 | Портевена-Ле Шателье эффект |  |
Появление у металлов и сплавов нестабильности пластического течения при растяжении вблизи абсолютного нуля
Анимация Описание Скачкообразная деформация - появление у большинства металлов и сплавов нестабильности пластического течения в области температур, близких к абсолютному нулю. Это достаточно общий эффект, наблюдаемый при растяжении твердых тел, имеющих кристаллическую структуру. Для объяснения физической природы появления скачков было выдвинуто несколько гипотез. К настоящему моменту наименее противоречивой является гипотеза тепловой природы скачков - наличие термической нестабильности процесса деформации приводит к локальному разогреву материала из-за малых значений его теплоемкости и теплопроводности при низких температурах. Скачкообразность процесса скольжения присуща вообще явлению пластического течения кристаллических тел. Микроскопические скачки деформации при высоких температурах появляются как при ползучести, так и при активном нагружении монокристаллов уже до уровня их пределов текучести. Превращение микроскачков в макроскачки при очень низких температурах обусловлено локальным тепловым размягчением решетки в результате прохождения первичных инициирующих микроскачков. Это приводит к лавинообразному нарастанию деформации и разогреву материала в локальном объеме; а в конечном счете к падению напряжения. Условием для появления скачков является наличие высоких деформирующих напряжений, при которых создается необходимая степень структурной микронеоднородности решетки, связанной с появлением в ней больших амплитуд локальных внутренних напряжений. Однако высокие деформирующие напряжения являются необходимым, но недостаточным условием существования скачков. Во многих случаях при высоком уровне напряжений, приложенных к кристаллу, скачки не возникают, и лишь понижение температуры приводит к их появлению. Основные закономерности скачкообразной деформации могут быть проиллюстрированы на примере поликристаллического алюминия (рис. 1). Диаграмма скачкообразной деформации поликристаллического алюминия 
Рис. 1 Скачки на диаграмме обнаруживаются только после значительной деформации образца, при высоком уровне напряжений; они возникают лишь после снижения температуры от 4,2 до 1,6 К. Их амплитуда и число увеличиваются с ростом деформации. Даже снижение температуры от 1,6 до 1,3 К еще продолжает влиять на характер и число скачков. Скачкообразная деформация начинается при определенной критической температуре и при ее понижении усиливается. У Al, Ti, Ta, Gd скачки возникают при понижении температуры от 4,2 до 1,6 К, у меди и сплавов (a-латунь, сталь Ст2, сплав В-95) - при температуре 4,2 К, у сплава Al-Mg - при температуре 10 К. Важную роль играет скорость деформации. Ее увеличение приводит к скачкам деформации. При малой скорости деформации скачки отсутствуют. Эффект зависит от размеров образцов; уменьшение их толщины и ширины приводит к снижению числа и даже исчезновению скачков. Эффект зависит также от микроструктуры вещества, ориентации кристаллов, количества примесей, термической обработки, преддеформаций. Эффект деформации проявляется на телах различной геометрической формы. Пространство проявления результата воздействий - объем кристаллического тела. Внешне проявляется в изменении формы и размеров тела. Временные характеристики Время инициации (log to от -2 до 1); Время существования (log tc от 0 до 5); Время деградации (log td от -2 до 0); Время оптимального проявления (log tk от 1 до 3). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация Металлический стержень, охлажденный до гелиевой температуры, подвергается растягивающему усилию. Измеряется динамика удлинения стержня. Наблюдается скачкообразное удлинение стержня (рис. 2). Схема технической реализации 
Рис. 2 Применение эффекта Характеристики некоторых материалов, на которых проявляется физический эффект приведены в таблице 1. | | | Таблица1 | Материал | Модуль сдвига G, ГПа | Предел текучести sт, МПа | Временное сопротивление разрыву sв, МПа при температуре, К. | 4,2 | 1,6 | 300 | Алюминий | 24,5 | 56,3-64,4 | 220 | 230 | 30 | Никель (99,6%) | 77 | 150 | 970 | 990 | 540 | Свинец | 5,6 | 4,9-9,8 | 72 | 78 | 13 | Тантал (99,75) | - | - | 1150 | 1200 | 620 | Медь | 41,5 | 68,5 | 420 | 420 | 230 | Титан (99,6%) | - | 660 | 1340 | 1320 | 750 | Сплав В-95 Незакаленный: Закаленный: | 26-27 26-27 | 150 450 | 550 830 | 610 820 | 340 650 |
Эффект скачкообразной деформации может быть использован для исследований прочности и пластичности твердых тел. Литература  1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- С.90, 460.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- С.20, 231, 460. |