Большая Советская Энциклопедия (ПЛ)

атомов на участках сжатия и «выделения» их на участках, подверженных действию растягивающих сил. Одновременно в противоположном направлении идёт поток вакансий, рождающихся в окрестности приложения растягивающих сил и аннигилирующих в местах сжатия. В большинстве реальных случаев самодиффузионная деформация в основном связана с направленными потоками вакансий, которые образуются легче, чем междоузельные атомы (рис. 1).

  В кристалле, состоящем из атомов разного сорта, в однородном поле напряжений происходит ориентационное упорядочение относительного расположения атомов (рис. 2, а), в результате чего кристалл приобретает некоторую зависящую от степени упорядоченности деформацию. После снятия напряжений упорядоченное состояние может быть невыгодно, но оно некоторое время сохраняется, т.к. возврат в неупорядоченное состояние происходит со скоростью диффузионных перескоков атомов. Если в кристалле создано неоднородное поле напряжений, то атомы примеси большего радиуса и междоузельные атомы (рис. 2, б) стремятся перейти в растянутые области решётки, а меньшего — в сжатые; возникает неоднородное распределение концентраций, стабилизирующее исходную неоднородную деформацию. Максимальная деформация, которая может возникнуть в результате ориентационного упорядочения или концентрационной неоднородности, ограничена составом кристалла. Таким образом, самодиффузионная и диффузионная деформации определяются потоками точечных дефектов (вакансий, междоузельных и примесных атомов). В реальных условиях перемещение дефектов происходит за счёт тепловых флуктуаций, частота которых быстро падает с понижением температуры. Поэтому эти механизмы П. действуют только при достаточно высоких температурах (не ниже 0,5 от абсолютной температуры плавления).

  Краудионная П. обусловлена рождением и перемещением краудионов — сгущений атомов вдоль плотно упакованных рядов атомов в кристалле (см. Дефекты в кристаллах) . При вдавливании острия в поверхность кристалла (рис. 3) материал из зоны вдавливания удаляется «разбегающимися» из-под острия краудионами, в результате чего на некотором расстоянии от точки вдавливания создаётся повышенная концентрация междоузельных атомов.

  Дислокационная П. Типичный вид пластической деформации кристаллов — скольжение по кристаллографическим плоскостям. Наиболее легко скольжение происходит по плотноупакованным плоскостям вдоль плотноупакованных направлений. Скольжение по системе параллельных плоскостей даёт макроскопический сдвиг, а сочетание сдвигов, соответствующих скольжению по различным системам, составляет основную часть пластической деформации кристаллов. Скольжение происходит неоднородно: сначала оно охватывает некоторую область плоскости скольжения (рис. 4), а затем границы этой области распространяются на всю плоскость. Граница распространения скольжения называется дислокационной линией или дислокацией. Поэтому развитие скольжения можно рассматривать как образование и перемещение дислокаций. Скорость деформации пропорциональна плотности (суммарной длине дислокаций в единице объёма) и скорости перемещения дислокаций. В реальных кристаллах в процессе их образования всегда возникают дислокации, которые под действием напряжений способны увеличивать свою протяжённость (размножение дислокаций). Поэтому стадия образования новых дислокаций лишь в исключительных случаях лимитирует скольжение (например, начало деформации в без дислокационных микрокристаллах). В остальных случаях развитие скольжения определяется движением дислокаций.

  Поскольку атомы вблизи дислокаций смещены из своих положений равновесия, перевод их в новые положения равновесия, отвечающие сдвигу кристалла по плоскости скольжения на одно межатомное расстояние, требует значительно меньших затрат энергии, чем для атомов в неискажённом кристалле. Энергетический барьер для смещения дислокации тем меньше, чем больше зона искажения в окрестности дислокации. По подвижности дислокации все материалы делятся на 2 группы. В ковалентных кристаллах этот барьер по порядку величины приближается к энергии межатомных связей и может быть преодолен только за счёт тепловой активации (термических флуктуаций). Поэтому подвижность дислокаций становится заметной лишь при достаточно больших температурах, а при умеренных — ковалентные кристаллы непластичны. В металлических и ионных кристаллах барьер для перемещения дислокации в 10³—10⁴ раз меньше энергии связи и исчезает при напряжениях 10^{- 3}—10^-4 G (где G — модуль сдвига); при таких напряжениях движение дислокаций не нуждается в тепловой активации и их подвижность слабо зависит от температуры. Сопротивление движению дислокаций в совершенной кристаллической решётке пренебрежимо мало, чем обусловлена высокая П. ионных и металлических кристаллов.

  В реальных кристаллах имеются различные дефекты (точечные дефекты, примесные атомы, дислокации, частицы других фаз), и сопротивление скольжению зависит от взаимодействия движущихся дислокаций с этими дефектами. В беспримесных пластических кристаллах междислокационное взаимодействие является основным. Часть сопротивления скольжению, связанная с непосредственным столкновением дислокаций, может быть уменьшена за счёт тепловой активации, однако преобладающая часть обусловлена дальнодействующим взаимодействием дислокаций через собственные поля напряжений, которые они вокруг себя создают, и почти не зависит от температуры. В результате взаимодействия друг с другом дислокации тормозятся и останавливаются, поэтому для протекания деформации с постоянной скоростью необходимо непрерывное рождение новых дислокаций. Это приводит к постоянному увеличению плотности дислокаций в кристалле, которая достигает 10¹¹—10¹² см^{- 2}; соответственно растет их взаимное сопротивление скольжению — происходит деформационное упрочнение, или наклёп кристалла.

  Развитие междислокационного взаимодействия отражает диаграмма «напряжение — деформация» (рис. 5), которая в типичных случаях обнаруживает 3 характерных участка, отвечающих трём основным стадиям эволюции дислокационной структуры.

  На стадии I (стадия лёгкого скольжения) плотность дислокаций относительно невелика, каждая дислокация до остановки успевает пройти расстояние, сопоставимое с размером всего кристалла, и значительная часть дислокаций выходит на поверхность кристалла. Сопротивление скольжению обусловлено взаимодействием отдельных дислокаций, плотность которых возрастает с деформацией относительно медленно, поэтому коэффициент упрочнения здесь мал (~ 10^-з G). С увеличением степени деформации и ростом плотности дислокаций их распределение становится существенно неоднородным: дислокации образуют компактные скопления в плоскостях скольжения (стадия II). Поля напряжений от этих скоплений, в свою очередь, являются причиной побочной пластической деформации. Эта локальная, различным образом направленная деформация может не проявляться в общем формоизменении кристалла, но увеличивает плотность дислокаций в результате появления дислокаций во вторичных системах скольжения. Взаимодействие дислокаций основной и вторичных систем приводит к образованию дислокационных сгущений и формированию дислокационной ячеистой структуры (рис. 6). На протяжении всей стадии II характер дислокационной структуры сохраняется, уменьшается только размер ячеек; коэффициент упрочнения ~10^-2 G. С дальнейшим увеличением плотности дислокаций происходит «выдавливание» части дислокаций из плоскостей скольжения, в которых они были расположены; при этом дислокации противоположных знаков встречаются и аннигилируют. Происходит разрядка дислокационной плотности, сопровождающаяся падением коэффициента упрочнения (стадия III). Параллельно начинаются процессы нарушения сплошности (образование микротрещин), которые приводят в конечном итоге к разрушению кристалла, определяющему максимально достижимую величину пластической деформации (см. Прочность).

  При высоких температурах дислокационный механизм П. сочетается с диффузионным и самодиффузионным. В кристаллах с примесями релаксация напряжений у дислокаций или дислокационных скоплений может осуществляться в результате перераспределения примесных атомов. Вокруг дислокации образуются примесные «атмосферы» и дислокационная П. падает (деформационное старение). Поэтому удаление примесей обычно повышает П. С другой стороны, дислокации являются эффективными стоками и источниками вакансий и междоузельных атомов. Рождение или аннигиляция этих дефектов приводят к достройке или сокращению обрывающихся на