|
Часть
1
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART01.HTM
Рис
. 27.
Схематическое изображение сдвига
,
происходящего путем скольжения целой плоскости атомов
без помощи дислокационных механизмов
.
На рис
. 27
изображена двумерная модель
-
два параллельных ряда монет
,
лежащих на столе
.
Ясно
,
что последнее
сопротивление сдвигу исчезает в момент
,
когда атомы
-
монеты балансируют на вершинах друг у друга
;
такое положение
создается в момент
,
когда слой оказывается сдвинутым относительно другого слоя на угол
30°.
Пройдя эту точку
,
атомы
будут сваливаться в положение равновесия на дне следующей ямы
,
и сдвиг на одно межатомное расстояние будет
завершен
.
Сопротивление сдвигу началось с нуля
,
возросло до некоторого максимума
,
затем снова упало до нуля
,
когда
атомы оказались на вершинах
.
Сопротивление будет максимальным примерно на полпути к вершине
,
в нашем случае это
соответствует углу сдвига около
15°.
Трехмерный случай будет немного более сложным
,
для него максимум наступает
при
10°.
Для кристаллов
,
которые состоят из атомов различных размеров
,
этот угол может быть еще меньше
.
Очень грубые вычисления
,
основанные на этой модели
,
дают величину теоретической прочности на сдвиг порядка
10%
от модуля упругости
Е
. (
Более сложный расчет
,
проведенный А
.
Келли
,
дает
5–10%
от
Е
.)
Впрочем
,
не слишком большая
точность этих чисел особого значения не имеет
:
при обычных испытаниях реальных материалов мы достигаем их весьма
редко
*.
Теоретическое значение прочности на сдвиг для железа составляет около
1200
кг
/
мм
2
,
но практически кристалл
очень чистого железа сдвигается при напряжениях
,
лежащих между
1,5
и
8,0
кг
/
мм
2
,
для рядовых сталей прочность на
сдвиг составляет
15–25
кг
/
мм
2
,
для самых прочных сталей
-
около
150
кг
/
мм
2
.
*
Заметим
,
что теоретическая прочность на сдвиг
,
вообще говоря
,
ниже
,
чем прочность на разрыв
.
Поэтому
,
если образцы
,
близкие к
совершенным
,
могут достичь очень высоких напряжений
,
они разрушаются преимущественно путем сдвига
.
Эго мы видели в случае стекла
.
Очень мягкие металлы
,
например чистые золото
,
серебро
,
свинец
,
можно испытывать на сдвиг руками
.
После сильного
наклепа сопротивление сдвигу несколько повышается
,
но оно никогда не приближается к теоретической величине
.
Широко известна ковка металла
,
которая делает его более твердым
:
таким путем повышали твердость кромок еще
медного и бронзового оружия
,
а в старину часовых дел мастера всегда обрабатывали так латунные заготовки шестеренок
.
(
Если вы воздержитесь от смазки шестеренок старинных напольных часов
,
то зубья их не только перестанут собирать
пыль и быстро истираться
,
но с течением времени будут становиться тверже и полироваться
,
и так будет продолжаться
века
.)
Вплоть до
1934
года общепринятое объяснение всех этих явлений было крайне неубедительным и походило на желание
уйти от вопроса
.
Вот оно
:
"
Скольжение происходит вследствие того
,
что малые кусочки кристалла
,
обламываясь
,
работают как подшипники качения
.
Когда их становится слишком много
,
они начинают мять друг друга
,
и это
является причиной наклепа
".
Как говорил герцог Веллингтон
, "
если вы верите в это
,
вы можете поверить во что
угодно
".
В
1934
году Дж
.
Тэйлор из Кэмбриджа
,
который изобрел лемешный якорь
,
придумал также дислокацию
.
По крайней
мере
,
он
"
посадил
"
дислокацию в научную статью как гипотезу
.
Основная идея была чрезвычайно проста
,
настолько
проста
,
что не могла быть ошибочной
.
И она в самом деле оказалась верной
.
Почти невероятно
,
рассуждал Тэйлор
,
что металлические кристаллы в действительности так совершенны
,
как мы о них
думаем
,
когда вычисляем их прочность
.
Давайте предположим
,
что во всем объеме кристалла
,
быть может
,
через каждый
миллион атомов или что
-
нибудь около этого
,
встречаются небольшие неправильности
.
При этом нас интересуют не
точечные искажения
,
такие
,
как чужеродные атомы
,
которые могут обеспечить движение отдельных точек
,
а линейные
дефекты
,
которые позволят продвинуться вперед целым армиям атомов на широком фронте
.
Кристалл состоит из слоев
,
или плоскостей атомов
,
которые показались бы наблюдателю
,
уменьшенному до размеров
электрона
,
громоздящимися в ужасающей бесконечной регулярности
,
подобно страницам какой
-
то громадной книги
.
Предположение Тэйлора заключалось в том
,
что кое
-
где слой атомов оказывается незавершенным
,
как если бы кто
-
то
вставил лишний лист бумаги между страницами книги и теперь она в одних местах состоит
,
положим
,
из миллиона
страниц
,
а в других
-
из миллиона и одной страницы
.
Самые интересные явления разыгрываются
,
конечно
,
вдоль линии
,
где лишний слой атомов подходит к концу
,
на кромке
"
лишней
"
плоскости
.
Посмотрев на рис
. 28,
а
,
мы увидим
,
что
должны быть две области
,
по обе стороны от кромки экстраплоскости
,
где атомы сдвинуты на угол
,
примерно
соответствующий теоретической прочности кристалла на сдвиг
.
Другими словами
,
в этих зонах кристалл практически
разрушен
.
VIVOS VOCO:
Дж
.
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -
Do'stlaringiz bilan baham: |
