Proses deformasi dalam kristal tunggal
Artikel ini memberikan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan berikut, antara lain:
- Bagaimana cara menjelaskan kurva tegangan-regangan untuk kristal tunggal?
- Apa yang dimaksud dengan hukum Hooke?
- Apa yang menjadi ciri meluncur mudah?
- Proses atomik mana yang terjadi dalam kasus peluncur berganda?
- Apa itu dislokasi hutan?
- Apa yang dimaksud dengan memanjat dan tergelincir dislokasi?
- Apa itu pemulihan kristal?
- Apa prinsip atom pengerasan regangan?
- Bagaimana cara menjelaskan kurva tegangan-regangan untuk polikristal
Pendahuluan
Bahkan jika kristal tunggal digunakan jauh lebih sedikit daripada kristal polikristal, orang dapat memahami dengan baik proses deformasi. Secara khusus, kurva tegangan-regangan dari sampel kristal tunggal akan dibahas secara lebih rinci di bawah ini.
Tahap 0 - regangan elastis
Seperti yang dijelaskan dalam artikel deformasi kristal tunggal , pada awalnya bidang slip yang disejajarkan pada sudut sekitar 45 ° terhadap sumbu tarik akan lebih baik diaktifkan, karena pada bidang slip ini tegangan kritis teratasi (CRSS) tercapai terlebih dahulu. .
Di sisi lain, jika tegangan di bawah CRSS, deformasi menghilang sepenuhnya setelah melepaskan kekuatan eksternal (reversibel, deformasi elastis ).
Jika nilai tegangan geser τϵ
Jika tegangan geser di bawah CRSS bahan hanya akan terkena deformasi elastis. Stres dan tegangan geser kemudian akan menunjukkan perilaku linier (hukum Hooke)!
Tahap I - meluncur tunggal (single Gliding)
Jika kristal tunggal direntangkan melampaui regangan elastis, maka tegangan geser kritis yang ditentukan dilampaui dalam bidang slip yang berorientasi menguntungkan. Dislokasi mulai bermigrasi dan proses deformasi plastis ireversibel dimulai. Untuk menjaga proses deformasi, dislokasi harus tetap "berjalan". Oleh karena itu proses deformasi berlangsung tanpa perlu peningkatan ketegangan yang berlebihan. Bahan berperilaku relatif lunak dalam kondisi ini.
Selain itu, dislokasi baru diperkenalkan dalam materi karena proses deformasi. Banyak dislokasi yang bergerak pada akhirnya berarti keuletan yang baik, sehingga deformasi secara praktis dikalikan. Oleh karena itu, kurva dalam diagram tegangan-regangan menjadi semakin datar (tahap I). Karena hanya satu sistem slip yang aktif, tahap ini juga disebut meluncur tunggal atau meluncur mudah .
Pada tekanan sedang, hanya satu sistem slip yang aktif (lebih disukai berorientasi pada 45 °). Ini juga disebut meluncur tunggal atau meluncur mudah!
Catatan: Dalam kasus ekstrim, perkalian dislokasi bahkan mengarah pada fakta bahwa pada kristal tunggal bebas dislokasi, tekanan bahkan berkurang setelah memulai proses deformasi plastis. Karena dalam kasus seperti itu, dislokasi harus dihasilkan terlebih dahulu hingga tingkat yang signifikan di bawah peningkatan kekuatan. Hanya ketika dislokasi yang cukup hadir, proses deformasi dapat dilanjutkan dengan tegangan geser yang lebih rendah
Tahap II - meluncur ganda(multiple gliding)
Jika proses deformasi dilanjutkan dan oleh karena itu tegangan semakin meningkat, tegangan geser kritis pada akhirnya akan dilampaui pada bidang slip lainnya (yang sedikit kurang menguntungkan).
Selain itu, karena deformasi kristal tunggal, reorientasi spasial bidang slip akan terjadi, sehingga bidang slip yang sebelumnya tidak menguntungkan sekarang dapat dipindahkan ke posisi yang lebih menguntungkan. Pergerakan dislokasi kemudian terjadi di beberapa sistem slip yang berorientasi berbeda. Ini adalah tahap multiple gliding (tahap II).
Pada tahap multiple gliding, beberapa sistem slip aktif karena tekanan yang lebih tinggi!
Tidak dapat dihindari, dislokasi bergerak akan bertemu di bidang slip yang berbeda dan saling mempengaruhi. Karena setiap dislokasi menyebabkan tekanan tekan dan tarik di sekitar garis dislokasi mereka, yang pada gilirannya mempengaruhi dislokasi lainnya.
Ini menjadi sangat penting ketika dua dislokasi berpotongan. Secara energetik, ini hanya mungkin dilakukan dengan usaha keras. Namun, situasi seperti itu pasti akan terjadi ketika beberapa sistem slip yang berbeda menjadi aktif pada saat yang sama. Pada tahap meluncur ganda ini, dislokasi karena itu saling menghalangi untuk bergerak.
Sebagai akibatnya, bagaimanapun, proses deformasi dibuat menjadi jauh lebih sulit, karena pada akhirnya proses deformasi yang baik didasarkan tepat pada pergerakan perpindahan bebas. Dengan demikian, sekarang tekanan yang lebih besar diperlukan untuk lebih mendorong proses deformasi. Akan tetapi, pada saat yang sama, lebih banyak dislokasi juga dimasukkan ke dalam materi, yang mengarah pada peningkatan lebih lanjut dalam hambatan timbal balik dari pergerakan dislokasi.
Muncul di materi ke "kemacetan dislokasi", sehingga untuk berbicara. Stres karena itu harus sangat ditingkatkan untuk memastikan deformasi lebih lanjut. Stres dan regangan berperilaku hampir linier pada tahap ini.
Jika dua dislokasi saling tegak lurus satu sama lain pada bidang slip yang berbeda, ini juga disebut sebagai dislokasi hutan . Seperti halnya dislokasi lainnya, dislokasi hutan tetap ada dalam material setelah pemindahan kekuatan. Jika proses deformasi diulangi lagi, terutama dislokasi hutan inilah yang membuat proses deformasi lebih sulit sejak awal. Materi sekarang jauh lebih sulit untuk dideformasi daripada sebelumnya. Prinsip ini disebut sebagai pengerasan kerja untuk mencapai efek peningkatan kekuatan (juga disebut pengerasan regangan).
Dislokasi hutan adalah dislokasi tegak lurus yang saling menghalangi! Dislokasi hutan berkontribusi signifikan terhadap pengerasan regangan!
Tahap III - pemulihan kristal
Dislokasi yang dibendung atau ditahan dengan cacat kristalografi hanya dapat dilepas oleh tekanan yang lebih besar. Dislokasi kemudian menyebar pada bidang slip lainnya dengan proses difusi. Dalam kasus dislokasi ulir, fenomena ini disebut lintas selip atau, dalam kasus dislokasi tanjakan , memanjat .
Dislokasi dengan demikian membuka peluang baru untuk bergerak. Karena mobilitas yang baru didapat, proses deformasi menjadi lebih mudah. Oleh karena itu, sekarang hanya peningkatan tegangan yang lebih rendah diperlukan untuk lebih lanjut mendeformasi kristal tunggal (tahap III). Kristal telah, dengan kata lain, "pulih" dari pemblokiran gerakan dislokasi, yang mengapa tahap ini juga disebut sebagai pemulihan kristal .
Dislokasi dapat lintas-selip pendakian oleh proses difusi ke pesawat slip lainnya. Dislokasi mendapatkan mobilitas baru dan material menjadi lebih ulet (“pemulihan kristal”).
Namun, pada titik tertentu, kohesi atom tidak lagi dapat menahan tekanan dalam materi. Sampel akhirnya pecah.
Catatan
Jika monokristal yang dipertimbangkan disejajarkan secara spasial sedemikian rupa sehingga di bawah beban tidak terdapat bidang slip yang lebih disukai, tegangan geser kritis dilampaui secara simultan dalam beberapa bidang slip yang berbeda. Dengan demikian, sudah pada awal deformasi plastis akan terjadi gliding. Dalam hal ini, kurva tegangan-regangan menghilangkan tahap I.
Geser ganda semacam itu umumnya akan hadir dalam bahan polikristalin , karena kristalit individu (butir) berorientasi secara acak. Dengan cara ini, kurva tegangan-regangan dari bahan-bahan ini juga dapat dijelaskan.