Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Механизм Мотта-Набарро

20.04.2019


Этот механизм, который объясняет не только упрочнение при образовании твердых растворов, но и дисперсионное твердение, рассматривает взаимодействие дислокаций с атомами примесей как в случае их беспорядочного распределения, так и при образовании группировок.

При перемещении в твердом растворе дислокация, которую можно представить как натянутую струну, при встрече с атомами примесей (с местами локального изменения межатомных связей) колеблется и выделяет упругую энергию. Упрочнение при образовании такого твердого раствора оказывается пропорциональным величине е4/3с, где е — степень смещения, с — концентрация растворенного элемента.

Напряжение течения, вычисленное по формуле т0=2,5 G*e4/3c, оказалось в хорошем соответствии с экспериментально найденным значением предела текучести ряда твердых растворов на основе меди.

Расстояние между полями напряжений (искаженными объемами, в которых размещены отдельные атомы примесей или их группировки) определяет длину волны, которая вызывает изменение радиуса кривизны движущейся дислокационной линии. Эта длина волны в случае неупорядоченных твердых растворов определяется уравнением Л=ас-1/3, где а — межатомное расстояние.

При наличии скопления атомов растворенных элементов на плоскости скольжения будут наблюдаться сильно искаженные участки, отстоящие друг от друга на расстояния, зависящие от развития процесса дисперсионного твердения. При перемещении дислокация будет изгибаться, огибать эти участки.

Предел текучести должен меняться в зависимости от расстояния между искаженными участками (полями напряжений), имея минимальное значение при беспорядочном расположении атомов примесей, когда расстояние между полями напряжений составляет всего несколько атомных периодов, и дислокация, перемещаясь, остается почти прямолинейной.

Сопротивление деформации сплава, упрочненного дисперсионным твердением, достигает максимума при оптимальном расстоянии между скоплениями, когда кольца дислокаций, образующиеся вокруг скоплений (частиц) при их огибании дислокациями, перекрывают межчастичные расстояния, что определяет эффективное торможение движения дислокаций через кристалл.

Наконец, предел текучести снова падает до минимума, когда скопления (частицы) расположены слишком далеко друг от друга (произошла их коагуляция) и дислокации без существенных затруднений проходят через значительные по величине межчастичные участки кристалла, свободные от тормозящего влияния полей напряжений.

Возможность огибания скоплений (частиц выделения) дислокациями основана на расчете радиуса кривизны r, до которой может быть изогнута дислокация: r=Gb/т, где b — вектор Бюргерса; х — напряжение в дислокационной линии.

Наибольшее упрочнение, как было сказано выше, получается, когда среднее расстояние между скоплениями (частицами) Л=r. В этом случае каждый дислокационный сегмент длиной Л должен преодолевать область между скоплениями (частицами), в которой действуют напряжения, препятствующие его продвижению.

Если напряжение, возникающее в результате образования скопления (частицы), по подсчетам Мотта и Набарро определяется выражением т=Gef, где е — результирующая деформация от образовавшихся скоплений (частиц); f — часть объема сплава, занятая скоплениями атомов примесей, то в случае Л=r в дислокационном сегменте должно возникнуть напряжение т', равное или даже несколько большее т:
Механизм Мотта-Набарро

Для обычных значений, входящих в формулу величин, значение Л составляет 50—100 атомных периодов. Действительно, при таком расстоянии между скоплениями атомов примесей или когерентно связанными с матрицей частицами выделений наблюдается максимальное упрочнение склонных к дисперсионному твердению сплавов.

Таким образом, рассматривая взаимодействие дислокаций с атомами примесей, можно установить, что существует два типа такого взаимодействия: статическое, когда затрудняется начало движения дислокаций в связи с их закреплением, и динамическое, которое возникает уже в ходе самого процесса движения дислокации, встречающей на своем пути атомы примесей или (что много эффективнее) их скопления.

Исходя из этого, применительно к теплой деформации целесообразно рассмотреть случай взаимодействия перемещающихся дислокаций и движущихся атомов примесей.

Если атом растворенного элемента оставляет свое место в результате взаимодействия с дислокацией, то он перескакивает лишь на то место, которое имеет более низкую энергию взаимодействия. Выделяющаяся при этом энергия (рассеиваемая колебаниями решетки) либо возмещается извне, из источника приложения напряжения, либо компенсируется за счет уменьшения кинетической энергии дислокаций.

Так или иначе миграция атомов в процессе скольжения увеличивает напряжение, необходимое для перемещения дислокации с данной скоростью.

Таким образом, при постоянном напряжении перемещение дислокаций замедляется в связи с перескоками атомов. Тогда для дальнейших перескоков имеется больше времени, их вероятность увеличивается, вследствие чего происходит еще большее замедление движения дислокаций и т. д. Начавшееся замедление продолжается до тех пор, пока не перейдет в «медленное» передвижение дислокаций вместе с атмосферой.

Однако возможен и другой случай: если напряжение велико, то дислокация будет перемещаться ускоренно, вероятность перескоков, «не поспевающих» за дислокацией атомов примесей, уменьшается. Это означает, что при таком ускоренном перемещении дислокация теряет на возможных перескоках атомов все меньше и меньше энергии, т. е. будет двигаться как бы независимо от атмосферы, что обеспечивает «быстрое» перемещение дислокаций.

Таким образом, имеется два интервала стабильных скоростей дислокаций — медленный и быстрый, разделенных интервалом, в котором перемещение их нестабильно.

При приложении постоянной нагрузки к реальному металлу вначале должно происходить быстрое движение незакрепленных или слабозакрепленных дислокаций. Затем дальнейшая деформация оказывается весьма малой и становится возможной лишь в результате медленного движения дислокаций, сопровождающегося перескоком атомов в новую позицию к переместившейся дислокации. В конечном итоге деформация (перемещение дислокаций) должна вообще прекратиться.

На рис. 97 дана одна из кривых ползучести цинка, насыщенного азотом (создающим атмосферы внедрения). В точке P (при 45 мин) ползучесть сильно замедляется, и после деформации до точки Q (при 85 мин) прекращается полностью. Чтобы подтвердить положение, что изменение скорости ползучести в точке P вызвано переходом дислокаций из быстрых в медленные, приложенное напряжение увеличивали на различную величину после достижения точки Q. Небольшое увеличение напряжения не вызывало сколько-нибудь заметного пластического течения; течение возобновлялось, лишь когда напряжение возрастало на 10%. Это возобновление течения происходило чрезвычайно резко и продолжалось далее под действием снижающегося напряжения. Такое явление свидетельствует о том, что в ходе процесса деформации к тому времени, когда достигалась точка Q, дислокации в данном материале оказались заблокированными («состаренными»).

В ряде случаев на кривых напряжение — деформация обнаруживаются повторяющиеся пределы текучести; это проявляется при синеломкости малоуглеродистых сталей или как эффект Портвена — Лe Шателье в нежелезных сплавах. Серия ступенек (рис. 98) свидетельствует о том, что напряжение непрерывно колеблется между крайними значениями. По-видимому, перемещение дислокаций тоже изменяется от медленного до быстрого и обратно.

Во время медленной фазы напряжение растет; в конце концов оно становится достаточным для того, чтобы высвободить дислокации, и тогда наступает фаза быстрого пластического течения, распространяющегося по образцу в виде пластической волны. Во время этой фазы напряжение падает, дислокации замедляются, и цикл вновь повторяется. Вследствие повторяющегося ступенчатого характера поднимающейся кривой напряжение — деформация очевидно, что цикл определяется не абсолютным значением напряжения, а значением, относящимся к мгновенному «напряжению течения», которое непрерывно меняется в процессе испытаний.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: