double arrow

Механизм деформации и разрушения монокристалла

Деформация и механизм разрушения судовых деталей.

Лекция №4.

При действии на деталь внешних силовых нагрузок в материале возникают упругие деформации, переходящие при увеличении нагрузки в пластические. Перейдем от их макроскопического рассмотрения к микроскопическому, позволяющему с позиций кристалличе­ского строения твердых тел, которое имеют практически все детали СТС, по­нять причины происходящего. Дня этого возьмем монокристалл и закрепим его нижнюю грань (рис. 2.18, а).

Рис. 2.18 Упрощенная схема перемещения атомов монокристалла под действием внешней силы:

а – Р=0; б - Р Рпц; в, г, д - Рт Р Рв; е - =0; ж - Р в

В начальный момент, при отсутствии нагрузки кристаллическая решетка не имеет искажений. Если к вершине кристалла приложить нагрузку Р Рпц, то все атомы решетки переместятся относительно неподвижного нижнего слоя (рис. 2.18, б). При этом существующие связи между ними сохранятся, а после снятия такой нагрузки все атомы возвратятся в исходное положение -т.е. в данном случае имела место упругая деформация упр.

В случае Рт <Р <Рв существующие между атомами связи начинают раз­рываться, и картина значительно усложняется. Если бы такой разрыв проис­ходил одновременно по всей плоскости скольжения, то, согласно расчетам, прочность была бы близка к теоретической прочности материала. На практи­ке же она оказывается значительно ниже - не менее чем в 1000 раз. Выясни­лось, что перемещение атомов происходит аналогично движению волны в жидкости. Вначале, под действием приложенной силы, произойдет разрыв межатомной связи "1 - 3" (рис. 2.18, в). Группа атомов верхней части кри­сталла (выделена цветом) начнет смещаться относительно нижней, передавая нагрузку на следующий вертикальный ряд атомов. Когда величина смещения превысит половину периода кристаллической решетки, первый атом из верх­ней части образует межатомную связь со вторым атомом нижней части " 1 -4". В то же время связь атома "2" верхней части и атома "4" нижней части будет разорвана, а в верхней части кристалла образуется экстраплоскость, отвечающая краевой дислокации (см. рис. 2.7 и 2.18, г).

При дальнейшем сохранении действия силы Р или ее увеличении в ука­занных пределах экстраплоскость будет перемещаться дальше по плоскости скольжения в кристалле и, в конечном счете, "выйдет" на его противопо­ложную сторону. Если в этом положении нагрузку снять, то упругие дефор­мации кристаллической решетки исчезнут и останется только смещение верхней части относительно нижней на один период кристаллической решет­ки. Оно представляет собой элементарный акт пластической деформации пл (рис. 2.18, д).

Если нагружение продолжить, то описанный элементарный акт смещения будет многократно повторяться, и верхняя часть монокристалла будет все больше сдвигаться относительно нижней. По существу, можно уже говорить не о монокристалле, а о 2-х кристаллах с межатомной связью по границе раз­дела (плоскости скольжения).

Когда число атомов верхней и нижней части кристалла, еще сохранивших между собою связь, значительно уменьшится вследствие сдвига, то усилие, необходимое для его завершения и образования из одного кристалла двух не­зависимых частей, начнет самопроизвольно уменьшаться. Окончательно разрушение (кристалла, детали) - образование 2-х или более фрагментов из одного целого - произойдет при усилии Pz, отвечающем т. D диаграммы рас­тяжения (см. рис. 2.10).

Таким образом, пластическая деформация и разрушение происходят путем образования и перемещения дислокаций по плоскостям скольже­ния.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: