Введение в кристонную модель формирования полос сдвига и мартенсита деформации в ГЦК кристаллах

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2020

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

В. Г. Чащина, А. Г. Семеновых, М. П. Кащенко

ВВЕДЕНИЕ В КРИСТОННУЮ 
МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ 
ПОЛОС СДВИГА И МАРТЕНСИТА 
ДЕФОРМАЦИИ В ГЦК КРИСТАЛЛАX

Учебное пособие

Рекомендовано к изданию научно-методическим советом  
Уральского государственного лесотехнического университета

Ч305
Чащина, В. Г.
Введение в кристонную модель формирования полос сдвига 
и мартенсита деформации в ГЦК кристаллах : учебное пособие / 
В. Г. Чащина, А. Г. Семеновых, М. П. Кащенко ; Уральский государственный лесотехнический университет. —  Екатеринбург : Изд-во 
Урал. ун-та, 2020. — 58 с. : ил. —  Библиогр. : с. 52–57.  — 300 экз. —  
ISBN 978-5-7996-2970-0. —  Текст : непосредственный.

ISBN 978-5-7996-2970-0

В учебном пособии приводятся экспериментальные данные, касающиеся 
в первую очередь ориентаций границ полос сдвига в ГЦК кристаллах. Эти 
данные получают естественную интерпретацию как следствие возникновения 
объемных носителей деформации кристаллографического сдвига, названных 
кристонами. Источники кристонов образуются при сильном (контактном) 
взаимодействии дислокаций.
Рекомендуется студентам, магистрантам, аспирантам и специалистам в области физики твердого тела, физического материаловедения и физического 
металловедения.
УДК 544.2(07)
ББК 22.3я7

УДК 544.2(07)
ББК 
22.3я7

 
Ч305

© Чащина В. Г., Семеновых А. Г., Кащенко М. П., 2020
ISBN 978-5-7996-2970-0 
© Издательство Уральского университета, 2020

Ре ц е н з е н т ы:
С. Д. Прокошкин, д-р физ.-мат. наук, профессор, главный научный сотрудник 
кафедры обработки металлов давлением Национального исследовательского 
технологического университета «МИСиС» (Москва)
С. П. Беляев, д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник кафедры 
теории упругости Санкт-Петербургского государственного университета 
(Санкт-Петербург)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 
5
Введение 
7
1. Ориентировки границ полос неоктаэдрического сдвига 
10
1.1. Ориентировки границ полос неоктаэдрического сдвига 
в монокристаллах сплава Al-3 %Cu 
10
1.2. Ориентировки границ полос неоктаэдрического сдвига 
в монокристаллах сплава Ni3Fe при сжатии  
вдоль направления [001]γ 
12
1.3. Ориентировки границ полос сдвига  
в монокристаллах сплава Fe-Ti-Mn при растяжении 
13
2. Основные положения кристонной модели формирования полос 
сдвига с границами типа {hhℓ}γ  
(на примере монокристаллов с ГЦК решеткой) 
15
3. Устойчивость кристонов 
20
4. Критическое напряжение генерации кристонов 
25
5. О роли пластической деформации  
в реализации реконструктивных мартенситных превращений 
32
6. О возможных вариантах мартенсита деформации 
36
7. Кристон как носитель сдвига, стимулирующего пороговую 
деформацию 
39
8. Пример формирования нанокристалла мартенсита деформации 
при контактном взаимодействии пары нанокристаллических 
пластинчатых областей двойников исходной ГЦК решетки 
45

9. Перспективные направления развития  
и приложения кристонной концепции 
47
Вопросы для самоконтроля 
50
Библиографические ссылки 
52

ПРЕДИСЛОВИЕ

У природы всегда есть чему поучиться
Леонардо да Винчи

Предлагаемый к рассмотрению материал нацелен на простое изложение сути введенного в [1] представления о существовании носителя 
деформации супердислокационного типа, возникающего при контактном взаимодействии дислокаций на стадии развитой пластической 
деформации. Для этого носителя был предложен термин «кристон» 
и показано, что кристоны естественно сопоставляются с процессами 
формирования полос сдвига, ориентация границ которых отклоняется 
от привычных ориентаций плоскостей легкого скольжения.
Сам термин «кристон» был введен, с одной стороны, для краткости 
(вместо громоздкой словесной конструкции «объемный носитель 
смещения супердислокационного типа, возникающий при контактном 
взаимодействии дислокаций, принадлежащих системам скольжения 
с пересекающимися плоскостями скольжения»), а с другой стороны, 
для того, чтобы подчеркнуть кристаллографический характер носителя деформации. В историческом плане второй аспект явился откликом 
на дискуссионную атмосферу (в 90-е гг. прошлого века) вокруг интерпретации механизма формирования полос сдвига, когда отклонение 
ориентаций границ полос от ориентаций плоскостей легкого скольжения иногда называли некристаллографическим сдвигом (подобный 
термин вполне уместен для аморфной среды). Небезынтересно упомянуть также, что конкретным поводом, инициировавшим введение 
нового понятия, послужило знакомство с результатами работы [2]. 
Изложенные в ней экспериментальные данные по формированию 
полос сдвига производят прекрасное впечатление, с которым резко 

контрастирует попытка обосновать в рамках нелинейной механики 
сплошных сред (несколько десятков страниц громоздких выкладок) 
отклонение ориентации границ полос сдвига от плотноупакованных 
плоскостей. Собственно, подобное нагромождение выкладок указывало на отсутствие учета физической реальности, заключающейся 
в дискретности кристаллической среды. Как будет показано дальше, 
учет дискретности среды позволяет практически устно устанавливать 
спектр ожидаемых ориентаций границ полос сдвига типа (hhℓ).
На наш взгляд, кристоны относятся к числу пропущенных (или 
по крайней мере явно не выделенных ранее) решений, касающихся 
систематизации дефектов в кристаллических твердых телах. При 
интерпретации процессов пластической деформации они играют 
роль промежуточного звена между стандартным дислокационным 
подходом, оперирующим отдельными слабо (упруго) взаимодействующими дислокациями, и дисклинационным описанием, относящимся к ансамблям связанных дислокаций [3].
В настоящее время накопилось достаточно много результатов, 
демонстрирующих конструктивность применения кристонного 
подхода как при описании чисто деформационных процессов без 
изменения симметрии решетки, так и при интерпретации результатов, связанных с особенностями процесса формирования мартенсита деформации. Отобранный для учебного пособия материал 
не претендует на полноту описания, а ограничивается некоторым 
минимальным объемом, достаточным, по мнению авторов, для 
первоначального ознакомления с развиваемой идеологией. Более 
полное изложение содержится в диссертациях [4–6], обзорах [7–9], 
а также статьях, цитируемых по ходу изложения материала.
Предполагается, что читатели знакомы с основами кристаллографии, теории дислокаций и стандартными представлениями 
о механизмах пластической деформации.
Авторы признательны всем специалистам за неоднократные 
плодотворные дискуссии. Особая благодарность за оказанную поддержку безвременно ушедшему замечательному Человеку и Исследователю Владимиру Александровичу Лихачеву.

ВВЕДЕНИЕ

При пластической деформации гранецентрированной кубической решетки (ГЦК) кристаллов, как хорошо известно (cм., например, [10–12]), в первую очередь срабатывают легкие системы 
скольжения по плотноупакованным плоскостям {111}. Поскольку 
в каждой из плоскостей скольжения располагаются по три плотноупакованных ряда атомов вдоль <110> направлений, с каждой 
из плоскостей связаны три системы легкого скольжения с векторами 
Бюргерса b = (а/2) <110>, где а —  параметр решетки. Эти 12 систем скольжения индицируются на поверхности деформируемого 
образца (или в его сечениях) так называемыми линиями скольжения, которые соответствуют линиям пересечения плоскостей {111} 
с упомянутыми поверхностями.
В наиболее простом случае одноосного нагружения (с ориентацией оси е) монокристаллического образца всегда можно выбрать 
начальную ориентацию решетки образца так, чтобы вначале инициировалась единственная система скольжения. Такому выбору 
соответствует максимум фактора Шмида М, которому пропорционально скалывающее напряжение τc:

 
τс ∼ M = cos ϕ1 cos ϕ2, 
 (1)

где ϕ1 и ϕ2 —  углы между направлением приложенного напряжения 
и соответственно направлениями нормали N к плоскости скольжения и сдвига b в этой плоскости.