Не так давно мы говорили о механизме упрочнения и дислокациях, накопление которых в металле или сплаве повышает его прочностные свойства, но снижает пластичность. Сегодня обсудим зернограничный механизм упрочнения.
Напомним, что каждое зерно в металле – это свой собственный кристалл. Друг относительно друга эти кристаллы каким-то образом разориентированы. Там, где в процессе роста один наталкивается на другой, между ними возникает граница.
Граница характеризуется нестыковками между рядами атомов соседствующих зерен. А это в свою очередь означает присутствие большого количества дефектов и искажений кристаллической решетки. Таким образом граница зерна – дефектная область в металле.
Будучи дефектными областями, границы препятствуют движению дислокаций, но не прекращают его полностью. А это означает, что извне нужно прикладывать всё большие напряжения, чтобы эти самые дислокации-таки нагнать, заставить двигаться и в итоге добиться образования микротрещины и разрушения. Что и означает «повышение прочности».
Раз дислокации в мелкозернистом материале движутся с трудом, то для того, чтобы он мог проявить пластические свойства, придется приложить больше усилий.
Однако, если размер зерен станет совсем маленьким (меньше 10 нм), произойдут интересные дела: возникнет эффект зернограничного проскальзывания. Тогда одно зерно может как бы скользить относительно другого, и понадобится уже меньше усилий, чтобы деформировать материал.
Такой своеобразный, бездислокационный механизм пластической деформации. Отсюда вполне оправданные теплые чувства многих ученых к таким интересным эффектам наноструктурных материалов.
Фундаментальный закон, связывающий механические свойства материала с размером его зерен, был открыт в середине прошлого века независимо друг от друга двумя английскими учеными: Эриком Холлом и Норманом Петчем. По их фамилиям он и получил свое название – закон Холла-Петча.