![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Как движение дислокациЙ
Возьмем кубический образец (рис. 3.6, а) и сдвинем его верхнюю половину по плоскости АА на расстояние, равное параметру кристаллической решетки а (рис. 3.6, б). При этом длина образца увеличивается L ' = L + Δ L; Δ L ≈ a. Из состояния, показанного на рис. 3.6, а, в состояние рис.3.6, б можно перейти двумя способами:
- образовав на плоскости АА краевую дислокацию с вектором Бюргерса b = а и продвинув ее с левого края кристалла на правый (рис. 3.6, в и г).
И в том и в другом случае удлинение кристалла одинаково: L 1≈ L + a. Постепенное перемещение дислокации с вектором Бюргерса b по какой-либо плоскости эквивалентно одновременному сдвигу одной части кристалла относительно другой на b вдоль плоскости скольжения дислокации. Пластическая деформация при таком перемещении одной дислокации
а при перемещении n дислокаций
При движении по плоскости АА дислокация может пройти путь l < L и затормозиться на каком-либо препятствии. Величина l в таком случае называется длиной свободного пробега дислокации, а сдвиг – незавершенным. В теории упругости показано, что при этом удлинение образца Δ L составляет (см. рис. 3.6, в, г):
Аналогично при перемещении п дислокаций на l каждая
где ρ п= n / L 2 – плотность подвижных дислокаций – полное число дислокационных трубок, пересекающих единицу площади (1 м2 или 1 см2) поверхности кристалла. Формула (3.4) играет большую роль в теории дислокаций, связывая плотность подвижных дислокации ρ п, их вектор Бюргерса b, длину свободного пробега l и производимую ими пластическую деформацию ε п. Продифференцировав (3.4) по времени, получаем выражение для скорости пластической деформации
где v = dl/dt – скорость дислокаций, зависящая от напряжения;
Это выражение называют часто соотношением Мотта-Хаазена. Оценим, исходя из (3.6), какую скорость деформации Рассмотрим движение краевой дислокации. На рис. 3.7, а изображено сечение простого кубического кристалла, содержащего краевую дислокацию с осью вдоль конца полуплоскости 3. Для простоты будем считать, что силы притяжения между атомами очень быстро уменьшаются с увеличением расстояния между ними. Поэтому связи между атомами 4-7 и 6-8 сильно ослаблены (рис. 3.7, а), а между атомами 5- 7 и 5-8 пренебрежимо малы (разорваны). Приложим к решетке касательное напряжение τ (рис. 3.7, б), которое приведет к перекосу решетки. Вследствие этого расстояние между атомами 6-8 увеличится, а 5-8 – уменьшится. При увеличении τ сверх некоторого критического, связь 6-8 порвется (условно по линии АА), и атом 8 соединится с атомом 5. В результате полуплоскость 3 соединится с нижней полуплоскостью 4' и образует целую плоскость 34', а полуплоскость 4 станет «лишней». Конец этой полуплоскости (атом 6 в сечении) и будет теперь осью дислокации (рис.3.7, в). Следовательно, можно считать, что дислокация переместилась на одно межатомное расстояние. Такое движение дислокации называется консервативным или скольжением.
Существенные черты такого движения: 1. Дислокация перемещается в плоскости, включающей векторы b и l. Плоскость, проведенная через ось дислокации и вектор Бюргерса, называется поэтому плоскостью скольжения. Этим термином мы уже пользовались несколько раз, не расшифровывая его смысл. 2. Общее число разорванных связей (для простого кубического кристалла в нашем приближении две связи 5-7 и 5-8, рис. 3.7, а) после смещения дислокации на целое число шагов сохраняется. В рассмотренном выше примере после одного скачка остались две разорванные связи 6-8 и 6-9 (рис. 3.7, в). Именно сохранение общего числа разорванных (или сильно напряженных, если силы спадают не очень быстро) связей и делает такое движение дислокации обратимым. 3. Краевые дислокации имеют одну плоскость скольжения: через две пересекающиеся прямые (ось дислокации и вектор Бюргерса) можно провести одну и только одну плоскость. Винтовая дислокация имеет столько плоскостей скольжения, сколько через нее можно провести кристаллографических плоскостей, т. е. число плоскостей скольжения зависит от ее ориентации и от типа кристаллической решетки. Реально винтовая дислокация может перемещаться по (2÷ 4) плоскостям скольжения. 4. Движение дислокации в плоскости скольжения напоминает эстафетное движение, в котором каждый из бегунов пробегает малую часть всей дистанции, а весь путь проходит только эстафетная палочка. Всякое движение дислокации под углом к плоскости скольжения называется неконсервативным или переползанием. Этот механизм перемещения дислокации, сопровождающийся испусканием вакансий, рассмотрен в разделе 2.6. Процесс переползания связан с диффузией больших групп вакансий или внедренных атомов, поэтому переползание - медленный процесс, сильно зависящий от температуры. 5. Из-за низкой скорости переползания ее непосредственный вклад в скорость деформации мал: Пусть в простой кубической решетке есть дислокация с ломаной линией, состоящая из длинных l в > > а отрезков винтовой ориентации и коротких l к~ a отрезков краевой дислокации. Движение в направлении х требует переползания краевых отрезков. Но поскольку перемещение всех их на расстояние а приводит к такому же перемещению всей дислокации, то эффективная скорость дислокации увеличивается в l в /l к раз. Действительно, если поглощение п вакансий в секунду на 1 м длины чисто краевой дислокации приводит к ее скорости
(дислокация совершает
Рис. 3.8. Движение винтовой дислокации со ступеньками: а – истинная конфигурация; б – эффективная конфигурация Поскольку вакансии необходимы только для перескоков краевых участков, их частота возрастает в l в /l к раз. Правда, для этого необходимо предположение, что все вакансии, попадающие на дислокацию, в итоге оказываются на краевых участках. Точно такое же движение смешанной дислокации может происходить с помощью испускания внедренных атомов. При недостаточно большом увеличении смешанная дислокация (рис. 3.8, а) выглядит прямолинейной (рис. 3.8, б), но с вектором Бюргерса b, расположенным под малым углом φ (tgφ = l к /l в) к оси дислокации. Тогда можно записать v эфф = v персtgφ. 6. Переползание играет важную роль при преодолении дислокацией препятствий в плоскости скольжения. Это происходит при температурах деформации, при которых диффузия вакансий происходит достаточно эффективно. Пусть краевая дислокация встречает расположенные равномерно препятствия А размером r и расстоянием между ними l в плоскости ее скольжения (рис. 3.9). Повторяя предыдущие рассуждения, получим, что скорость дислокации
Так как r обычно порядка нескольких а, то v эфф> > v к пер. Переползание играет при этом механизме вспомогательную роль, освобождая дислокацию от препятствий, а основной вклад (как и в случае движения винтовой дислокации со ступеньками) в пластическую деформацию вносит скольжение.
Рис. 3.9. Движение дислокации gg в плоскости скольжения П, содержащей препятствия А, путем их переползания: а – исходное положение; б – переползание отрезков дислокации вблизи препятствий, обеспечивающее их свободное движение Таким образом, существуют два типа движения дислокации: быстрый – скольжение и медленный – переползание, причем переползание играет существенную роль обычно только тогда, когда скольжение дислокации по каким-либо причинам затруднено.
|