Чем объясняется большое расхождение между теоретической и фактической прочностью металла?

Такое расхождение объясняется тем, что деформация происходит не путем одновременного смещения целых атомных плоскостей, а за счет постепенного перемещения дислокаций. Для перемещения дислокации требуется значительно меньшее усилие, чем для жесткого смещения одной части кристалла относительно другой в плоскости сдвига.

Каким образом происходит пластическая деформация в кристалле?

-

Рис. 10. Схема пластической деформации путем последовательного перемещения дислокации в простой кубической решетке

а – исходное состояние краевой дислокации; б – контур Бюргерса вокруг дислокации;

В – контур Бюргерса для неискаженной решетки после скольжения.

Пластический сдвиг является следствием постепенного перемещения дислокаций в плоскости сдвига. Влияние дислокаций на процесс пластической деформации показано на рис. 10. Распространение скольжения по плоскости скольжения происходит последовательно. Каждый элементарный акт перемещения дислокации из одного положения в другое сопровождается путем разрыва лишь одной вертикальной атомной плоскости. Для перемещения дислокации требуется значительно меньшее усилие, чем для жесткого смещения одной части кристалла относительно другой в плоскости сдвига. При движении дислокации вдоль направления сдвига через весь кристалл происходит смещение верхней и нижней его частей на одно межатомное расстояние. В результате перемещения дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает. На поверхности остается ступенька скольжения. Чем легче перемещаются дислокации, тем легче идет пластическая деформация, тем ниже прочность металла.

Что является причиной низкой прочности реальных металлов?

Причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре металла дислокаций и других дефектов кристаллического строения.

1.3.4. Какововлияние дефектов кристаллической решетки на прочность кристаллов?

Получение бездислокационных кристаллов приводит к резкому повышению прочности металлов (рис.11). Левая ветка кривой соответствует созданию совершенных бездислокационных кристаллов (так называемых “усов”), прочность которых близка к теоретической.

Рис. 11. Влияние искажений кристаллической решетки на прочность кристаллов.

При ограниченной плотности дислокаций процесс сдвига происходит тем легче, чем больше дислокаций в металле. С ростом напряжений возрастает число источников дислокаций и их плотность увеличивается. Помимо

параллельных дислокаций возникают дислокации в разных плоскостях и направлениях. Дислокации воздействуют друг на друга, мешают друг другу перемещаться.

С повышением плотности дислокаций их движение становится все более затрудненным, что требует увеличения прилагаемой нагрузки для продолжения деформации.В результате металл упрочняется, что соответствует правой ветви кривой на рис.11.

Упрочнению способствуют и другие несовершенства кристаллического строения, также тормозящие движение дислокаций. К ним относятся атомы растворенных в металле примесей и легирующих элементов, частицы выделения второй фазы, границы зерен и т.д.

На практике препятствие движению дислокаций, т.е. упрочнение, создается введением других элементов (легированием), наклепом, термической или термомеханической обработкой. Снижение температуры также препятствует свободному перемещению дислокаций. При низких температурах прочность растет, а пластичность падает. Металл становится прочным, но хрупким.

Таким образом, повышение прочности металлов и сплавов может быть достигнуто двумя путями:

1) получением металлов с более близким к идеальному строением кристаллической решетки, т.е. металлов, в которых отсутствуют дефекты кристаллического строения или же их число крайне мало;

2) либо, наоборот, увеличением числа структурных несовершенств, препятствующих движению дислокаций.