Механические свойства кристаллов

Механизм пластической деформации. В основе пластического деформирования металлов лежит перемещение дислокаций. Сущностью пластического деформирования является сдвиг, в результате которого одна часть кристалла смещается по отношении к другой за счёт скольжения дислокаций. На рис. 11.7 (а, б, в) изображено движение краевой дислокации с образованием ступеньки единичного сдвига.

а б.

в Рис. 11.7.

Заметим, что в действительности атомы перескакивают в новые положения небольшими группами поочерёдно. Такое поочерёдное перемещение атомов может быть представлено как перемещение дислокации. Дислокации служат причиной того, что пластическая деформация реальных кристаллов происходит под воздействием напряжений на несколько порядков меньших, чем вычисленных для идеальных кристаллов. Но если плотность дислокаций, а также концентрация примесей велики, то это приводит к сильному торможению дислокаций и прекращению их движения. В результате, как ни парадоксально, прочность материала растёт.

Деформация растяжения. Закон Гука.

Характер изменения сил, связывающих атомы в твёрдом теле от расстояния между ними качественно такой же, как в газах и жидкостях (рис. 11.8). Если к стержню длиной и сечением приложить силу (рис. 11.9), то под действием этой силы стержень удлинится на некоторую величину. При этом расстояния между соседними атомами вдоль оси стержня возрастут на некоторую величину (рис. 11.8). Удлинение всей цепочки атомов связано с очевидным соотношением :

(*).

(где — расстояние между соседними атомами при). При смещении атомов из своих положений равновесия между ними возникают силы притяжения, причём возрастает с увеличением :

.

Мысленно расчленим стержень на ряд параллельных цепочек атомов. Число цепочек на единицу площади обозначим. Тогда во всём стержне будет действовать суммарная сила:

.

причём будет возрастать, пока не уравновесит .

с учётом соотношения (*):

. (**).

Разделим обе части на, тогда.

.

Отношение — механическое напряжение деформации растяжения обозначим. Произведение постоянных для данного материала величины обозначим (модуль Юнга). Отношение обозначим (относительное удлинение). С учётом этих обозначений уравнение (**) приобретёт вид (одна из форм закона Гука).

Закон Гука: относительное удлинение прямо пропорционально приложенному напряжению.

При с увеличением силы притяжения уменьшаются, и наступает разрыв.

Рис. 11.8.

Рис. 11.9.