Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
§ 12. Сетки дислокаций
Франк [36] впервые показал, что равновесное распределение дислокаций в кристалле должно представлять собой трехмерную сетку, подобную полиэдрическим ячеистым сеткам, получающимся, например, из мыльной пены. В такой сетке дислокации встречаются в узлах (фиг. 3.15), в которых удовлетворяются условия равновесия сил линейного натяжения, а также критерий, согласно которому результирующий вектор Бюргерса должен
60
Глава З
быть равен нулю. В реальных кристаллах получаются как дву-, так и трехмерные сетки, в которых дислокационные линии между узлами сокращены до наименьшей возможной длины. Типичная сетка, наблюдаемая в железе.
Фиг. 3.15. Равновесная Фиг. 3.15а. Дислокационная сетка в нормализо-сетка дислокаций, возмож- ванном железе (электронная микрофотография, ная в случае железа [51]. X 50 ООО) (Мак-Лин).
показана на фиг. 3.15 и 3.15а. Симметрия сеток частично определяется той легкостью, с которой дислокации ориентируются в определенных кристаллографических направлениях в соответствии с энергетической выгодностью.
Особенно хорошо двумерные дислокационные сетки видны в малоугловых границах зерен и субзерен, которые часто образуются при возврате хо-лоднодеформированных металлов. Подобные субграницы можно продемонстрировать с помощью пузырьковой модели, на которой видно увеличение концентрации дислокаций в границе по мере возрастания угла разориентировки разделяемых ею областей. Простейшая мало-Q угловая граница состоит из
Фиг. 3.16. Структура малоугловой границы [3]. РяДа краевых дислокаций; она
показана на фиг. 3.16 [3], где линия границы указана значками лишних полуплоскостей дислокаций.
Если вектор Бюргерса дислокации равен Ь, то ясно (фиг. 3.16, б), что угол разориентировки 9 связан с расстоянием D между дислокациями еле-
Элементарная теория дислокаций
61
дующим образом:
& = 2ШЩЩ или для малшс углов -0^If (3.24)
С увеличением угла В расстояние между дислокациями становится меньше до тех пор, пока при некотором значении 6 большеугловую границу уже нельзя описывать с помощью дислокаций, и она представляет собой скорее область локального рааупорядочения. Границы, полиостью состоящие на краевых дислокаций, называются границами наклона, поскольку разориентировка может быть описана путем наклона плоскости, содержащей дислокации; ось наклона нормальна плоскости фиг. 3.16, и такая граница является симметричной границей наклона.
Если вместо краевых дислокаций имеется ряд винтовых дислокаций, то возникает разориентировка, получаемая путем вращения вокруг оси, лежащей в плоскости чертежа, и образуется граница кручения. Очевидно, можно получить широкий набор разориентировок, комбинируя сетки дислокаций краевого и винтового типа. При благоприятных условиях малоугловые границы можно протравить и выявить по фигурам травления отдельные дислокации (фиг. 3.13), расстояние между которыми легко измерить. Было показано, что разориентировка, рассчитанная по формуле (3.24), н экспериментально определенные значения D совпадают с результатами, полученными рентгеновским дифракционным методом, позволяющим непосредственно измерять раэориентировку [3].
§ 13. Неконсерпатиппое діїишепие днслонацнй
При обычном скольжении краевая дислокация движется по плоскости скольжения в направлении своего вектора Бюргерса, причем происходят лишь малые локальные смещения атомных рядов в этой плоскости. Однако
Направление переползания
а O
Фиг. 3.17. Переползание краевой дислокации.
ситуация очень сильно меняется, если попытаться сместить дислокацию перпендикулярно ее вектору Бюргерса в соседнюю плоскость, параллельную плоскости скольжения (фиг. 3.17, а и б). При таком движении необходимо устранить ряд атомов, образующих край лишней полуплоскости краевой дислокации. Это может произойти только путем диффузии междоуаельных атомов от дислокации или вакансий на эти места. Поскольку основание лишней полуплоскости может двигаться выше или ниже плоскости скольжения, перемещающаяся дислокация может быть либо источником, либо стоком вакансий. Описанный процесс, который обычно называют перепол-
62
Глава З
Направление движения дислокации
заниєм, очевидно, зависит от того, насколько его осуществление обеспечено энергией, как правило, в форме термической активации.
В случае винтовой дислокации, для которой вектор Бюргерса параллелен оси дислокации, лишней полуплоскости атомов нет. Поэтому винтовая дислокация может свободно скользить по любой плоскости, которая содержит линию дислокации и вектор Бюргерса. В этом случае не требуется переноса массы вещества, хотя могут понадобиться большие напряжения или значительная энергия активацки для того, чтобы переместить винтовую дислокацию на другую плоскость, где приведенное напряжение сдвига не столь высоко, как на первоначальной плоскости скольжения.
§ 14. Ступеньки на дислокациях
Простейшая форма процесса пластической деформации заключается в дви-женни дислокаций по системе параллельных плоскостей скольжения; однако в более общем случае дислокации зарождаются и перемещаются не по одной, а по нескольким системам скольжения одновременно, например в соответствующим образом ориентированных монокристаллах или в поликристаллических агрегатах. В этих условиях дислокации в различных системах должны пересекаться, и можно предсказать те изменения геометрии, которые при этом произойдут. В общем пересечение приводит к образованию ступенек на одной или обеих дислокациях, эквивалентных векторам Бюргерса, так что длины дислокационных линий увеличиваются и соответственно возрастает их энергия. Таким образом, пересечение дислокаций требует затраты дополнительной энергии. Другим следствием такого акта является то, что дислокации со ступеньками будут двигаться через кристалл менее легко, чем до пересечения.
