С примесями

Дефекты кристаллической решетки создают около себя упругие искажения и изменения ближнего порядка расположения атомов.Взаимодействие ядра дислокации и ее поля дальнодействующих напряжений с этимиискажениями приводит, как правило, к торможению дислокации. Рассмотрим торможение дислокации внедренными атомами и объемными частицами другой фазы.

Рис. 3.35. Примесный атом в ядре дислокации

Торможение дислокации внедренными атомами и вакансиями. Упругое взаимодействие вакансий и примесных атомов с дальнодействующими напряжениями от дислокаций приводит к направленному движению (дрейфу) и диффузии вакансий и примесей с образованием вокруг дислокаций облаков Коттрелла и Судзуки. Эти облака тормозят дислокацию, поскольку дислокация может двигаться лишь оторвавшись от примесного атома, или увлекая («заметая») его за собой. Оценим напряжения, которые нужно приложить, чтобы оторвать дислокацию от неподвижного внедренного атома или вакансии, рис. 3.35.

По данным главы 2 для объема и энергии образования внедренных атомов существуют соотношения v_i» v _ат, .[В. В.5] Примем ориентировочно, что разность упругой энергии примеси внедрения в ядре дислокации и после отрыва дислокации составляет . Тогда условия отрыва дислокации можно записать в виде

.

где А - работа внешней силы, А= t bL 2 b, 2 b - путь дислокации при отрыве от внедренного атома, L - среднее расстояние между точками закрепления дислокаций примесями внедрения.

Отсюда

. (3.59)

Для использования (3.59) необходимо определить L. Известно, что среднее расстояние между атомами в единичном объеме , где N - число атомов. Среднее расстояние между атомами примеси , где f - концентрация примеси. Тогда при b» a

. (3.60)

При f =0, 001, b =3× 10^-10 м, =1, 6× 10^-19 Дж t_пр≈ 60 МПа, при f =0, 0001 t_пр≈ 27 МПа. Таким образом, на напряжения отрыва дислокации от примеси влияют энергия образования примесного атома и, в меньшей степени, концентрация примеси. По сути напряжения t_пр представляют собой величину сброса напряжений после отрыва дислокации от примеси, т.е. фактически представляют собой разность значений верхнего и нижнего предела текучести и определяют высоту зуба текучести.

Если температура деформации достаточна для того, чтобы примесный атом приобрел диффузионную подвижность, сравнимую со скоростью дислокации, то в этом случае он может догнать дислокацию и снова расположиться в ядре, поскольку это положение энергетически выгодно. Вслед за этим происходит новый отрыв дислокации от примеси, «погоня» примеси за дислокацией и так далее. На диаграмме «напряжение-деформация» при этом наблюдается чередование сбросов и роста напряжений - пилообразное течение. Этот явление называют эффектом Портевена-Ле-Шателье.

Если скорость перемещения примесного атома значительно превышает скорость дислокации, то их деформационное перемещение происходит совместно. Интересен результат этого взаимодействия - дислокация «заметает» примесные атомы или вакансии и выносит их вслед за собой либо на границы зерен, либо на свободную поверхность.