Текст лекции

ТЕМА. Линейные дефекты в кристаллах металлов

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра ТИ-6 «Материаловедение и технологии новых материалов»

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой ТИ-6

_________ Крашенинников А.И.

«___»_________200__г.

Для студентов 3 курса

факультета ТИ

специальности 150601

ЛЕКЦИЯ № 3

по дисциплине 4638 «Механические свойства и дефекты

кристаллического строения металлов» для специальности

Доцент к.т.н. Фигуровский Д.К.

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической секции)

«__»___________200__г.

Протокол № __

МГУПИ – 200__г.

Тема лекции: Дислокации в типичных металлических структурах.

.

Освоение теоретических знаний по курсу «Механические свойства и дефекты кристаллического строения металлов» - темы Линейные дефекты в кристаллах металлов

Время: 2 часа (90 мин.).

Литература (основная и дополнительная):

1. Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. -М.: Металлургия, 1990. - 336 с.

2. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1998. - 399с.

З. Золоторевский В.С., Портной В.К. Механические свойства металлов. Часть 1.Статические испытания. Лабораторный практикум. М.: МИСиС. 1987. № 534.-143с..

4. Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение термообработка и рентгенография. М. МИСиС, 1994, 480с.

5. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: ГОУ впо УГТУ-УПИ. 2002.329с.

6. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел.М. Наука, 1974г., 560с.

7. Фигуровский Д.К. Алиев Р.Т. Механические свойства и теория термической обработки металлов и сплавов. Практикум М.; МГУПИ. 2007г. 186с.

Учебно-материальное обеспечение:

Использование компьютерной техники для электронной призентации наглядных материалов лекции

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Введение – 5 мин. Значение теории дислокаций в описании

механизма деформации кристаллов.

Основная часть (учебные вопросы) – до 80 мин.

1-й учебный вопрос. Плотность дислокаций. Дефекты упаковки.

2-й учебный вопрос. Подразделение дислокаций на полные и

частичные.

3-й учебный вопрос. Взаимодействие дислокаций с примесными и

межузельными атомами и вакансиями.

Заключение – 5 мин. Выводы по прочитанной лекции. Ответы на

вопросы студентов.

ДИСЛОКАЦИИ В ТИПИЧНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ

ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ НА ПОЛНЫЕ И ЧАСТИЧНЫЕ

Геометрия основных типов дислокаций (краевой, винтовой и смешанной) рассматривалась на примере простой кубической решетки, в которой атомы находятся только в вершинах элементарной кубической ячейки. При этом каждый раз подразумевалось, что после пробега дислокации в зоне сдвига полностью восстанавливается исходная конфигурация атомов в пространстве. Вектор Бюргерса такой дислокации является одним из трансляционных векторов решетки, характеризующих тождественную трансляцию — перенос решетки таким образом, что конечное ее положение нельзя отличить от начального.

В случае примитивной кубической решетки тождественную трансляцию характеризует не только ребро элементарного куба а<100>. Если всю решетку сдвинуть вдоль диагонали грани куба <110> на ее величину (на а√2), то также полностью вос­становится расположение атомов по узлам исходной кубической решетки. Тождественная трансляция обеспечивается и при сдвиге решетки вдоль пространственной диагонали куба <111> на ве­личину этой диагонали (а√з). Схема строения кристалла с крае­вой дислокацией на рис. 22 соответствует вектору Бюргерса а <100>.

Аналогичная схема отображает краевую дислокацию с век­тором Бюргерса а<110>. Но в этом случае сетка должна состоять не из квадратов, а из прямоугольников, у которых одна сторона (расстояние между горизонтальными плоскостями кристалла) равна по-прежнему а, другая же сторона (расстояние между вер­тикальными плоскостями вдоль вектора сдвига) равна а√2.

Дислокации в простой кубической решетке, имеющие векторы Бюргерса а <100>, а <110> либо а <111>, называются единич­ными или дислокациями единичной мощности.

Тождественную трансляцию в простой кубической решетке характеризуют не только единичные векторы а <100>, а <110> и а <111>, но и любые другие векторы, которые в целое число раз [n] больше единичных и имеют с ними одинаковое направле­ние (например, nа <100>, где п = 1, 2, 3, 4,...). В принципе возможны дислокации, у которых вектор Бюргерса в целое число раз больше единичного. Такие дислокации называются дислока­циями n-кратной мощности. Например, на рис.51 схематично изображены кристаллы с краевой дислокацией единичной и дву­кратной мощности. Ясно, что при мощности вектора Бюргерса больше единицы энергия искажений решетки очень велика, и такая дислокация n-кратной мощности неустойчива; она стремится разделиться на п единичных дислокаций. В случае, показанном на рис. 51, б, вместо одной дислокации вблизи краев двух сосед­них экстраплоскостей образуются две отдельные дислокации, каждой из которых будет соответствовать одна экстраплоскость.

Рис. 61. Краевые дислокации единичной (а) и двукратной мощности (б)

Единичные дислокации с векторами Бюргерса а<100>, а<110>и а<111> имеют разную энергию. В кристалле должны преобладать единичные дислокации с минимальной энергией, т. е. с наименьшим вектором Бюргерса. В простой кубической решетке это будут дислокации с вектором Бюргерса а<100>.

Единичные дислокации и дислокации n-кратной мощности обеспечивают при пробеге через кристалл тождественную транс­ляцию решетки. Такие дислокации называют полными.

Типичные кристаллические решетки металлов существенно от­личаются от простой кубической. В г. ц. к., о. ц. к. и г. п. решетках существуют дислокации с такими векторами Бюргерса, что перемещение их не приводит к тождественной трансляции в зоне сдвига, хотя и обеспечивает новое механически стабильное положение атомов (геометрия таких перемещений рассмотрена в § 24 и 25). Обычно вектор Бюргерса этих дислокаций и соот­ветственно энергия меньше, чем у единичной дислокации мини­мальной мощности в данной решетке. Дислокации с вектором Бюргерса, не являющимся вектором тождественной трансляции, называют неполными или частичными. Они играют исключительно важную роль в разнообразных процессах в металлах. Каждый тип кристаллической структуры характеризуется своими единичными и частичными дислокациями. Такие характерные дислокации и будут рассмотрены ниже.

В заключение необходимо обратить внимание на то, что под­разделение дислокаций на краевые, винтовые и смешанные, с одной стороны, и полные и частичные, с другой, основано на разных признаках. В основу подразделения дислокаций на крае­вые, винтовые и смешанные положена ориентация линии дисло­кации по отношению к вектору Бюргерса. В основу же подразде­ления дислокаций на полные и частичные положена величина вектора Бюргерса (в сопоставлении с единичным вектором тож­дественной трансляции решетки). Поэтому, например, полная дислокация может быть как краевой, так и винтовой или сме­шанной. Смешанная дислокация может быть и полной и частичной.

Дата добавления: 2014-01-07