1626435462-e957c8b7a8e4003fe3539e4e0e465a65 (844208), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Физические основы пластического деформирования твердого телаабвРис. 1.4. Виды точечных дефектов: а) вакансия, б ) примесный атом замещения, в) примесныйатом внедренияабвРис. 1.5. Изменение кристаллической решетки при переходе атома из узла в междоузельноепространство: а) идеальная кристаллическая решетка; б ) образование вакансии; в) смещениесоседних атомов под действием вакансии и междоузельного атома1.2.2.Генерация, миграция и слияние вакансийВакансия означает не просто отсутствие атома, а отсутствие атома там, где он должен бы был находиться в уравновешенной решетке, и потому вакансия оказывает на окружающую решетку влияние, создавая в ней поле упругих напряжений. Если изначально унас имеется идеальная решетка (рис. 1.5, а), то вакансия в ней образуется за счет перехода одного атома из узла в первоначальном положении в междоузельное пространство(рис.

1.5, б ). Такое явление происходит, например, при облучении металлов. Новое положение этого атома увеличивает энергию системы, и в процессе релаксации появившихсянапряжений соседние атомы смещаются, отталкиваясь от междоузельного атома и притягиваясь в пустоту, откуда он ушел (рис. 1.5, в). Таким образом, вакансия создает вокружающей решетке растягивающие, а междоузельный атом – сжимающие напряжения. При этом, очевидно, меняется их воздействие на более удаленные атомы, которые всвою очередь тоже должны сдвинуться для восстановления равновесия.

Таким образом,упругое воздействие вакансии или междоузельного атома на решетку не ограничиваетсясоседними атомами, а является дальнодействующим, а вакансии можно рассматривать некак отсутствие объекта (атома), а как своеобразный объект, влияющий на свое окружение.Помимо приведенного способа образования вакансий существуют и другие. Например, тепловой способ: атомы на свободных поверхностях (внешней поверхности тела илиповерхностях внутренних полостей), совершая тепловое движение, могут оторваться от решетки и либо уйти в пространство (сухое испарение), либо присоединиться к поверхностирядом с образовавшейся «ямкой». Затем на их место могут перейти атомы из следующегослоя, а на их месте образуется вакансия.

И далее, посредством диффузии, вакансия может перемещаться вглубь материала. Также вакансии образуются во время пластическогодеформирования в результате перемещения других видов дефектов кристаллической решетки, которые рассмотрим ниже.Любая система стремится к состоянию с минимумом энергии, это касается и потен-1.3.. Линейные дефекты кристалловаб13вгРис. 1.6. Схематическое изображение дислокации: а) дислокация, как обрыв одного из межатомных слоев; б ) поперечное сечение дислокации; в) обозначение дислокации; г) дислокация, как«упругий диполь» («+» – растягивающие напряжения, «-» – сжимающие напряжения)циальной энергии упругого деформирования. В связи с этим дефекты, создающие полянапряжений одного знака, стремятся к дефектам, создающим поля напряжений противоположного знака и большей мощности, что является одной из причин миграции вакансийвнутри материала.Кроме того, поскольку энергия вакансии не зависит от ее координаты, любой соседний атом может совершить скачок и занять вакантное место.

Таким образом, происходит диффузия атома в одном направлении и диффузия вакансии – в противоположномнаправлении. При повышении температуры диффузия в материале усиливается, что облегчает перемещение вакансий. При объединении вакансий образуются микропоры, чтоуменьшает плотность материала и снижает его прочность.1.3.1.3.1.Линейные дефекты кристалловДислокацииДислокация представляет собой дефект самой координатной сетки кристаллическойрешетки, т. е. наличие атомного слоя, который не пронизывает весь кристалл, как соседниес ним слои, а обрывается внутри него (рис.

1.6, а). В сечении, перпендикулярном этомуатомному слою, кристалл выглядит так, как показано на рис. 1.6, б. Место обрыва слояназывается ядром дислокации, а область, включающую ядро и соседние атомы, называют дислокационной трубкой, или линией дислокации. Сечение дислокационной трубкиатомной плоскостью обозначают знаком ⊥ (рис. 1.6, в), у которого горизонтальная черта соответствует ориентации самой растянутой (т. е. самой слабой) межатомной связи всечении, а вертикальная черта направлена в сторону оборванного атомного слоя. Дислокационная трубка пронизывает кристалл, подобно червячному ходу около одного атома впоперечнике.1.3.2.Дислокации как источник напряжений в кристаллеКак и вакансия, дислокация является источником напряжений, так как она вноситискажение в уравновешенную идеальную решетку кристалла. На ее образование необходимо затратить некоторую энергию, называемую энергией дислокации.

Эта энергия пропорциональна модулю сдвига кристалла и степени искажения решетки. Чем меньше вносимоеискажение, тем меньше энергия дислокации и тем больше ее механическая устойчивостьи подвижность. Дислокации с большой степенью искажения механически неустойчивы илегко распадаются на дислокации с меньшей энергией. Дислокация является гораздо более мощным источником упругой энергии, чем точечные дефекты, и представляет собойсвоеобразный упругий диполь (рис.

1.6, г), где знак «-» обозначает поле сжимающих, а14Глава 1. Физические основы пластического деформирования твердого телаабРис. 1.7. Контур и вектор Бюргерса: а) обход замкнутого контура в идеальной решетке; б ) обходнезамкнутого контура вокруг дислокацииабвРис.

1.8. Винтовая дислокация (а). Вектор Бюргерса как невязка контура обхода сечения дислокационной трубки для краевой (б ) и винтовой (в) дислокаций АС – дислокационная трубка, B– сечение, в котором совершается обход)знак «+» – растягивающих напряжений. Напряжения, создаваемые в кристалле дислокациями, относятся к дальнодействующим.1.3.3.Контур и вектор Бюргерса; краевые и винтовые дислокацииРассмотрим идеальную кристаллическую решетку и соответствующую ей дефектнуюрешетку, содержащую дислокацию (рис. 1.7). Если взять область идеального кристалла,соответствующую ядру дислокации в дефектном кристалле, и обойти ее, начиная с некоторого атома А и делая равное количество шагов вдоль каждого направления, мы вернемсяк тому же атому А, образовав замкнутый контур (рис.

1.7, а). Действуя аналогично в дефектном кристалле, мы не вернемся к атому А, а перейдем к атому В, так как сверху отядра дислокации на один атомный слой больше, чем снизу (рис. 1.7, б ). Полученный неза−→мкнутый контур называется контуром Бюргерса, а вектор b = BA – вектором Бюргерса.Этот вектор характеризует невязку контура. Если контур охватывает несколько дислокаций, его невязка равна сумме векторов Бюргерса этих дислокаций. Вектор Бюргерсане изменяется вдоль всей дислокационной трубки. Фактически дислокационная линия вкристалле представляет собой границу области незавершенного сдвига и потому не можетзакончиться внутри кристалла: она либо выходит на поверхность, либо разветвляется, либо образует замкнутую петлю. Дислокации вышеописанного вида называются краевыми,так как они проходят по краю оборванного атомного слоя.Другой вид дислокаций, изображенный на рис.

1.8, а, называется винтовой дислокацией. Винтовая дислокация представляет собой частичный сдвиг в кристалле вдоль однойиз атомных плоскостей. Линия дислокации, направление которой показано большой стрелкой (рис. 1.8, а), отделяет часть атомной плоскости, где сдвиг уже произошел, от части,1.3.. Линейные дефекты кристалловаб15вгРис.

1.9. Консервативное движение краевой дислокации: а) начальное положение дислокации,б ) перестройка атомной решетки в результате сдвига, в) новое положение дислокации, г) выходдислокации на свободную поверхностьгде сдвиг еще не начинался. Вектор Бюргерса направлен вдоль нее, в отличие от краевыхдислокаций, у которых линия дислокации и вектор Бюргерса взаимно перпендикулярны.Если рассматривать не сечение кристалла, а дислокационную трубку (линию дислокации), то вектор Бюргерса для краевых и винтовых дислокаций можно определить всоответствии с рис.

1.8, б, в. Контур обходится по часовой стрелке. У краевой дислокациион целиком находится в одной атомной плоскости, тогда как у винтовой представляет собой виток спирали. Дислокационная линия часто бывает не чисто краевой или винтовойдислокацией, а состоит из участков обоих видов, благодаря чему дислокационная линияможет перемещаться не только в одной атомной плоскости, но и переходить в другие.1.3.4.Скольжение и переползание дислокаций; пластическая деформация как движение дислокацийЕсли для того, чтобы сдвинуть одну часть идеального кристалла относительно другой вдоль одной из атомных плоскостей, необходимо затратить достаточно большую энергию, то при наличии дислокации с вектором Бюргерса, направленным вдоль этой плоскости, задача многократно упрощается. Вместо одновременного передвижения всех атомов плоскости происходит эстафетное движение, схематически изображенное на рис.

Характеристики

Список файлов книги