The new science of strong materials

Часть
1
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART01.HTM
Рис
. 28.
Схематическое изображение сдвига
,
происходящего с помощью
краевой дислокации
.
Черные атомы
,
конечно
,
не обозначают те же самые
атомы в каждой из схем
.
Они лишь показывают положение
"
лишней
"
атомной плоскости
.
Когда дислокация движется
,
ни один из атомов не
смещается со своего исходного положения более чем на долю ангстрема
.
Но еще более важно то
,
что дислокации оказываются подвижными
.
Если мы приложим небольшую сдвиговую нагрузку к
кристаллу
,
то обнаружим
,
что необходима лишь малая добавочная деформация
,
чтобы разорвать всю линию сильно
натянутых связей
.
Но затем мы обнаружим
(
рис
. 28, 
б
),
что в результате вся расстановка оказалась всего лишь смещенной
на одно межатомное расстояние
.
Продолжая нагружать кристалл
,
мы будем вновь и вновь повторять этот процесс и в
конце концов вытолкнем дислокацию на поверхность кристалла
(
рис
. 28, 
в
).
А сила
,
необходимая для этого
,
может быть
очень малой
.
Инженеры
-
механики и некоторые металловеды встретили идею Тэйлора в штыки
,
даже сейчас еще кое
-
кто из них издает
глухое рычание
.
Однако физики академического толка с ликованием набросились на дислокации
.
Позже еще многие
годы дислокаций
,
как таковых
,
никто не видел и
,
быть может
,
не ожидал когда
-
либо увидеть
;
но их гипотетические
движения
(
дислокации одного знака отталкиваются друг от друга и
т
.
д
.)
и правила размножения
(
когда союз двух
дислокаций освящен внезапным появлением в кристалле пяти сотен новых дислокаций
)
могли быть теоретически
предсказаны
,
они давали превосходную пищу уму
,
были чем
-
то вроде трехмерных шахмат
.
Нужно сказать
,
почти все эти академические предсказания сбылись
.
Вначале Тэйлор предполагал
,
что скольжение в
пластичных кристаллах обеспечивается теми дислокациями
,
которые с самого начала присутствуют в кристалле
благодаря случайностям неидеального роста
.
Затем оказалось
,
что обычно для интенсивного скольжения
,
которое
происходит в пластичных материалах
,
этих дислокаций не хватает
.
Большие семейства новых дислокаций могут
,
однако
,
генерироваться либо вследствие дислокационных взаимодействий
(
источник Франка
-
Рида
),
либо на резких
концентраторах напряжений
,
например на кончиках трещин
.
Последний случай встречается чаще
.
Таким образом
напряженный металл может быстро на полниться дислокациями
(
около
10
8
на квадратный сантиметр
)
и легко обеспечить
себе течение под постоянной нагрузкой либо стать послушным кузнечному молоту
.
Напомним
,
что дислокация
-
это существенно линейный дефект
,
который может довольно легко перемещаться в
кристалле
.
Если дислокаций много
,
им не надо совершать далекие путешествия
,
дабы встретить другие дислокации
.
Результаты встречи бывают различными
:
например
,
могут образоваться новые дислокации
,
а чаще сближающиеся
дислокации взаимно отталкиваются
.
Дислокаций становится все больше и больше
,
двигаясь по кристаллу
,
они начинают
мешать друг другу
,
переплетаясь
,
словно спутанные нитки
.
В результате материал упрочняется
,
и
,
если продолжать его
деформировать
,
он станет хрупким
.
Каждому знаком хрестоматийный пример
:
если надо сломать проволоку или кусок жести
,
то их следует несколько раз
согнуть взад
-
вперед
.
Сперва металл деформируется легко
,
затем немного упрочняется и
,
наконец
,
ломается хрупким
образом
.
Металл
,
упрочненный деформацией
,
может быть возвращен в исходное мягкое состояние путем отжига
,
то есть нагревом
его до полной или частичной рекристаллизации
,
при этом большинство избыточных дислокаций исчезает
.
Так
,
медные
трубы следует отжигать после гибки
,
в противном случае они будут хрупкими
.
Ю
.
Н
.
Работнов
.
Предисловие
Введение
.
Новая наука о прочных материалах
,
или
как задавать трудные вопросы