Линейные дефекты

Линейные дефекты характеризуются малыми размерами в двух измерениях и имеют весьма значительную протяженность в третьем измерении. Название этих дефектов - дислокации, они бывают двух видов - краевые и винтовые (рис. 2.3).

Теория дислокаций была впервые разработана в 30-х годах 20 века физиками Орованом, Поляни и Тейлором для описания процесса пластической деформации кристаллических тел. Оказалось, что теоретическая прочность кристаллов, рассчитанная на основании величины сил связи между атомами в идеальных кристаллах на 4 порядка больше, чем реальные напряжения, необходимые для начала пластической деформации в металлах. Объяснить эту разницу удалось только с помощью теории дислокаций. Таким образом наличие дислокаций в кристаллах было предсказано гораздо раньше (почти на 20 лет), чем выявлено с помощью электронного микроскопа.

Краевая дислокация - это линейный дефект, связанный с тем, что некоторые кристаллографические плоскости обрываются внутри кристалла (рис). Такая часть плоскости в кристалле называется экстраплоскостью, а край экстраплоскости, вокруг которого образуется зона упругих искажений - линией дислокации. Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то ее условно считают положительной, а если в нижней - то отрицательной. Над краем положительной экстраплоскости образуется зона упругого сжатия, а под краем - растяжения. Из-за этого дислокации взаимодействуют между собой и с точечными дефектами, что приводит к определенным изменениям в структуре и свойствах кристаллических тел.

Винтовые дислокации можно себе представить, как результат частичного сдвига (рис) атомных слоев по плоскости Q который нарушает параллельность атомных слоев. Кристалл как бы закручивается винтом вокруг линии EF. Эта линия и является линией дислокации и отделяет ту часть кристалла, где сдвиг произошел, от остальной части. Вблизи линии дислокации кристаллическая решетка искажена из-за смещения атомов со своих мест, что вызывает возникновение полей упругих напряжений.

Степень искаженности кристаллической решетки вокруг дислокации можно охарактеризовать с помощью вектора Бюргерса, который получают путем сравнения замкнутого контура, построенного вокруг линии дислокации, и аналогичного контура в идеальной кристаллической решетке (рис).

Одним из основных свойств дислокаций, позволяющих объяснить явление пластической деформации в металлах, является их чрезвычайная подвижность. Так, например, краевая дислокация очень легко перемещается путем скольжения. Под действием внешних, либо внутренних напряжений, экстраплоскость может "забрать" себе продолжение у соседней плоскости (рис), сделав ее экстраплоскостью. Этот процесс продолжается до тех пор, пока экстраплоскость не выйдет на поверхность кристалла, т.е. пока добывать себе продолжение станет негде. При этом каждый участвующий в процессе атом совершает перемещения намного меньшие, чем межатомные расстояния, а дислокация эстафетным механизмом перемещается через весь кристалл. Путем последовательного перемещения дислокаций и происходит пластическая деформация, причем во время пластической деформации количество дислокаций не уменьшается, а увеличивается во много раз. Под плотностью дислокаций r понимают суммарную протяженность дис­локационных линий в единице объема кристалла и измеряют эту величину в см/см³ т.е. в см ^-2. Так для металлов в равновесном состоянии плотность дислокаций составляет 10⁴ - 10⁶ см ^-2 или от 100 м до 10 км в кубическом сантиметре, а у деформированных металлов эта величина достигает 10¹¹-10¹² см ^-2, или 1-10 млн. км в одном см³.

Поиск по сайту: