Прочность металлов и сплавов — за ее повышение бьются металлурги и технологи уже не одну тысячу лет. Многим эмпирически удавалось найти рецепты повышения твердости. Но только сравнительно недавно нам открылись механизмы, по которым разработанные рецептуры надежно и прогнозируемо повышают прочность материалов.
Для начала вспомним, что прочность – это способность материала сопротивляться разрушению. Как бы парадоксально это ни звучало, но повышению прочности материала могут способствовать дефекты. Как они могут появиться в металле или сплаве?
Если мы подвергнем наш материал пластической деформации, то в нем возникнут линейные дефекты – дислокации. По мере того, как возрастает плотность дислокаций, прочность материала растет, а его пластичность падает. Что логично, т.к. чем больше дислокаций, тем тяжелее появиться новым.
Кроме того, для реализации пластической деформации дислокации в металле должны иметь возможность относительно свободно двигаться. Вот только к сожалению для самих дислокаций они мешают движению друг друга, а значит дальнейшей пластической деформации протекать сложнее.
В этом случае мы говорим, что в материале произошел наклеп. Если с наклепом переборщить и плотность дислокаций возрастет чрезмерно, то мы достигнем перенаклепа, а в материале начнут образовываться зародыши трещины.
Как именно дислокации препятствуют дальнейшей пластической деформации и упрочнению? Чтобы произошла деформация нужно, чтобы извне поступило воздействие (скажем кузнец со своим молотом), затем это воздействие один атом должен передать другому. При этом в движение приходят целые слои атомов, а двигаются они при помощи дислокаций.
Однако если одна дислокация наткнется на другую, то ее движение, а следовательно, и движение «соответствующих» ей слоев атомов затруднится вплоть до полной остановки.
В том числе ради наклепа кузнец бьет молотком по заготовке, добиваясь высокой прочности изделия.