В результате высокочувствительных измерений деформаций было отмечено, что у многих материалов небольшая пластическая деформация (порядка ) наблюдается при напряжениях, значительно меньших обычного напряжения макроскопической текучести. Поскольку эта пластическая деформация должна быть связана с движением дислокаций, правомерно считать, что микродеформация должна зависеть от динамических свойств дислокаций и следовать тем же законам, которые действительны в области макродеформаций. Таким образом, нет необходимости создавать отдельные объяснения пластического течения перед макроскопической текучестью и после нее.
Важно отметить, что для проявления микродеформации требуются подвижные дислокации. В частности для железа это означает, что для обеспечения поступления свежих (незакрепленных) дислокаций необходима предшествующая деформация. Если образец испытывают в отожженном состоянии, то его поведение оказывается совершенно упругим почти до верхнего предела текучести, вследствие закрепления источников дислокаций примесями внедренных атомов. Предполагается, что если бы материалы были в достаточной мере чистыми, то для наблюдения микропластичности предварительная деформация не нужна.
Двумя основными параметрами микродеформации являются и (предел упругости и предел неупругости).
Предел упругости может быть определен как напряжение, при котором обнаруживается первое отклонение от линейного упругого поведения. Его обычно принимают равным напряжению, при котором наблюдается петля гистерезиса в результате испытания посредством нагружения - разгрузки, или же - напряжению, при котором зависимость площади петли от приложенного напряжения экстраполируется к нулевой площади. Данные обоих этих методов обычно совпадают совпадают в пределах ошибки эксперимента. При соответствующих экспериментальных условиях значение может быть связано с напряжением трения. Напряжение трения это такое напряжение, которое необходимо для того, чтобы продвинуть наиболее подвижные дислокации через ближнедействующие энергетические холмы в решетке. Это движение в большей или меньшей мере облегчено термическими флуктуациями в зависимости от требуемой в каждом данном случае энергии активации.
Составы исследуемых сталей
Материал
C+N, % (по массе)
Другие компоненты, %
F5
0,006
(
F4
0,035
(
Fe-Ti
0,018
0,15 Ti
Fe-Si
0,001
3,10 Si
Изменение с темпера-турой для железа различного состава показано на рис. 1. Эти эксперименты проведены на поликристаллическом железе с размером зерна около 0,5 мм, за исключением сплава Fe-Si, имеющего размер зерна около 2 мм. Экспериментов по микроде-формации монокристаллов же-леза не проводили.
Дислокационный механизм, связанный с обратимым пластическим течением, которое первоначально наблюдается при , определен как изгиб петли вследствие движения перегибов на краевых дислокациях.
Такое заключение подтверждает то, что краевые дислокации имеют намного меньшее напряжение Пайерлса, чем винтовые и, таким образом, они будут двигаться первыми при более низких напряжениях, особенно при низких температурах.
Рис. 1. Изменение от температуры для железа различного состава, предварительно деформи-рованного при комнатной температуре: 1 - Fe-Si (вверху) и F4 (внизу) охлаждение с печью; 2 - F4 закалка и старение при 60( С в течение часа; 3 - F5 охлаждение с печью и закалка; 4 - данные Коссовского и Брауна.
Первоначально принимали, что если соответствует начальному движению перегибов на краевых дислокациях, то характеризует напряжение, необходимое для того, чтобы сдвинуть винтовые дислокации. Позднее было показано, что для железа при 77(К действительно представляет собой напряжение, при котором дислокационные петли необратимо расширяются в результате движения на большие расстояния очень больших отрезков краевых дислокаций.
Рис. 2. Сравнение кривых микродеформации, полученных при последовательных циклах нагружения при 77(К для железа F5, предварительно деформированного на 3,5 % при комнатной температуре.
Краевые компоненты дислокаций при низких температурах могут легко передвигаться на довольно большие расстояния, оставляя позади себя следы из относительно неподвижных винтовых дислокаций. Приток краевых дислокаций быстро исчерпывается, что приводит к значительному уменьшению пластической деформации, когда образец нагружен до уровня, лежащего выше , а затем снова нагружен, как это показано на рис. 2. Этот эффект называется упрочнение исчерпанием.
Измерение и является весьма простым способом определения влияния примесей, выделений и легирующих элементов. Движение краевых дислокаций представляет собой простой случай, поскольку оно не связано с поперечным скольжением и в чистых металлах характеризуется очень слабой температурной зависимостью. Следовательно, не возникает затруднений при отделении эффектов связанных с влиянием состава, от других конкурирующих явлений, как это происходит при движении винтовой дислокации.
Далее рассмотрим условия образования замкнутых петель гистерезиса, так как оно играет важную роль в экспериментах нагружение - разгрузка по измерению микродеформации