Микромеханизмы пластической деформации

Полосы скольжения являются основополагающим элементом пластического течения аморфных сплавов при доступном в настоящее время уровне разрешения элементов структуры. Это принципиально важно при формулировке теории, призванной описывать негомогенную пластическую деформацию аморфных сплавов.



Для простых схем механических испытаний до разрушения существует теория, из которой можно определить критическое напряжение сдвига т, действующее в единичной полосе сдвига. В предположении идеально пластичного твердого тела критическое напряжение чистого сдвига равно:

где Г — энергия разрыва; t — толщина пластины.

Следуя Ривлину и Томасу, энергию разрыва (энергию разрушения, проходящуюся на единицу площади) для распространения сдвиговой трещины можно определить как:

где F — сила разрыва. Основное противоречие между решениями уравнений (11.10) и (11.11) заключается в особенности зависимости энергии разрыва от толщины: в уравнении (11.10) Г пропорционально t, а в уравнении (11.11) I' не зависит от t. Заметьте, что предел сдвиговой текучести при разрыве может быть определен только с помощью независимых параметров толщины пластины и

силы разрыва, что предусматривает использование в уравнении изгиба модуля Юнга.

На рис. 11.20 отложена энергия разрыва для аморфного сплава Pd80Si20 в зависимости от толщины пластины. Видно, что энергия пропорциональна толщине ленты, как и предусматривает уравнение (11.10). Визуальным подтверждением наличия пластической зоны является простая полоса скольжения, распространяющаяся в плоскости максимального сдвигового напряжения, которая компланарна трещине и предотвращает ее ветвление. С помощью уравнения (11.10) из наклона прямой на рис. 11.20 было получено значение критического напряжения сдвига для аморфного сплава Pd80Si20, равное 1,0 ГПа, а далее в предположении справедливости критерия Мизеса для одноосной деформации — 1,73 ГПа. Эта величина удовлетворительно соответствует той, которая была получена для сплава Pd80Si20 с использованием жесткой машины (1,65 ГПа). Почти эквивалентные величины для микроскопического критического напряжения сдвига, действующего в единичной полосе скольжения, и для макроскопического предела текучести доказывают, что негомогенность течения является следствием идеально упругопластической природы аморфного состояния.



Пластическая деформация в условиях многоосного напряженного состояния (вытяжка, прокатка, изгиб образца с V-образным надрезом) происходит путем грубого течения, демонстрирующего пересечение и разветвление полос скольжения, в то время как пластическая деформация в случае одноосного напряженного состояния происходит путем сильно локализованного сдвига (т. е. по единичной плоскости скольжения), хотя значение макроскопического предела текучести при всем при этом практически одинаково. На рис. 11.21 показаны кривые напряжение — деформация образцов аморфного сплава Pd77,5Cu6Si16,5 в виде проволоки, подвергнутых и не подвергнутых предварительной вытяжке. Обжатие по площади R0 составило 0% (1), 26% (2) и 44% (3). Значения напряжения разрушения проволоки, подвергшейся волочению, увеличиваются незначительно (на 7%) по сравнению с исходным значением, а макроскопическое удлинение до разрушения заметно возрастает.

Рассмотрим механизм грубого скольжения и кажущегося деформационного упрочнения. Физическое, внутреннее присущее материалу деформационное упрочнение не подходит для объяснения этого явления, поскольку индивидуальные акты пластического течения имеют идеально пластическую природу и не сопровождаются деформационным упрочнением. Пересечение полос скольжения тормозит дальнейшее проскальзывание по предварительно сформировавшейся полосе скольжения, и последующая деформация предусматривает зарождение и развитие новых полос скольжения вслед за образовавшимися полосами скольжения в недеформированной аморфной матрице. Плотность подвижных полос скольжения может возрастать только с повышением приложенного напряжения. Предварительно существовавшие плоскости скольжения стремятся реализовать сдвиг при более низких приложенных напряжениях, не доходящих до макроскопического предела текучести; возрастание плотности таких уже имевшихся плоскостей сдвига объясняет возрастание удлинения в случае проволочных образцов, подвергшихся предварительному волочению.