В материаловедении скольжение - это большое смещение одной части кристалла относительно другой части по кристаллографическим плоскостям и направлениям. [1] Скольжение происходит при прохождении дислокаций по плотноупакованным плоскостям, которые представляют собой плоскости, содержащие наибольшее количество атомов на площадь и в плотноупакованных направлениях (наибольшее количество атомов на длину). Плотно упакованные самолеты известны как самолеты скольжения или скольжения. Система скольжения описывает набор симметрично идентичных плоскостей скольжения и соответствующее семейство направлений скольжения, для которых движение дислокации может легко происходить и приводить к пластической деформации.. Величина и направление скольжения представлены вектором Бюргерса .
Внешняя сила заставляет части кристаллической решетки скользить друг по другу, изменяя геометрию материала. Для начала скольжения требуется критическое разрешенное напряжение сдвига. [2]
Системы скольжения [ править ]
Гранецентрированные кубические кристаллы [ править ]
Скольжение в гранецентрированных кубических (ГЦК) кристаллах происходит по плоскости плотной упаковки . В частности, плоскость скольжения имеет тип {111} , а направление - тип < 1 10>. На диаграмме справа конкретная плоскость и направление равны (111) и [ 1 10] соответственно.
Учитывая перестановки типов плоскостей скольжения и типов направлений, ГЦК кристаллы имеют 12 систем скольжения. [3] В ГЦК решетке норму вектора Бюргерса b можно вычислить с помощью следующего уравнения: [4]
Где a - постоянная решетки элементарной ячейки.
Телоцентрированные кубические кристаллы [ править ]
В объемноцентрированных кубических (ОЦК) кристаллах скольжение происходит и по плоскости кратчайшего вектора Бюргерса ; однако, в отличие от ГЦК, в кристаллической структуре ОЦК нет действительно плотноупакованных плоскостей. Таким образом, для активации системы скольжения в ОЦК требуется тепло.
Некоторые материалы с ОЦК (например, α-Fe) могут содержать до 48 систем скольжения. Имеется шесть плоскостей скольжения типа {110}, каждая с двумя направлениями <111> (12 систем). Имеется 24 {123} и 12 {112} плоскостей, каждая с одним направлением <111> (36 систем, всего 48). Хотя количество возможных систем скольжения в кристаллах с ОЦК- решеткой намного больше, чем в кристаллах с ГЦК- решеткой , пластичность не обязательно выше из-за повышенных напряжений трения в решетке . [3] Хотя плоскости {123} и {112} не совсем идентичны по энергии активации с {110}, они настолько близки по энергии, что во всех смыслах и целях их можно рассматривать как идентичные. В диаграмме справа удельная плоскость и направление скольжения (110) и [ 1 11], соответственно. [4]
Гексагональные плотноупакованные кристаллы [ править ]
Скольжение в металлах с гексагональной плотной упаковкой (ГПУ) гораздо более ограничено, чем в кристаллических структурах с ОЦК и ГЦК. Обычно кристаллические структуры ГПУ позволяют скользить по плотноупакованным базальным плоскостям {0001} вдоль направлений <11 2 0>. Активация других плоскостей скольжения зависит от различных параметров, например, отношения c / a. Так как на базисных плоскостях всего 2 независимых системы скольжения, для произвольной пластической деформации необходимо активировать дополнительные системы скольжения или двойниковые системы. Обычно это требует гораздо более высокого разрешенного напряжения сдвига и может привести к хрупкому поведению некоторых поликристаллов с ГПУ. Однако другие материалы с ГПУ, такие как чистый титан, демонстрируют большую пластичность. [5]
Кадмий , цинк , магний , титан и бериллий имеют плоскость скольжения на {0001} и направление скольжения <11 2 0>. Это создает в общей сложности три системы скольжения в зависимости от ориентации. Возможны и другие комбинации. [6]
В кристаллах есть два типа дислокаций, которые могут вызывать дислокации скольжения, и винтовые дислокации. Краевые дислокации имеют направление вектора Бюргерса, перпендикулярное линии дислокации, в то время как винтовые дислокации имеют направление вектора Бюргерса, параллельное линии дислокации. Тип возникающих дислокаций во многом зависит от направления приложенного напряжения, температуры и других факторов. Винтовые дислокации могут легко перемещаться из одной плоскости в другую, если другая плоскость скольжения содержит направление вектора Бюргерса. [2]
См. Также [ править ]
- Индексы Миллера
Ссылки [ править ]
- ^ Jastrzebski, D. Природа и свойства инженерных материалов (Wiley International ed.).
- ^ a b , Халл Д., Бэкон, DJ (2001); "Введение в дислокации", 4-е изд., ISBN 0-7506-4681-0
- ^ a b Собойджо, Воле О. (2003). «7.8. Кристаллическая структура и движение дислокаций». Механические свойства конструкционных материалов . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8. OCLC 300921090 .
- ^ a b c d Ван Влит, Кристин Дж. (2006); «3.032 Механическое поведение материалов». Архивировано 17 сентября 2009 г. на Wayback Machine.
- ^ Ороско-Кабальеро, Альберто; Ли, Фэн; Эскэ-де-лос Охос, Даниэль; Аткинсон, Майкл Д .; Quinta da Fonseca, Жуан (2018). «О пластичности альфа-титана: влияние температуры и режима деформации» . Acta Materialia . 149 : 1–10. DOI : 10.1016 / j.actamat.2018.02.022 . ISSN 1359-6454 .
- ^ Каллистер, Уильям Д. младший (2007); «Материаловедение и инженерия: введение», ISBN 0-471-73696-1
Внешние ссылки [ править ]
- Онлайн учебник по скольжению , объяснен на промо - сайте для материаловедения в Кембриджском университете
