Линейные дефекты

Линейные дефекты характеризуются малыми размерами в двух измерениях, но имеют значительную протяженность в третьем измерении. Наиболее важным видом линейных дефектов являются дислокации.

Теория дислокаций была впервые применена в середине трид­цатых годов нашего века физиками Орованом, Поляни и Тейлором для описания процесса пластической деформации кристаллических тел. Ее использование позволило объяснить природу проч­ности и пластичности металлов. Теория дислокаций дала возмож­ность объяснить огромную разницу между теоретической и прак­тической прочностью металлов. Интересно, что создание стройной теории дислокаций надолго опередило возможность их практиче­ского обнаружения. Существование дислокаций было предсказано значительно раньше, чем было выявлено их присутствие в металле. Дислокации были обнаружены лишь с помощью электронного микроскопа благодаря сопутствующим деформациям или искаже­ниям кристаллической решетки.

Из ниже приведенных схем видно, что атомы над краевой дисло­кацией испытывают сжатие, а нижние атомы – растяжение. При прохождении пучка электронов через такое искажение решетки происходит дифракция. Дислокации выявляются также с по­мощью травления химическими реактивами. В местах выхода дислокаций на полированную поверхность металла скорость хими­ческого травления выше.

На рис. 5а приведена схема участка кристаллической решетки с одной «лишней» атомной полуплоскостью, т. е. краевой дисло­кацией. Линейная атомная полуплоскость PQQ'P называется экстраплоскостью, а нижний край экстраплоскости – линией дислокации. Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокацию называют положительной и обозна­чают знаком , если в нижней – то отрицательной и обозначают знаком ┬. Различие между дислокациями часто условное. Пере­вернув кристалл, мы превращаем положительную дислокацию в отрицательную, Знак дислокации позволяет оценить результат их взаимодействия. Дислокации одного знака отталкиваются, а противоположного – притягиваются.

Помимо краевых дислокаций в кристаллах могут образовы­ваться и винтовые дислокации (рис. 5б). Винтовые дислокациимогут быть получены путем частичного сдвига атомных слоев по плоскости Q, который нарушает параллельность атомных слоев. Кристалл как бы закручивается винтом вокруг линии EF. Ли­ния EF является линией дислокации. Она отделяет ту часть пло­скости скольжения, где сдвиг уже завершился, от той части, где сдвиг еще не происходил. Винтовая дислокация, образованная вращением по часовой стрелке, называется правой, а против часо­вой стрелки – левой.

Вблизи линии дислокации атомы смещены со своих мест и кри­сталлическая решетка искажена, что вызывает образование поля напряжений: выше линии дислокации решетка сжата, а ниже растянута.

Дисклокации образуются уже при кристаллизации металлов, а также в ходе пластической деформации и фазовых превращений. Плотность дислокаций может достигать большой величины. Под плотностью дислокаций ρ обычно понимают суммарную длину дислокаций Σ l, приходящуюся на единицу объема V кристалла: . Таким образом, размерность плотности дислокаций ρ: см/см³ или см^-2. Для отожженных металлов плотность дислокаций составляет величину 10⁶ – 10⁸ см^-2, после холодной деформации она увеличивается до 10¹¹ – 10¹² см^-2, что соответствует примерно 1 млн. километров дислокаций в 1 см³.

Плотность дислокаций может быть определена эксперимен­тально при больших увеличениях подсчетом числа выходов дисло­каций на единицу площади предварительно протравленного металлографического шлифа, а также при изучении на просвет структуры тонких пленок в электронном микроскопе.

Установлено, что дислокации притягивают в свою зону атомы примесей, которые осаждаются в виде цепочки вдоль края экстра­плоскости. Такие атомы снижают уровень упругих искажений дислокационной структуры. Цепочки инородных атомов образуют так называемые «атмосферы Коттрелла» или «облака Коттрелла». С повышением температуры облака Коттрелла рассеиваются. При понижении температуры по достижении предела раствори­мости они могут образовывать дисперсные выделения второй фазы.

Дата добавления: 2014-01-07