§ 65. Пластическая деформация монокристаллов.
Механизму пластической деформации монокристаллов посвящено очень большое количество исследований. Это объясняется тем, что в монокристалле, этот механизм проявляется в чистом виде, переход же к реальному поликристаллическому металлу связан с большими дополнительными трудностями. Основной экспериментально обнаруженный факт состоит в том, что пластическая деформация совершается в результате сдвига слоев атомов, причем сдвиг происходит в совершенно определенных кристаллографических плоскостях по определенным направлениям.
Такими плоскостями являются те, в которых атомы упакованы наиболее плотно; направления скольжения — это опять-таки направления самого плотного расположения атомов. Так, например, в кубической гранецентрированной решетке плоскостями плотной упаковки являются октаэдрические плоскости.
Рис. 85.
На рис. 85 стрелками показаны направления наиболее плотного расположения атомов. Совокупность плоскости возможного скольжения, заданной нормалью я, и направления скольжения, задаваемого вектором s, лежащим в этой плоскости, называется системой скольжения. В гранецентрированной кубической решетке можно провести четыре октаэдрические плоскости, в каждой из них имеется три направления скольжения, таким образом, всего получается 12 возможных систем скольжения.
В гексагональной структуре плоскости плотной упаковки — это плоскости, параллельные основанию шестигранной призмы основной ячейки; таким образом, имеются одна плоскость возможного скольжения и только три системы скольжения.
Поведение монокристалла гексагональной структуры под нагрузкой в очень сильной степени зависит от его ориентировки по отношению к действующей силе. Растягивая монокристаллы цинка в направлении оси шестигранной призмы основной ячейки или в перпендикулярном направлении, мы не получим касательных напряжений в плоскости скольжения; под действием растягивающей силы кристалл разрушается хрупко, без заметной пластической деформации. Для того чтобы вырезанный из монокристалла образец пластически деформировался, нужно, чтобы плоскость возможного скольжения составляла с направлением растяжения некоторый угол, отличный от прямого.
У кубического гранецентрированного кристалла имеется много систем скольжения, и при любой ориентировке его по отношению к растягивающей силе найдутся такие системы, в которых скольжение на самом деле произойдет; такие кристаллы являются высокопластичными.
В кубической объемноцентрированной структуре плоскости плотной упаковки отсутствуют, однако существует направление плотной упаковки, а именно направление диагонали куба. В этом направлении всегда происходит скольжение, тогда как определенных плоскостей скольжения здесь указать нельзя, ибо существует несколько плоскостей, содержащих в себе направления диагонали, по которым скольжение происходит с одинаковой легкостью.
Внешняя картина протекания пластической деформации в монокристалле состоит в следующем. Когда касательные напряжения в одной из систем скольжения достигают критического значения, в соответствующих плоскостях происходят сдвиги, причем сразу на довольно большую величину (порядка 1000 междуатомных расстояний), сначала в определенных плоскостях. По мере увеличения нагрузки вступают в действие другие, близкие плоскости скольжения, образующие пачку. Расстояние между активными плоскостями скольжения в пачке имеет порядок 100 междуатомных расстояний.
Рис. 86.
Схематически пластическая деформация монокристалла показана на рис. 86. Следы пересечения пачкн плоскостей скольжения с наружной поверхностью образуют так называемые линии скольжения. Эти линии можно наблюдать не только под микроскопом, но и невооруженным глазом. Тонкая структура линий скольжения обнаруживается только под электронным микроскопом. Между линиями скольжения остаются большие области, не принимающие участия в пластической деформации и перемещающиеся на первом этапе деформирования как жесткое целое.
С развитием деформации линий скольжения появляется все больше и больше, части кристалла между пачками плоскостей скольжения дробятся на отдельные блоки, которые в дальнейшем поворачиваются. Течение металла приобретает беспорядочный характер. На рис. 87 приведена микрофотография алюминия, деформированного до 10% (увеличение 650). В поле зрения попала граница двух зерен, разница в их ориентации незначительна, поэтому линии скольжения проходят через границу.
Рис. 87.
Часть снимка оказалась не в фокусе, поскольку поверхность отшлифованного образца искривляется при деформации.
В металлах с гранецентрированной кубической структурой часто наблюдаются пересекающиеся линии скольжения различных направлений. Это указывает на то, что скольжение развивается одновременно в нескольких системах, которые оказываются расположенными примерно одинаково по отношению к направлению действия силы.
