Файл: Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие.pdf

щийся в поверхностном слое металла, может в процессе испа­

также границы зерен, в которых правильное расположение ато­ мов нарушено.

При образовании твердых растворов внедрения атомы ле­ гирующего элемента находятся в межузлиях. На искажение кристаллической решетки при образовании точечного дефекта затрачивается определенная работа. В связи с этим межузель­ ный атом обладает повышенной энергией по сравнению с ато­ мами, находящимися в узлах кристаллической решетки. Обра­ зование вакансий ведет к искажению плотноупакованной ре-' шетки и соответственно к изменению энергии кристалла. При взаимодействии одиночных вакансии между собой могут обра­ зовываться скопления вакансий. Если межузельный атом встречается с вакансией, искажение решетки исчезает. Вакан­ сии играют решающую роль в диффузионных процессах, проис­ ходящих в металлах.

Дислокации и их перемещение. Дислокация принадлежит к линейным несовершенствам кристалла. Рассмотрим дислока­ цию, образовавшуюся в кристалле при сдвиге. На рис. 3.2 по­ казан параллелепипед, верхняя часть которого сдвинута отно­ сительно нижней на одно межатомное расстояние. Зафиксиро­ вано положение, когда сдвиг охватил не всю плоскость сколь­

ка. На рис. 3.3 для случая примитивной кубической решетки показан разрез параллелепипеда по атомной плоскости, пер­ пендикулярной к линии AB на рис. 3.2. В этом сечении при-

30 Г л . 3. Свойства реакторных материалов

сталл имеет п вертикальных атомных плоскостей. В результа­ те показанного на рис. 3.2 сдвига на одно межатомное расстоя­ ние п вертикальных атомных плоскостей, расположенных выше плоскости скольжения, оказываются напротив (п—1) верти­ кальных атомных плоскостей, расположенных ниже плоскости

меньше соседей, чем внутри совершенной решетки. Вдоль края экстраплоскости тянется область с несовершенной решеткой.

Область несовершенства кристалла вокруг края экстра­ плоскости называется краевой дислокацией. В одном измере­

ляющейся плоскостью чертежа на рис. 3.3, обозначается зна­ ком J_. Совокупность таких центров в параллельных атомных плоскостях образует линию дислокации. Если экстраплоскость вводится в верхнюю часть кристалла, то дислокацию назы­ вают положительной, а если в нижнюю, то отрицательной. Положение центра ядра отрицательной дислокации обозначают знаком Т . Различие между положительной и отрицательной краевыми дислокациями чисто условное. Знак дислокаций имеет большое значение при их взаимодействии. Линия крае­ вой дислокации перпендикулярна к вектору сдвига.

Таким образом, под дислокацией понимают линейное несо­ вершенство, образующее внутри кристалла границу зоны сдви­ га. Эта граница определяет ту часть плоскости скольжения, где

В каждый момент времени в смещении участвуют не все атомы, находящиеся по обе стороны от плоскости скольжения, а лишь сравнительно небольшая группа атомов. Для описания такого механизма и было использовано представление об особом типе

краевой дислокации при сдвиге на одно межатомное расстоя­ ние (рис. 3.4). В исходном состоянии положение атомов обо­ значено светлыми кружочками, а в конечном— черными. Что­ бы дислокация из исходного положения 1 переместилась в со­ седнее положение 14, не нужно сдвигать всю верхнюю полови­

щаются атомы не только в плоскости чертежа, но и во всех атомных слоях, параллельных этой плоскости. Незначительное перемещение атомов в области дислокации приводит к переме­ щению самой дислокации на одно межатомное расстояние. При этом целая плоскость 7—17 разрывается на две части. Ее нижняя часть объединяется с исходной экстраплоскостыо в це­ лую плоскость 8—6, а верхняя — превращается в новую экстра-

32 Гл. 3. Свойства реакторных материалов

плоскость 14—18. Под действием касательных напряжений дис­ локация перемещается в плоскости скольжения ММ путем ука­ занных выше перемещений атомов. Такое движение дислокации называют скольжением или консервативным движением. В этом случае не происходит диффузионного перемещения атомов. Скорость скольжения дислокации возрастает с приложенным напряжением и изменяется от ІО-7 м/сек при низких напряже­ ниях до ІО4 м/сек при высоких. Однако скорость скольжения

На рис. 3.4 в результате скольжения дислокации справа до положения 1 произошел сдвиг справа налево части кристалла, лежащего выше плоскости ММ. На правой грани кристалла образовалась ступенька сдвига. Если под действием сдвигаю­ щей силы дислокация будет скользить влево в положение 14 и далее, то сдвиг будет охватывать все большую часть плоско­ сти скольжения. Когда дислокация выйдет на левую боковую грань кристалла, на ней образуется ступенька.

В рассматриваемом случае дислокация перемещалась в своей плоскости скольжения. Однако дислокация может переме­ щаться из своей плоскости скольжения в выше - или нижележа­ щую соседнюю плоскость. Механизм такого перемещения, назы­ ваемого переползанием, принципиально отличается от механиз­ ма скольжения. При перемещении положительной краевой ди­ слокации (см. рис. 3.2) из своей плоскости скольжения в выше­ лежащую соседнюю плоскость необходимо, чтобы цепочка ато­ мов на самой кромке экстраплоскости отделилась от экстрапло­ скости и ушла в глубь кристалла. Такое растворение кромки экстраплоскости (положительное переползание) является диф­ фузионным процессом. Возможны два варианта: 1) при подходе вакансий к краевой дислокации атомы с кромки экстраплоско­ сти перемещаются в соседние вакантные места и 2) атомы с кромки переходят в соседние межузлия и диффундируют от ди­ слокации. Первый вариант более вероятен, если учесть, что в металле в результате пластической деформации, облучения, термической обработки часто появляется избыточная концент­ рация вакансий, а энергия образования межузельных атомов внедрения относительно велика.

Перемещение положительной дислокации вниз в соседнюю плоскость скольжения означает, что к краю экстраплоскости присоединился один атомный ряд. Такая достройка экстрапло­ скости (отрицательное переползание) может осуществляться двумя путями: 1) присоединением атомов из межузлий, диф­ фундирующих к дислокации, и 2) присоединением соседних атомов, находящіеся в регулярных положениях, с одиовремен-