Модель деформации двойникованием

5.10

Скольжение дислокации – не единственный механизм пластической деформации монокристалла. Деформация при повышенных скоростях и низких температурах может осуществляться двойникованием. При двойниковании кристаллит скачкообразно делится на две части, в которых решетка становится зеркально – симметричной относительно плоскости двойникования (рис. 5.10). Двойникование при растяжении монокристалла сопровождается характерным потрескиванием, а деформация протекает скачкообразно.

    Двойникование – это механизм деформации преимущественно ГПУ- и ОЦК – кристаллов, роль которого сильно возрастает с увеличением скорости и (или) понижением температуры, так как при понижении температуры критическое напряжение сдвига увеличивается быстрее, чем критическое напряжение двойникования.

Двойникование приводит к изменению ориентации части кристалла и увеличению количества систем скольжения. В поликристаллических металлах выход дислокаций на поверхности зерен вызывает значительные локальные напряжения. При благоприятной ориентации плоскостей скольжения в смежных зернах может происходить не сдвиг, а двойникование. Примеси и легирующие добавки существенно влияют на механизм деформации. Например, фосфор и кремний сильно облегчают двойникование в железе даже при обычных температурах и скоростях деформации.

Механизм упрочнения.

Деформация монокристаллов приводит к увеличению плотности дислокаций. Казалось бы, что по мере деформации скольжение должно облегчаться. Однако опыт показывает, что истинное сопротивление деформации увеличивается.

Дислокации легко перемещаются в кристалле, если не встречают препятствий. В реальных кристаллах имеется большое количество различных дефектов, в том числе дислокационных сеток, полос двойников или линий двойникования. Поэтому свободное движение дислокаций может происходить только на небольших участках пути через кристалл. Кроме того, барьерами для дислокации могут служить поверхности кристалла, если они окислены или искажены. Двойникование в обычных условиях требует большего напряжения, поэтому основным механизмом деформации является скольжение. Предположим, что в плоскости S₃ (рис. 5.8, а) действует источник дислокаций R. Пусть в этой плоскости имеется дефект D. Даже атом примесей или легирующих добавок – трудно проходимое препятствие. Такие же дефекты, как окисленная граница зерен, - непроходимый барьер. Подойдя к дефекту D, головная дислокация останавливается, движение последующих дислокаций в плоскости S₃ очень затрудняется.

Скольжение в плоскости S₃ большого количества дислокаций одного знака сильно искажает кристалл и увеличивает его внутреннюю энергию. По мере увеличения плотности дислокаций вблизи препятствия D движение новых дислокаций от источника R требует все больших напряжений. Поэтому открываются новые источники дислокаций R₁, R₂ и т.д. (с меньшей длиной дислокационной линии l и большим значением τ_кр), а дислокации получают возможность двигаться и в других плоскостях. Таким образом, по мере деформирования кристалла и повышения плотности сопротивление их движению все более увеличивается. Это явление называется упрочнением. Экспериментальные исследования показывают, что критическое касательное напряжение увеличивается пропорционально корню квадратному из плотности дислокаций:

Таким образом, пластическая деформация монокристаллов может осуществляться скольжением, двойникованием и сбросообразованием *. Скольжение происходит как направленное смещение дислокаций в плоскости скольжения. Этот механизм деформации является основным. Двойникование и сбросообразование имеют место только при определенных условиях, неблагоприятных для скольжения (низкие температуры и высокие скорости деформации). В процессе деформации в кристалле действуют источники дислокаций. При деформации число дислокаций в кристалле увеличивается, их движение затрудняется, в результате сопротивление деформации, т.е. при деформации кристалла происходит его упрочнение.