Дислокационная структура и прочность металлов

Выявляемая в процессе эксплуатации или во время специальных испы­таний прочность металлов, называемая фактической или технической, на 2—3 порядка ниже их теоретической прочности. Теоретической прочностью об­ладает совершенно бездефектный металл, имеющий идеально построенную, однородную во всех ее частях кристаллическую решетку. При его нагружении силой Р (рис. 1.3, а, б) возникающие касательные напряжения т задействуют, т. е. стремятся разорвать все совершенно одинаковые межатомные связи, пересекающие плоскость сдвига S—S.

Из физики твердого тела известна следующая формула для вычисления теоретической прочности: т = KG/(2n), где К —постоянный для данного

металла коэффициент, G — модуль сдвига этого металла. Однако техническая прочность в сотни раз меньше вычисляе­мой по этой формуле величи­ны. Это объясняется наличием в реальном металле концентра­торов напряжений, металлурги­ческих дефектов и дефектов кристаллической решетки, важ­нейшими из которых являются дислокации. Наличие в металле и его кристаллической решетке перечисленных дефектов при его нагружении силой Р способствует тому, что все межатомные силы задействуются только на очень малом отрезке упругой дефор­мации, в течение которой сила увеличивается пропорционально деформации. (При деформировании бездефектного металла эта сила продолжала бы возрас­тать вплоть до разрушения, достигнув при этом теоретического предела.)

Однако при наличии дефектов кристаллической решетки после неболь­шой упругой деформации происходит пластическая, или, точнее, упруго-пластическая деформация, в течение которой из-за наличия в решетке дефек­тов под действием приложенной силы разрушается значительно меньшее количество межатомных сил сцепления. При этом начинает действовать принципиально иной, так называемый дислокационный механизм упруго-пластической деформации, развитие которой может завершиться разрушени­ем металла. При наличии в металле металлургических дефектов или концен­траторов напряжений разрушение наступает раньше и продолжается в тече­ние значительно более короткого времени.

Изложенное выше показывает, что техническая прочность металла ока­зывается в сотни и даже тысячи раз меньше теоретической.