Малоугловые границы

Малоугловые границы образованы системами дислокаций. На рис. 104, б представлена простейшая схема строения мало­угловой границы для примитивной кубической решетки. Решетки двух зерен или субзерен упруго сопрягаются, за исключением мест, где оканчиваются неполные атомные плоскости, т. е. где находятся краевые дислокации. Такая граница является стенкой дислокаций одного знака. Линии дислокаций перпендику­лярны плоскости чертежа. Два соседних зерна или субзерна симметрично наклонены по от­ношению к плоскости границы. Поэтому такую малоугловую границу называют симметрич­ной наклонной границей.

Из геометрии симметричной наклонной границы на рис. 104,6 следует, что расстояние между дислокациями в стенке D, век­тор Бюргерса их и угол разориентировки зерен 9 связа­ны следующим соотношением: . При малых углах sinθ≈θ, тогда

Чем больше угол разориентировки, тем меньше расстояние между дислокациями в стенке. При углах разориентировки более ~10° указанная дис­локационная модель неприме­нима для описания строения границы зерен, так как дислокации располагаются очень близко одна к другой и теряют свою индивидуальность (их ядра сливаются). Поэтому к мало­угловым или дислокационным относят межзеренные границы с углом разориентировки не более 10°. Соседние субзерна внут­ри одного зерна обычно разориентированы на угол не более 1°. Поэтому все субзеренные (блочные) границы малоугловые.

Если малоугловая граница лежит несимметрично, то строение ее усложняется, так как на ней оканчиваются две группы плоскостей, образующие две серии краевых дислокаций (рис. 112).

Малоугловая граница кручения образована рядом винтовых дислокаций (на рис. 113 черные кружки обозначают атомы ниже плоскости границы, а светлые — выше ее).

Граница не может состоять из одного ряда параллельных винтовых дислокаций, так как такой ряд был бы нестабильным. Граница кручения обра­зована сеткой двух взаимно перпендикулярных рядов винтовых дислокаций. Как и в наклонной малоугловой границе, здесь также между участками с несовершенной решеткой (областями ядер дислокаций) имеются участки упругого сопряжения решеток соседних зерен. На рис. 113 такие участки расположены внутри ячеек дислокационной сетки. Рассмотренная дислокационная модель границы кручения, как и наклонной границы, применима только при малых углах разориентировки соседних зерен, так как и здесь (D — расстояние между дислокациями одной серии).

На рис. 104, б, 112 и 113 показаны простейшие дислокацион­ные модели строения границ. В более общем случае малоугловая граница содержит ряды дислокаций разной ориентации и с раз­ным вектором Бюргерса.

Симметричная наклонная граница, являющаяся стенкой крае­вых дислокаций одного знака с параллельными векторами Бюр­герса и параллельными плоскостями скольжения, может легко перемещаться при коллективном скольжении всех дислокаций, входящих в стенку (рис. 114). Такую границу называют сколь­зящей.

В более общем случае малоугловой границы она не может скользить из-за непараллельности плоскостей скольжения состав­ляющих ее дислокаций.

Миграция границы может происходить только диффузионным путем, когда в зависимости от ориентации одни экстраплоскости достраиваются, а другие сокращаются, растворяясь с кромки. Например, на рис. 112 миграция в горизонтальном направлении несимметричной наклонной границы как единого целого должна быть связана с переползанием дислокаций, векторы Бюргерса которых перпендикулярны направлению миграции.

Угол разориентировки зерен или субзерен 0 определяет энергию малоугловой границы:

где Е_о и А — константы (Е_о пропорциональна модулю сдвига и вектору Бюргерса). Согласно этой формуле и многим экспери­ментальным данным с увеличением θ энергия малоугловой гра­ницы непрерывно возрастает.

Малоугловые границы — стенки дислокаций возникают при росте кристаллов из расплава (см. рис. 104), при пластической деформации и при дорекристаллизационном отжиге после холод­ной деформации. Образование стенок дислокаций, приводящее к подразделению кристалла на субзерна — полигоны (многоуголь­ники), называют полигонизацией. Если, например, до отжига в изогнутом кристалле дислокации были хаотично распределены по плоскостям скольжения (рис. 115, а), то в результате отжига при полигонизации они выстраиваются одна над другой в вертикальные стенки (рис. 115, б)[2]. Как, видно из сопоставления рис. 115, а и б, для выстраивания в стенку необходимо и скольжение, и переползание дислокаций.

Поля упругих напряжений отдельных дислокаций в стенке, накладываясь, в значительной мере взаимно уничтожаются (на рис. 115, 6 под областью разрежения от одной дислокации на­ходится область сгущения от другой дислокации). Этим и обес­печивается стабильность стенки. В результате поле упругих напряжений стенки, внутри которой дислокации отстоят одна от другой на расстоянии D, становится ничтожно малым при удале­нии по обе стороны от стенки на расстояние больше D. Следова­тельно, полученная при отжиге — полигонизации стенка дисло­каций в отличие от изолированных дислокаций не имеет дальнодействующего поля напряжений. Это относится, естественно, к стенке бесконечно большой протяженности. Стенка конечной протяженности по краям имеет дальнодействующее поле упругих напряжений (из-за его нескомпенсированности).

Малоугловая граница упруго взаимодействует с отдельными дислокациями. На рис. 116 показан один из возможных вариантов такого взаимодействия: дислокации того же знака, что и дислока­ции в стенке, отталкиваются от стенки в незаштрихованной области и притягиваются к ней в заштрихованных областях. Если дислокация находится в точке Р, то она переползанием может попасть в область притяжения (путь PQ) и затем сколь­жением пристроиться к стенке, продолжив ее (путь QR). Такое сочетание переползания и скольжения является одним из механизмов полигонизации (см. также рис. 115).

Малоугловая граница при­тягивает к себе точеч­ные дефекты, в том числе и примесные атомы, вследствие упругого взаимодействия с ними дислокаций, составляю­щих границу. Это притяже­ние, как вытекает из сказан­ного выше, реализуется в зоне, простирающейся всего на несколько межатомных расстояний от границы. Примесные атмосферы тормо­зят миграцию малоугловых границ, стабилизируя суб­структуру.

Дата добавления: 2014-01-05