Теоретические основы анализа эволюции структуры при пластической деформации

Отправной точкой для теоретического анализа, представленного в данной главе, явились экспериментальные исследования эволюции дефектных структур, которые были выполнены в 70-х и 80-х годах прошлого века. Их результатом стало открытие явления фрагментации кристаллов при больших пластических деформациях [1−6]. Было давно известно, что ориентировка кристаллов в ходе их пластической деформации не сохраняется, а, напротив, закономерно меняется [7, 8]. Однако оказалось, что при этом первоначально однородно ориентированные кристаллы постепенно разбиваются на совокупность взаимно разориентированных областей. Экспериментально было установлено [9−11], что на стадии фрагментации разориентировки между соседними микрообластями (фрагментами) увеличиваются с деформацией, достигая при больших деформациях десятков градусов [3,12], а размеры этих микрообластей, наоборот, уменьшаются. Было также показано, что явление фрагментации типично для деформируемых твердых тел с различным типом кристаллической решетки [3]. После определенной степени пластической деформации оно наблюдается вне зависимости от исходной структуры кристалла, его химического и фазового состава.

Для устранения проблем, возникших при описании фрагментации, потребовалось дополнить физическую теорию пластичности новыми идеями, в частности, представлением о коллективных модах движения дислокаций — носителей деформаций [3,13]. Также принципиальным для развития теории явился переход на мезоуровень при рассмотрении процессов пластического течения кристаллов [3,13−15]. Действительно, при исследовании структурных превращений большое значение имеет правильный выбор масштабного уровня. Так, изучение свойств дислокации как особого физического объекта равносилен отказу от рассмотрения особенностей атомной структуры ее ядра. Вместо этого мы вводим новые понятия, отвечающие более крупному масштабу: линия дислокации и вектор Бюргсрса. Однако, когда нас интересует описание деформации и поворота объемов, размер которых на порядок и более превышает характерное расстояние между дислокациями, целесообразно пренебречь дискретностью деформации и деталями дислокационной микроструктуры. Тем самым, мы переходим на еще более крупный масштабный уровень. Этот уровень называют мезоскопическим, тем самым определяя его промежуточное положение между микроуровнем, на котором мы имеем дело с индивидуальными дислокациями и макроуровнем, на котором особенности структуры материала вообще несущественны.

Таким образом, на мезоуровне мы от рассмотрения отдельных дислокационных микросдвигов переходим к рассмотрению деформации мезообъемов, являющейся результатом сложения множества микросдвигов. Начнем со связи между деформацией мезообъема и параметрами микросдвигов и введем основные понятия и обозначения, которые будут использоваться в дальнейшем.