больше, чем больше в его решетке плоскостей и направлений сдвига (см. 3.3). К числу легко деформируемых относятся металлы с кубической кристаллической решеткой.
Вначале, при малых сдвигающих нагрузках, происходит только упругая деформация. По достижении определенной критической величины - τкрит, происходит сдвиг одной части кристалла относительно другой. Схема процесса деформации монокристалла представлена на рис. 3.24.
| Рис. 3.24. Схема упругой (б) и пластической (в) деформации; а - кристалл в исходном состоянии |
Поскольку в этом процессе участвуют одновременно все атомы, находящиеся в плоскости сдвига, для осуществления его требуется большое сдвиговое напряжение. В соответствии с теоретическими расчетами τкрнт для идеальных кристаллов железа, меди, алюминия составили соответственно 2350, 1600 и 910 МПа. В реальных кристаллах (с большим количеством нарушений кристаллической решетки) сдвиговая деформация требует значительно (в сотни и тысячу раз) меньших напряжений - для Fe, Си, AIсоответственно: 30; 1,0 и 1,2 МПа. Считают, что деформация реальных кристаллов осуществляется по иному механизму - путем перемещения по кристаллу дислокаций.
На рисунке 3.25 показан участок кристалла с краевой дислокацией, обозначенной линией АВ, в виде лишней плоскости (экстра-плоскости), доходящей до линии сдвига. Под действием сдвигающего напряжения, даже незначительного, дислокация способна менять свое положение в кристалле: из положения АВ она легко перемещается в положение А'В'. Это объясняется тем, что меняет свое положение лишь небольшое число атомов вблизи экстраплоскости.