IMG$4 245 (2)

244 10. Umocnienie materiałów

Rys. 10.10. Odkształcenie monokryształu: a) sprężyste, b) plastyczne przez poślizg, c) plastyczne praa

bliżniakowanic

W metalu polikrystalicznym odkształcenie w początkowej fazie przebiega selektywnie: odkształceniu ulegają pojedyncze ziarna, w których systemy łatwego poślizgu są najkorzystniej zorientowane w stosunku do kierunku działającego obciążenia. W miarę wzrostu obciążenia uruchamiane są poślizgi w innych, mniej korzystnie zorientowanych systemach, obejmując coraz większą liczbę ziarn. Naprężenie umożliwiające poślizgi we wszystkich ziarnach odpowiada makroskopowej granic)i plastyczności R_t polikryształu. Poślizgi istniejących w metalu jak i generowanych przez źródło Franka-Reada dyslokacji są blokowane na różnych przeszkodach, jak: progi dyslokacji, bariery Lomera-Cottrella, granice ziarn. Toteż w miarę postępu odkształcenia obserwuje się umocnienie materiału. Opór przeciw dalszemu odkształceniu może nawet przekroczyć wytrzymałość na rozciąganie, co objawia się pojawianiem się pęknięć.

Efektem odkształcenia plastycznego jest więc wzrost gęstości dyslokacji o 2 -r 6 rzędów oraz ich zablokowanie - umocnienie odkształceniowe materiału. Wielkość umocnienia zależy od struktury krystalicznej.

Analiza, na przykładzie monokryształu o strukturze RSC (Al), przebiegu¹umocnienia jako zmiany krytycznego naprężenia stycznego [wzór (10.8)] w zależności od odkształcenia postaciowego (rys. 10.11) wykazuje wyraźne trzy stadia zjawiska.

I stadium, łatwego poślizgu, charakteryzuje mała i w przybliżeniu stała szybkość umocnienia. W tym stadium poślizgi zachodzą w uprzywilejowanych systemach.. Następuje wzrost gęstości dyslokacji, ale bez powiększania się liczby przecięć linii dyslokacyjnych. Mała szybkość umocnienia tłumaczy zbliżanie się w sąsiednich płaszczyznach różnoimiennych dyslokacji.

10.1. Materiały ciągUwc J45

Rys. 10.11. Umocnienie monokryształów Cu. Fe, Mg

II stadium, szybkiego umocnienia, charakteryzuje duża i stała praktycznie I szybkość umocnienia. Następuje uruchamianie poślizgów i generowanie dyslokacji I w systemach mniej korzystnie zorientowanych. W wyniku oddziaływania dyslokacji I w różnych systemach poślizgów tworzą się liczne bariery hamujące poślizgi: bariery I I.omcra Cottrella. progi dyslokacji. Szybkie umocnienie tłumaczy gwałtowny wzrost I liczby dyslokacji zakotwiczonych i znaczne naprężenia wzajemnego oddziaływania I dyslokacji.

III stadium, zdrowienia dynamicznego, charakteryzuje malejąca szybkość umoc-I nienia. Poślizgom podlegają głównie dyslokacje śrubowe, a ich wzajemne przecięcia I tworzą progi w postaci zakotwiczonych dyslokacji krawędziowych. Progi te hamują I poślizgi innych dyslokacji śrubowych i powodują ich poślizgi poprzeczne, co jest I bezpośrednią przyczyną zmniejszania szybkości umocnienia. Istotą tego stadium są I zachodzące równolegle z umocnieniem przeciwstawne procesy zdrowienia dynamicznego ułatwiające odkształcenie. Sprowadzają się one do zmniejszania gęstości dyslokacji przez anihilację oraz „rozładowywanie” spiętrzeń dyslokacji przez poślizg poprzeczny dyslokacji śrubowych i wspinanie dyslokacji krawędziowych. Te ostatnie zjawiska o charakterze dyfuzyjnym (aktywowane cieplnie) ułatwia wzrost temperatury.

Monokryształy o strukturze RPC (A2) wykazują głównie III stadium, a o strukturze HZ (A3) — I stadium umocnienia.

Metale polikrystaliczne wymagają w porównaniu z monokryształami większych naprężeń do wywołania odkształcenia (umacniający wpływ granic ziarn), ale umacniają się znacznie szybciej. Obie wymienione cechy polikryształów potęgują się ze zmniejszaniem wielkości ziarna. Wykazują głównie III stadium, zdrowienia dynamicznego. Oddziaływanie między dyslokacjami w różnych systemach poślizgów sąsiednich ziarn powoduje bowiem praktyczny zanik obu pierwszych stadiów umocnienia.

Równoczesne występowanie kilku systemów poślizgów w polikryształach prowadzi do nierównomiernego rozkładu dyslokacji, a przy dużych odkształceniach - do utworzenia struktury komórkowej, w której wolne od dyslokacji obszary o wymia-