Deformaatio
3
Makroskooppinen approksimaatio 4
Makroskooppinen mikroskooppinen Homogeeninen Isotrooppinen Elastinen Epähomogeeninen Anisotrooppinen Inelastinen 5
Elastinen anisotropia Material 2(s 11 s 12 ) / s 44 E 111 (Gpa) E 100 (Gpa) ratio Al 1.219 76.1 63.7 1.19 Cu 3.203 191.1 66.7 2.87 Au 2.857 116.7 42.9 2.72 Fe 2.512 272.7 125.0 2.18 MgO 1.534 350.1 249.4 1.404 spinel 2.425 364.5 170.0 2.133 TiC 0.877 429.2 476.2 0.901 W 1 384.6 384.6 1 6
Mikrotasolla... kideorientaatio vaikuttaa efektiiviseen jännitykseen... kiteiden geometria aiheuttaa kiteiden sisäisiä jännityshuippuja 7
Epähomogeeninen materiaali Materiaalissa on sulkeumia, erkaumia, epäpuhtauksia, hilavirheitä. Nämä aiheuttavat mikroskooppisia jännityskeskittymiä 8
Epäpuhtaudet aiheuttavat jännityshuippuja 9
10
Siis: Lineaaris-elastisella alueella käytös on makroskooppisesti palautuvaa ja tasaista Mikrotasolla jännitys vaihtelee mikrorakenteen mukana ja paikallista myötämistä voi tapahtua jännityskeskittymissä Paikallinen myötäminen tasaa jännityshuippuja 11
12
13
Myötää käytännössä muttei teoriassa Kimmokertoimen perusteella voidaan laskea teoreettinen lujuus: ττ=g/2π Todellinen lujuus tämä / 10000 Kaikki sidokset eivät murru kerralla 14
Plastinen (pysyvä) muodonmuutos Suurin leikkausjännitys 45 kulmassa 15
Leikkausjännitys käynnistää liukumisen "Riittävän korkea" jännitys mahdollistaa dislokaatioiden liikkeen ja muodostumisen. Liukuminen alkaa kun leikkausjännitys liukusysteemissä on riittävän suuri 16
Dislokaatiot Viivamainen hilavirhe Särmä- tai ruuvidislokaatio Dislokaation liike aiheuttaa siirtymän 17
Särmädislokaatio 18
Ruuvidislokaatio 19
20
21
Dislokaatiot erilliskiteessä 22
Peiers-Nabarro jännitys Tiivispakkauksellisilla tasoilla Peiersjännitys on mitättömän pieni Liukuminen keskittyy (mahdollisimman) tiivispakkauksellisiin tasoihin ja burgers vektorien suuntaan Liukutaso + liukusuunta = liukusysteemi TKK-hilassa Peiers-jännitys merkittävä 23
Schmidintekijä:cosΦcos λ ττ = P/A cosφcos λ 24
Dislokaatioiden energia Dislokaatiot vääristävät hilaa ja siten sitovat energiaa. E=αGb 2 (α 0.5... 1) 25
Plastisen deformaation energia Energia sitoutuu dislokaatioiden energiaksi ja dislokaatioiden liikuttamisee tehtyyn työhön Tämä ei palaudu jännityksen poistuessa 26
Dislokaatioiden syntyminen Frank-Read dislokaatiogeneraattori Orowan jännitys ττ=gb/l 27
Dislokaatioiden vuorovaikutus Ohittaessaan toisensa särmädislokaatioiden jännityskentät kohtaavat ja ohittamiseen tarvitaan jännitys ττ~gb/ N Ristikkäiset dislokaatiot joutuvat "leikkaamaan" toisensa ja synnyttävät toisiinsa mutkia, jotka vaikeuttavat liikkumista. Maksimi leikkausjännitys ττ~gb N Samalla liukutasolla olevat dislokaatiot pakkautuvat kohdatessaan esteen (kuten raerajan) Tarvittava jännitys nousee dislokaatiotiheyden kasvaessa => muokkauslujittuminen 28
29
30
Pinousviat PKK hilassa dislokaatio voi hajaantua Shockleyn osittaindislokaatioiksi ja pinousviaksi 31
32
Monikiteisessä materiaalissa Mielivaltaisen deformaation välittämiseen vaaditaan 5 itsenäistä liukusysteemiä PKK: {111}/<110>; 12 liukusysteemiä, 5 itsenäistä TKK: {110}/<111> (<112>,<123>), 48 liukusysteemiä, 5 itsenäistä TPH: {1010} / <1120> tai {0001}/<1120> ; ei riittävästi itsenäisiä liukusysteemejä 33
34
Kaksostuminen 35
Yhteenveto PKK-hilassa Peiers jännitys mitätön Dislokaatioita syntyy ja ne liikkuvat helposti Dislokaatiot takertuvat toisiinsa ja pakkautuvat raerajoille TKK-hilassa Dislokaatioiden syntyminen ja liikkuminen vaikeampaa Dislokaatioita vähemmän TPH-hilassa Deformaatio edellyttää dislokaatioiden liikettä heikommilla liukusysteemeillä tai kaksostumista 36
... näistä seuraa (yleensä) PKK materiaaleilla matala myötölujuus, runsas muokkauslujittuminen TKK materiaaleilla korkea myötölujuus, vähäisempi muokkauslujittuminen 37
Muokkauslujittuminen Siis: Plastinen deformaatio lisää dislokaatiotiheyttä Lisääntynyt dislokaatiotiheys vaikeuttaa dislokaatioiden liikettä => Lujittuminen Mutta: Kinemaattinen, isotrooppinen vai jotain muuta 38
Raerajat Dislokaatiot välittävät raerajojen epäjatkuvuutta Dislokaatiot muodostavat pienen kulman rajoja ja kaksosia 39
Raerajojen vaikutus dislokaatioihin Dislokaatiot eivät voi ylittää raerajoja Dislokaatiot pakkautuvat raerajoille Dislokaatiopakkauma (pile-up) herättää jännityksen seuraavassa rakeessa 40
41
Liuosatomit ja dislokaatiot Dislokaatioiden jännityskenttä ja liuosatomien jännityskenttä aiheuttavat vuorovaikutuksen Ylikokoiset liuosatomit pyrkivät vetojännitysalueelle (välisija-atomit) Alikokoiset pyrkivät puristusjännitysalueelle Dislokaatioiden ympärille syntyy Cottrellin pilvi seosatomeista Nämä "lukitsevat" dislokaation 42
Koherentit erkaumat vaikeuttavat liikettä Dislokaatiot voivat joskus lävistää koherentit erkaumat ja jopa vähentää erkaumia Erkaumat vaikeuttavat dislokaatioiden liikettä 43
Epäkoherentit erkaumat ja dispersiot Dislokaatiot joutuvat kiertämään erkaumat 44
Kuroutuminen Suppeuma vähentää pinta-alaa ~ muokkauslujittuminen Kuroutumisen alkaessa n=ε 45
46
Tyypillinen loppumurtuma 47
Lämpötilan ja muodonmuutosnopeuden vaikutus 48
49