Исследование дислокационной структуры и внутренних напряжений в устойчивых полосах скольжения

И.Ю. Зубко, И.Э. Келлер, П.В. Трусов (Пермь)

В экспериментах по циклическому деформированию кристаллических материалов с гранецентрированной кубической решеткой в зависимости от накопленной циклической деформации выделяют несколько стадий развития дислокационной структуры. Стадии хаоса и максимально упорядоченной ячеистой дислокационной структуры разделяет стадия появления устойчивых полос скольжения (лестничной структуры), состоящих из мультипольных стенок краевых дислокаций одной системы скольжения. Устойчивая полоса скольжения является двумерным объектом и идеально подходит для моделирования разработанными авторами плоскими моделями самоорганизации дислокаций, основанными на подходе клеточных автоматов, трактующем пространство, время и все события дискретными. В модели рассматривается многочастичное взаимодействие большого количества краевых дислокаций обоих знаков одной системы скольжения. Принятая в модели гипотеза аддитивности скоростей однородной упругой деформации кристаллической решетки и осредненной по объему пластической деформации позволяет задавать жесткость нагружающей системы и строить макроскопическую диаграмму деформирования образца с развивающейся дислокационной структурой. Модель описывает формирование из однородного случайного начального распределения дислокаций хаотической структуры, состоящей из жгутов диполей краевых дислокаций, преобразующейся затем в структуру, соответствующую строению устойчивой полосы скольжения. Прямые расчеты показали, что полученная структура обладает дальнодействующими полями внутренних напряжений, вопрос о существовании которых является дискуссионным и однозначного экспериментально обоснованного ответа не имеет. Также до конца не изучен вопрос о факторах, определяющих размеры дислокационной структуры - известные попытки теоретического описания образования дислокационной структуры не принимают во внимание, что такая структура находится в равновесии при приложенной нагрузке и, несмотря на взаимное экранирование дальнодействующих упругих полей дислокаций в такой низкоэнергетической структуре, должна содержать микронапряжения как при приложенной, так и при снятой нагрузке. В работе на основании прямого численного эксперимента показывается взаимосвязь характерных размеров дислокационной структуры устойчивой полосы скольжения и параметров поля микронапряжений структуры.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ-Урал № 01-01-96481) и Американского фонда гражданских исследований и развития (АФГИР) (грант № PE-009-0).