Влияние дефектов на пластичность кристалла

Скольжение плоскостей в идеальном кристалле требует значительных усилий, так как необходим разрыв порядка 10²⁰ м^–2 (10¹⁶ см^–2) межатомных связей. Оценка t_теор для разрыва связей дает (3.17):

Однако, экспериментальные значения скалывающих напряжений намного меньше (10^–4 ¸ 10^–5) G. Причина – в наличии в реальных кристаллах дислокаций, для перемещения которых требуются значительно меньшие напряжения, чем для сдвига всей плоскости.

Точечные дефекты,образуя атмосферу Коттрела вокруг дислокаций, могут их тормозить (упрочнение металлов легированием).

Увеличение числа дислокаций, взаимодействие их упругих полей и их взаимное пересечение также может повысить прочность металла (наклеп или деформационное упрочнение ковкой), уменьшая подвижность дислокаций.

Нитевидные кристаллы, содержащие мало дислокаций, имеют предел текучести, близкий к теоретическому.

Таким образом, в реальных кристаллах предел текучести снижается за счет возможности скольжения дислокаций, однако примесная атмосфера и другие дислокации могут повышать прочность реальных твердых тел.

Твердость. Хрупкое разрушение

Хрупкое разрушение означает полный разрыв межатомных связей под действием нормального напряжения.

. (4.17)

Однако, из-за наличия поверхностных и объемных дефектов эта величина значительно ниже. Особенно опасны ПАВ (поверхностно-активные вещества), которые адсорбируются на царапинах, трещинах и проникают внутрь твердого тела.

Поверхностные дефекты и трещины (трещины Грифитса) служат концентраторами локальных напряжений, которые в конечном счете приводят к разрушению твердого тела. Локальные напряжения могут на несколько порядков превышать среднее приложенное к кристаллу напряжение.

Модуль Юнга для NaCl имеет величину Е = = 3,6×10⁹ Па. На воздухе разрыв стержня происходил при s = 4,9×10⁶ Па, а в воде после удаления поверхностных дефектов напряжение разрыва составляло величину s = 1,6×10⁹ Па – близкую к теоретической.

Твердость – это сопротивление материала царапанью или пластическому вдавливанию индентора, служит для оценки прочности и разрушаемости материала.

Для качественной оценки твердости кристаллов и минералов существует минералогическая шкала Мооса, имеющая 10 градаций (табл. 4.2).

Самые твердые кристаллы (алмаз) имеют твердость 10, самый мягкий кристалл тальк имеет твердость 1. Практически твердость неизвестного минерала определяется путем его царапания кристаллом с известной величиной твнрдости. Шкалой твердости по Моосу широко пользуются геологи.

Существуют приборные методы определения твердости, которые используются для сравнения прочностных характеристик различных материалов. В промышленности применяют методы Бриннеля и Рокуэлла для относительной оценки твердости металлов.

В стандартном методе Бриннеля стальной шарик диаметром 10 мм вдавливается с постоянной нагрузкой 3000 кгс в течение10 с и затем измеряется диаметр отпечатка в миллиметрах.

В методе Рокуэлла используется твердосплавный наконечник специальной формы, который вдавливается при постоянной нагрузке: НРА – 50 кгс, НРВ – 90 кгс, НРС – 140 кгс. Измеряется глубина вдавливания наконечника.

Вопрос – 6. Теплоемкость твердых тел и тепловое расширение. (Павлов, Хохлов 163 и 183, лекция Рембезы Е. С. «теплоемкость кристаллов»)