ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.07.2024
Просмотров: 98
Скачиваний: 0
дислокаций или переползание имеет место при средних л высоких температурах, а т а к ж е требует для своего раз вития длительное время. В процессе переползания дисло каций край лишней атомной плоскости укорачивается или удлиняется неодновременно на весь очередной ряд ато
|
|
|
мов, |
а постепенно, сту |
|||||
|
|
|
пеньками. Эти ступень |
||||||
|
|
|
ки |
называются |
порога |
||||
|
|
|
ми. Одна и та ж е дисло |
||||||
|
|
|
кация своими порогами |
||||||
|
|
|
может |
|
находиться |
||||
|
|
|
одновременно |
на |
не |
||||
|
|
|
скольких |
плоскостях |
|||||
|
|
|
скольжения. Н а |
рис. 1 |
|||||
|
|
|
показан |
|
пример |
кра |
|||
|
|
|
евой |
дислокации |
с по |
||||
|
|
|
рогами на разных |
плос |
|||||
|
|
|
костях |
|
скольжения |
||||
Р и с . |
16. Краевая дислокация с |
поро- |
О |
1 1 |
2) . |
|
|
|
|
гамн, |
расположенными в разных |
плос- |
|
Пороги |
на дислока- |
||||
|
костях скольжения. |
|
ц н я |
х |
являются |
источ |
|||
|
|
|
никами |
и местами |
сто |
||||
ка вакансий. З а счет движения |
порогов |
происходит по |
степенное переползание дислокации в другую плоскость, Порог обычно двигается вдоль линии дислокации и по степенно перетягивает ее на новую плоскость.
Скорость движения порогов определяется приложен ными напряжениями и температурой. Избыточные вакан сии при повышении температуры стремятся взаимодей ствовать с порогами, что приводит последние в движение.
Переползание дислокаций можно легко проследить на примере так называемых призматических дислокаций, которые образуются, например, при отсутствии в какомто участке решетки куска атомной плоскости. На рис. 17
Рис . 17. Призматическая дислокация.
G2
показана призматическая дислокация. Неконсервативное движение или переползание является единственно воз можным способом движения таких дислокации. Д в и ж е ние происходит за счет расширения или сжатия дислока ционной петли. Приток вакансий расширяет петлю, а отток, наоборот, ее стягивает.
§ 5. Упругие свойства дислокаций
Вокруг каждой дислокации существует поле упругих напряжений. Это объясняется тем, что лишняя атомная плоскость в случае краевой дислокации сжимает область решетки выше плоскости скольжения и растягивает об ласть решетки ниже плоскости скольжения (для положи тельной дислокации) .
Вблизи винтовых дислокаций преобладают только сдвиговые компоненты напряжений, а простые растяги
вающие и сжимающие напряжения отсутствуют. |
|
|
Поле напряжений вокруг краевой дислокации |
более |
|
сложно. Оно содержит как сдвиговые (касательные |
к |
ка |
кой-либо плоскости), так и нормальные компоненты |
на |
|
пряжений. Наибольшее нормальное напряжение в |
этом |
|
случае действует параллельно вектору Бюргерса, |
т. е. |
вектору сдвига. Д л я краевой дислокации максимальные сжимающие напряжения действуют непосредственно вы
ше плоскости скольжения, а максимальные |
растягиваю |
щие напряжения — непосредственно ниже |
плоскости |
скольжения. Это видно из рис. 12, где схематически пока зан изгиб атомных плоскостей вблизи линии дислокации выше и ниже плоскости скольжения. Именно в эти места высоких локальных перенапряжений стремятся попасть одиночные блуждающие по решетке атомы или вакансии. Это стремление связано с тем, что попадание точечных дефектов в такие перенапряженные места приводит к снижению энергии системы — происходит ослабление на пряжений сжатия (в случае оседания вакансий) или на пряжений растяжения (в случае оседания внедренных атомов) .
Центральная область вокруг линии дислокации диа метром примерно 5-М OA называется ядром дислокации-. Одним из замечательных свойств ядра дислокации явля ется то, что оно образует своеобразные трубки внутри твердого тела, по которым могут легко диффундировать
а т о м ы . В частности, по таким трубкам могут быстро про никать внутрь тела атомы поверхностно-активного ве щества.
Таким образом, дислокации несут на себе не только функции перемещений сдвигов в решетке и передачи ме ханических напряжений, но и являются своеобразными транспортными каналами дл я диффундирующего вещест ва в твердом теле. Следовательно, роль дислокаций в а ж на не только д л я механических свойств кристаллов, но
т а к ж е для ряда других физико-химических |
свойств |
твер |
|
дого тела. |
|
|
|
Упругая энергия |
краевой дислокации |
больше, |
чем |
упругая энергия винтовой дислокации. Она |
равна |
при |
|
мерно 5- 10~4 эрг/см2 |
или около 8 эв на кажду ю атомную |
плоскость,-пересекающую дислокацию. Эта чрезвычайно •большая величина свидетельствует 6 том, что дислока ции не могут возникнуть в результате термических акти ваций, которые дают большей частью только доли эв. В я д р е дислокации содержится примерно 10—12% энергии дислокации. Остальную часть упругой энергии поглоща ю т упругие поля напряжений вокруг дислокации.
Если бы в кристалле к а ж д а я дислокация несла в себе всю «положенную» ей энергию, не затрачивая часть ее на взаимодействие с соседними дислокациями, то в сильно
деформированной решетке |
при |
плотности |
дислокаций |
||
10и -т-101 2 см~2 накопилось |
бы 108 —109 эрг |
в |
единице |
||
объема кристалла, что могло бы привести к |
значитель |
||||
ным тепловыделениям во время |
отжига. Этого |
на |
прак |
||
тик е не отмечается. Следовательно, в кристаллах, |
содер |
||||
ж а щ и х много дислокаций, упругие поля отдельных |
дисло |
каций стремятся скомпенсировать друг друга и о б щ а я
запасенная |
упругая |
энергия в скоплениях |
дислокаций |
|
уменьшается . |
|
|
|
|
Упругая энергия дислокаций определяется простой фор |
||||
мулой Е = |
aGb-, где а — коэффициент, |
равный |
0 , 5 — 1,0; |
|
<} — модуль |
упругости, |
равный ~ 1 0 й |
дин/слР; |
b — вектор |
Бюргерса, |
порядка ~ |
10~8 см.. Отсюда видно, что упругая |
энергия дислокаций пропорциональна квадрату вектора Бюргерса . Было замечено, что дислокации охотно всту пают друг с другом в реакцию, если в результате возни кает новая дислокация с вектором Бюргерса, квадрат которого будет меньше суммы квадратов вектора Б ю р герса двух исходных дислокаций. Это правило квадрата
вектора Бюргерса (правило Франка) позволяет безоши бочно определять, возможна ли та или иная дислокаци онная реакция.
Комплексы из нескольких дислокации обладают зна чительными полями напряжений, поскольку общее поле напряжений комплекса получается суммированием по лей напряжении отдельных дислокаций (с некоторой взаимной компенсацией). Протяженность полей напря жений комплексов зависит от числа дислокации, величи ны их векторов Бюргерса и от взаимной ориентации дислокаций.
§6. Силы, действующие на дислокации
Сдвижением дислокаций связано зарождение и разви тие пластической деформации кристаллов. При действии внешних сил на кристалл на каждую индивидуальную дис локацию также действует сила, заставляющая ее двигаться вперед. Эта сила определяется как работа, необходимая д л я перемещения единицы дли ны дислокации на единич ное расстояние. Она равна
F—xb, где т—приложенное внешнее напряжение в b — вектор Бюргерса.
Помимо этого па |
дисло |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
кацию |
действует |
сила |
ли |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
нейного натяжения. |
Увели |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
чение |
длины |
дислокации |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
связано |
|
с |
увеличением |
|
ее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
упругой |
энергии. |
Это обус |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ловливает |
наличие |
натяже |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ния линии дислокации. Ли |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
нейное |
натяжение |
измеря |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ется в единицах |
энергии |
на |
|
Р и с . |
18. |
Действие силы |
линейного' |
|||||||||
единицу |
длины, |
|
например, |
|
натяжения |
Т на линию |
дислокации. |
|||||||||
эрг/см. |
На рис. 18 |
показано |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
действие |
|
силы |
|
линейного натяжения Т на изогнутую |
||||||||||||
линию дислокации. |
Сила |
Т |
|
стремится выпрямить |
|
линию |
||||||||||
дислокации и уменьшить |
ее |
упругую |
энергию. |
Сила |
F |
от |
||||||||||
внешних |
|
сил |
|
действует |
в |
обратную сторону |
и |
стре |
||||||||
мится |
выгнуть |
|
дислокацию. |
От |
соотношения |
этих |
сил |
|||||||||
зависит, начнет ли дислокация движение или останется |
непо- |
|||||||||||||||
5- |
|
|
|
|
|
|
|
|
65 |
|
|
|
|
|
|
движнеш. Таким образом, напряжения, обусловленные сила ми линейного натяжения, действуют в обратную сторону тем, что возникает от внешних сил. Величина этих сил сопротивления очевидно должна возрастать при увеличении кривизны дислокации, определяемой радиусом /?. Напря жения, обусловленные силами линейного натяжения, можно
записать в в и д е ^ . Отсюда видно, что с увеличением кри
визны дислокации возрастает сопротивление ее перемещению. Дислокации интенсивно взаимодействуют между со бой. Это, в частности, приводит к уменьшению запасен ных в кристалле упругих искажений решетки. Дислока ции разных знаков ведут себя по отношению друг к другу как электрические заряды . Дислокации одного знака отталкиваются, дислокации противоположных знаков притягиваются. На рис. 14 было показано, как в резуль тате встречи двух противоположных дислокаций в одной плоскости скольжения они аннигилируют, и участок кристаллической решетки освобождается от дислокаций. Иная ситуация возникает, если при встрече двух про тивоположных дислокаций они оказываются разделен ными несколькими атомными плоскостями, параллельны ми их плоскостям скольжения. В этом случае слияние приводит к возникновению участка незаполненной атом ной плоскости, эквивалентного скоплению вакансий
(рис. 19)^
Р и с . 19 |
а, б Взаимодействие краевых |
дислокаций |
противо |
положных |
знаков в разных плоскостях |
скольжения |
с образо |
ванием |
скоплений вакансий (а) и внедренных атомов (б). |
Если |
ж е дислокации |
идут, наоборот, внахлест, то |
||||
вместо скопления |
вакансий |
может |
возникнуть |
участок |
||
лишней |
плоскости |
или |
скопление |
внедренных |
атомов |
|
(рис. 19 б ) . |
|
|
|
|
|
|
Сила, |
действующая |
между дислокациями, |
обратно |
пропорциональна расстоянию между ними. Теоретические расчеты и эксперимент показывают, что ряд краевых дислокаций одного знака находится в стабильном состоя нии, если дислокации выстраиваются вертикально друг под другом.
§7. Взаимодействие дислокаций
Вкаждой плоскости скольжения кристалла двигаются свои дислокации. Пересечение плоскостей скольжения приводит к пересечению дислокаций. Помимо этого в кристалле существует целая система дислокаций, кото рые возникли при росте кристалла и остаются практиче ски неподвижными в процессе пластической деформации. Пересечение этих дислокаций со скользящими дислока циями приводит к торможению последних. Торможение
дислокаций происходит т а к ж е при пересечении скользя щих дислокаций, когда они двигаются в разных плоскос тях скольжения.
Таким |
образом, к а ж д а я |
плоскость скольжения кри |
||
сталла пронизана многими |
поперечно |
расположенными |
||
дислокациями. Эти дислокации часто |
образно называют |
|||
«дислокациями леса». Действительно, |
возникает |
ситуа |
||
ция, когда |
дислокациям в плоскости скольжения |
прихо |
дится пробираться сквозь лес других дислокаций, рас положенных в плоскостях, перпендикулярных или наклонных к плоскости скольжения.
Если пересекаются две действующие системы сколь жения, то плотность «дислокаций леса» в обоих плоскостях резко возрастает. В этом и заключается ме ханизм упрочнения кристаллов в процессе пластической деформации. «Дислокации леса» сильно тормозят движе ние скользящих дислокаций и приводят к возрастанию усилий деформации, т. е. к деформационному упрочнению.
Легкость скольжения в том или ином элементе сколь жения зависит от способа преодоления движущимися дислокациями препятствий, связанных с «дислокациями леса». Скользящие дислокации должны перерезать «дис-