Торможение дислокаций атмосферами Коттрелла, Сузуки и Снука

ТОРМОЖЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ АТОМАМИ ПРИМЕСЕЙ И ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Явление торможения дислокаций дисперсными частицами второй фазы широко используют при разработке высокопрочных материалов.

В атмосфере Коттрелла атомы примеси или легирующего эле­мента привязаны к дислокации силами упругого взаимодействий (см. § 35). Скользящая дислокация стремится увлечь за собой атмосферу Коттрелла, которая в отличие от скользящей дислока­ции может перемещаться только диффузионным путем. Поэтому атмосфера из растворенных атомов способна перемещаться вместе с дислокацией, находящейся в центре этой атмосферы, лишь при высоких температурах и очень малых скоростях скольжения ди­слокации. При увеличении скорости скольжения атмосфера не­сколько, отстает от ядра дислокации, и сила притяжения к атмо­сфере тормозит дислокацию. В этом случае скорость движения дислокации все еще лимитируется скоростью миграции атомов атмосферы. Дислокации вместе с атмосферами Коттрелла могут скользить, например, в условиях ползучести.

При повышенных скоростях деформирования или невысоких температурах атмосферы не могут поспеть за дислокациями и удер­живают их. Энергия связи атома атмосферы с дислокацией [см. формулу (56) и табл. 4] определяет работу, которую необходимо затратить для отрыва дислокации от своей атмосферы. Если при­ложенное напряжение недостаточно для отрыва дислокации от атмосферы, то дислокация остается закрепленной, неподвижной. Такое закрепление дислокаций атмосферами Коттрелла вносит большой вклад в упрочнение металла примесями и малыми до­бавками. Отрывом дислокаций от примесных атмосфер объясняют резкое падение напряжения, необходимого для развития пласти­ческой деформации, и появление при этом зуба на площадке те­кучести на кривой растяжения.

Отрыву дислокации от коттрелловской атмосферы помогают тепловые флуктуации, которые способны образовать полупетлю длиной в несколько межатомных расстояний, свободную от при­месных атомов (рис. 130). Под действием приложенных напряжений перегибы на дислокации удаляются один от другого, и дисло-- кация постепенно освобождается от удерживающей ее атмосферы. С понижением температуры роль термического возбуждения в от­рыве дислокации от коттрелловской атмосферы падает, и для освобождения дислокаций необходимо повышать приложенные напряжения.

«Химическая» связь атомов растворенного элемента с растя­нутой дислокацией обусловливает торможение дислокаций атмо­сферами Сузуки. В отличие от коттрелловских атмосфер, которые образуются вдоль линий дислокаций и потому насыщаются при очень небольших содержаниях примеси (сотые и даже тысячные доли процента), атмосферы Сузуки из-за относительно большой площади дефекта упаковки насыщаются при довольно больших концентрациях легирующего элемента (целые проценты). Поэтому сильное тормозящее действие атмосфер Коттрелла проявляется уже при малом содержании примесей, а значительное тормозя­щее действие атмосфер Сузуки должно проявляться при гораздо больших концентрациях легирующих элементов. При большой ширине дефекта упаковки термические флуктуации практически не могут разблокировать растянутую дислокацию с атмосферой Сузуки. Поэтому в упрочнении сплавов роль ^блокировки дисло­каций атмосферами Сузуки должна сильнее проявляться при высокотемпературном деформировании, когда термические флуктуации способствуют отрыву дислокации от коттрелловских ат­мосфер.

Если вокруг дислокации существует атмосфера Снука с упо­рядоченным расположением атомов внедрения в октаэдрических пустотах (см. § 35), то она должна тормозить движение дислока­ций, вызывающее нарушение указанной упорядоченности и соот­ветствующее повышение свободной энергии кристалла.