68951

Деформация кристалла

Лекция

Производство и промышленные технологии

Деформа́ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов.

Русский

2014-09-28

142 KB

5 чел.

Лекция 5

Деформация кристалла.

1.1. Понятие напряжения и деформации.

Деформа́ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение.

Причины отказа механики

Прогиб

Коррозия

Пластическая деформация

Усталость материала

Удар

Трещина

Плавление

Износ

Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия (другими словами, атомы не выходят за пределы межатомных связей); в основе необратимых — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия (то есть выход за рамки межатомных связей, после снятия нагрузки переориентация в новое равновесное положение).

Пластические деформации — это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести — это необратимые деформации, происходящие с течением времени. Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность.

Наиболее простые виды деформации тела в целом:

растяжение-сжатие,

сдвиг,

изгиб,

кручение.

В большинстве практических случаев наблюдаемая деформация представляет собой совмещение нескольких одновременных простых деформаций. В конечном счёте, однако, любую деформацию можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу.

Деформация физического тела вполне определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки.

Деформация твёрдых тел в связи со структурными особенностями последних изучается физикой твёрдого тела, а движения и напряжения в деформируемых твёрдых телах — теорией упругости и пластичности. У жидкостей и газов, частицы которых легкоподвижны, исследование деформации заменяется изучением мгновенного распределения скоростей.

Деформация твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикция), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил. Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки (то есть тело возвращается к первоначальным размерам и форме), и пластической, если после снятия нагрузки деформация не исчезает (или исчезает не полностью).

Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела (предел упругости).

Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной нагрузке, приложенной к телу, деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.

В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность (то есть способность заполнять весь объём, занимаемый материалом тела, без всяких пустот) является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объёмов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния.

Простейшей элементарной деформацией является относительное удлинение некоторого элемента:

где

 — длина элемента после деформации;

 — исходная длина этого элемента.

На практике чаще встречаются малые деформации — такие, что .

Измерение деформации производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие деформации весьма малы, и их измерение требует высокой точности. Измерение деформаций называется тензометрией; измерения обычно производятся с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются резистивные тензодатчики, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ. Для суждения о местных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком или хрупкими прокладками и т. д.

1.2. и 1.3. Механизм сдвиговой деформации.

Под анизотропией понимается неодинаковость механических и других свойств в кристаллических телах вдоль различных кристаллографических направлений. Она является естественным следствием кристаллического строения, так как на различных кристаллографических плоскостях и вдоль различных направлений плотность атомов различна.

    Например, в кубических решетках (см. рис. 1.2, б, в) по направлениям вдоль ребер насчитывается меньше атомов, чем вдоль диагоналей куба в ОЦК-решетке или диагоналей граней в ГЦК-решетке. На плоскостях, проходящих через грани ОЦК- и ГЦК-решеток, находится меньше атомов, чем на диагональных плоскостях.

    Поскольку механические, физические и химические свойства вдоль различных направлений зависят от плотности находящихся на них атомов, то перечисленные свойства вдоль различных направлений в кристаллических телах должны быть неодинаковыми.

    Анизотропия проявляется только в пределах одного монокристалла или зерна-кристаллита. В поликристаллических телах она не наблюдается из-за усреднения свойств по каждому направлению для огромного количества произвольно ориентированных друг относительно друга зерен. Поэтому реальные металлы являются квазиизотропными телами, т. е. псевдоизотропными.

 

Рис. 1.5. Элементарная ячейка решетки ОЦК

 Сдвиг в кристалле происходит наиболее легко вдоль атомных плоскостей с наиболее плотной упаковкой атомов. Рассмотрим объемно-центрическую кубическую решетку (ОЦК) (рис. 1.5):

а)

1) Плоскость ABCD (рис 1.6 а). Количество атомов в плоскости ABCD – 1; площадь ABCD = a2; площадь, приходящаяся на 1 атом – удельная площадь:   – мера плотности упаковки.

б)

Рис. 1.6. Плоскости решетки ОЦК

а) - базисная плоскость; б) - плоскость с максимальной упаковкой атомов

2) Плоскость ABGH (рис 1.6 б). Количество атомов в плоскости ABGH – 2; площадь ABGH = a2 ;   

В плоскости ABGH плотность упаковки больше чем в ABСD. Наиболее вероятен сдвиг вдоль диагональных плоскостей.

http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/TM/lection1.htm

смотрим!!!


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11641. Измерение емкости конденсатора. Определение неизвестных сопротивлений проводников (катушек) при помощи мостика Уитстона 93.5 KB
  Измерение емкости конденсатора Цель работы: Определение неизвестных сопротивлений проводников катушек при помощи мостика Уитстона. Схема принципиальной установки: сопротивления Г гальванометр ...
11642. Измерение электродвижущей силы источника постоянного тока 32.5 KB
  Отчет По лабораторной работе №23 Измерение электродвижущей силы источника постоянного тока Цель работы: Измерение электродвижущей силы источника постоянного тока методом компенсации. Теоретическое введение. Электрическим током называется порядо...
11643. Определение кривой намагничивания железа 63.5 KB
  Отчет По лабораторной работе №28 Определение кривой намагничивания железа Цель работы: Ознакомление с характеристиками магнитных свойств вещества и определение зависимости магнитной индукции и магнитной проницаемости ферромагнитного образца от напряжен
11644. Исследование гальванометра магнитоэлектрической системы. 37.5 KB
  Отчет По лабораторной работе №29 Исследование гальванометра магнитоэлектрической системы Цель работы: экспериментальное измерение основных характеристик гальванометра магнитоэлектрической системы. Теоретическое введение: В электрических приборах м
11645. Измерение потерь напряжения в проводах. 108 KB
  Измерение потерь напряжения в проводах Цель работы: Ознакомление с общими принципами передачи электрической энергии на большие расстояния и определение потерь напряжения в моделях электрических линий. Теоретическое введение. Передача электрической эне...
11646. Определение удельного сопротивления Резистивного провода. 42.5 KB
  Определение удельного сопротивления Резистивного провода Цель работы : Измерение сопротивления техническим методом и определение удельного сопротивления резистивного провода. Установка : измерение R техническим методом с точным измерением силы тока...
11647. Разработка технологического процесса механической обработки детали типа Вал 43.25 KB
  2 Практическая работа №1Разработка технологического процесса механической обработки детали типа Вал 1.Определение типа производства Определяем тип производства по [3 стр. 6 табл. 1.1]: Исходя из массы детали 1 кг и объема производства 3000 шт/год...
11648. Разработка генератора линейной псевдослучайной последовательности на сигнальном процессоре семейства TSM320C54xx 158.75 KB
  ОТЧЁТ по лабораторной работе №1 Разработка генератора линейной псевдослучайной последовательности на сигнальном процессоре семейства TSM320C54xx Цель работы Изучение процесса создания программ линейных генераторов псевдослучайной последовательности ГПСП н
11649. Разработка генератора нелинейной псевдослучайной последовательности на сигнальном процессоре семейства TMS320C54xx 264 KB
  ОТЧЕТ по лабораторной работе № 2 Разработка генератора нелинейной псевдослучайной последовательности на сигнальном процессоре семейства TMS320C54xx 1 Цель работы Изучение процесса создания программ нелинейных ГПСП на сигнальных процессорах семейства TMS320C54xx фирмы Texas ...