Взаимодействие дислокаций друг с другом и с точечными дефектами. Образование и размножение дислокаций

Лекция 6

Перемещение смешанной дислокации

Плоская петля смешанной дислокации, как и любая другая дислокация, является границей зоны сдвига. Если вектор сдвига находится в плоскости петли, то петля отделяет область плоскости скольжения внутри неё, где сдвиг уже прошёл, от области, лежащей вне петли и ещё не охваченной сдвигом. Скольжение развивается при расширении петли. Дислокационные петли играют важную роль в процессах пластической деформации.

Под действием одних и тех же касательных напряжений участки петли с краевой ориентацией должны скользить вдоль вектора сдвига в прямо противоположные стороны, так как эти участки имеют разный знак. Под действием тех е напряжений участки петли с винтовой ориентацией должны скользить перпендикулярно вектору сдвига в прямо противоположные стороны, так как эти участки имеют разный знак. Следовательно, участки дислокационной петли удаляются один от другого. Следовательно, движутся в разные стороны и участки смешанной ориентации, и вся петля расширяется, увеличивая зону сдвига, заключённую внутри неё.

Когда распространяющаяся дислокационная петля достигает внешней поверхности кристалла, верхняя часть его оказывается сдвинутой по отношению к нижней.

Рассмотренный случай движения смешанной дислокации относится к плоским поверхностям скольжения. Более общий случай – криволинейная дислокация, линия которой не лежит в одной плоскости. Такая дислокация может образовывать и замкнутую петлю, не лежащую в одной плоскости. Из-за наличия участков с винтовой ориентацией, смешанная ориентация может совершать и поперечное скольжение.

Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами. Атмосферы Коттрелла и Снука. Торможение дислокаций. Взаимодействие дислокаций друг с другом: взаимодействие дислокаций одного знака и разных знаков; взаимодействие дислокаций с перпендикулярным вектором Бюргерса. Образование подвижных и неподвижных порогов. Перемещение и взаимодействие винтовых и смешанных дислокаций.

При взаимодействии дислокаций с точечными дефектами (вакансиями и межузельными атомами) происходит взаимодействие упругих полей напряжений линейных и точечных дефектов. Межузельные атомы притягиваются в области растяжения ядра дислокации, вакансии к области сжатия. В результате присоединения вакансий или межузельных атомов к краю экстраплоскости, на последней образуется ступенька. Точечные дефекты при этом исчезают. В процессе медленного присоединения краем экстраплоскости дислокации вакансий и межузельных атомов, они скапливаются вблизи дислокаций, внося дополнительные искажения в решётку.

При движении дислокаций в кристалле происходит взаимодействие их друг с другом. Оно сложно и многообразно. Наиболее простым является взаимодействие двух дислокаций, расположенных в одной плоскости скольжения. По обе стороны плоскости скольжения, решётка около дислокации искажена по-разному. Если дислокации имеют один знак, то при их сближении будут взаимодействовать участки решётки с искажениями одного знака, что должно привести к усилению нарушения строения решётки. В этом случае одноимённые дислокации отталкиваются.

Когда дислокации имеют противоположные знаки, их сближение под действием касательного напряжения приводит к уменьшению искажений решётки, т.к. сжатые и растянутые участки совмещаются. Следовательно, обе дислокации притягиваются, что приводит к их исчезновению. Винтовые дислокации, расположенные в одной плоскости скольжения, взаимодействуют аналогично краевым дислокациям.

Взаимодействие дислокаций, расположенных в соседних параллельных плоскостях скольжения, более сложно (рисунок 30). Если краевые дислокации имеют разный знак, то при встрече происходит аннигиляция (взаимное уничтожение). Когда дислокации обращены друг к другу растянутыми участками решётки, в месте их слияния образуется ряд вакансий, расположенных вдоль линии дислокации (рис.30.а). Если дислокации обращены друг к другу экстраплоскостью, то в зоне их слияния образуется ряд дислоцированных или межузельных атомов (рис.30.б).

Рисунок 30 – Схема слияния дислокаций, расположенных на смежных плоскостях скольжения (а, б), и взаимодействия краевых дислокаций в параллельных плоскостях (в, г)

Дислокационным диполем называются две параллельные, расположенные одна на другой дислокации с противоположными векторами Бюргерса. Такое объединение дислокаций устойчиво благодаря тому, что они притягиваются, но не могут аннигилировать из-за несовпадения плоскостей скольжения.

Взаимодействие винтовых дислокаций на параллельных плоскостях скольжения имеет более простой характер, так как искажения решётки вокруг них одинаковы по обе стороны плоскости скольжения. Дислокации одного знака в этом случае отталкиваются, а противоположного – притягиваются.

При пересечении дислокаций, расположенных на пересекающихся плоскостях скольжения, на них возникают пороги – ступеньки (рисунок 31). Величина порога на одной дислокации соответствует вектору Бюргерса другой дислокации. Рассмотрим случаи встречи двух краевых дислокаций с взаимно перпендикулярными векторами Бюрегрса. Краевая дислокация АВ с вектором Бюргерса b1 движется в плоскости скольжения Q и пересекает краевую дислокацию CD с вектором Бюргерса b2, лежащую в плоскости Р (рис.31.а). В результате, часть кристалла перед плоскостью скольжения Q смещается вниз на один период решётки относительно части кристалла за плоскостью Q (рис.31.в). На плоскости Р образуется ступенька, а дислокация CD оказывается разделённой на части CM и MD, лежащие в соседних параллельных плоскостях скольжения. Отрезок ММявляется порогом дислокации с вектором Бюргерса b3. Порог имеет краевую ориентацию. Он подвижен и не тормозит продвижение дислокации CD.

Рисунок 31 – Взаимодействие краевых дислокаций с взаимно перпендикулярными векторами Бюргерса

В случае взаимодействия двух краевых дислокаций с параллельными векторами Бюргерса, на обеих дислокациях образуются неподвижные пороги винтовой ориентации, тормозящие движение этих дислокаций. При пересечении краевых дислокаций с произвольно ориентированными друг относительно друга векторами Бюргерса, на дислокациях образуются пороги смешанной ориентации.

Винтовая дислокация может пересекать неподвижную краевую. Когда вектор Бюргерса винтовой дислокации совпадает с плоскостью скольжения краевой, при пересечении дислокаций образуется ступенька с винтовой ориентацией. В случае взаимно перпендикулярных векторов Бюргерса винтовой и краевой дислокации образуется ступенька с краевой ориентацией. Если наоборот, неподвижная винтовая, и к ней движется краевая дислокация, то с приближением винтовой поверхности краевая дислокация постепенно искривляется и после пересечения на краевой дислокации образуется подвижный порог с краевой ориентацией, а на винтовой – неподвижный порог, имеющий краевую ориентацию. При пересечении двух винтовых дислокаций на них образуются пороги с краевой ориентаций.

Таким образом, в зависимости от вида дислокации, пороги могут быть подвижными и неподвижными, т.е. способными или неспособными к дальнейшему перемещению. В любом случае их образование тормозит движение дислокаций, что приводит к упрочнению металлов. Торможение обусловлено тем, что направление легкого скольжения таких порогов не совпадает с направлением скольжения дислокаций, образовавших пороги при своём пересечении.