آلية التشوه

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 23 صور
الموسوعة الحرة

في علم الجيولوجيا وعلوم المواد ، تُعرف آلية التشوه بأنها عملية تحدث على المستوى المجهري، وهي المسؤولة عن التشوه : أي التغيرات في البنية الداخلية للمادة وشكلها وحجمها. [ 1 ] [ 2 ] تتضمن هذه العملية انقطاعًا مستويًا و/أو إزاحة الذرات من مواقعها الأصلية داخل بنية الشبكة البلورية . [ 1 ] [ 3 ] تُحفظ هذه التغيرات الصغيرة في مختلف البنى المجهرية لمواد مثل الصخور والمعادن والبلاستيك، ويمكن دراستها بعمق باستخدام المجهر الضوئي أو الرقمي. [ 1 ]

العمليات

ملخص لآليات العمليات المختلفة التي تحدث في ظروف الهشاشة واللدونة. قد تتداخل هذه الآليات في بيئات الهشاشة واللدونة.

تُصنف آليات التشوه عادةً إلى هشة ، ومطيلة ، وهشة-مطيلة. وتتمثل الآلية المحركة المسؤولة في تفاعل بين عوامل داخلية (مثل التركيب، وحجم الحبيبات ، والاتجاه المفضل للشبكة البلورية) وعوامل خارجية (مثل درجة الحرارة وضغط السوائل). [ 1 ] [ 2 ] تُنتج هذه الآليات مجموعة من البنى المجهرية التي دُرست في الصخور لتحديد ظروف، وخواص انسياب ، وديناميكيات ، وحركات الأحداث التكتونية . [ 4 ] قد تنشط أكثر من آلية واحدة في ظل مجموعة معينة من الظروف، ويمكن لبعض الآليات أن تتطور بشكل مستقل. يُمكن استخدام تحليل البنية المجهرية المفصل لتحديد الظروف والتوقيت اللذين تهيمن فيهما آليات التشوه الفردية على بعض المواد. تشمل عمليات آليات التشوه الشائعة ما يلي:

§  التصدع §  التدفق التفتيتي §  انزلاق حدود الحبيبات §  انتقال الكتلة الانتشارية §  زحف الخلع §  إعادة التبلور الديناميكية (الاستعادة)

التكسير

صورة مستقطبة متقاطعة لتركيز عالٍ من الفواصل ذات التوجهات المتغيرة داخل صخرة جرانيتية من صدع سان أندرياس، كاليفورنيا. لا يوجد إزاحة واضحة على طول الكسور.

التصدع هو عملية تشوه هش تُحدث فواصل خطية دائمة، لا يصاحبها إزاحة داخل المواد. [ 1 ] [ 3 ] قد تكون هذه الفواصل أو الفتحات الخطية مستقلة أو مترابطة. [ 1 ] [ 2 ] لكي يحدث التصدع، يجب تجاوز أقصى قوة للمواد إلى نقطة تمزقها . [ 2 ] يُساعد على التمزق تراكم الإجهاد التفاضلي العالي (الفرق بين أقصى وأدنى إجهاد يؤثر على الجسم). [ 2 ] [ 3 ] تتطور معظم الشقوق إلى صدوع. [ 2 ] ومع ذلك، لا يُستخدم مصطلح الصدع إلا عندما يسمح مستوى التصدع بدرجة معينة من الحركة. [ 2 ] يمكن أن يحدث التصدع على جميع المقاييس، من الشقوق الدقيقة إلى الشقوق والفواصل الكبيرة في الصخور. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

التدفق التدميري

حبيبات مستديرة إلى شبه مستديرة ضمن مادة أساسية دقيقة الحبيبات للغاية. تعمل عمليات الكسر على "طحن" / "تدحرج" / "انزلاق" الحبيبات فوق بعضها البعض مما يخلق المظهر المستدير للحبيبات الفردية.

التكسر ، أو التفتت، هو آلية هشة غير مرنة تعمل في درجات حرارة متجانسة منخفضة إلى متوسطة ، وضغط محصور منخفض، ومعدلات إجهاد عالية نسبيًا. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] يحدث فقط فوق مستوى معين من الإجهاد التفاضلي، والذي يعتمد على ضغط السائل [ 5 ] ودرجة الحرارة. [ 6 ] يستوعب التكسر كسر وسحق الحبيبات، مما يؤدي إلى تقليل حجم الحبيبات، إلى جانب الانزلاق الاحتكاكي على حدود الحبيبات ودوران الحبيبات كجسم صلب. [ 2 ] [ 5 ] [ 7 ] يحدث التكسر الشديد في المناطق الرقيقة على طول أسطح الانزلاق أو الصدوع حيث يحدث تقليل شديد في حجم الحبيبات. [ 1 ] في الصخور، يشكل التكسر صخرة صدعية متماسكة ودقيقة الحبيبات تسمى الكاتاكلازيت . يحدث التدفق التكسري أثناء القص عندما تتشوه الصخرة عن طريق التصدع الدقيق والانزلاق الاحتكاكي حيث تتحرك الشقوق الصغيرة (التشققات الدقيقة) وشظايا الصخور المرتبطة بها فوق بعضها البعض. [ 2 ] [ 7 ] يحدث التدفق التفتيتي عادةً في ظروف التحول الصخري إلى ظروف التحول منخفض الدرجة . ومع ذلك، يعتمد ذلك على التركيب المعدني للمادة ومدى ضغط سائل المسام . [ 2 ] يكون التدفق التفتيتي غير مستقر بشكل عام، وينتهي بتمركز التشوه في الانزلاق على مستويات الصدع. [ 1 ] [ 2 ]

انزلاق حدود الحبيبات

يُعدّ انزلاق حدود الحبيبات آلية تشوه لدن تسمح للبلورات بالانزلاق فوق بعضها البعض دون احتكاك ودون إحداث فراغات كبيرة نتيجة الانتشار . [ 2 ] تُعرف عملية التشوه المرتبطة بهذه الآلية بالتدفق الحبيبي . [ 8 ] وينتج غياب الفراغات عن انتقال الكتلة الانتشارية في الحالة الصلبة، أو التشوه اللدن البلوري المُعزز موضعيًا، أو ذوبان وترسيب سائل حدود الحبيبات. [ 1 ] تعمل هذه الآلية بمعدل إجهاد منخفض ناتج عن تبديل الجوار. ويعتمد انزلاق حدود الحبيبات على حجم الحبيبات ودرجة الحرارة. ويُفضّل حدوثه في درجات الحرارة العالية ووجود تجمعات دقيقة الحبيبات حيث تكون مسارات الانتشار قصيرة نسبيًا. لا تؤدي الإجهادات الكبيرة التي تحدث في هذه الآلية إلى تكوين اتجاه شبكي مفضل أو أي تشوه داخلي ملحوظ للحبيبات، باستثناء حدود الحبيبات لاستيعاب انزلاقها؛ وتُسمى هذه العملية بالتشوه اللدن الفائق .

انتقال الكتلة الانتشارية

في هذه المجموعة من الآليات، يتم استيعاب الإجهاد عن طريق هجرة الفراغات في الشبكة البلورية . [ 2 ] ينتج عن ذلك تغيير في شكل البلورة يتضمن انتقال الكتلة عن طريق الانتشار . تتجه هذه الهجرات نحو مواقع الإجهاد الأقصى وتُحدّها حدود الحبيبات، مما يُحدد بنية الشكل البلوري أو الإجهاد. والنتيجة هي بلورة أكثر كمالًا. [ 2 ] هذه العملية حساسة لحجم الحبيبات وتحدث عند معدلات إجهاد منخفضة أو درجات حرارة عالية جدًا، ويتم استيعابها عن طريق هجرة عيوب الشبكة من مناطق الإجهاد الانضغاطي المنخفض إلى مناطق الإجهاد الانضغاطي العالي. الآليات الرئيسية لانتقال الكتلة الانتشارية هي زحف نابارو-هيرينغ ، وزحف كوبل ، والذوبان بالضغط .

يحدث زحف نابارو-هيرينغ، أو الانتشار الحجمي ، عند درجات حرارة متجانسة عالية، ويعتمد على حجم الحبيبات، حيث يتناسب معدل الإجهاد عكسيًا مع مربع حجم الحبيبات (ينخفض ​​معدل الزحف مع ازدياد حجم الحبيبات). خلال زحف نابارو-هيرينغ، يحدث انتشار الفراغات عبر الشبكة البلورية (التكتونيات الدقيقة)، مما يؤدي إلى استطالة الحبيبات على طول محور الإجهاد. يتميز زحف نابارو-هيرينغ باعتماد ضعيف على الإجهاد.

زحف كوبل، أو انتشار حدود الحبيبات، هو انتشار الفراغات على طول حدود الحبيبات، مما يؤدي إلى استطالة الحبيبات على طول محور الإجهاد. يتميز زحف كوبل باعتماده على حجم الحبيبات بشكل أكبر من زحف نابارو-هيرينغ، ويحدث عند درجات حرارة منخفضة مع بقائه معتمدًا على درجة الحرارة. يلعب زحف كوبل دورًا أكثر أهمية من زحف نابارو-هيرينغ، وهو أكثر تأثيرًا في تشوه القشرة اللدنة .

زحف الخلع

زحف الانخلاع هو آلية تشوه غير خطية (لدنة) تنزلق فيها الفراغات في البلورة وتتسلق متجاوزةً مواقع العوائق داخل الشبكة البلورية. [ 1 ] يمكن أن تحدث هذه الهجرات داخل الشبكة البلورية في اتجاه واحد أو أكثر، وتُحفز بفعل تأثيرات زيادة الإجهاد التفاضلي . [ 1 ] [ 2 ] ويحدث عند درجات حرارة أقل مقارنةً بزحف الانتشار . [ 2 ] تُسمى العملية الميكانيكية المصاحبة لزحف الانخلاع بالانزلاق. ويُحدد الاتجاه الرئيسي لحدوث الانخلاع من خلال مزيج من مستويات الانزلاق والاتجاهات البلورية الضعيفة الناتجة عن الفراغات والعيوب في التركيب الذري. [ 2 ] يتسبب كل انخلاع في إزاحة جزء من البلورة بمقدار نقطة شبكية واحدة على طول مستوى الانزلاق، بالنسبة لبقية البلورة. ولكل مادة بلورية مسافات مختلفة بين الذرات أو الأيونات في الشبكة البلورية، مما ينتج عنه أطوال إزاحة مختلفة. يُطلق على المتجه الذي يُحدد طول واتجاه الإزاحة اسم متجه برجر . ويمكن تفسير ظهور اتجاه شبكي مفضل قوي كدليل على زحف الانخلاعات، حيث تتحرك الانخلاعات فقط في مستويات شبكية محددة. [ 1 ] [ 2 ]

لا يمكن لانزلاق الانخلاعات أن يُحدث إجهادات كبيرة بمفرده بسبب تأثيرات التصلب الإجهادي، حيث يمكن لتشابك الانخلاعات أن يعيق حركة الانخلاعات الأخرى، التي تتراكم بدورها خلف الانخلاعات المحجوبة، مما يجعل تشكيل البلورة صعبًا. يمكن أن يحدث الانتشار وزحف الانخلاعات في آنٍ واحد. تُحدد اللزوجة الفعالة للمادة المُجهدة في ظل ظروف معينة من درجة الحرارة والضغط ومعدل الإجهاد بواسطة الآلية التي تُنتج أقل لزوجة. [ 9 ] يجب أن يكون هناك أيضًا شكل من أشكال عملية الاستعادة نشطًا، مثل صعود الانخلاعات أو هجرة حدود الحبيبات. يؤدي انزلاق الانخلاعات إلى حالة أكثر استقرارًا للبلورة مع إزالة العيوب الموجودة مسبقًا. يتطلب ذلك إجهادًا تفاضليًا أقل بكثير من ذلك المطلوب للكسر الهش. لا تُلحق هذه الآلية الضرر بالمعدن أو تُقلل من القوة الداخلية للبلورات. [ 2 ]

إعادة التبلور الديناميكي

إعادة التبلور الديناميكية هي عملية إزالة الإجهاد الداخلي المتبقي في الحبيبات أثناء التشوه. [ 2 ] يحدث هذا من خلال إعادة تنظيم المادة مع تغيير في حجم الحبيبات وشكلها واتجاهها داخل المعدن نفسه. عندما تحدث إعادة التبلور بعد انتهاء التشوه، وخاصة عند درجات حرارة عالية، تُسمى العملية إعادة التبلور الساكنة أو التلدين . [ 2 ] تؤدي إعادة التبلور الديناميكية إلى تقليل حجم الحبيبات، بينما تؤدي إعادة التبلور الساكنة إلى تكوين حبيبات متساوية الأبعاد أكبر حجمًا. [ 2 ]

يمكن أن تحدث إعادة التبلور الديناميكية في ظل نطاق واسع من ظروف التحول ، ويمكن أن تؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية للمادة المتشوهة. وتنتج إعادة التبلور الديناميكية عن عمليتين رئيسيتين: (1) تكوين وتدوير الحبيبات الفرعية (إعادة التبلور الدورانية) و(2) هجرة حدود الحبيبات (إعادة التبلور الهجرة).

  1. إعادة التبلور الدوراني (دوران الحبيبات الفرعية) هو انحراف تدريجي في اتجاه الحبيبة الفرعية مع ازدياد عدد الانخلاعات التي تتحرك نحو جدار الانخلاع (منطقة من الانخلاعات ناتجة عن الصعود والانزلاق العرضي والانزلاق)، مما يزيد من عدم التوافق البلوري عبر الحدود. في النهاية، يصبح الانحراف عبر الحدود كبيرًا بما يكفي لتمييز الحبيبات الفردية (عادةً ما يكون انحرافًا يتراوح بين 10 و15 درجة). تميل الحبيبات إلى أن تكون مستطيلة أو شريطية الشكل، مع العديد من الحبيبات الفرعية، مع انتقال تدريجي مميز من الحبيبات الفرعية ذات الزاوية المنخفضة إلى الحدود ذات الزاوية العالية.
  2. إعادة التبلور بالهجرة (هجرة حدود الحبيبات) هي العملية التي تنمو من خلالها الحبيبة على حساب الحبيبات المجاورة. عند درجات الحرارة المنخفضة، قد تكون حركة حدود الحبيبات محدودة، وقد تنتفخ حدود الحبيبات داخل حبيبة مجاورة ذات كثافة عالية من الانخلاعات، مُشكّلةً بلورات جديدة أصغر حجمًا ومستقلة، وذلك من خلال عملية تُسمى هجرة حدود الحبيبات عند درجات الحرارة المنخفضة، أو إعادة التبلور بالانتفاخ. يمكن أن تنفصل الانتفاخات الناتجة عن الحبيبة الأصلية لتشكيل حبيبات جديدة عن طريق تكوين حدود حبيبات فرعية (ذات زاوية منخفضة)، والتي يمكن أن تتطور بدورها إلى حدود حبيبات، أو عن طريق هجرة حدود الحبيبات. غالبًا ما تحدث إعادة التبلور بالانتفاخ على طول حدود الحبيبات القديمة عند نقاط التقاء ثلاثية. عند درجات الحرارة المرتفعة، تكون كثافة الانخلاعات في الحبيبة النامية أقل من كثافة الانخلاعات في الحبيبات المستهلكة، فتجتاح حدود الحبيبات الحبيبات المجاورة لإزالة الانخلاعات من خلال عملية التبلور بالهجرة عند درجات الحرارة المرتفعة. تكون حدود الحبيبات فصية الشكل ذات أحجام حبيبية متفاوتة، حيث تكون الحبيبات الجديدة أكبر عمومًا من الحبيبات الفرعية الموجودة. عند درجات حرارة عالية جدًا، تكون الحبيبات فصية الشكل أو أميبية الشكل، ولكنها قد تكون خالية تقريبًا من الإجهاد.

خريطة آلية التشوه

خريطة نموذجية لآلية التشوه لمادة افتراضية. تتضمن هذه الخريطة ثلاث مناطق رئيسية: اللدونة، والزحف وفق قانون القوة، والتدفق الانتشارى.

خريطة آلية التشوه هي طريقة لتمثيل آلية التشوه السائدة في مادة مُعرَّضة لظروف معينة. هذه التقنية قابلة للتطبيق على جميع المواد البلورية، المعدنية منها والجيولوجية. بالإضافة إلى ذلك، أُجريت دراسات حول استخدام خرائط التشوه للمواد النانوية أو ذات الحبيبات الدقيقة جدًا. [ 10 ] [ 11 ] تتكون خرائط آلية التشوه عادةً من رسم بياني للإجهاد مقابل محور درجة الحرارة، وعادةً ما يكون الإجهاد مُعَيَّرًا باستخدام معامل القص مقابل درجة الحرارة المتجانسة مع خطوط كفاف لمعدل الانفعال. [ 12 ] [ 13 ] يُرسم إجهاد القص المُعَيَّر على مقياس لوغاريتمي. في حين أن رسومات إجهاد القص المُعَيَّر مقابل درجة الحرارة المتجانسة هي الأكثر شيوعًا، تشمل الأشكال الأخرى لخرائط آلية التشوه معدل انفعال القص مقابل إجهاد القص المُعَيَّر ومعدل انفعال القص مقابل درجة الحرارة المتجانسة. وبالتالي، يمكن إنشاء خرائط التشوه باستخدام أي اثنين من الإجهاد (المُعَيَّر)، ودرجة الحرارة (المُعَيَّرة)، ومعدل الانفعال، مع خطوط كفاف للمتغير الثالث. يُعد مخطط معدل الإجهاد/الانفعال مفيدًا لأن آليات قانون القوة لها خطوط كفاف لدرجة الحرارة تكون عبارة عن خطوط مستقيمة.

في ظل مجموعة محددة من ظروف التشغيل، تُجرى حسابات وتُنفذ تجارب لتحديد الآلية السائدة التي تعمل على مادة معينة. وقد طُوّرت معادلات تكوينية لنوع كل آلية تشوه، وتُستخدم هذه المعادلات في إنشاء الخرائط. تكون مقاومة القص النظرية للمادة مستقلة عن درجة الحرارة، وتقع على طول الجزء العلوي من الخريطة، بينما تقع أنظمة آليات التشوه اللدن أسفلها. ويمكن إنشاء خطوط كفاف معدل الإجهاد الثابت على الخرائط باستخدام المعادلات التكوينية لآليات التشوه، مما يجعل هذه الخرائط مفيدة للغاية. [ 14 ]

خرائط العمليات

وقد استُخدمت نفس التقنية لإنشاء خرائط العمليات الخاصة بالتلبيد، والربط الانتشارى، والضغط المتساوي الساخن، والضغط الانضغاطي. [ 15 ]

بناء

تُجرى تجارب متكررة لتحديد آلية تشوه المادة. الآلية السائدة هي تلك التي تُهيمن على معدل التشوه المستمر (معدل الانفعال)، ومع ذلك، عند أي مستوى معين من الإجهاد ودرجة الحرارة، قد تكون أكثر من آلية من آليات الزحف واللدونة نشطة. تُحدد الحدود بين المجالات من المعادلات التكوينية لآليات التشوه عن طريق حل الإجهاد كدالة لدرجة الحرارة. [ 14 ] على طول هذه الحدود، تتساوى معدلات التشوه للآليتين المتجاورتين. شفرة البرمجة المستخدمة في العديد من الخرائط المنشورة مفتوحة المصدر [ 16 ] ، ويتوفر أرشيف لتطويرها على الإنترنت. [ 15 ] كما كتب العديد من الباحثين شفراتهم الخاصة لإنشاء هذه الخرائط.

تظهر المناطق الرئيسية في خريطة آلية التشوه النموذجية ومعادلاتها التكوينية في الأقسام الفرعية التالية.

منطقة اللدونة

تقع منطقة اللدونة في أعلى خريطة التشوه (عند أعلى الإجهادات المعيارية)، وتقع أسفل الحد الذي تحدده المقاومة المثالية. في هذه المنطقة، يتضمن معدل الانفعال حدًا أُسّيًا. تُعرض هذه المعادلة أدناه، حيثσs{\displaystyle \sigma _{s}}يمثل إجهاد القص المطبق،μ{\displaystyle \mu }هو معامل القص ،Δهـ{\displaystyle \Delta E}يمثل حاجز الطاقة لانزلاق الخلع، و k هو ثابت بولتزمان ، وτ^{\displaystyle {\widehat {\tau }}}هي "قوة التدفق غير الحراري" التي هي دالة للعوائق التي تحول دون انزلاق الخلع. [ 17 ]

γ˙∝(σsμ)2خبرة⁡[-Δهـكتي(1-σsτ^)]{\displaystyle {\dot {\gamma }}\propto ({\frac {\sigma _{s}}{\mu }})^{2}\exp[-{\frac {\Delta E}{kT}}(1-{\frac {\sigma _{s}}{\widehat {\tau }}})]}

منطقة زحف قانون القوة

في هذه المنطقة، تُعدّ آلية التشوه السائدة هي زحف قانون القوة، حيث يتناسب معدل الانفعال طرديًا مع الإجهاد، وصولًا إلى أسّ الإجهاد n. وتُهيمن على هذه المنطقة ظاهرة زحف الانخلاعات . وتعتمد قيمة أسّ الإجهاد هذا على المادة والبنية المجهرية. فإذا كان التشوه يحدث عن طريق الانزلاق، فإن n = 1-8، أما في حالة انزلاق حدود الحبيبات، فإن n = 2 أو 4. [ 18 ]

المعادلة العامة لزحف قانون القوة هي كما يلي، [ 17 ] حيثأ2{\displaystyle A_{2}}هو ثابت لا بعدي يربط معدل إجهاد القص بالإجهاد، μ هو معامل القص ، b هو متجه برجر ، k هو ثابت بولتزمان ، T هي درجة الحرارة، n هو أس الإجهاد.σs{\displaystyle \sigma _{s}}يمثل إجهاد القص المطبق، ودهـوو{\displaystyle D_{eff}}هو ثابت الانتشار الفعال.

γ˙=أ2دهـووμبكتي(σsμ)ن{\displaystyle {\dot {\gamma }}={\frac {A_{2}D_{eff}\mu b}{kT}}({\frac {\sigma _{s}}{\mu }})^{n}}

ضمن منطقة الزحف وفق قانون القوة، يوجد قسمان فرعيان: زحف وفق قانون القوة عند درجات الحرارة المنخفضة، والذي يهيمن عليه حركة الانخلاعات المتحكمة في النواة، وزحف وفق قانون القوة عند درجات الحرارة العالية، والذي يتحكم فيه الانتشار في الشبكة البلورية. يحدث انتشار النواة عند درجات الحرارة المنخفضة، والذي يُسمى أحيانًا انتشار الأنابيب، لأن الانخلاعات قادرة على الانتشار بسرعة أكبر عبر النواة الأنبوبية للانخلاع. [ 19 ] يعتمد معامل الانتشار الفعال في معادلة معدل الإجهاد على ما إذا كان النظام يهيمن عليه انتشار النواة أو انتشار الشبكة البلورية، ويمكن تعميمه على النحو التالي [ 17 ] حيث دv{\displaystyle D_{v}}هو ثابت الانتشار الشبكي الحجمي،أج{\displaystyle a_{c}}هي المنطقة المقابلة لنواة الانخلاع،دج{\displaystyle D_{c}}يمثل معامل الانتشار للنواة، و b هو متجه برجر .

دهـوو=دv+10(σsμ)2أجدجب2{\displaystyle D_{eff}=D_{v}+10({\frac {\sigma _{s}}{\mu }})^{2}{\frac {a_{c}D_{c}}{b^{2}}}}

في منطقة درجات الحرارة العالية، يكون ثابت الانتشار الفعال هو ببساطة ثابت انتشار الشبكة الحجمي، بينما عند درجات الحرارة المنخفضة، يُعطى ثابت الانتشار بالتعبير التالي:10(σsμ)2أجدجب2{\displaystyle 10({\frac {\sigma _{s}}{\mu }})^{2}{\frac {a_{c}D_{c}}{b^{2}}}}وبالتالي، في منطقة الزحف ذات قانون القوة عند درجات الحرارة العالية، يتناسب معدل الإجهاد مع(σsμ)ن{\displaystyle ({\frac {\sigma _{s}}{\mu }})^{n}}وفي منطقة الزحف ذات قانون القوة عند درجات الحرارة المنخفضة، يتناسب معدل الإجهاد مع(σsμ)ن+2{\displaystyle ({\frac {\sigma _{s}}{\mu }})^{n+2}}.

منطقة التدفق الانتشارية

يُعدّ التدفق الانتشارى نظامًا يحدث عادةً أسفل زحف الانخلاع، ويحدث عند درجات حرارة عالية نتيجةً لانتشار العيوب النقطية في المادة. ويمكن تقسيم التدفق الانتشارى إلى آليات أكثر تحديدًا: زحف نابارو-هيرينغ ، وزحف كوبل ، وزحف هاربر-دورن. [ 14 ]

في حين أن معظم المواد ستظهر زحف نابارو-هيرينغ وزحف كوبل، فإن زحف هاربر-دورن نادر جدًا، [ 20 ] [ 21 ] حيث تم الإبلاغ عنه فقط في عدد قليل من المواد المختارة عند إجهادات منخفضة بما في ذلك الألومنيوم والرصاص والقصدير . [ 22 ]

تعتمد معادلة زحف نابارو-هيرينغ بشكل أساسي على انتشار الفراغات داخل الشبكة البلورية، بينما تعتمد معادلة زحف كوبل بشكل أساسي على انتشار الفراغات داخل حدود الحبيبات. وتُعرض معادلة هاتين الآليتين أدناه. σs{\displaystyle \sigma _{s}}يمثل إجهاد القص المطبق، وΩ الحجم الذري، وk ثابت بولتزمان، و d حجم الحبيبات، و T درجة الحرارة، ودهـوو{\displaystyle D_{eff}}هو معامل الانتشار الفعال. [ 17 ]

γ˙=α"دهـوود2Ωσكتي{\displaystyle {\dot {\gamma }}=\alpha ''{\frac {D_{eff}}{d^{2}}}{\frac {\Omega \sigma }{kT}}}

معامل الانتشار الفعال،دهـوو{\displaystyle D_{eff}}=دv{\displaystyle D_{v}}(ثابت الانتشار الحجمي) لزحف نابارو-هيرينغ الذي يسود عند درجات الحرارة العالية، ودهـوو=πدلتاددب{\displaystyle D_{eff}={\frac {\pi \delta }{d}}D_{b}}(أيندلتا{\displaystyle \delta }يمثل عرض حدود الحبيبات ودب{\displaystyle D_{b}}(معامل الانتشار في الحدود) لزحف كوبل الذي يهيمن عند درجات الحرارة المنخفضة.

يتضح من هذه المعادلات أن الحد الفاصل بين انتشار الحدود وانتشار الشبكة البلورية يعتمد بشكل كبير على حجم الحبيبات. ففي الأنظمة ذات الحبيبات الأكبر حجمًا، تكون منطقة انتشار الشبكة البلورية (نابارو-هيرينغ) في خريطة آلية التشوه أكبر منها في الخرائط ذات الحبيبات الصغيرة جدًا. إضافةً إلى ذلك، كلما كبرت الحبيبات، قلّ الزحف الانتشارى، وبالتالي تكون منطقة زحف قانون القوة في الخريطة أكبر في المواد ذات الحبيبات الكبيرة. لذا، تُعد هندسة حدود الحبيبات استراتيجية فعّالة للتحكم في معدلات الزحف.

قراءة

بالنسبة لملف إجهاد ودرجة حرارة محددين، تقع النقطة ضمن "حقل تشوه" معين. إذا كانت القيم تُشير إلى قرب النقطة من مركز الحقل، فمن المرجح أن تكون الآلية الأساسية لفشل المادة، أي نوع الفشل ومعدله المتوقعين، هي انتشار حدود الحبيبات، أو اللدونة، أو زحف نابارو-هيرينغ، إلخ. أما إذا كانت ظروف الإجهاد ودرجة الحرارة تُشير إلى قرب النقطة من الحد الفاصل بين منطقتين لآليات التشوه، فإن الآلية السائدة تكون أقل وضوحًا. بالقرب من حدود هذه المناطق، قد يحدث مزيج من آليات التشوه في آن واحد. وتعتمد دقة خرائط آليات التشوه على عدد التجارب والحسابات التي أُجريت لإنشائها.

بالنسبة لإجهاد ودرجة حرارة محددين، يُحدد معدل الانفعال وآلية تشوه المادة بنقطة على الخريطة. ومن خلال مقارنة خرائط مواد مختلفة، وبنيتها البلورية، وروابطها، وأحجام حبيباتها، وما إلى ذلك، يمكن إجراء دراسات حول خصائص هذه المواد فيما يتعلق بالتدفق اللدن، مما يُتيح فهمًا أشمل لتشوه المواد.

أمثلة

حتى عند تجاوز مقاومة القص النظرية للمادة، قد يحدث نوع من التدفق الخالي من العيوب، مما يؤدي إلى قص المادة. وتُعد حركة الانخلاعات عبر الانزلاق (عند أي درجة حرارة) أو زحف الانخلاعات (عند درجات الحرارة العالية) آلية نموذجية تُلاحظ عند الإجهادات العالية في خرائط التشوه.

آليات التشوه في البوليمرات

تُظهر مصهورات البوليمر آليات تشوه مختلفة عند تعرضها لإجهادات القص أو الشد. فعلى سبيل المثال، قد تزداد مطيلية مصهور البوليمر عندما يُسبب مُحفز، كالضوء، تفتت سلاسل البوليمر عبر كسر الروابط. تُعرف هذه العملية بانقطاع السلسلة. [ 23 ] في نطاق درجات الحرارة المنخفضة لمصهور البوليمر (T < Tg)، قد يحدث تشقق دقيق أو نطاقات قص. تُشبه الآلية الأولى تكوّن الشقوق، ولكنها في الواقع تتضمن تكوين ألياف دقيقة تفصلها مسامات أو فراغات. أما الآلية الثانية (نطاقات القص) فتتضمن تكوين مناطق موضعية من التشوه اللدن، والتي تنشأ عادةً بالقرب من موضع نقطة القص القصوى في مصهور البوليمر. يُعد كل من التشقق الدقيق ونطاقات القص من آليات التشوه التي تُلاحظ في البوليمرات الزجاجية.

بالنسبة للبوليمرات البلورية، يُوصف آلية التشوه على أفضل وجه بمنحنى الإجهاد والانفعال لبوليمر بلوري، مثل النايلون. يُظهر سلوك الإجهاد والانفعال أربع مناطق مميزة. المنطقة الأولى هي نظام المرونة الخطية، حيث يكون سلوك الإجهاد والانفعال مرنًا دون تشوه لدني. أما آلية التشوه المميزة في المنطقة الثانية فهي الخضوع، حيث يمكن أن يحدث تشوه لدني في ظواهر مثل التوأمة. تُظهر المنطقة الثالثة تكوّن عنق، وتتميز المنطقة الرابعة بزيادة حادة في الإجهاد نتيجة التدفق اللزج. بالإضافة إلى ذلك، تتوافق المنطقة الرابعة مع اصطفاف واستطالة العمود الفقري للبوليمر من حالته الملفوفة أو المطوية، مما يؤدي في النهاية إلى الكسر. [ 24 ] [ 25 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 باشير، سي دبليو (1996). التكتونية الدقيقة . تراو، راج (رودولف آي جي)، 1944–. برلين: نيويورك. رقم ISBN 3540587136. OCLC 34128501 . 
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 فوسن، هاكون (2016-03-03). الجيولوجيا البنيوية ( الطبعة الثانية). كامبريدج، المملكة المتحدة. ISBN  9781107057647. OCLC 946008550 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  3. 1 2 3 4 5 كاراتو، شونيتشيرو (2011). تشوه مواد الأرض: مقدمة في علم انسياب الأرض الصلبة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1107406056. OCLC 1101360962 . 
  4. ↑ نيب، آر جيه (يناير 1989). "آليات التشوه - التعرف عليها من التكتونيت الطبيعي". مجلة الجيولوجيا البنيوية . 11 ( 1-2 ): 127-146 . Bibcode : 1989JSG....11..127K . doi : 10.1016/0191-8141(89)90039-4 .
  5. 1 2 سيبسون، ر. هـ. (مارس 1977). "صخور الصدوع وآليات الصدوع". مجلة الجمعية الجيولوجية . 133 (3): 191-213 . Bibcode : 1977JGSoc.133..191S . doi : 10.1144/gsjgs.133.3.0191 . ISSN 0016-7649 . S2CID 131446805 .  
  6. ↑ غريغز، ديفيد؛ هاندين، جون (مارس 1960)، "الفصل 13: ملاحظات حول التصدع وفرضية الزلازل"، تشوه الصخور (ندوة) ، مذكرات الجمعية الجيولوجية الأمريكية، المجلد 79، الجمعية الجيولوجية الأمريكية، الصفحات 347-364 ، doi : 10.1130/mem79-p347  
  7. 1 2 إنجلدر، جيمس ت. (1974). "التكسير وتكوين طين الصدع". نشرة الجمعية الجيولوجية الأمريكية . 85 (10): 1515. Bibcode : 1974GSAB...85.1515E . doi : 10.1130 /0016-7606(1974)85 < 1515:catgof > 2.0.co ; 2. ISSN 0016-7606 . 
  8. ↑ بولير، أ.م.؛ غيغوين، ي. (1975). "المايلونيتات فائقة اللدونة: أصل بعض المايلونيتات بفعل التدفق فائق اللدونة". مساهمات في علم المعادن وعلم الصخور . 50 (2): 93-104 . Bibcode : 1975CoMP...50...93B . doi : 10.1007/bf00373329 . ISSN 0010-7999 . S2CID 129388677 .  
  9. ↑ سيبسون، ريتشارد هـ. (2002)، "29 جيولوجيا مصدر الزلازل القشرية"، الدليل الدولي للزلازل وعلم الزلازل الهندسي ، الجيوفيزياء الدولية، المجلد 81، إلسيفير، الصفحات 455-473 ، doi : 10.1016/s0074-6142(02)80232-7 ، ISBN   9780124406520
  10. ↑ ياماكوف، ف.؛ وولف، د.؛ فيلبوت، س. ر.؛ موخرجي، أ. ك.؛ غليتر، هـ. (يناير 2004). " خريطة آلية التشوه للمعادن النانوية البلورية باستخدام محاكاة الديناميكا الجزيئية" . مجلة نيتشر ماتيريالز . 3 (1): 43-47 . Bibcode : 2004NatMa...3...43Y . doi : 10.1038/nmat1035 . ISSN 1476-4660 . PMID 14704784. S2CID 23163019 .   
  11. ↑ كاواساكي، ميغومي؛ لانغدون، تيرينس ج. (14 يوليو 2013). "الجوانب المتعددة لرسم خرائط آلية التشوه وتطبيقها على المواد النانوية التركيب" . مجلة أبحاث المواد . 28 (13): 1827-1834 . Bibcode : 2013JMatR..28.1827K . doi : 10.1557/jmr.2013.55 . ISSN 0884-2914 . S2CID 135969593 .  
  12. ↑ آشبي، إم إف؛ فروست، إتش جيه (1982). خرائط آلية التشوه: اللدونة والزحف في المعادن والسيراميك . أكسفورد: مطبعة بيرغامون.
  13. ↑ آشبي، م. أ. (1983). "آليات التشوه والكسر" . في: هاتشينسون، ج. و. وو، ت. ي. (محرران). التطورات في الميكانيكا التطبيقية، المجلد 23. دار النشر الأكاديمية. الصفحات 118-179 . ISBN  0-12-002023-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-11-03 .
  14. 1 2 3 آشبي، م. ف. (1972-07-01). "تقرير أولي عن خرائط آلية التشوه". أكتا ميتالورجيكا . 20 (7): 887-897 . doi : 10.1016/0001-6160(72)90082-X .
  15. 1 2 سارجنت، بي إم (2020). "برمجة خرائط آلية التشوه" . تم الاسترجاع في 23-11-2020 .
  16. ↑ "defm-maps" . GitHub . تم الاسترجاع في 23 نوفمبر 2020 .
  17. 1 2 3 4 فروست، إتش جيه (1982). خرائط آلية التشوه : اللدونة والزحف في المعادن والسيراميك . إم إف آشبي ( الطبعة الأولى). أكسفورد [أكسفوردشاير]: مطبعة بيرغامون. ISBN   0-08-029338-7. OCLC 8306614 . 
  18. ^ روانو، الزراعة العضوية؛ شيربي، التطوير التنظيمي (1988). "حول المعادلات التأسيسية لمختلف آليات الزحف التي يتم التحكم فيها بالانتشار" . Revue de Physique Appliquée . 23 (4): 625-637 . دوى : 10.1051/rphysap:01988002304062500 . ISSN 0035-1687 . S2CID 137406290 .  
  19. ↑ شيربي، أو دي؛ ويرتمان، ج. (1979-03-01). "زحف الخلع المتحكم فيه بالانتشار: آلية دفاعية" . أكتا ميتالورجيكا . 27 (3): 387-400 . doi : 10.1016/0001-6160(79)90031-2 . ISSN 0001-6160 . 
  20. ↑ محمد، فرغلي أ.؛ جينتر، تيموثي ج. (1982-10-01). "حول طبيعة وأصل زحف هاربر-دورن" . مجلة أكتا ميتالورجيكا . 30 (10): 1869-1881 . doi : 10.1016/0001-6160(82)90027-X . ISSN 0001-6160 . 
  21. ↑ كاسنر، م. إي.؛ كومار، ب.؛ بلوم، و. (2007-06-01). "زحف هاربر-دورن" . المجلة الدولية لللدونة . 23 (6): 980-1000 . doi : 10.1016/j.ijplas.2006.10.006 . ISSN 0749-6419 . 
  22. ↑ محمد، ف. أ.؛ مورتي، ك. ل.؛ موريس، ج. و. (1973-04-01). "زحف هاربر-دورن في الألومنيوم والرصاص والقصدير" . المعاملات المعدنية . 4 (4): 935-940 . Bibcode : 1973MT......4..935M . doi : 10.1007/BF02645593 . ISSN 1543-1916 . S2CID 137369205 .  
  23. ↑ كورتني، توماس هـ. (2000). السلوك الميكانيكي للمواد ( الطبعة الثانية). بوسطن: ماكجرو هيل. ISBN  0-07-028594-2. OCLC 41932585 . 
  24. ↑ روبين، ج.؛ أندروز، ر. د. (أكتوبر 1968). "تأثير المعالجات بالمذيبات على الخواص الميكانيكية للنايلون 6" . هندسة وعلوم البوليمرات . 8 (4): 302-309 . doi : 10.1002/pen.760080410 . ISSN 0032-3888 . 
  25. ↑ بيترلين، أ. (1973-05-01). "آلية كسر البوليمرات البلورية الموجهة المسحوبة" . مجلة علوم الجزيئات الكبيرة، الجزء ب . 7 (4): 705-727 . Bibcode : 1973JMSB....7..705P . doi : 10.1080/00222347308212750 . ISSN 0022-2348 .