Критическое напряжение сдвига

Поликристаллический металл можно рассматривать как совокупность монокристальных зерен. Механические свойства монокристаллов известны. Казалось бы, предсказать свойства поликристаллов можно на основе статистических представлений, как это сделано, например, для модуля упругости. Однако теории поликристаллического металла, при помощи которой это можно было бы сделать, пока еще не существует. Такое положение обусловлено тем, что процесс деформации монокристальных зерен протекает не обособленно, а кристаллиты деформируются как система.

Возьмем стандартный разрывной образец (рис. 5.12) и нагрузим его силой Р, изменяющейся во времени по некоторому закону Р(t), например, линейному Р = Сt. Предположим, что в начальный момент (при t=0, Р=0) все кристаллиты находятся в естественном состоянии. Такое предположение будет достаточно близким к истине, если перед деформацией образец отжечь. Выделим в образце плоскость N₁, наклоненную к оси z под углом 45°. Как известно, в ней действует максимальное напряжение , где . Пусть в кристаллите K_n плоскость скольжения S_n совпадает с N₁, где действует напряжение , равное  для данного металла, кристаллит должен бы начать деформироваться. Но деформироваться, как отдельный монокристалл он не может в силу того, что у него есть соседи K_n-1, K_n+1. Плоскости скольжения в них S_n-1, S_n+1 образуют с осью углы φ_n-1, φ_n+1, отличные от 45°, а касательные напряжения τ_n-1, τ_n+1 в плоскостях S_n-1, S_n+1 меньше τ_n= τ_кр. Поэтому кристаллиты K_n-1, K_n+1 могут деформироваться только упруго. Кристаллит K_n зажат соседями. Даже малая внутрикристаллитная деформация обязательно вызывает межкристаллитную. При нагрузке образца напряжения

Рис. 5.12. Схема деформации кристаллитов (б) при растяжении образца (а).

в кристаллитах K_n-1, K_n, K_n+1 будут перераспределять: малые пластические деформации кристаллита вызовут его разгрузку, а упруго деформированные кристаллиты K_n-1, K_n+1 станут догружаться. Перераспределение будет продолжаться до тех пор, пока касательные напряжения τ_n-1, τ_n, τ_n+1 не выровняются и не достигнут значения τ_кр в каждом кристаллите. В результате все кристаллиты K_n-1, K_n, K_n+1 одновременно перейдут в состояние интенсивного пластического течения. Подобным образом деформируются группы кристаллитов, которые пересекаются любой другой плоскостью N, наклоненной к оси образца под углом 45°.

При деформации изолированного монокристаллита дислокации пересекают кристалл и выходят на его поверхность, образуя ступеньку. Заметного искажения решетки это не создает. Но при выходе дислокации на поверхность кристаллита, входящего в состав поликристалла и окруженного межзеренной прослойкой, ступенька сильно искажает решетку. Вокруг дислокации, выходящей на поверхность кристаллита, образуется силовое поле, направленное против ее движения. В связи с этим на границе кристаллита плотность дислокаций повышается, их движение затрудняется. Поэтому критические напряжения сдвига для поликристаллических металлов выше, чем для монокристаллов, и тем в большей степени, чем более деформирован поликристалл. Упрочнение определяется изменением структуры металла при деформации.