Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 264
Скачиваний: 0
решетка (рис. 123), при последовательности ... АВАВАВ... — ГПУ решетка. Если, например, в ГЦК решетке порядок следования плоскостей нарушен, то возникает дефект упаковки. В последова
тельности ...А ВО ВС А ... пропущена Л-плоскость |
и возникает |
де- |
|
i |
|
фект упаковки вычитания; в последовательности ... |
АВСАСВСАВС |
|
вставлена лишняя |
С-плоскость |
и |
возникает дефект упаковки внедре ния.
Для ОЦК решетки порядок упа ковки плоскостей может быть задан указанием двух последовательных позиций для чередования плоскос-
Рис. 123. |
Упаковка плоскостей |
Рис. |
124. |
Последовательность |
||||||
в |
последовательности |
а — |
упаковки |
плоскостей |
{112} |
в |
||||
...АБСА... |
(ГЦК |
решетка), б — |
ОЦК |
решетке, содержащей |
де |
|||||
...АВАВ... |
(ГПУ решетка). |
фект |
упаковки: |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
• — атомы в плоскости (110), совпа |
|||||
тей |
{100} |
или {110} в |
форме... |
д а ю щ е й |
с плоскостью р и с у н к а , О —• |
|||||
атомы в с меж ных плоскостях . |
|
|||||||||
ABA |
В... Для плоскостей {112} су |
|
|
|
|
|
|
|||
ществует более сложная последовательность ... ABCDEF |
ABCDEF..,•• |
|||||||||
Дефект упаковки |
в ОЦК решетке соответствует |
последовательности |
||||||||
...ABCDCDEFA... |
[305] |
(рис. 124). |
|
|
|
|
|
|
||
В плотноупакованных структурах векторы Бюргерса дислока |
||||||||||
ций |
равны по величине и направлениям |
сторонам |
гексагонов |
|||||||
(см. |
рис. |
122). При движении дислокации с |
вектором Бюргерса |
|||||||
ВВ', |
которая проходит между двумя соседними |
плотноупакованны- |
||||||||
ми плоскостями, соответствующими, к примеру, положениям А |
и В, |
|||||||||
возможна |
более сложная траектория атомных перемещений, так |
|||||||||
как |
между |
начальным В и конечным В' |
положениями |
существует |
||||||
положение упаковки С (рис. 125). В этом случае перемещение |
ВВ' |
|||||||||
осуществляется |
без расщепления. |
При |
расщеплении |
дислокации |
||||||
на частичные с заключенным между ними дефектом упаковки вы
читания первая частичная дислокация вызывает перемещение |
из |
В в С, вторая — восстанавливает порядок, перемещая атомы |
из |
С в В'. Если энергия дефекта упаковки у (дополнительная энергия атомного слоя единичной площади при его сдвиге из В в С) велика,
то атомы отклоняются от трассы ВВ' |
незначительно, если у очень |
||||||||||||
мала, то перемещение следует |
по пути ВС В' |
и дислокация |
с b = |
||||||||||
= ВВ' |
расщепляется на |
две |
частичные |
с |
векторами |
Бюргерса |
|||||||
|
|
|
|
Ьх = |
ВС и |
b2 = СВ', между |
которыми |
||||||
|
|
|
|
образуется |
полоса |
дефекта |
упаковки |
||||||
|
|
|
|
вычитания |
[304]. |
Расщепление |
будет |
||||||
|
|
|
|
устойчивым |
при Ь2 >- b\ + |
^2- |
|
||||||
|
|
|
|
|
На стыке двух полос дефектов упаков |
||||||||
|
|
|
|
ки (расположенных в двух пересекающих |
|||||||||
|
|
|
|
ся |
плоскостях |
{111}) возникает двойной |
|||||||
|
|
. |
|
узел, который расщепляется на два трой- |
|||||||||
Рис. |
125. |
Атомные смещения |
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
» |
|
при |
движении дислокаций с |
н ы х |
|
У з л а ' |
соединенных |
вершинной |
|||||||
b = ВВ' |
между плоскостями |
Дислокацией. В зависимости от кристал- |
|||||||||||
плотной упаковки в ГЦК ре- |
лографических |
условий |
в месте |
пересе- |
|||||||||
шетке [304]. |
|
чения могут возникать вершинные дисло |
|||||||||||
|
|
|
|
кации различных |
типов. |
|
|
||||||
Деформация |
скольжением. |
Если |
дислокация |
проходит |
через |
||||||||
весь |
кристалл, |
то это вызывает |
смещение |
одной |
части |
кристалла |
|||||||
относительно другой на величину вектора Бюргерса и относитель
ная деформация е равна |
(L — полная длина плоскости скольже |
|
ния). При незавершенном |
сдвиге е = |
. - j - = ~jr> г Д е I — путь, |
пройденный дислокацией. |
|
|
Плоскость скольжения можно определить как плоскость решет ки, проходящую через вектор Бюргерса и ось дислокации. Скорость пластической деформации е при скольжении зависит от числа дви жущихся дислокаций р,- и скорости их движения vA. Таким образом,
е = р , Ь У Д .
Однако дислокация может перемещаться и в направлении, пер пендикулярном ее плоскости скольжения. Такое перемещение — переползание — наблюдается, например, при взаимодействии крае вой дислокации и вакансии. Скорость деформации при перепол зании
и D |
2я |
2 |
,-тп\ |
E = = P i b ~ k T a |
1 — ^ |
|
(7 2 > |
In
ГА
где г, — размер ядра дислокации, а% — коэффициент, определяемый размером вакансии в данном объекте, D — коэффициент диффузии.
Краевая дислокация может перемещаться скольжением только в своей плоскости и покидает ее, лишь переползая в другую пло скость скольжения. Нерасщепленная винтовая дислокация в прин-
ципе может перемещаться скольжением в любой плоскости решетки, в которой лежит ось дислокации, и поэтому возможно ее попереч ное скольжение. Известные ограничения накладываются лишь в связи с высокими напряжениями, необходимыми для скольжения на плоскостях с большими индексами, а также в связи с расщепле нием винтовых дислокаций на частичные. В кристаллах с плотноупакованной решеткой образовавшиеся при расщеплении частич ные дислокации являются не чисто винтовыми [306 ], а если у дислока ции есть краевая компонента, то дислокация уже не может покинуть плоскость, в которой произошло расщепление. Тем не менее рас щепленные винтовые дислокации могут перемещаться поперечным скольжением за счет временного соединения частичных дислокаций на некоторой длине линии дислокации (образование так называе мой перетяжки) с последующим расщеплением в плоскости попереч ного скольжения [306]. Чтобы образовалась перетяжка, требуется повышение действующего в плоскости скольжения напряжения сдвига для преодоления отталкивания между частичными дислока циями. Если винтовая дислокация после выхода в плоскость поперечного скольжения вновь возвращается в плоскость, парал лельную первоначальной, то происходит двойное поперечное сколь жение. Такой механизм типичен для огибания различных препят ствий скольжению (например, частиц избыточных фаз).
Процесс поперечного скольжения в кристаллах с плотноупакованной решеткой хорошо изучен (см., например, работы [304, 306— 309]. Способы реализации поперечного скольжения в металлах с ОЦК решеткой исследованы менее детально (например, встречают ся утверждения об отсутствии расщепления в упаковке этого типа [304]). А так как именно они характерны для феррита сталей, оста новимся на них более подробно.
Направления (111) являются осями зоны трех плоскостей {112}, и для винтовой дислокации в ОЦК решетке оказывается ве
роятной диссоциация |
на три частичные дислокации 1 в трех |
пере |
||||||||
секающихся плоскостях по схеме [311] |
|
|
|
|
||||||
а |
|
|
|
а |
|
а |
+ |
а |
|
|
Т |
111 |
= |
|
6~ |
111 |
+ «Г 111 |
Г |
111 |
|
|
|
|
|
|
|
4- |
+ |
|
Ф |
|
|
|
|
на |
плоскости |
на плоскости |
на плоскости |
|
||||
|
|
|
(121) |
|
(112) |
|
(211) |
|
||
1 Митчелл [310] получил качественную оценку относительных |
энергий |
|||||||||
дефектов упаковки различных |
типов. Она основана на подсчете числа сильно ис |
|||||||||
каженных связей (расстояний между атомами и углов связей) |
в соседнем |
с дефек |
||||||||
том упаковки атомном |
слое и в следующем. В порядке |
возрастания энергий их |
||||||||
можно расположить в ряд |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
—g— < 111 > на плоскостях |
(112) —двойниковый |
дефект |
упаковки; |
|
||||||
|-<110> |
на {110}; |
- J |
(111) |
на {112} и ~ |
< 111 > |
на {ПО}. |
|
|||
Такая симметричная конфигурация (рис. 126, |
а) неустойчива |
1312] и переходит в три другие конфигурации |
(в зависимости от |
направления приложенного напряжения), в которых одна частич ная дислокация располагается вдоль линии пересечения двух двой-
|
|
Рис. |
126. |
Строение диссоциированной винтовой дислока |
|
|||||||||||
|
|
ции |
на |
плоскостях: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
а — { " 2 } |
' а - |
Р — сидячие, |
у — |
с к о л ь з я щ а я |
к о н ф и г у р а ц и и ) , |
|
||||||||
|
|
б — {110} ( а — сидячая, |
Р — с к о л ь з я щ а я конфигурации) . |
|
||||||||||||
ииковых |
дефектов |
упаковки. Ширина |
г\ каждого из них зависит |
|||||||||||||
от |
энергии |
дефекта |
упаковки |
на |
плоскостях |
{112}: ц = |
—. |
|||||||||
Можно показать, что зеркально-симметричные |
конфигурации, кото |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
рые, казалось |
бы, должны возникнуть при |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
замене |
знака |
напряжения |
на обратный, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
энергетически |
невыгодны, так как при этом |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
возникают двойные дефекты упаковки с |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
высокой энергией. Именно с этим обстоя |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
тельством связывают авторы работ [310, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
313, 314] асимметрию |
скольжения на плос |
||||||||
Рис. |
127. |
Диссоциация |
костях |
(112). |
Асимметрия |
напряжения |
||||||||||
сдвига |
в прямом и обратном направлениях |
|||||||||||||||
винтовой |
|
дислокации |
||||||||||||||
|
на плоскостях {112} оказывается значитель |
|||||||||||||||
-2- {111) |
на |
плоскостях |
||||||||||||||
ной. Так, в монокристалле железа напряже |
||||||||||||||||
семейства |
{112}: |
|
|
ние |
сдвига |
в направлении |
двойникования |
|||||||||
а — |
нестабильная |
симмет |
при |
143° К составляет 36 кГ/мм2, |
а в про |
|||||||||||
ричная к о н ф и г у р а ц и я , |
б — |
тивоположном — 44 кГ/мм2. |
В работе [311], |
|||||||||||||
устойчивая |
к о н ф и г у р а ц и я в |
|||||||||||||||
поле |
н а п р я ж е н и я |
т, |
в — |
однако, обращено внимание на то, что плос |
||||||||||||
с к о л ь з я щ а я |
на |
|
плоскостях |
|||||||||||||
{112} конфигурация . |
|
кости |
{112} в |
ОЦК решетке не являются |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
плоскостями симметрии |
и можно |
ожидать |
|||||||
асимметрии |
барьеров |
Пайерлса — Набарро для |
движения |
дисло |
||||||||||||
каций в прямом и обратном направлениях и объяснить этот эффект,
не привлекая концепцию расщепления. Для осуществления сколь жения по одной из плоскостей {112} показанная на рис. 127 конфи гурация должна перестроиться в скользящую за счет объединения, например, частичных дислокаций А и С.
Рис. 128. Перестройка винтовой
дислокации ~ (III), диссоции рованной на плоскостях {110}
в скользящую конфигурацию.
Рис. 129. Переход винтовой дис
локации от устойчивой диссо циированной на плоскостях {112} к скользящей на плоскос
тях {011} .
Полная дислокация у [1111 краевой или смешанной ориента ции может диссоциировать на плоскости (011), при этом обра зуются три частичные дислокации по схеме
|
- £ - [111]= ^ [ 0 1 1 ] + |
- |
f [211] + -!-[011). |
|||||||
Поскольку |
направления |
< 111> |
являются |
осями |
зоны трех плос |
|||||
костей типа |
{ПО}, |
винтовая |
дислокация |
может |
диссоциировать |
|||||
[313, 314] |
по |
схеме |
(рис. |
127, |
б) |
|
|
|
|
|
- f - [ i l l ] |
= -g-[ol и |
+ |
-£-[iio] |
+ - f - t i o i ] |
+ -J-[ПИ |
|||||
|
|
1 |
|
на |
|
4- |
|
|
Ф |
|
|
|
на плоскости |
плоскости |
на плоскости |
|
|||||
|
|
(011) |
|
(110) |
|
|
( Ю 1 ) |
|
||
Последняя частичная дислокация является вершинной и распола гается вдоль линии пересечения трех дефектов упаковки, причем в отличие от диссоциации на плоскостях {112}, существование зеркально-симметричной конфигурации на плоскостях {110} воз можно, поскольку в ОЦК решетке они являются плоскостями сим метрии. Для скольжения по одной из плоскостей {110} такая кон фигурация должна перестроиться, образуя скользящую конфигу рацию по схеме, приведенной на рис. 128.
Для описания поперечного скольжения в ОЦК решетке необхо димо рассмотреть также переход скольжения винтовой дислокации из плоскостей {112} в плоскости {ПО}. Последовательность одно го из возможных вариантов [310] такого перехода представлена на рис. 129. Переход частичной дислокации В из плоскостей {112}
