Главная


Необычные свойства обычных металлов




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 22 ... 66 ... 110 ... 154 ... 193
44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87


скачать книгу Необычные свойства обычных металлов




с 25—30 % марганца обладает огромным внутренним трением. Его так и называют — «немой сплав», он совсем не звучит, так как в первых же нескольких циклах колебания практически полностью гасятся из-за действия особых внутренних источников рассеяния энергии, о ко­торых мы поговорим позже.
...
Более дешевым материалом с меньшим, но достаточно высоким внутренним трением, является чугун. Станины крупных станков и кузнечных молотов отливают из чу­гуна, в частности, по этой причине. Если бы материал станин плохо поглощал звук, в цехах стоял бы невообра­зимый шум, которого не вынесли бы даже тренированные уши звонаря.
...
В случае рассмотренного теплового релаксационного процесса время релаксации определяется теплопровод­ностью материала и некоторыми другими его физически­ми свойствами. Допустим, что частота колебаний будет очень высокая (а ее мы можем регулировать, меняя, на-
...
с 25—30 % марганца обладает огромным внутренним трением. Его так и называют — «немой сплав», он совсем не звучит, так как в первых же нескольких циклах колебания практически полностью гасятся из-за действия особых внутренних источников рассеяния энергии, о ко­торых мы поговорим позже.
...
Более дешевым материалом с меньшим, но достаточно высоким внутренним трением, является чугун. Станины крупных станков и кузнечных молотов отливают из чу­гуна, в частности, по этой причине. Если бы материал станин плохо поглощал звук, в цехах стоял бы невообра­зимый шум, которого не вынесли бы даже тренированные уши звонаря.
...
В случае рассмотренного теплового релаксационного процесса время релаксации определяется теплопровод­ностью материала и некоторыми другими его физически­ми свойствами. Допустим, что частота колебаний будет очень высокая (а ее мы можем регулировать, меняя, на-
...
с 25—30 % марганца обладает огромным внутренним трением. Его так и называют — «немой сплав», он совсем не звучит, так как в первых же нескольких циклах колебания практически полностью гасятся из-за действия особых внутренних источников рассеяния энергии, о ко­торых мы поговорим позже.
...
Более дешевым материалом с меньшим, но достаточно высоким внутренним трением, является чугун. Станины крупных станков и кузнечных молотов отливают из чу­гуна, в частности, по этой причине. Если бы материал станин плохо поглощал звук, в цехах стоял бы невообра­зимый шум, которого не вынесли бы даже тренированные уши звонаря.
...
пример, длину свободной части линейки —так скрипач! регулирует высоту звука, меняя свободную длину стру-| ны). Тогда за время одного полуцикла колебаний еще не] успеет начаться процесс выравнивания температуры,! как напряжение уже поменяет знак. В каждый данный момент связь между напряжением и деформацией будет! определяться нерелаксированным модулем Е„
...
Наоборот, если частота колебаний очень низка, в ходе нагружения, разгрузки и в другом полуцикле все время будет успевать устанавливаться тепловое равновесие, и мы получим прямую с наклоном а2. Внутреннего трения снова нет.
...
Отсюда понятно, что внутреннее трение как функция частоты колебаний будет нарастать, достигать максимума и затем спадать (рис. 25). Максимальное внутреннее трение возникает тогда, когда время одного цикла будет
...
пример, длину свободной части линейки —так скрипач! регулирует высоту звука, меняя свободную длину стру-| ны). Тогда за время одного полуцикла колебаний еще не] успеет начаться процесс выравнивания температуры,! как напряжение уже поменяет знак. В каждый данный момент связь между напряжением и деформацией будет! определяться нерелаксированным модулем Е„
...
Наоборот, если частота колебаний очень низка, в ходе нагружения, разгрузки и в другом полуцикле все время будет успевать устанавливаться тепловое равновесие, и мы получим прямую с наклоном а2. Внутреннего трения снова нет.
...
Отсюда понятно, что внутреннее трение как функция частоты колебаний будет нарастать, достигать максимума и затем спадать (рис. 25). Максимальное внутреннее трение возникает тогда, когда время одного цикла будет
...
Таким образом, максимальному затуханию соответ­ствует условие со/5 = cotp = 1, где со — частота коле­баний, тр — время релаксации.
...
С одной стороны, это уточняет требования к мате­риалу колоколов и других звучащих изделий. Для них о известна — это собственная частота колебаний, кото­рая зависит от свойств материала (модуля Юнга, плот­ности) и от геометрии изделия. Значит, надо блокиро­вать не все источники релаксации, а лишь те, для кото­рых Тр
...
С другой стороны, внутреннее трение сравнительно легко определяется экспериментально методом измере­ния скорости затухания свободных колебаний и неко­торыми другими способами в диапазоне частот от сколь угодно низких до мегагерцевых (миллионы циклов в се­кунду). Это дает в руки физиков мощный инструмент исследования разнообразных внутренних процессов в ме­таллах. Об одном интересном примере мы расскажем в следующем параграфе.
...
Проблема диффузии — это одна из ключе­вых проблем физики твердого тела. Движущей силой диффузии обычно является различие концентраций ра­створенного вещества в разных объемах тела. Например, если в железе растворен углерод и в каких-то участках концентрация его атомов больше, чем в других, то атомы углерода будут двигаться в том направлении, где их меньше. Кристаллическая решетка большей части ме­таллов соответствует одному из трех типов, показан­ных на рис. 26 упаковки ионов (шаров): гранецентриро-ванная кубическая (рис. 26, а),
...
При комнатной температуре железо существует в своей a-модификации и имеет решетку третьего типа. Атомы углерода располагаются в межузлиях решетки основного компонента, внедряются в промежутки между его атомами. Это, между прочим, не так легко, поскольку атомы металла плотно прилегают друг к другу. Напри-
...
мер, в пору, соответствующую позиции в центре ребра куба, можно вписать шар радиуса 0,02 нм, так что даже маленький атом углерода не помещается в ней. Он с тру­дом «втискивается» на свое место и вызывает искажения в решетке, раздвигая соседние атомы железа.
...
В процессе диффузии атом углерода совершает «ска­чок» из того межузлия решетки железа, которое он за­нимает, в соседнее, такое же межузлие, затем в следую­щее и т. д. Каждый раз он с трудом «протискивается»! между плотно прилегающими друг к другу атомами! растворителя, прежде чем окажется в соседней позиции! внедрения, где ему тоже тесно, но все же «терпимо».
...
Для того чтобы диффундирующему атому совершить| скачок, он должен обладать избыточной энергией (суще­ствует как бы некоторый энергетический барьер, кото­рый нужно преодолеть). Высота этого барьера и есть! так называемая энергия активации диффузии Чем! выше температура, тем интенсивнее тепловые колебания] атомов и тем легче преодолевается барьер.
...
мер, в пору, соответствующую позиции в центре ребра куба, можно вписать шар радиуса 0,02 нм, так что даже маленький атом углерода не помещается в ней. Он с тру­дом «втискивается» на свое место и вызывает искажения в решетке, раздвигая соседние атомы железа.
...
В процессе диффузии атом углерода совершает «ска­чок» из того межузлия решетки железа, которое он за­нимает, в соседнее, такое же межузлие, затем в следую­щее и т. д. Каждый раз он с трудом «протискивается»! между плотно прилегающими друг к другу атомами! растворителя, прежде чем окажется в соседней позиции! внедрения, где ему тоже тесно, но все же «терпимо».
...
Для того чтобы диффундирующему атому совершить| скачок, он должен обладать избыточной энергией (суще­ствует как бы некоторый энергетический барьер, кото­рый нужно преодолеть). Высота этого барьера и есть! так называемая энергия активации диффузии Чем! выше температура, тем интенсивнее тепловые колебания] атомов и тем легче преодолевается барьер.
...
изотоп) наносят на поверхность металла, затем нагре­вают и длительное время выдерживают образец при вы­сокой температуре, чтобы получить достаточно толстый слой металла со сравнительно большой концентрацией Диффундирующего вещества (хотя бы около 100 мкм — чтобы можно было хорошо видеть этот слой в микроскопе и точно измерить его).
...
Тогда, зная диффузионный путь и время отжига, этим методом можно измерить коэффициент Ь с достаточ­ной точностью. А как быть, если нужно знать коэффи-
...
*) В книге Б. С. Бокштейна «Атомы блуждают по кристаллу» (М.: Наука, 1983. Библиотечка «Квант», вып. 28) детально рассмот­рена проблема диффузии в твердых телах и убедительно показана Необходимость определения параметров диффузии.
...
изотоп) наносят на поверхность металла, затем нагре­вают и длительное время выдерживают образец при вы­сокой температуре, чтобы получить достаточно толстый слой металла со сравнительно большой концентрацией Диффундирующего вещества (хотя бы около 100 мкм — чтобы можно было хорошо видеть этот слой в микроскопе и точно измерить его).
...
Тогда, зная диффузионный путь и время отжига, этим методом можно измерить коэффициент Ь с достаточ­ной точностью. А как быть, если нужно знать коэффи-
...
*) В книге Б. С. Бокштейна «Атомы блуждают по кристаллу» (М.: Наука, 1983. Библиотечка «Квант», вып. 28) детально рассмот­рена проблема диффузии в твердых телах и убедительно показана Необходимость определения параметров диффузии.
...
пиент диффузии при невысоких температурах, когда для получения такого слоя требуются месяцы? Здесь нет никакого преувеличения. Например, коэффициент диф­фузии углерода в железе при комнатной температуре порядка 1Сг17 см2/с, и перемещение атома углерода всего на одно межатомное расстояние требует уже нескольких секунд. А при температуре 900—950 °С насыщение пои верхности железа углеродом на глубину 1 мм (это очень распространенный в технике процесс — цементация) про­исходит за несколько часов. Понятно, что все дело в ве­личине коэффициента диффузии, который при 900 °С составляет примерно 10"' см2/с, т. е. на 10 порядков больше, чем при комнатной температуре (экспонента!). Скорость диффузии при этом увеличивается, соответ­ственно, на 5 порядков.
...
Между тем параметры диффузии при низких темпера-1 турах знать очень нужно. В частности, в железе и стали! уже при комнатной температуре идут важные структур­ные изменения, связанные с перемещениями атомов угле­рода на небольшие расстояния. Так как же быть? На| помощь приходит уравнение Аррениуса. Поскольку О0\
...
Справедливость уравнения Аррениуса многократно проверена экспериментально, но ведь все эти эксперимен­ты проведены в области достаточно высоких температур. i
...
пиент диффузии при невысоких температурах, когда для получения такого слоя требуются месяцы? Здесь нет никакого преувеличения. Например, коэффициент диф­фузии углерода в железе при комнатной температуре порядка 1Сг17 см2/с, и перемещение атома углерода всего на одно межатомное расстояние требует уже нескольких секунд. А при температуре 900—950 °С насыщение пои верхности железа углеродом на глубину 1 мм (это очень распространенный в технике процесс — цементация) про­исходит за несколько часов. Понятно, что все дело в ве­личине коэффициента диффузии, который при 900 °С составляет примерно 10"' см2/с, т. е. на 10 порядков больше, чем при комнатной температуре (экспонента!). Скорость диффузии при этом увеличивается, соответ­ственно, на 5 порядков.
...
Между тем параметры диффузии при низких темпера-1 турах знать очень нужно. В частности, в железе и стали! уже при комнатной температуре идут важные структур­ные изменения, связанные с перемещениями атомов угле­рода на небольшие расстояния. Так как же быть? На| помощь приходит уравнение Аррениуса. Поскольку О0\
...
диффузии практически нет (точнее, когда она идет крайне медленно)? Здесь как раз и скажет свое веское слово метод измерения внутреннего трения.
...
атомами железа и вынуждены раздвигать их. Особенно сильно смещаются из нормальных положений два бли­жайших атома железа, расположенные по краям того ребра, центр которого занял атом углерода. Изобразим элементарную ячейку а-железа утрированно (рис. 28, а),
...
диффузии практически нет (точнее, когда она идет крайне медленно)? Здесь как раз и скажет свое веское слово метод измерения внутреннего трения.
...
атомами железа и вынуждены раздвигать их. Особенно сильно смещаются из нормальных положений два бли­жайших атома железа, расположенные по краям того ребра, центр которого занял атом углерода. Изобразим элементарную ячейку а-железа утрированно (рис. 28, а),
...
Поскольку атомы углерода вызывают сильные иска­жения в решетке а-железа, в силу известного уже нам принципа Ле Шателье, оно не любит растворять углерод. При комнатной температуре предельная растворимость углерода в а-железе измеряется тысячными долями про­цента, так что один его атом приходится на несколько тысяч ячеек. Искажения быстро убывают по мере уда­ления от занятой атомом углерода ячейки, поэтому ре­шетка в целом остается кубической. Кроме того, у атомов углерода нет никаких причин предпочитать ось 1
...
Но такие же скачки из одного ребра в другое атомы углерода совершают и при их диффузионном перемеще­нии в решетке. Скорость скачка определяется диффу­зионной подвижностью атомов при данной температуре. Имеется простое соотношение между коэффициентом диффузии и временем скачка т в решетке с длиной реб-
...
Поскольку атомы углерода вызывают сильные иска­жения в решетке а-железа, в силу известного уже нам принципа Ле Шателье, оно не любит растворять углерод. При комнатной температуре предельная растворимость углерода в а-железе измеряется тысячными долями про­цента, так что один его атом приходится на несколько тысяч ячеек. Искажения быстро убывают по мере уда­ления от занятой атомом углерода ячейки, поэтому ре­шетка в целом остается кубической. Кроме того, у атомов углерода нет никаких причин предпочитать ось 1
...
Вот мы и получили типичный релаксационный про­цесс, вызывающий внутреннее трение. Будем циклически изменять нагрузку, приложенную вдоль оси 1
...
При слишком низких частотах все перескоки будут успевать следовать за изменяющимся напряжением. В ходе нагружения атомы успевают занять вертикальные ребра, в ходе разгрузки — перескочить обратно и создать первоначальное беспорядочное распределение по трем осям. Когда внешнее напряжение начнет сжимать кри­сталл вдоль оси 1,
...
Как мы уже знаем, в этих двух крайних случаях внутреннего трения нет. Оно достигнет максимума при частоте колебаний, отвечающей условию сотр = 1, при­чем тр здесь близко по величине к х — времени диффу­зионного скачка. Ведь не так уж важно, что именно яв­ляется движущей силой скачков — различие в концент­рации атомов углерода в разных местах, как при обычной диффузии, или периодически изменяющееся внешнее напряжение, как в нашем примере.
...
по своему усмотрению изменять и частоту колебаний, и температуру образца. Это дает возможность найти энергию активации того диффузионного процесса, кото­рый нас интересует. Например, при температуре 7\, согласно уравнению Аррениуса, коэффициент диффу­зии равен Ох,
...
Вот мы и закончили самый, пожалуй, скучный раздел книги. Дальше, как мы рассчитываем, дело пойдет ве­селее. В «Записных книжках» написано: «Вы даже не представляете себе, каким я могу быть скучным и нуд­ным». Если читатель улыбнется этой ильфовской шутке, то авторы могут себя поздравить. Если же скажет: «Вот именно», то они должны себе посочувствовать.
...
Вообще говоря, это — вопрос вкуса или темперамента. Есть очень впечатлительные люди, склон­ные к самым сильным терминам, а есть такие, которые ничему не удивляются. Все же существуют более или менее общепринятые нормы и в этом вопросе. Если чело­век в состоянии одолеть себе подобного в поединке, то это — обычный человек, если двоих-троих, то это очень сильный и ловкий человек, вероятно, владеющий прие­мами каратэ. Если же, как это часто бывает в кино­фильмах, один одолевает несколько десятков, то это уже супермен, сверхчеловек.
...
Конечно, когда жидкий гелий течет, не имея вязко­сти, или когда электросопротивление металла стано­вится равным нулю, термины «сверхтекучесть» и «сверх­проводимость» выглядят, пожалуй, даже слишком скром­ными. Если медь имеет предельную упругую деформацию только 0,1 %, а закаленная сталь — около 0,5 %
...
по своему усмотрению изменять и частоту колебаний, и температуру образца. Это дает возможность найти энергию активации того диффузионного процесса, кото­рый нас интересует. Например, при температуре 7\, согласно уравнению Аррениуса, коэффициент диффу­зии равен Ох,
...
гая деформация составляет 10 % и более, т. е. в 20— 100 раз превышает норму, то вряд ли кто-нибудь возра­зит против термина «сверхупругость».
...
Чтобы понять внутренние причины проявления сверх­упругости, надо заглянуть в гл. 4. А можно вместе с нами вначале рассмотреть внешнюю сторону этого интерес­ного явления и те практические следствия, которые оно имеет, а затем уже заняться анализом причин.
...
Случалось ли вам видеть, как из проволоки делают пружину? Берут оправку ■— цилиндрической фор­мы пруток соответствующего диаметра, один конец ее зажимают в патроне токарного станка, и тем самым заставляют ее вращаться. Затем по копиру, с определен­ным шагом наматывают проволоку на оправку. Готовая пружина легко снимается с оправки, так как диаметр пружины увеличивается, после того как освобождаются ее концы — ведь упругая часть деформации при раз­грузке исчезает. Значит, чтобы получить цилиндрическую пружину заданного внутреннего диаметра, надо брать оправку несколько меньшего диаметра, делая поправку на упругую «отдачу».
...
гая деформация составляет 10 % и более, т. е. в 20— 100 раз превышает норму, то вряд ли кто-нибудь возра­зит против термина «сверхупругость».
...
Чтобы понять внутренние причины проявления сверх­упругости, надо заглянуть в гл. 4. А можно вместе с нами вначале рассмотреть внешнюю сторону этого интерес­ного явления и те практические следствия, которые оно имеет, а затем уже заняться анализом причин.
...
Случалось ли вам видеть, как из проволоки делают пружину? Берут оправку ■— цилиндрической фор­мы пруток соответствующего диаметра, один конец ее зажимают в патроне токарного станка, и тем самым заставляют ее вращаться. Затем по копиру, с определен­ным шагом наматывают проволоку на оправку. Готовая пружина легко снимается с оправки, так как диаметр пружины увеличивается, после того как освобождаются ее концы — ведь упругая часть деформации при раз­грузке исчезает. Значит, чтобы получить цилиндрическую пружину заданного внутреннего диаметра, надо брать оправку несколько меньшего диаметра, делая поправку на упругую «отдачу».
...
Навивая пружину, мы, конечно, заходим довольно далеко в пластическую область диаграммы деформации, развиваем напряжение, превышающее оупр, поэтому и получаем резкое изменение формы первоначально пря­мой проволоки. Упругая «отдача» — это проявление остатков памяти, слабые воспоминания металла о его исходной форме. Как рассчитать диаметр оправки, мы уже знаем (см. с. 32). Например, если мы хотим свить пружину диаметром 250 мм из миллиметровой медной проволоки, то надо брать оправку диаметром 200 мм *). Если же намотать на ту же оправку пруток диаметром 20 мм, то деформация наружных волокон составит 10 % и «отдача» будет очень мала, так как упругая деформация в этом случае в 100 раз меньше пластической. Итак, если проволоку какого-либо диаметра наматывать на оправку в 10 раз большего диаметра, то внутренняя по­верхность пружины после разгрузки будет довольно близко примыкать к наружной поверхности оправки.
...
Специалисты-пружинщики все эти расчеты проделы­вают машинально, в уме. Большой опыт позволяет им «на глаз» определять, какая пружина получится из ка­кой проволоки на данной оправке. Можно представить себе их изумление, когда им показали навитую по всем правилам пружину с соотношением диаметров проволоки и оправки 1 : 10, которая полностью «развилась», как только отпустили ее концы. Проволока вновь сделалась прямой!
...
Ситуация выглядит довольно странно. Вроде бы нас убедили в том, что предельная упругая деформация — доли процента, что эту цифру, как два стража, охраняют, с одной стороны, пластическая деформация, с другой — разрушение. Мы уже говорили и еще вернемся к этому вопросу в гл. 5, что есть особые кристаллы — усы, ко­торые можно деформировать упруго на 3—5 %, но 10 % — это чересчур. И все же «если очень хочется, то можно»! Нашлись такие материалы. Правда, механизм явления здесь принципиально отличается от механизма обычной упругой деформации, но об этом позже.
...
*) На самом деле пружина и кольцо — это не полностью ана­логичные в механическом смысле детали и расчет оправки для пру­жины несколько сложнее, но принцип здесь, конечно, один и тот же.
...
Навивая пружину, мы, конечно, заходим довольно далеко в пластическую область диаграммы деформации, развиваем напряжение, превышающее оупр, поэтому и получаем резкое изменение формы первоначально пря­мой проволоки. Упругая «отдача» — это проявление остатков памяти, слабые воспоминания металла о его исходной форме. Как рассчитать диаметр оправки, мы уже знаем (см. с. 32). Например, если мы хотим свить пружину диаметром 250 мм из миллиметровой медной проволоки, то надо брать оправку диаметром 200 мм *). Если же намотать на ту же оправку пруток диаметром 20 мм, то деформация наружных волокон составит 10 % и «отдача» будет очень мала, так как упругая деформация в этом случае в 100 раз меньше пластической. Итак, если проволоку какого-либо диаметра наматывать на оправку в 10 раз большего диаметра, то внутренняя по­верхность пружины после разгрузки будет довольно близко примыкать к наружной поверхности оправки.
...
Специалисты-пружинщики все эти расчеты проделы­вают машинально, в уме. Большой опыт позволяет им «на глаз» определять, какая пружина получится из ка­кой проволоки на данной оправке. Можно представить себе их изумление, когда им показали навитую по всем правилам пружину с соотношением диаметров проволоки и оправки 1 : 10, которая полностью «развилась», как только отпустили ее концы. Проволока вновь сделалась прямой!
...
Ситуация выглядит довольно странно. Вроде бы нас убедили в том, что предельная упругая деформация — доли процента, что эту цифру, как два стража, охраняют, с одной стороны, пластическая деформация, с другой — разрушение. Мы уже говорили и еще вернемся к этому вопросу в гл. 5, что есть особые кристаллы — усы, ко­торые можно деформировать упруго на 3—5 %, но 10 % — это чересчур. И все же «если очень хочется, то можно»! Нашлись такие материалы. Правда, механизм явления здесь принципиально отличается от механизма обычной упругой деформации, но об этом позже.
...
*) На самом деле пружина и кольцо — это не полностью ана­логичные в механическом смысле детали и расчет оправки для пру­жины несколько сложнее, но принцип здесь, конечно, один и тот же.
...
Навивая пружину, мы, конечно, заходим довольно далеко в пластическую область диаграммы деформации, развиваем напряжение, превышающее оупр, поэтому и получаем резкое изменение формы первоначально пря­мой проволоки. Упругая «отдача» — это проявление остатков памяти, слабые воспоминания металла о его исходной форме. Как рассчитать диаметр оправки, мы уже знаем (см. с. 32). Например, если мы хотим свить пружину диаметром 250 мм из миллиметровой медной проволоки, то надо брать оправку диаметром 200 мм *). Если же намотать на ту же оправку пруток диаметром 20 мм, то деформация наружных волокон составит 10 % и «отдача» будет очень мала, так как упругая деформация в этом случае в 100 раз меньше пластической. Итак, если проволоку какого-либо диаметра наматывать на оправку в 10 раз большего диаметра, то внутренняя по­верхность пружины после разгрузки будет довольно близко примыкать к наружной поверхности оправки.
...
*) На самом деле пружина и кольцо — это не полностью ана­логичные в механическом смысле детали и расчет оправки для пру­жины несколько сложнее, но принцип здесь, конечно, один и тот же.
...
Заманчивые перспективы открывает ис­пользование сверхупругих сплавов в технике. Не рас­сматривая этот вопрос детально, мы остановимся лишь на трех принципиально важных обстоятельствах.
...
Во-первых, задумаемся, почему остановились наши наручные часы, если мы забыли их завести. Все ясно — «кончился завод». А что значит «кончился завод»? Это значит полностью разгрузилась заводная пружина, она исчерпала весь свой запас упругой энергии. А почему нельзя увеличить этот запас?
...
Энергия упругой деформации единицы объема, как мы знаем, равна а = ое/2. Путь, связанный с увеличе­нием объема пружины, обсуждать не будем — это по­ведет к росту габаритов часов и другим неудобствам. Может быть увеличить напряжение, туже затягивать пружину? Но нас сдерживает величина аупр. Больше грузить нельзя, будут появляться остаточные деформа­ции с вытекающими отсюда последствиями. Тогда нельзя ли увеличить деформацию? Но в упругой области а и е связаны законом Гука и любое увеличение е повлечет рост а. Вот мы и оказались в тупике, выхода нет. При­ходится раз в сутки заводить часы.
...
Теперь изготовим заводную пружину из сверхупру­гого материала и рассчитаем ее так, чтобы при полном заводе в ней развивалось напряжение, соответствующее точке А'
...
Второе обстоятельство по сути дела является одним из аспектов первого. Рассмотрим его снова на примере пружины. Всем известно, что пружины постепенно «са­дятся», частично утрачивают свои функции. Часто при-
...
Заманчивые перспективы открывает ис­пользование сверхупругих сплавов в технике. Не рас­сматривая этот вопрос детально, мы остановимся лишь на трех принципиально важных обстоятельствах.
...
Во-первых, задумаемся, почему остановились наши наручные часы, если мы забыли их завести. Все ясно — «кончился завод». А что значит «кончился завод»? Это значит полностью разгрузилась заводная пружина, она исчерпала весь свой запас упругой энергии. А почему нельзя увеличить этот запас?
...
Энергия упругой деформации единицы объема, как мы знаем, равна а = ое/2. Путь, связанный с увеличе­нием объема пружины, обсуждать не будем — это по­ведет к росту габаритов часов и другим неудобствам. Может быть увеличить напряжение, туже затягивать пружину? Но нас сдерживает величина аупр. Больше грузить нельзя, будут появляться остаточные деформа­ции с вытекающими отсюда последствиями. Тогда нельзя ли увеличить деформацию? Но в упругой области а и е связаны законом Гука и любое увеличение е повлечет рост а. Вот мы и оказались в тупике, выхода нет. При­ходится раз в сутки заводить часы.
...
чиной этого являются внутренние процессы релаксации, протекающие в материале самой пружины. Но нередко возникает и другая ситуация — пружина слабеет из-за изменения размеров соединенной с ней детали, которое
...
происходит под действием самой пружины. Это может сильно осложнить решение некоторых конкретных за­дач. Вот пример из области медицины, к которому мы еще вернемся (см. рис. 69).
...
Для лечения такой травмы, как перелом челюсти, применяют скобку-пружинку, которую натягивают и вставляют в два отверстия, высверленных в кости по обе стороны от места перелома. Под давлением пружинки сращивание кости происходит гораздо быстрее, чем в свободном состоянии, но по мере сращивания концы пружинки сближаются, ее деформация уменьшается и оказываемое ею давление на кость снижается по закону Гука. Так происходит с любой «нормальной» пружи­ной — изменение ее силовой характеристики следует линии АО
...
чиной этого являются внутренние процессы релаксации, протекающие в материале самой пружины. Но нередко возникает и другая ситуация — пружина слабеет из-за изменения размеров соединенной с ней детали, которое
...
происходит под действием самой пружины. Это может сильно осложнить решение некоторых конкретных за­дач. Вот пример из области медицины, к которому мы еще вернемся (см. рис. 69).
...
Для лечения такой травмы, как перелом челюсти, применяют скобку-пружинку, которую натягивают и вставляют в два отверстия, высверленных в кости по обе стороны от места перелома. Под давлением пружинки сращивание кости происходит гораздо быстрее, чем в свободном состоянии, но по мере сращивания концы пружинки сближаются, ее деформация уменьшается и оказываемое ею давление на кость снижается по закону Гука. Так происходит с любой «нормальной» пружи­ной — изменение ее силовой характеристики следует линии АО
...
шом перемещении усилие остается практически неизмен^ ным, что и нужно для решения данной задачи. Этот метод уже используется в нашей стране и, между про­чим, дает солидный экономический эффект: больной бюл­летенит одну неделю вместо обычных трех.
...
Много подобных задач возникает и в технике, когд требуется обеспечить постоянное усилие прижатия одно' детали к другой. Сверхупругие сплавы с успехом исполь­зуются, например, для изготовления микрозондов, кон] тролирующих параметры интегральных схем в электрон­ной технике. При контроле с помощью такого микрозонда обеспечивается постоянство электросопротивления кои[ тактной площадки и, следовательно, высокая точносг измерений.
...
И, наконец, снова о «говорящих» и «немых» сплавах. Есть сверхупругие сплавы, у которых линия разгрузи располагается заметно ниже линии нагрузки, как пока­зано пунктиром на рис. 30. Вспомним, что внутренн трение определяется площадью петли на диаграмме а— е; видно, что названная ранее цифра (внутреннее трени" порядка 10 %) — не предел для сверхупругих сплавов. Если возбудить колебания в сверхупругом сплаве с та кой исходной амплитудой деформации, которая уж выходит на сверхупругий участок А А' диаграммы, т они будут затухать с чрезвычайно большой скоростью.1
...
шом перемещении усилие остается практически неизмен^ ным, что и нужно для решения данной задачи. Этот метод уже используется в нашей стране и, между про­чим, дает солидный экономический эффект: больной бюл­летенит одну неделю вместо обычных трех.
...
Много подобных задач возникает и в технике, когд требуется обеспечить постоянное усилие прижатия одно' детали к другой. Сверхупругие сплавы с успехом исполь­зуются, например, для изготовления микрозондов, кон] тролирующих параметры интегральных схем в электрон­ной технике. При контроле с помощью такого микрозонда обеспечивается постоянство электросопротивления кои[ тактной площадки и, следовательно, высокая точносг измерений.
...
И, наконец, снова о «говорящих» и «немых» сплавах. Есть сверхупругие сплавы, у которых линия разгрузи располагается заметно ниже линии нагрузки, как пока­зано пунктиром на рис. 30. Вспомним, что внутренн трение определяется площадью петли на диаграмме а— е; видно, что названная ранее цифра (внутреннее трени" порядка 10 %) — не предел для сверхупругих сплавов. Если возбудить колебания в сверхупругом сплаве с та кой исходной амплитудой деформации, которая уж выходит на сверхупругий участок А А' диаграммы, т они будут затухать с чрезвычайно большой скоростью.1
...
шом перемещении усилие остается практически неизмен^ ным, что и нужно для решения данной задачи. Этот метод уже используется в нашей стране и, между про­чим, дает солидный экономический эффект: больной бюл­летенит одну неделю вместо обычных трех.
...
Много подобных задач возникает и в технике, когд требуется обеспечить постоянное усилие прижатия одно' детали к другой. Сверхупругие сплавы с успехом исполь­зуются, например, для изготовления микрозондов, кон] тролирующих параметры интегральных схем в электрон­ной технике. При контроле с помощью такого микрозонда обеспечивается постоянство электросопротивления кои[ тактной площадки и, следовательно, высокая точносг измерений.
...
И, наконец, снова о «говорящих» и «немых» сплавах. Есть сверхупругие сплавы, у которых линия разгрузи располагается заметно ниже линии нагрузки, как пока­зано пунктиром на рис. 30. Вспомним, что внутренн трение определяется площадью петли на диаграмме а— е; видно, что названная ранее цифра (внутреннее трени" порядка 10 %) — не предел для сверхупругих сплавов. Если возбудить колебания в сверхупругом сплаве с та кой исходной амплитудой деформации, которая уж выходит на сверхупругий участок А А' диаграммы, т они будут затухать с чрезвычайно большой скоростью.1
...
Продолжим свой путь вдоль линии с(е) (рис. 13) и рискнем зайти за точку Л диаграммы дефор­мации. Мы попадаем во владения Пластичности—одного из важнейших свойств металлических материалов. Это свойство металлов —■ давать значительные остаточные деформации без разрушения или практически полностью забывать свою исходную форму и легко принимать но­вую— имеет огромное значение для техники. Ломоно­совское определение — металл есть светлое тело, кото­рое ковать можно, — основано именно на этом свойстве. Оно настолько важно, что издавна и до сих пор симво­лом рабочих профессий остается молот, т. е. инструмент, которым «ковать можно».
...
Но дело не только в способности металлов изменять форму. Это всего лишь одна, так сказать технологиче­ская, сторона пластичности. Другая ее сторона во многих случаях еще важнее: пластичность является врагом раз­рушения, а значит союзником металла в его борьбе с внешними нагрузками. Здесь речь идет уже о взаимо­отношениях металла с различными воздействиями не в процессе изготовления деталей, а в процессе их службы. В
...
Мы уже рассматривали три основных типа кристаллической решетки металлов. Взаимное располо­жение атомов в этих решетках можно представить как Упаковку биллиардных шаров (рис. 26). Предельная плотность упаковки достигается, когда каждый шар окру­жен в пространстве 12 такими же шарами. Этому случаю
...
соответствуют гранецентрированные кубические и гекс тональные плотноупакованные решетки. В этих решет! ках коэффициент заполнения объема атомами равен 0,7' и только 26 % объема приходится на долю пор межд атомами. Третий распространенный тип решетки метал лов, с которым мы уже знакомы, — объемноцентрирсв ванная кубическая. Коэффициент заполнения объем; у металлов с такой решеткой несколько меньше — 0,681 но это не означает, что больше размеры пустот межд атомами. Наоборот, несложные геометрические вычисле1 ния показывают, что размеры пор в этой решетке меньше чем в решетках с предельно плотной упаковкой, прост] самих этих пор — больше.
...
Если мы разрежем кристалл с плотноупакованно! решеткой по плоскости с наиболее тесной укладкой атд мов, то получится картина, изображенная на рис. За Теперь приложим пару внешних сил так, как показана на рисунке. Это вызовет появление касательных напряЩ жений т, которые стремятся сдвинуть один атомны слой относительно соседнего.
...
Такой способ пластической деформации называете)) скольжением — слои кристалла сдвигаются, скользя по другим. Воображаемые плоскости, разделяющие эт| слои, называют плоскостями скольжения. Обычно в скол жении участвуют плоскости с наиболее плотной уп ковкой атомов, поскольку расстояния между ними в кри| сталлах максимальны и поэтому их легче сдвигать одн; по другой. Расстояние от плоскости, в которой ато тесно прилегают друг к другу, до следующей такой ж плоскости близко к диаметру атома. Если же мы выбер< другую плоскость, в которой атомы расположены реж] (пара таких плоскостей показана на рис. 32 пунктиром" то расстояние от нее до следующей такой же будет замі но меньше. Взаимное смещение (скольжение) таких плі скостей требует больших усилий, вызывает большие на рушения правильного атомного строения кристалл; в зоне сдвига, чем скольжение вдоль плоскостей пло' ной упаковки.
...
Как мы установили в гл. 1, касательные напряжени возникают и при растяжении (и при других способа деформирования). Вызванные ими сдвиги обеспечива удлинение стержня в направлении растягивающей ей лы — рис. 33. Это напоминает сдвиг в стопке монет ил в колоде карт. Мы не можем увеличить размер колой
...
соответствуют гранецентрированные кубические и гекс тональные плотноупакованные решетки. В этих решет! ках коэффициент заполнения объема атомами равен 0,7' и только 26 % объема приходится на долю пор межд атомами. Третий распространенный тип решетки метал лов, с которым мы уже знакомы, — объемноцентрирсв ванная кубическая. Коэффициент заполнения объем; у металлов с такой решеткой несколько меньше — 0,681 но это не означает, что больше размеры пустот межд атомами. Наоборот, несложные геометрические вычисле1 ния показывают, что размеры пор в этой решетке меньше чем в решетках с предельно плотной упаковкой, прост] самих этих пор — больше.
...
Если мы разрежем кристалл с плотноупакованно! решеткой по плоскости с наиболее тесной укладкой атд мов, то получится картина, изображенная на рис. За Теперь приложим пару внешних сил так, как показана на рисунке. Это вызовет появление касательных напряЩ жений т, которые стремятся сдвинуть один атомны слой относительно соседнего.
...
Такой способ пластической деформации называете)) скольжением — слои кристалла сдвигаются, скользя по другим. Воображаемые плоскости, разделяющие эт| слои, называют плоскостями скольжения. Обычно в скол жении участвуют плоскости с наиболее плотной уп ковкой атомов, поскольку расстояния между ними в кри| сталлах максимальны и поэтому их легче сдвигать одн; по другой. Расстояние от плоскости, в которой ато тесно прилегают друг к другу, до следующей такой ж плоскости близко к диаметру атома. Если же мы выбер< другую плоскость, в которой атомы расположены реж] (пара таких плоскостей показана на рис. 32 пунктиром" то расстояние от нее до следующей такой же будет замі но меньше. Взаимное смещение (скольжение) таких плі скостей требует больших усилий, вызывает большие на рушения правильного атомного строения кристалл; в зоне сдвига, чем скольжение вдоль плоскостей пло' ной упаковки.
...
Как мы установили в гл. 1, касательные напряжени возникают и при растяжении (и при других способа деформирования). Вызванные ими сдвиги обеспечива удлинение стержня в направлении растягивающей ей лы — рис. 33. Это напоминает сдвиг в стопке монет ил в колоде карт. Мы не можем увеличить размер колой
...
соответствуют гранецентрированные кубические и гекс тональные плотноупакованные решетки. В этих решет! ках коэффициент заполнения объема атомами равен 0,7' и только 26 % объема приходится на долю пор межд атомами. Третий распространенный тип решетки метал лов, с которым мы уже знакомы, — объемноцентрирсв ванная кубическая. Коэффициент заполнения объем; у металлов с такой решеткой несколько меньше — 0,681 но это не означает, что больше размеры пустот межд атомами. Наоборот, несложные геометрические вычисле1 ния показывают, что размеры пор в этой решетке меньше чем в решетках с предельно плотной упаковкой, прост] самих этих пор — больше.
...
нее карты одну по другой. Чтобы при пластической дефор­мации не нарушалась сплошность металла, слои, разде­ленные плоскостями сдвига, постепенно разворачиваются в направлении действия нагрузки. Эти сдвиги, как мы У*е знаем, необратимы: они и вызывают остаточную де­формацию.
...
нее карты одну по другой. Чтобы при пластической дефор­мации не нарушалась сплошность металла, слои, разде­ленные плоскостями сдвига, постепенно разворачиваются в направлении действия нагрузки. Эти сдвиги, как мы У*е знаем, необратимы: они и вызывают остаточную де­формацию.
...
Особенно отчетливо такой характер пластической 1 формации виден при исследовании металлических обра: цов, представляющих собой единый кристалл, — так на зываемых монокристаллов. На рис. 34 (внизу) показан на туральный снимок монокристалла после пластическо деформации. Сходство со стопкой монет налицо.
...
Если вернуться к рис. 32, то легко увидеть, что в крц сталле может быть несколько равноправных плотноупа кованных плоскостей (пары 1—1, 2—2, 3—3). Следова
...
тельно, при пластической деформации кристалл ока жется перед выбором. Вов прос будет решен в пользу той плоскости скольжения] в которой будет действо вать наибольшее касатель ное напряжение. При дан ном направлении действий внешней силы первой «заГ работает» та группа парад лельных плотноупакован
...
составляют с осью растя жения угол, возможно более близкий к 45°. Ведь именнсИ на площадках, расположенных под этим углом к оси|| растяжения, касательные напряжения максимальны Несколько сложнее обстоит дело при деформирова нии обычных поли кристаллических металлов, которые состоят из множества зерен — монокристаллов —, слу| чайным образом ориентированных друг по отношени к другу. Такая структура всегда получается при охлажде нии расплава (если не принимать особых мер предосто­рожности, как при выращивании монокристаллов), по скольку возникает множество зародышей твердой фазы каждый со своей (случайной) ориентировкой решетк: в пространстве. Процесс их роста и срастания дру с другом и формирует типичную поликристаллическу структуру металла. На рис. 35 это изображено схемати чески, а на рис. 36 представлена фотография поликри сталла, полученная при увеличении в 400 раз.
...
В поликристаллах деформация каждого зерна должи быть согласована с деформацией всех его непосредствен ных соседей, иначе на границах зерен будут появлятьс разрывы, трещины, пустоты. К счастью, высокая симме
...
Особенно отчетливо такой характер пластической 1 формации виден при исследовании металлических обра: цов, представляющих собой единый кристалл, — так на зываемых монокристаллов. На рис. 34 (внизу) показан на туральный снимок монокристалла после пластическо деформации. Сходство со стопкой монет налицо.
...
Если вернуться к рис. 32, то легко увидеть, что в крц сталле может быть несколько равноправных плотноупа кованных плоскостей (пары 1—1, 2—2, 3—3). Следова
...
тельно, при пластической деформации кристалл ока жется перед выбором. Вов прос будет решен в пользу той плоскости скольжения] в которой будет действо вать наибольшее касатель ное напряжение. При дан ном направлении действий внешней силы первой «заГ работает» та группа парад лельных плотноупакован
...
'рия кристаллических решеток металлов, наличие не­скольких возможных плоскостей скольжения в каждом зерне позволяет обойти эту трудность. Все же процесс скольжения в поликристаллах требует больших напря­жений, чем в монокристаллах, но принципиально кар­тина скольжения не меняется. Происходит сдвиг одних слоев металла в пределах каждого зерна относительно
...
соседних по плоскостям скольжения. Внешняя растяги­вающая сила диктует необходимость разворота этих слоев в направлении оси растяжения, который сопровож­дает их скольжение друг по другу. В результате каждое зерно вытягивается в осевом направлении и сжимается в двух других. Так из совместной деформации отдельных зерен складывается общая деформация всего поликри-
...
'рия кристаллических решеток металлов, наличие не­скольких возможных плоскостей скольжения в каждом зерне позволяет обойти эту трудность. Все же процесс скольжения в поликристаллах требует больших напря­жений, чем в монокристаллах, но принципиально кар­тина скольжения не меняется. Происходит сдвиг одних слоев металла в пределах каждого зерна относительно
...
соседних по плоскостям скольжения. Внешняя растяги­вающая сила диктует необходимость разворота этих слоев в направлении оси растяжения, который сопровож­дает их скольжение друг по другу. В результате каждое зерно вытягивается в осевом направлении и сжимается в двух других. Так из совместной деформации отдельных зерен складывается общая деформация всего поликри-
...
'рия кристаллических решеток металлов, наличие не­скольких возможных плоскостей скольжения в каждом зерне позволяет обойти эту трудность. Все же процесс скольжения в поликристаллах требует больших напря­жений, чем в монокристаллах, но принципиально кар­тина скольжения не меняется. Происходит сдвиг одних слоев металла в пределах каждого зерна относительно
...
соседних по плоскостям скольжения. Внешняя растяги­вающая сила диктует необходимость разворота этих слоев в направлении оси растяжения, который сопровож­дает их скольжение друг по другу. В результате каждое зерно вытягивается в осевом направлении и сжимается в двух других. Так из совместной деформации отдельных зерен складывается общая деформация всего поликри-
...
сталлического агрегата — например, растягиваемого об­разца, который удлиняется в направлении действия силы. На рис. 37 схематически показан результат такой дефор­мации поликристалла, а на рис. 38 — фотография тогож' металла, что и на рис. 36, полученная при этом же уве личении.
...
Многочисленные эксперименты показывают, что плот ность металлов при их пластической деформации прак тически не изменяется. Это подтверждает отсутстви
...
сталлического агрегата — например, растягиваемого об­разца, который удлиняется в направлении действия силы. На рис. 37 схематически показан результат такой дефор­мации поликристалла, а на рис. 38 — фотография тогож' металла, что и на рис. 36, полученная при этом же уве личении.
...
Многочисленные эксперименты показывают, что плот ность металлов при их пластической деформации прак тически не изменяется. Это подтверждает отсутстви
...
пустот у границ и в теле зерен. Раз не меняется плот­ность, значит и объем деформируемого образца остается постоянным. Если он имел цилиндрическую форму, то его поперечное сечение при растяжении уменьшается пропорционально росту длины.
...
Очевидный геометрический результат сколь­жения одних частей кристалла по другим — появление ступенек на внешней его поверхности. При значитель­ной пластической деформации ступеньки на поверхно­сти становятся различимы с помощью обычного оптиче­ского микроскопа. Это было известно уже в начале XX века, и когда было установлено кристаллическое строение металлов, казалось, стал ясен и атомный меха­низм их пластической деформации. Действительно, как будто напрашивается вывод, что одна плотноупакован-ная атомная плоскость (и вся часть кристалла, ею огра­ниченная) сдвигается как жесткое целое относительно соседней атомной плоскости (и, значит, остальной части кристалла). Представления о том, что сдвиг одновременно охватывает всю площадь плоскости скольжения, не вы­зывали сомнений до 1924 г., когда известный советский физик Я. И. Френкель сделал оценку напряжения, не­обходимого для такого процесса.
...
Расчет Я. И. Френкеля был очень простым, а его результат — громоподобным. Если рассматривать сдвиг как одновременное смещение одной части кристалла по другой (рис. 39), то приложенное касательное напряже­ние т должно быть периодической функцией величины смещения атомов из исходного положения X.
...
Положения /, 2 и 3 на рисунке — это положения равновесия, но в положении 2 потенциальная энергия системы атомов больше, чем в исходном положении 1. При переходе из / в 2 все атомы верхнего слоя должны как бы взобраться на горку, а при переходе в положе­ние 3 атомы верхнего слоя как бы скатываются с горки. Эту аналогию, конечно, не следует понимать буквально, так как речь идет не о силах тяжести, а о силах межатом­ного взаимодействия.
...
пустот у границ и в теле зерен. Раз не меняется плот­ность, значит и объем деформируемого образца остается постоянным. Если он имел цилиндрическую форму, то его поперечное сечение при растяжении уменьшается пропорционально росту длины.
...
лении скольжения. По сути дела положения / и 3 ни­чем не отличаются друг от друга в смысле взаимного расположения атомов, однако первый период нашей сину­соиды соответствует появлению на правой и левой по­верхностях кристалла ступенек высотой Ь, а каждый следующий — росту этих ступенек (всякий раз на вели­чину Ь), т. е. увеличению сдвига.
...
Для оценочного расчета можно принять, что напря­жение сдвига т есть синусоидальная функция смещения х с периодом Ъ и амплитудой т,еор, которую и требуется найти:
...
где G — модуль сдвига, у — относительная величина сдвига, которая равна х/а. Приравнивая правые части двух последних равенств, получаем
...
Конечно, это довольно грубая оценка, так как мы приняли, что смещения атомов значительно меньше меж­атомного расстояния и справедлив закон Гука. Поэтому не будем настаивать на коэффициенте 2п. Важно, что порядок величины ттеор мы нашли правильно.
...
Неожиданно выяснилось, что касательное напряже­ние, необходимое для начала скольжения, — одного по­рядка с модулем сдвига! Причем здесь восклицательный знак? А притом, что к моменту появления расчета Я. И. Френкеля напряжения, при которых начинается пластическая деформация, и модули сдвига были опре­делены экспериментально для многих металлов. Напри­мер, для чистого железа G
...
В чем же ошибка? Как оказалось, в самом исходном предположении об одновременном смещении всех атомов одной плоскости относительно соседней. Потребовалось, однако, 10 лет, чтобы прийти к такому очевидному сей­час представлению о том, что сдвиг не охватывает одно­временно всю плоскость скольжения. Это кажется тем более странным, что подсказки мы теперь (задним умом!) находим на каждом шагу. Ведь если не удается сделать что-либо разом, «в лоб», то можно это же сделать посте­пенно.
...
Представим себе, что на каком-либо судне боцман приказывает юнге передвинуть по палубе тяжелую якорную цепь (рис. 40). Юнга не имел бы никаких шан­сов на успех, если бы он пытался двигать цепь вправо, потянув за правый конец. Но, будучи хитроумным, он заходит с левого конца и сдвигает последнее звено цепи вправо настолько, насколько позволяет пред­последнее. Дальше он передвигает это предпоследнее звено, насколько позволяет третье от конца, и так же поступает с каждым следующим, пока не доберется до
...
*) На диаграмме деформации (рис. 13) мы откладываем нормаль­ные напряжения о и точка А соответствует оупр. Но нормальные на­пряжения о и касательные т связаны соотношениями, которые были выведены в гл. 1. Можно принять, что ТуПр «г
...
В чем же ошибка? Как оказалось, в самом исходном предположении об одновременном смещении всех атомов одной плоскости относительно соседней. Потребовалось, однако, 10 лет, чтобы прийти к такому очевидному сей­час представлению о том, что сдвиг не охватывает одно­временно всю плоскость скольжения. Это кажется тем более странным, что подсказки мы теперь (задним умом!) находим на каждом шагу. Ведь если не удается сделать что-либо разом, «в лоб», то можно это же сделать посте­пенно.
...
Представим себе, что на каком-либо судне боцман приказывает юнге передвинуть по палубе тяжелую якорную цепь (рис. 40). Юнга не имел бы никаких шан­сов на успех, если бы он пытался двигать цепь вправо, потянув за правый конец. Но, будучи хитроумным, он заходит с левого конца и сдвигает последнее звено цепи вправо настолько, насколько позволяет пред­последнее. Дальше он передвигает это предпоследнее звено, насколько позволяет третье от конца, и так же поступает с каждым следующим, пока не доберется до
...
*) На диаграмме деформации (рис. 13) мы откладываем нормаль­ные напряжения о и точка А соответствует оупр. Но нормальные на­пряжения о и касательные т связаны соотношениями, которые были выведены в гл. 1. Можно принять, что ТуПр «г
...
крайнего правого. В результате вся цепь перемещается вправо на длину одного звена, а поскольку в силах на­шего юнги повторить эту операцию многократно, ему не страшен даже самый суровый боцман.
...
Тот же принцип использует в своем движении гусе­ница, так же опытный машинист, чтобы сдвинуть с места тяжелый состав, дает сначала задний ход, создавая за­зоры в соединениях вагонов, а затем уже трогается впе­ред, как бы подключая к составу вагоны поочередно. И точно так же при скольжении в кристалле в положе­ние 2 на рис. 39 переходят не одновременно все атомы верхнего слоя: они совершают это «восхождение» по очереди.
...
Постепенность распространения сдвига по плоскости скольжения обеспечивается особого рода дефектами кри­сталлической решетки, так называемыми дислокациями. Представление о дислокациях впервые появилось в 1934 г. в теоретических работах Поляни, Орована и Тейлора, опубликованных одновременно, но выполненных неза­висимо друг от друга. Это представление позволило прео­долеть вопиющее противоречие между реальным сопро­тивлением сдвигу и теоретическим. А с начала 50-х го­дов открывается подлинная «дислокационная эпоха» в металлофизике. Появляются мощные приборы — элект­ронные микроскопы, позволяющие непосредственно убедиться в существовании дислокаций в металлах и изучать их поведение. Большая часть разработанных к тому времени теоретических положений, описывающих свойства дислокаций, блестяще подтвердилась на опыте.
...
Сатирики, писавшие под этим псевдонимом, высказали такой афоризм от имени вымышленного сына Козьмы Пруткова, Фаддея Козьмича, которому принад­лежит немало подобных «глубокомысленных перлов» на военную тему. Термин «дислокация» здесь использован, конечно, в военном аспекте и означает размещение войск. Вообще же слово «дислокация» происходит от ла­тинского аЫосаио — «смещение» и в качестве научного
...
крайнего правого. В результате вся цепь перемещается вправо на длину одного звена, а поскольку в силах на­шего юнги повторить эту операцию многократно, ему не страшен даже самый суровый боцман.
...
Тот же принцип использует в своем движении гусе­ница, так же опытный машинист, чтобы сдвинуть с места тяжелый состав, дает сначала задний ход, создавая за­зоры в соединениях вагонов, а затем уже трогается впе­ред, как бы подключая к составу вагоны поочередно. И точно так же при скольжении в кристалле в положе­ние 2 на рис. 39 переходят не одновременно все атомы верхнего слоя: они совершают это «восхождение» по очереди.
...
Постепенность распространения сдвига по плоскости скольжения обеспечивается особого рода дефектами кри­сталлической решетки, так называемыми дислокациями. Представление о дислокациях впервые появилось в 1934 г. в теоретических работах Поляни, Орована и Тейлора, опубликованных одновременно, но выполненных неза­висимо друг от друга. Это представление позволило прео­долеть вопиющее противоречие между реальным сопро­тивлением сдвигу и теоретическим. А с начала 50-х го­дов открывается подлинная «дислокационная эпоха» в металлофизике. Появляются мощные приборы — элект­ронные микроскопы, позволяющие непосредственно убедиться в существовании дислокаций в металлах и изучать их поведение. Большая часть разработанных к тому времени теоретических положений, описывающих свойства дислокаций, блестяще подтвердилась на опыте.
...
термина использовалось раньше лишь в геологии для сбозначения смещений в исходном расположении горных пород под влиянием, например, вулканической деятель­ности.
...
Что же такое дислокации в кристаллах, как они поз­воляют постепенно преодолевать сопротивление решетки сдвиговой деформации? Один из двух основных типов этих дефектов кристаллической решетки — краевые дис­локации (рис. 41). Краевая дислокация представляет собой линию ограничивающую лишнюю атомную полу­плоскость, которая как бы вставлена в кристалл, напри­мер, сверху и не имеет продолжения в нижней части кристалла *).
...
Видно, что вблизи края лишней полуплоскости ре­шетка искажена: межатомные расстояния отличаются от межатомных расстояний в совершенной решетке. Зна­чит, вдоль дислокации тянется область кристалла с повы­шенной энергией (так называемое ядро дислокации) — чтобы вставить лишнюю полуплоскость в решетку, надо было затратить определенную работу. Чем длиннее дис­локация, тем больше эта энергия, поэтому дислокация всегда стремится уменьшить свою длину и ведет себя в кристалле как «натянутая струна».
...
Перемещение дислокационной линии, конечно, вме­сте со всей полуплоскостью и вызывает сдвиг одной ча­сти кристалла относительно другой (рис. 42) (на плоской картинке линия дислокации проектируется в точку). Если приложенное касательное напряжение стремится сдвинуть верхнюю часть кристалла вправо, то началь­ную стадию этого процесса можно представить так, как показано на позиции 1. На левой грани кристалла уже образовалась ступенька, но сдвиг еще не охватил всю площадь плоскости скольжения. Границей зоны сдвига и является наша краевая дислокация, которая пока нахо­дится вблизи левой грани. На рис. 42, позиция 2, хо­рошо видно, что перемещение дислокации на одно меж­атомное расстояние в решетке требует лишь небольшой перегруппировки атомов вблизи дислокационной линии. Здесь черными кружками показаны положения атомов, соответствующие позиции /. В дальнейшем дислокация
...
*) Для простоты мы рассматриваем здесь кубическую решетку, в которой атомы (ионы) расположены только в вершинах кубиков. В реальных металлах возникает несколько более сложная картина, так как они имеют плотноупакованные решетки.
...
термина использовалось раньше лишь в геологии для сбозначения смещений в исходном расположении горных пород под влиянием, например, вулканической деятель­ности.
...
Что же такое дислокации в кристаллах, как они поз­воляют постепенно преодолевать сопротивление решетки сдвиговой деформации? Один из двух основных типов этих дефектов кристаллической решетки — краевые дис­локации (рис. 41). Краевая дислокация представляет собой линию ограничивающую лишнюю атомную полу­плоскость, которая как бы вставлена в кристалл, напри­мер, сверху и не имеет продолжения в нижней части кристалла *).
...
Видно, что вблизи края лишней полуплоскости ре­шетка искажена: межатомные расстояния отличаются от межатомных расстояний в совершенной решетке. Зна­чит, вдоль дислокации тянется область кристалла с повы­шенной энергией (так называемое ядро дислокации) — чтобы вставить лишнюю полуплоскость в решетку, надо было затратить определенную работу. Чем длиннее дис­локация, тем больше эта энергия, поэтому дислокация всегда стремится уменьшить свою длину и ведет себя в кристалле как «натянутая струна».
...
Перемещение дислокационной линии, конечно, вме­сте со всей полуплоскостью и вызывает сдвиг одной ча­сти кристалла относительно другой (рис. 42) (на плоской картинке линия дислокации проектируется в точку). Если приложенное касательное напряжение стремится сдвинуть верхнюю часть кристалла вправо, то началь­ную стадию этого процесса можно представить так, как показано на позиции 1. На левой грани кристалла уже образовалась ступенька, но сдвиг еще не охватил всю площадь плоскости скольжения. Границей зоны сдвига и является наша краевая дислокация, которая пока нахо­дится вблизи левой грани. На рис. 42, позиция 2, хо­рошо видно, что перемещение дислокации на одно меж­атомное расстояние в решетке требует лишь небольшой перегруппировки атомов вблизи дислокационной линии. Здесь черными кружками показаны положения атомов, соответствующие позиции /. В дальнейшем дислокация
...
*) Для простоты мы рассматриваем здесь кубическую решетку, в которой атомы (ионы) расположены только в вершинах кубиков. В реальных металлах возникает несколько более сложная картина, так как они имеют плотноупакованные решетки.
...
термина использовалось раньше лишь в геологии для сбозначения смещений в исходном расположении горных пород под влиянием, например, вулканической деятель­ности.
...
*) Для простоты мы рассматриваем здесь кубическую решетку, в которой атомы (ионы) расположены только в вершинах кубиков. В реальных металлах возникает несколько более сложная картина, так как они имеют плотноупакованные решетки.
...
Как видно, конечный результат получился таким же, как при одновременном сдвиге всей атомной плоскости. Но для получения этого результата требуются неизме­римо меньшие напряжения. Ведь в расчете Френкеля необходимо преодолеть силы межатомной связи сразу на всей плоскости скольжения (рис. 39), «вкатить» всю верхнюю плоскость на верхушки атомов нижней. Здесь же этот процесс происходит постепенно. При переходе
...
Как видно, конечный результат получился таким же, как при одновременном сдвиге всей атомной плоскости. Но для получения этого результата требуются неизме­римо меньшие напряжения. Ведь в расчете Френкеля необходимо преодолеть силы межатомной связи сразу на всей плоскости скольжения (рис. 39), «вкатить» всю верхнюю плоскость на верхушки атомов нижней. Здесь же этот процесс происходит постепенно. При переходе
...
от позиции 1 к позиции 2 нарушается только одна связь 2 — 3' и формируется новая полная атомная плоскость. 2 — 2'. Полуплоскость 3' теперь становится лишней, и дислокация сдвигается вправо на одно межатомное расстояние Ь. Таким образом верхняя плоскость перека­тывается по нижней не так, как в модели жесткого сдвига (рис. 39), а так, как это делала бы гусеница, преодолевая препятствие.
...
В момент перехода дислокации из одного положения равновесия (когда она находится точно посередине между двумя соседними полными, правильными вертикальными плоскостями) в следующее такое же, лишь один атом перекатывается через горку. Все атомы, участвующие в движении дислокации, как видно, смещаются на рас­стояния, порядка межатомного. Конечно, такая же си­туация создается во всех атомных плоскостях, парал­лельных плоскости рисунка, поэтому, когда мы говорим «один атом», имеется в виду вся цепочка, перпендику­лярная чертежу — край полуплоскости. Длина дисло­кации, т. е. ее размер в направлении, перпендикулярном чертежу, может быть равна или соизмерима с габаритом
...
от позиции 1 к позиции 2 нарушается только одна связь 2 — 3' и формируется новая полная атомная плоскость. 2 — 2'. Полуплоскость 3' теперь становится лишней, и дислокация сдвигается вправо на одно межатомное расстояние Ь. Таким образом верхняя плоскость перека­тывается по нижней не так, как в модели жесткого сдвига (рис. 39), а так, как это делала бы гусеница, преодолевая препятствие.
...
В момент перехода дислокации из одного положения равновесия (когда она находится точно посередине между двумя соседними полными, правильными вертикальными плоскостями) в следующее такое же, лишь один атом перекатывается через горку. Все атомы, участвующие в движении дислокации, как видно, смещаются на рас­стояния, порядка межатомного. Конечно, такая же си­туация создается во всех атомных плоскостях, парал­лельных плоскости рисунка, поэтому, когда мы говорим «один атом», имеется в виду вся цепочка, перпендику­лярная чертежу — край полуплоскости. Длина дисло­кации, т. е. ее размер в направлении, перпендикулярном чертежу, может быть равна или соизмерима с габаритом
...
кристалла в этом направлении. В плоскости чертежа все возмущения — отклонения атомов от нормальных пози­ций, которые они занимали до прихода сюда дислока­ции, — практически полностью гасятся при удалении от оси дислокации на несколько межатомных расстояний. Поэтому дислокации являются линейными дефектами решетки: их размер в одном направлении велик, а в двух других — мал.
...
Если мы взглянем на кристалл, изображенный на рис. 4Ь сверху, то дислокация спроектируется в пря­мую линию которая будет стремиться занять симметрич­ное положение между двумя соседними плоскостями (позиция 4 на рис. 42). Эта линия должна будет перейти в соседнюю аналогичную позицию, преодолев барьер, обозначенный пунктиром. Дислокация и здесь ищет обходные пути, возможность выполнить эту работу не сразу, а постепенно. Вначале в новое положение пере­ходит лишь небольшая часть длины дислокации — пози­ция 5 — высаживается десант, а затем перетягивается остальная часть — позиция 6. Так сами дислокации, призванные обеспечить постепенность сдвига, в своем движении используют тот же принцип постепенности: в процессе перехода «на горке» находится не вся длина дислокации, а в каждый данный момент — лишь ее не­большая часть. Многократно повторяясь, такой про­цесс приведет к выходу дислокации на поверхность — позиция 3.
...
Мы не будем рассматривать здесь другую штегорию линейных дефектов — так называемые винто-!ые дислокации, хотя они играют не менее важную роль ' процессах пластической деформации, чем краевые. Стро-ние винтовых дислокаций и их движение в решетке меют свои отличительные особенности, но пусть они станутся за кадром. Будем считать, что мы в основном ыяснили, как происходит скольжение в кристаллах. Но вслед за фундаментальными вопросами «что, как почему?» обычно следует уже более прозаическое: сколько?». Ответ на этот простой вопрос иногда ста-ит новые «как и почему», в чем мы уже могли убедиться. 1апример, Френкель первый задался вопросом, какое апряжение (сколько мегапаскалей) нужно приложить,
...
кристалла в этом направлении. В плоскости чертежа все возмущения — отклонения атомов от нормальных пози­ций, которые они занимали до прихода сюда дислока­ции, — практически полностью гасятся при удалении от оси дислокации на несколько межатомных расстояний. Поэтому дислокации являются линейными дефектами решетки: их размер в одном направлении велик, а в двух других — мал.
...
Если мы взглянем на кристалл, изображенный на рис. 4Ь сверху, то дислокация спроектируется в пря­мую линию которая будет стремиться занять симметрич­ное положение между двумя соседними плоскостями (позиция 4 на рис. 42). Эта линия должна будет перейти в соседнюю аналогичную позицию, преодолев барьер, обозначенный пунктиром. Дислокация и здесь ищет обходные пути, возможность выполнить эту работу не сразу, а постепенно. Вначале в новое положение пере­ходит лишь небольшая часть длины дислокации — пози­ция 5 — высаживается десант, а затем перетягивается остальная часть — позиция 6. Так сами дислокации, призванные обеспечить постепенность сдвига, в своем движении используют тот же принцип постепенности: в процессе перехода «на горке» находится не вся длина дислокации, а в каждый данный момент — лишь ее не­большая часть. Многократно повторяясь, такой про­цесс приведет к выходу дислокации на поверхность — позиция 3.
...
Мы не будем рассматривать здесь другую штегорию линейных дефектов — так называемые винто-!ые дислокации, хотя они играют не менее важную роль ' процессах пластической деформации, чем краевые. Стро-ние винтовых дислокаций и их движение в решетке меют свои отличительные особенности, но пусть они станутся за кадром. Будем считать, что мы в основном ыяснили, как происходит скольжение в кристаллах. Но вслед за фундаментальными вопросами «что, как почему?» обычно следует уже более прозаическое: сколько?». Ответ на этот простой вопрос иногда ста-ит новые «как и почему», в чем мы уже могли убедиться. 1апример, Френкель первый задался вопросом, какое апряжение (сколько мегапаскалей) нужно приложить,
...
кристалла в этом направлении. В плоскости чертежа все возмущения — отклонения атомов от нормальных пози­ций, которые они занимали до прихода сюда дислока­ции, — практически полностью гасятся при удалении от оси дислокации на несколько межатомных расстояний. Поэтому дислокации являются линейными дефектами решетки: их размер в одном направлении велик, а в двух других — мал.
...
Если мы взглянем на кристалл, изображенный на рис. 4Ь сверху, то дислокация спроектируется в пря­мую линию которая будет стремиться занять симметрич­ное положение между двумя соседними плоскостями (позиция 4 на рис. 42). Эта линия должна будет перейти в соседнюю аналогичную позицию, преодолев барьер, обозначенный пунктиром. Дислокация и здесь ищет обходные пути, возможность выполнить эту работу не сразу, а постепенно. Вначале в новое положение пере­ходит лишь небольшая часть длины дислокации — пози­ция 5 — высаживается десант, а затем перетягивается остальная часть — позиция 6. Так сами дислокации, призванные обеспечить постепенность сдвига, в своем движении используют тот же принцип постепенности: в процессе перехода «на горке» находится не вся длина дислокации, а в каждый данный момент — лишь ее не­большая часть. Многократно повторяясь, такой про­цесс приведет к выходу дислокации на поверхность — позиция 3.
...
чтобы вызвать сдвиг. Результатом было появление тео­рии дислокаций, которая сыграла революционную роль во многих разделах физики твердого тела.
...
Итак, сколько дислокаций нужно, чтобы обеспечить сдвиговую деформацию заданной величины? Это один из первых вопросов, на который должна была ответить количественная дислокационная теория. Предположим, что касательное напряжение т стремится вызвать сдвиг у вправо части кристалла с размерами 1г и /2 (рис. 43), причем в процессе участвует п дислокаций, скользя­щих в параллельных плоскостях. Введем количествен­ную меру — плотность дислокаций р, которая опреде­ляется как число дислокаций на единицу площади по­верхности кристалла: р = п/1х12. Иногда используется другая мера плотности дислокаций — суммарная длина всех дислокационных линий в единице объема. Если предположить, что все дислокации прямолинейны и пер­пендикулярны площадке, на которой мы фиксируем их выходы на поверхность, то эти меры идентичны. Вообще же они не совпадают, но при оценках можно пользоваться любой из них. Для простоты мы выберем первую.
...
Когда дислокации пробегут путь 1Х от левой до пра­вой грани кристалла, каждая из них даст на поверхности ступеньку величиной Ъ (см. рис. 42).
...
Пока ступеньки есть только на левой грани кри­сталла, значит изменение его размера в направлении оси х, связанное с одной дислокацией, на этой стадии деформации меньше Ь. Это изменение размера б, состав­ляет такую же долю от Ь, какую пробег дислокации х составляет от 1г:
...
Полное изменение Л, размера кристалла в направле­нии оси х будет равно сумме тех смещений 6, которые связаны с каждой дислокацией:
...
чтобы вызвать сдвиг. Результатом было появление тео­рии дислокаций, которая сыграла революционную роль во многих разделах физики твердого тела.
...
Итак, сколько дислокаций нужно, чтобы обеспечить сдвиговую деформацию заданной величины? Это один из первых вопросов, на который должна была ответить количественная дислокационная теория. Предположим, что касательное напряжение т стремится вызвать сдвиг у вправо части кристалла с размерами 1г и /2 (рис. 43), причем в процессе участвует п дислокаций, скользя­щих в параллельных плоскостях. Введем количествен­ную меру — плотность дислокаций р, которая опреде­ляется как число дислокаций на единицу площади по­верхности кристалла: р = п/1х12. Иногда используется другая мера плотности дислокаций — суммарная длина всех дислокационных линий в единице объема. Если предположить, что все дислокации прямолинейны и пер­пендикулярны площадке, на которой мы фиксируем их выходы на поверхность, то эти меры идентичны. Вообще же они не совпадают, но при оценках можно пользоваться любой из них. Для простоты мы выберем первую.
...
Теперь можно сделать интересующую нас оценку. Примем, что средний пробег дислокаций равен среднему расстоянию между ними, которое в свою очередь, оче­видно, равно 1Д/ р. Тогда у = Ь]/р. Так как Ь в метал­лических кристаллах равно (2 -т- 3) • К)-8 см, для полу­чения деформаций порядка десятка процентов нужно ~ 1013 дислокаций на 1 см2.
...
Такая плотность дислокаций близка к предельной, так как среднее расстояние между ними при этом — по­рядка десятка межатомных расстояний. Еще немного — и начнут уже перекрываться искаженные области ре­шетки вблизи оси дислокаций и не останется атомов, занимающих нормальные позиции в ее узлах. И тем не менее в сильно деформированных металлах эксперимен­тально измеренная плотность дислокаций действительно приближается к этой цифре. Сама же цифра должна про­изводить весьма серьезное впечатление, так как она гла­сит, что в кусочке сильно деформированного металла размером с булавочную головку суммарная длина дислси кационных линий превышает расстояние от Земли дс Луны!
...
Теперь можно сделать интересующую нас оценку. Примем, что средний пробег дислокаций равен среднему расстоянию между ними, которое в свою очередь, оче­видно, равно 1Д/ р. Тогда у = Ь]/р. Так как Ь в метал­лических кристаллах равно (2 -т- 3) • К)-8 см, для полу­чения деформаций порядка десятка процентов нужно ~ 1013 дислокаций на 1 см2.
...
Такая плотность дислокаций близка к предельной, так как среднее расстояние между ними при этом — по­рядка десятка межатомных расстояний. Еще немного — и начнут уже перекрываться искаженные области ре­шетки вблизи оси дислокаций и не останется атомов, занимающих нормальные позиции в ее узлах. И тем не менее в сильно деформированных металлах эксперимен­тально измеренная плотность дислокаций действительно приближается к этой цифре. Сама же цифра должна про­изводить весьма серьезное впечатление, так как она гла­сит, что в кусочке сильно деформированного металла размером с булавочную головку суммарная длина дислси кационных линий превышает расстояние от Земли дс Луны!
...
Но вернемся с Луны на Землю и задума­емся о том, откуда в кристалле возникает такое огромное количество дислокаций. Уже давно известно, что они возникают в металле в процессе кристаллизации. Од­нако, когда были развиты экспериментальные методы исследования дислокаций, выяснилось, что типичные значения плотности дислокаций в металле после затвер­девания 10е — 108 см-2, а это значит, что в процессе пла­стической деформации их число возрастает на несколько порядков. Снова ответ на вопрос «сколько?» вызвал во­прос «как?». Как происходит столь резкое увеличение плот­ности дислокаций?
...
Остроумный механизм раз­множения дислокаций был пред­ложен английскими физиками Франком и Ридом, которые пришли к этой идее в 1950 г. практически одновременно и не­зависимо. Утверждают, что раз- 
...
часов, но мы не знаем точно, кто из них был первым. Поэтому механизм размножения дислокаций назвали именем обоих ученых — механизм Франка — Рида.
...
Согласно идее Франка и Рида источником, порождаю­щим дислокации, является отрезок дислокационной ли­нии, закрепленный по концам, в точках А и В (рис. 45). Эти точки в дальнейшем будем считать неподвижными. Ими могут служить места соединения дислокации АВ с другими дислокационными линиями, которые пересе­кают плоскость скольжения (плоскость чертежа) и поэ­тому не могут двигаться в ней.
...
Если приложить напряжение т, дислокация АВ выги­бается вверх. Этому препятствует натяжение дислока­ционной линии — закрепленная по концам струна всегда старается выпрямиться. Однако, если напряжение т растет, дислокация выгибается все сильнее, пока она не превратится в полуокружность. Расчеты показали, что после этого дислокационная линия теряет устойчивость и расширяется, как показано на рисунке, охватывая все большую и большую площадь. В итоге взаимодействия сближающихся в нижней части плоскости скольжения
...
двух участков дуги петля замыкается, а дислокация АВ возвращается в исходную позицию. Но продолжает дей­ствовать приложенное к кристаллу напряжение т, и процесс многократно повторяется.
...
В 30 — 40-х годах нашего века представ­ления о дислокациях с большим трудом пробивали себе дорогу в физике твердого тела и прочно утвердились пожалуй, лишь в 50-х годах, когда самые упорные про­тивники уже не могли отрицать их существование (тогда они начали отрицать важность их роли). Теперь гонимые прежде дислокации поселились уже и в школь­ных учебниках физики, а это значит, что их позиции не­зыблемы. Поэтому вопрос о том, нужны они или не нужны, приобрел совсем иное звучание. Если раньше имелось в виду «нужны ли физике металлов?», то сей­час — «нужны ли металлу?».
...
Этот вопрос, как и многие ему подобные, не имеет однозначного ответа, так как у проблемы, как минимум, две стороны. С одной стороны, дислокации — это носи­тели пластичности, а пластичность металлу необходима. С другой, — дислокации несут ответственность за низ­кое сопротивление металла пластической деформации, за низкую прочность на сдвиг, а прочность металла тоже является его главнейшей привилегией. А поскольку дислокации изменяют и физические свойства металла, влияют на процессы разнообразных внутренних превра­щений в сплавах, на параметры диффузии в твердом со­стоянии, здесь есть еще третья сторона, четвертая и т. д.
...
Первое и прямое следствие размножения дислокаций в ходе пластической деформации — это знакомое всем явление наклепа металла. Наклеп выражается в том, что чем сильнее мы деформируем металл, тем больше он сопротивляется деформации, а графически — в том, что] линия АВ диаграммы а — е (рис. 13) имеет положитель­ный наклон к оси деформаций. Каждая новая порция деформации требует все большего напряжения.
...
По мере развития пластического течения увеличива-] ется число дислокаций, покидающих металл. Они выхо­дят на поверхность, формируют там ступеньки, изме­няют тем самым форму металла, в общем создают то, что мы называем деформацией и измеряем при испытании
...
двух участков дуги петля замыкается, а дислокация АВ возвращается в исходную позицию. Но продолжает дей­ствовать приложенное к кристаллу напряжение т, и процесс многократно повторяется.
...
В 30 — 40-х годах нашего века представ­ления о дислокациях с большим трудом пробивали себе дорогу в физике твердого тела и прочно утвердились пожалуй, лишь в 50-х годах, когда самые упорные про­тивники уже не могли отрицать их существование (тогда они начали отрицать важность их роли). Теперь гонимые прежде дислокации поселились уже и в школь­ных учебниках физики, а это значит, что их позиции не­зыблемы. Поэтому вопрос о том, нужны они или не нужны, приобрел совсем иное звучание. Если раньше имелось в виду «нужны ли физике металлов?», то сей­час — «нужны ли металлу?».
...
Этот вопрос, как и многие ему подобные, не имеет однозначного ответа, так как у проблемы, как минимум, две стороны. С одной стороны, дислокации — это носи­тели пластичности, а пластичность металлу необходима. С другой, — дислокации несут ответственность за низ­кое сопротивление металла пластической деформации, за низкую прочность на сдвиг, а прочность металла тоже является его главнейшей привилегией. А поскольку дислокации изменяют и физические свойства металла, влияют на процессы разнообразных внутренних превра­щений в сплавах, на параметры диффузии в твердом со­стоянии, здесь есть еще третья сторона, четвертая и т. д.
...
Первое и прямое следствие размножения дислокаций в ходе пластической деформации — это знакомое всем явление наклепа металла. Наклеп выражается в том, что чем сильнее мы деформируем металл, тем больше он сопротивляется деформации, а графически — в том, что] линия АВ диаграммы а — е (рис. 13) имеет положитель­ный наклон к оси деформаций. Каждая новая порция деформации требует все большего напряжения.
...
образцов (при прокатке или ковке металла). Но, как з сказке, на смену им приходят сотни других, действуют источники Франка — Рида, наполняется дислокациями весь объем деформируемого металла. Рост плотности дислокаций приводит к уменьшению расстояний между ними, они вступают во взаимодействие друг с другом, образуют сложные сплетения, запутанные клубки. В та­кой сильно развитой дислокационной структуре движе­ние каждой следующей дислокации все более затруд­няется.
...
Легко понять, что если две одинаковые краевые дисло-ации сблизятся на межатомное расстояние, то это должно ызвать очень большие искажения решетки (рис. 46). ■ели первая из них встретила какую-либо преграду своем движении (например, границу зерна) и была оста-
...
образцов (при прокатке или ковке металла). Но, как з сказке, на смену им приходят сотни других, действуют источники Франка — Рида, наполняется дислокациями весь объем деформируемого металла. Рост плотности дислокаций приводит к уменьшению расстояний между ними, они вступают во взаимодействие друг с другом, образуют сложные сплетения, запутанные клубки. В та­кой сильно развитой дислокационной структуре движе­ние каждой следующей дислокации все более затруд­няется.
...
Легко понять, что если две одинаковые краевые дисло-ации сблизятся на межатомное расстояние, то это должно ызвать очень большие искажения решетки (рис. 46). ■ели первая из них встретила какую-либо преграду своем движении (например, границу зерна) и была оста-
...
образцов (при прокатке или ковке металла). Но, как з сказке, на смену им приходят сотни других, действуют источники Франка — Рида, наполняется дислокациями весь объем деформируемого металла. Рост плотности дислокаций приводит к уменьшению расстояний между ними, они вступают во взаимодействие друг с другом, образуют сложные сплетения, запутанные клубки. В та­кой сильно развитой дислокационной структуре движе­ние каждой следующей дислокации все более затруд­няется.
...
Легко понять, что если две одинаковые краевые дисло-ации сблизятся на межатомное расстояние, то это должно ызвать очень большие искажения решетки (рис. 46). ■ели первая из них встретила какую-либо преграду своем движении (например, границу зерна) и была оста-
...
новлена ею, то она будет препятствовать приближению второй, отталкивать ее. Значит, на источник Франка — Рида кроме сил натяжения дислокации будет действо­вать встречное напряжение, и чтобы он продолжал рабо­тать, нужно увеличивать внешнее напряжение т.
...
Помимо той плоскости скольжения, которая начинает ] действовать первой, в процесс деформации постепенно вовлекаются и другие, ее пересекающие. Соответственно, каждая дислокация сталкивается на своем пути не только со своими прямыми сородичами, рожденными тем же!
...
того действию возрастающего напряжения. Вначале они помогают металлу изменять форму и тем самым сохранять свою целостность в борьбе с внешней силой, но при этом потихоньку «роют ему могилу», сами затрудняя свое дви­жение и приближая момент разрушения.
...
С двуличием дислокаций мы еще столкнемся и в даль­нейшем. А сейчас можно подвести некоторые итоги, а за­одно уже с новых позиций вернуться к нескольким вопро­сам, которых мы коснулись в гл. 2.
...
Итак, что значит запретить пластическую деформа­цию (с. 28)? Это значит создать кристалл, в котором прак­тически нет дислокаций. Такие кристаллы — усы уже находят применение в технике.
...
С другой стороны, сопротивление пластической дефор­мации металла можно увеличить, подвергая его пластиче­ской деформации. Эта фраза, возможно, немного режет слух, но в ней выражена суть явления наклепа. Ведь нам не обязательно доводить процесс деформирования до разрушения. Если мы остановим его в точке А' диа­граммы о — е (рис. 13) и разгрузим образец, то при по­следующем нагружении пластическая деформация возоб­новится после -рого
...
Таким образом, под влиянием пластической деформа­ции металлы становятся тверже, прочнее, но одновремен­но и более хрупкими. Это знает каждый, кто ломал ру­ками металлическую проволоку: второй раз согнуть ее труднее, чем первый, третий перегиб требует еще боль­ших усилий и т. д.
...
того действию возрастающего напряжения. Вначале они помогают металлу изменять форму и тем самым сохранять свою целостность в борьбе с внешней силой, но при этом потихоньку «роют ему могилу», сами затрудняя свое дви­жение и приближая момент разрушения.
...
С двуличием дислокаций мы еще столкнемся и в даль­нейшем. А сейчас можно подвести некоторые итоги, а за­одно уже с новых позиций вернуться к нескольким вопро­сам, которых мы коснулись в гл. 2.
...
Итак, что значит запретить пластическую деформа­цию (с. 28)? Это значит создать кристалл, в котором прак­тически нет дислокаций. Такие кристаллы — усы уже находят применение в технике.
...
С другой стороны, сопротивление пластической дефор­мации металла можно увеличить, подвергая его пластиче­ской деформации. Эта фраза, возможно, немного режет слух, но в ней выражена суть явления наклепа. Ведь нам не обязательно доводить процесс деформирования до разрушения. Если мы остановим его в точке А' диа­граммы о — е (рис. 13) и разгрузим образец, то при по­следующем нагружении пластическая деформация возоб­новится после -рого
...
ской деформации тонкую проволоку из толстого прутка, наклеп будет мешать нам сразу по двум причинам. Во-первых, металл упрочняется, и по мере его утонения будут требоваться все большие усилия. Во-вторых, умень­шается его пластичность, и где-то на промежуточных ста-днях процесса проволока начнет рваться. В этом случае дислокации надо изгнать из металла, надо вернуть его структуру в исходное состояние, понизить прочность, увеличить пластичность. Это достигается путем нагрева деформированного металла, путем отжига при опреде­ленных температурах (обычно не ниже 0,4 — 0,5 от тем­пературы плавления по абсолютной шкале). При таком отжиге плотность дислокаций снова уменьшается до 10е — 108 см'2.
...
Процесс изгнания «лишних» дислокаций из металл! называют рекристаллизацией. В тех участках струк­туры, где искажения, вызванные наклепом, особенно ве-| лики, зарождаются новые зерна с малой плотностью дислокаций. Далее они растут, их границы продвига-| ются все дальше, вбирая в себя или сметая на своем пути-накопленные при наклепе дислокации. Когда эти новые зерна в своем росте сталкиваются друг с другом, мы по-1 лучаем как бы новорожденную поликристаллическую( структуру. Теперь можно снова деформировать металл1 до определенного предела и, если потребуется, повто-' рить операцию отжига и т. д.
...
А что если пластически деформировать металл сраз« при повышенной температуре, превышающей темпера­туру рекристаллизации? «Какая смелая мысль!» — ска-! жет иронически настроенный читатель. Ведь это и есть| так называемая горячая деформация металлов, которую человек использует уже тысячи лет. При горячей дефор-| мации одновременно с наклепом идет рекристаллизация, и металл в руках кузнеца ведет себя, как тесто в руках' повара. Кузнец, однако, должен быть проворным — по! мере остывания металла последствия наклепа все настой-1 чивей заявляют о себе.
...
Конечно, деформация при одной и той же температура для одних металлов будет горячей, а для других холод-| ной. Например, чистый свинец можно легко деформиро­вать пальцами при комнатной температуре, и хотя на-ощупь он холодный, его деформация будет горячей! (Гпл = 600 К; 0,5 Тпя
...
ской деформации тонкую проволоку из толстого прутка, наклеп будет мешать нам сразу по двум причинам. Во-первых, металл упрочняется, и по мере его утонения будут требоваться все большие усилия. Во-вторых, умень­шается его пластичность, и где-то на промежуточных ста-днях процесса проволока начнет рваться. В этом случае дислокации надо изгнать из металла, надо вернуть его структуру в исходное состояние, понизить прочность, увеличить пластичность. Это достигается путем нагрева деформированного металла, путем отжига при опреде­ленных температурах (обычно не ниже 0,4 — 0,5 от тем­пературы плавления по абсолютной шкале). При таком отжиге плотность дислокаций снова уменьшается до 10е — 108 см'2.
...
Процесс изгнания «лишних» дислокаций из металл! называют рекристаллизацией. В тех участках струк­туры, где искажения, вызванные наклепом, особенно ве-| лики, зарождаются новые зерна с малой плотностью дислокаций. Далее они растут, их границы продвига-| ются все дальше, вбирая в себя или сметая на своем пути-накопленные при наклепе дислокации. Когда эти новые зерна в своем росте сталкиваются друг с другом, мы по-1 лучаем как бы новорожденную поликристаллическую( структуру. Теперь можно снова деформировать металл1 до определенного предела и, если потребуется, повто-' рить операцию отжига и т. д.
...
А что если пластически деформировать металл сраз« при повышенной температуре, превышающей темпера­туру рекристаллизации? «Какая смелая мысль!» — ска-! жет иронически настроенный читатель. Ведь это и есть| так называемая горячая деформация металлов, которую человек использует уже тысячи лет. При горячей дефор-| мации одновременно с наклепом идет рекристаллизация, и металл в руках кузнеца ведет себя, как тесто в руках' повара. Кузнец, однако, должен быть проворным — по! мере остывания металла последствия наклепа все настой-1 чивей заявляют о себе.
...
Конечно, деформация при одной и той же температура для одних металлов будет горячей, а для других холод-| ной. Например, чистый свинец можно легко деформиро­вать пальцами при комнатной температуре, и хотя на-ощупь он холодный, его деформация будет горячей! (Гпл = 600 К; 0,5 Тпя
...
Есть много других случаев, когда дислокации же­ланны и когда, наоборот, нужно стараться от них изба­виться. В частности, искажая атомное строение металла, они влияют на его электрические, магнитные и другие физические свойства. Увеличение плотности дислока­ций приводит к улучшению некоторых из этих свойств и к ухудшению других.
...
Вернемся теперь к вопросу о релаксации и внутрен­нем трении в металлах. Мы уже говорили о том, что су­ществуют более мощные источники рассеяния энергии, чем те, о которых шла речь в гл. 2. Это, конечно, и есть дислокации. Если напряжения достаточно велики, чтобы сдвинуть дислокации с места, то внутреннее трение резко возрастает, хотя деформация еще может оставаться упру­гой. Например, если действие источника Франка — Рида остановить на стадии 2 или 3 (рис. 45), то при раз­грузке дислокация АВ вернется в исходное положение и остаточной деформации не будет. Но кристаллическая решетка всегда оказывает сопротивление движению дис­локации. При скольжении дислокации, т. е. при пере­ходе ее из исходного положения в позицию 2 или 3, возникают силы «трения», которые и переводят часть энергии деформации в тепло. То же самое будет происходить, когда напряжение изменит знак, и дис­локация будет выгибаться в другую сторону. В ре­зультате на диаграмме о — е (рис. 23) появится ши­рокая петля, площадь которой и есть мера внутреннего трения.
...
Чтобы уменьшить внутреннее трение, обусловленное обратимым движением дислокаций, нужно уменьшить их число или в максимальной степени ограничить их под­вижность. Наоборот, когда требуется высокое демпфи­рование, когда нужно добиться быстрого затухания коле­баний, мы стремимся к увеличению числа дислокаций и их подвижности.
...
Между прочим, наклеп и рекристаллизация — это не единственный способ регулирования количества дисло­каций, а взаимодействие с другими дислокациями — не единственная причина изменения подвижности. В неко­торых чистых металлах и во многих сплавах сущест­вуют другие рычаги управления дислокационной струк­турой, и мы скоро с ними познакомимся.
...
Есть много других случаев, когда дислокации же­ланны и когда, наоборот, нужно стараться от них изба­виться. В частности, искажая атомное строение металла, они влияют на его электрические, магнитные и другие физические свойства. Увеличение плотности дислока­ций приводит к улучшению некоторых из этих свойств и к ухудшению других.
...
Вернемся теперь к вопросу о релаксации и внутрен­нем трении в металлах. Мы уже говорили о том, что су­ществуют более мощные источники рассеяния энергии, чем те, о которых шла речь в гл. 2. Это, конечно, и есть дислокации. Если напряжения достаточно велики, чтобы сдвинуть дислокации с места, то внутреннее трение резко возрастает, хотя деформация еще может оставаться упру­гой. Например, если действие источника Франка — Рида остановить на стадии 2 или 3 (рис. 45), то при раз­грузке дислокация АВ вернется в исходное положение и остаточной деформации не будет. Но кристаллическая решетка всегда оказывает сопротивление движению дис­локации. При скольжении дислокации, т. е. при пере­ходе ее из исходного положения в позицию 2 или 3, возникают силы «трения», которые и переводят часть энергии деформации в тепло. То же самое будет происходить, когда напряжение изменит знак, и дис­локация будет выгибаться в другую сторону. В ре­зультате на диаграмме о — е (рис. 23) появится ши­рокая петля, площадь которой и есть мера внутреннего трения.
...
Чтобы уменьшить внутреннее трение, обусловленное обратимым движением дислокаций, нужно уменьшить их число или в максимальной степени ограничить их под­вижность. Наоборот, когда требуется высокое демпфи­рование, когда нужно добиться быстрого затухания коле­баний, мы стремимся к увеличению числа дислокаций и их подвижности.
...
Между прочим, наклеп и рекристаллизация — это не единственный способ регулирования количества дисло­каций, а взаимодействие с другими дислокациями — не единственная причина изменения подвижности. В неко­торых чистых металлах и во многих сплавах сущест­вуют другие рычаги управления дислокационной струк­турой, и мы скоро с ними познакомимся.
...
И наконец, о влиянии дислокаций на диффузию и вообще об их взаимоотношениях с атомами примесей или легирующих элементов в сплавах. Эта тема заслуживает краткого, но отдельного разговора.
...
На рис. 41 хорошо видно, как дислокация искажает кристаллическую решетку. Над плоскостью скольжения, в зоне, где есть один лишний атом, межатом­ные расстояния меньше, чем вдали от дислокации: это область сжатия в ядре дислокации. Под плоскостью скольжения расстояния между атомами наоборот значи­тельно больше; это — зона растяжения.
...
Посмотрим теперь, как это отразится на поведении сплавов, т. е. что будет, если в решетке, кроме атомов основного компонента, есть еще и посторонние атомы.
...
Вообще при сплавлении разных металлов или ме­талла с неметаллом и последующей кристаллизации расплава образуются твердые растворы двух основных типов — замещения и внедрения. В первом случае атомы второго компонента замещают в узлах решетки атомы растворителя, а во втором — когда радиус атомов раст­воренного элемента мал — они внедряются в межузлия решетки растворителя. Пример такого раствора (углерод в железе) мы уже рассматривали.
...
Атомы второго компонента в твердом растворе так же, как и дислокации, искажают кристаллическую ре­шетку растворителя. Если они занимают позиции вне­дрения, т. е. располагаются в меЖузлиях решетки основ­ного компонента, то являются центрами растяжения, раздвигают соседние атомы. В растворах замещения знак деформации решетки зависит от соотношения размеров атомов растворенного элемента и растворителя. Если первые крупнее, они будут растягивать решетку, а если наоборот, то сжимать ее.
...
Ясно, что посторонние атомы и дислокации не будут безразличны друг к другу. Ведь вблизи ядра дислокации есть уже готовые удобные места на все случаи жизни. Если атом второго компонента вызывает растяжение решетки, то он с готовностью займет позицию под краем лишней полуплоскости, где решетка уже растянута. Если же атом сжимает решетку, то его законное ме-
...
И наконец, о влиянии дислокаций на диффузию и вообще об их взаимоотношениях с атомами примесей или легирующих элементов в сплавах. Эта тема заслуживает краткого, но отдельного разговора.
...
На рис. 41 хорошо видно, как дислокация искажает кристаллическую решетку. Над плоскостью скольжения, в зоне, где есть один лишний атом, межатом­ные расстояния меньше, чем вдали от дислокации: это область сжатия в ядре дислокации. Под плоскостью скольжения расстояния между атомами наоборот значи­тельно больше; это — зона растяжения.
...
Посмотрим теперь, как это отразится на поведении сплавов, т. е. что будет, если в решетке, кроме атомов основного компонента, есть еще и посторонние атомы.
...
сто — с противоположной стороны от плоскости сколь­жения. В любом из этих случаев суммарная энергия искажений решетки, вызванных присутствием в ней дислокации и постороннего атома, уменьшится, а это значит, что между ними существует сила упругого взаи­модействия, они испытывают взаимное притяжение.
...
Дислокацию, конечно, труднее сдвинуть с места, чем примесный атом, поэтому в этой паре дислокация явля­ется горой, а атом — Магометом. «Если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе» и занимает около нее отведенное ему место. Такой процесс диффузион­ного перемещения атомов второго компонента к дислока­циям приводит в конечном счете к образованию так на­зываемых атмосфер или облаков — скоплений этих ато­мов вдоль дислокационных линий. Когда все наиболее удобные (ближайшие к ядру) места вдоль дислокации оказываются занятыми, атмосферу считают насыщенной. Скорость насыщения определяется диффузионной под­вижностью атомов, которая в свою очередь резко (по экспоненциальному закону) зависит от температуры. Атомы примесей внедрения могут образовывать атмо­сферы на дислокациях даже при комнатной температуре. Например, в а-железе, содержащем углерод, этот про­цесс заканчивается примерно за одни сутки. В других растворах для образования атмосфер может потребо­ваться некоторый подогрев.
...
сто — с противоположной стороны от плоскости сколь­жения. В любом из этих случаев суммарная энергия искажений решетки, вызванных присутствием в ней дислокации и постороннего атома, уменьшится, а это значит, что между ними существует сила упругого взаи­модействия, они испытывают взаимное притяжение.
...
Дислокацию, конечно, труднее сдвинуть с места, чем примесный атом, поэтому в этой паре дислокация явля­ется горой, а атом — Магометом. «Если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе» и занимает около нее отведенное ему место. Такой процесс диффузион­ного перемещения атомов второго компонента к дислока­циям приводит в конечном счете к образованию так на­зываемых атмосфер или облаков — скоплений этих ато­мов вдоль дислокационных линий. Когда все наиболее удобные (ближайшие к ядру) места вдоль дислокации оказываются занятыми, атмосферу считают насыщенной. Скорость насыщения определяется диффузионной под­вижностью атомов, которая в свою очередь резко (по экспоненциальному закону) зависит от температуры. Атомы примесей внедрения могут образовывать атмо­сферы на дислокациях даже при комнатной температуре. Например, в а-железе, содержащем углерод, этот про­цесс заканчивается примерно за одни сутки. В других растворах для образования атмосфер может потребо­ваться некоторый подогрев.
...
сто — с противоположной стороны от плоскости сколь­жения. В любом из этих случаев суммарная энергия искажений решетки, вызванных присутствием в ней дислокации и постороннего атома, уменьшится, а это значит, что между ними существует сила упругого взаи­модействия, они испытывают взаимное притяжение.
...
Дислокацию, конечно, труднее сдвинуть с места, чем примесный атом, поэтому в этой паре дислокация явля­ется горой, а атом — Магометом. «Если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе» и занимает около нее отведенное ему место. Такой процесс диффузион­ного перемещения атомов второго компонента к дислока­циям приводит в конечном счете к образованию так на­зываемых атмосфер или облаков — скоплений этих ато­мов вдоль дислокационных линий. Когда все наиболее удобные (ближайшие к ядру) места вдоль дислокации оказываются занятыми, атмосферу считают насыщенной. Скорость насыщения определяется диффузионной под­вижностью атомов, которая в свою очередь резко (по экспоненциальному закону) зависит от температуры. Атомы примесей внедрения могут образовывать атмо­сферы на дислокациях даже при комнатной температуре. Например, в а-железе, содержащем углерод, этот про­цесс заканчивается примерно за одни сутки. В других растворах для образования атмосфер может потребо­ваться некоторый подогрев.
...
водит к резко неоднородному распределению второго компонента в растворе. Во-вторых, — и это главное — изменяются свойства самих дислокаций, в частности, уменьшается их подвижность. Дислокация, окруженная атмосферой, может двигаться в решетке либо вместе со своей свитой, либо должна вырваться из невольного плена.
...
В первом случае облако примесных атомов резко уменьшает скорость дислокаций, поскольку подвижность атомов регулируется главным образом температурой и определяется величиной коэффициента диффузии, а ско­рость дислокаций зависит, в основном, от величины дей­ствующего напряжения. При достаточно высоких напря­жениях скорость дислокаций может приближаться к ско­рости звука в металле — скорости распространения упругих волн. Даже при высоких температурах атмо­сфера не может угнаться за такой быстрой дислокацией, но и не хочет расставаться с ней. В итоге возникает сила притяжения между дислокацией и не поспевающей за ней атмосферой. Эта сила направлена против приложен­ной внешней силы.
...
Во втором случае, когда дислокация вынуждена пор­вать со своим окружением и уйти вперед, на это нужно затратить дополнительную работу, преодолеть силу ее взаимодействия с атмосферой. Как видно, в любом слу­чае дислокации, «витающей в облаках», приходится не сладко — она находится в худшем положении по срав­нению с дислокациями, не обремененными атмосферами или, как их называют, «свежими» дислокациями.
...
Теперь посмотрим на ситуацию с другой стороны — «глазами» примесных атомов. Допустим, что какая-либо сила (обычно она возникает, когда в кристалле есть обла­сти с большим и меньшим содержанием данной примеси) заставляет их двигаться, диффундировать по решетке в определенном направлении (в сторону области с мень­шей концентрацией). Если в этом своем движении атомы встретят на пути дислокацию, то она будет играть роль ловушки. Она будет захватывать движущиеся атомы, стремясь включить их в свою атмосферу. Даже если у нее не хватит сил пленить странствующий атом, она по край­ней мере может притормозить его движение. В диффу­зионных терминах это звучит так: увеличивается время оседлой жизни атома, вблизи дислокации уменьшается частота его скачков в нужном ему направлении. Дисло-
...
водит к резко неоднородному распределению второго компонента в растворе. Во-вторых, — и это главное — изменяются свойства самих дислокаций, в частности, уменьшается их подвижность. Дислокация, окруженная атмосферой, может двигаться в решетке либо вместе со своей свитой, либо должна вырваться из невольного плена.
...
В первом случае облако примесных атомов резко уменьшает скорость дислокаций, поскольку подвижность атомов регулируется главным образом температурой и определяется величиной коэффициента диффузии, а ско­рость дислокаций зависит, в основном, от величины дей­ствующего напряжения. При достаточно высоких напря­жениях скорость дислокаций может приближаться к ско­рости звука в металле — скорости распространения упругих волн. Даже при высоких температурах атмо­сфера не может угнаться за такой быстрой дислокацией, но и не хочет расставаться с ней. В итоге возникает сила притяжения между дислокацией и не поспевающей за ней атмосферой. Эта сила направлена против приложен­ной внешней силы.
...
Во втором случае, когда дислокация вынуждена пор­вать со своим окружением и уйти вперед, на это нужно затратить дополнительную работу, преодолеть силу ее взаимодействия с атмосферой. Как видно, в любом слу­чае дислокации, «витающей в облаках», приходится не сладко — она находится в худшем положении по срав­нению с дислокациями, не обремененными атмосферами или, как их называют, «свежими» дислокациями.
...
Теперь посмотрим на ситуацию с другой стороны — «глазами» примесных атомов. Допустим, что какая-либо сила (обычно она возникает, когда в кристалле есть обла­сти с большим и меньшим содержанием данной примеси) заставляет их двигаться, диффундировать по решетке в определенном направлении (в сторону области с мень­шей концентрацией). Если в этом своем движении атомы встретят на пути дислокацию, то она будет играть роль ловушки. Она будет захватывать движущиеся атомы, стремясь включить их в свою атмосферу. Даже если у нее не хватит сил пленить странствующий атом, она по край­ней мере может притормозить его движение. В диффу­зионных терминах это звучит так: увеличивается время оседлой жизни атома, вблизи дислокации уменьшается частота его скачков в нужном ему направлении. Дисло-
...
водит к резко неоднородному распределению второго компонента в растворе. Во-вторых, — и это главное — изменяются свойства самих дислокаций, в частности, уменьшается их подвижность. Дислокация, окруженная атмосферой, может двигаться в решетке либо вместе со своей свитой, либо должна вырваться из невольного плена.
...
В первом случае облако примесных атомов резко уменьшает скорость дислокаций, поскольку подвижность атомов регулируется главным образом температурой и определяется величиной коэффициента диффузии, а ско­рость дислокаций зависит, в основном, от величины дей­ствующего напряжения. При достаточно высоких напря­жениях скорость дислокаций может приближаться к ско­рости звука в металле — скорости распространения упругих волн. Даже при высоких температурах атмо­сфера не может угнаться за такой быстрой дислокацией, но и не хочет расставаться с ней. В итоге возникает сила притяжения между дислокацией и не поспевающей за ней атмосферой. Эта сила направлена против приложен­ной внешней силы.
...
Во втором случае, когда дислокация вынуждена пор­вать со своим окружением и уйти вперед, на это нужно затратить дополнительную работу, преодолеть силу ее взаимодействия с атмосферой. Как видно, в любом слу­чае дислокации, «витающей в облаках», приходится не сладко — она находится в худшем положении по срав­нению с дислокациями, не обремененными атмосферами или, как их называют, «свежими» дислокациями.
...




Металловедение для сварщиков (сварка сталей)
Машиностроение. Энциклопедия Оборудование для сварки
Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»
Необычные свойства обычных металлов
Физические методы исследования металлов и сплавов
Ручная дуговая сварка
Технология металлов и сварка