1.2 Особенности несовершенств кристаллической решетки для краевой дислокации

Основными типами дислокаций, встречающихся в реальных монокристаллах, является краевая и винтовая дислокация.

Как видно из схемы (рисунок 2), краевая дислокация возникает, если в одну сторону от плоскости скольжения количество атомных плоскостей, перпендикулярных к плоскости скольжения, больше, чем по другую. В случае, предоставленном на рисунке 2, выше плоскости скольжения имеется добавочная плоскость α, усеянная атомами, не имеющая продолжения ниже плоскости скольжения. Линию в-г пресечению добавочной плоскости с плоскостью скольжения называют линией дислокации, а точки (в,г и др.) пересечения линии дислокации с перпендикулярными к ней кристаллографическими плоскостями называют центрами дислокации. Условное обозначение краевой дислокации показано жирными линиями около центра дислокации.

Рисунок 2 – Схема расположения краевой дислокации

Кривые дислокации условно разделяют на положительные (обозначаются ┴) и отрицательные ( обозначаются ┬) в зависимости от расположения дополнительной плоскости относительно плоскости скольжения. Краевая дислокация считается положительной, если дополнительная плоскость находится выше плоскости скольжения, и отрицательной, если дополнительная плоскость расположена ниже плоскости скольжения.

Наличие дополнительной плоскости, ограниченной линией в-г, вызывает нарушение правильного взаимного расположения атомов, соответствующего минимуму потенциальной энергии. Наибольшие нарушения правильности взаимного расположения атомов возникают вблизи центра дислокации (или линии дислокации). Для положительной краевой дислокации (рисунок 9) межатомные расстояния вблизи линии дислокации выше плоскости скольжения уменьшены, а ниже плоскости скольжения увеличены по сравнению с межатомными расстояниями в идеальной решетке. Эти искажения межатомных расстояний быстро убывают по мере удаления от линии дислокации. Нарушение правильности взаимного расположения атомов вблизи линии дислокации повышает потенциальную энергию участка кристаллической решетки вблизи линии дислокации. Таким образом, в близи дислокации возникает силовое поле с повышенным уровнем потенциальной энергии.

Под действием сдвигающих напряжений τ (рисунок 3), действующих параллельно плоскости скольжения, краевая дислокация способна передвигаться. Смещение дислокации состоит в том, что дополнительной, лишней, плоскостью поочередно становятся плоскости, параллельные исходной плоскости ab (рисунок 3).

Рисунок 3 – Схема смещения краевой дислокации на одно межатомное расстояние

Элементарный акт смешения краевой дислокации на одно межатомное расстояние схематично показан на рисунке 3. Штриховыми линиями на этом рисунке показана решетка, образованная после смешения центра дислокации из положения b в положение . При этом первоначальная лишняя плоскость ba замыкается на расположенную ниже плоскости скольжения кристаллографическую плоскость bc, а лишней плоскостью становится плоскость . Естественно, что пробег такой дислокации от одной боковой поверхности монокристалла да противоположенной дает смещение части монокристалла выше плоскости скольжения относительно части монокристалла, расположенной ниже плоскости скольжения на одно межатомное расстояние. Таким образом, смешение кривой дислокации приводит к последовательному переходу атомов на плоскости скольжения в новые положения равновесия, то есть приводит к возникновению пластической деформации.[1]

Как видно из приведенной схемы, направление пластического сдвига параллельно направлению движения краевой дислокации. За тем, что одно и тоже смещение одной части монокристалла относительно другой вдоль плоскости скольжения создается противоположным смещением положительных и отрицательных дислокаций.

Схема винтовой дислокации приведена на рисунке 4.В области винтовой дислокации кристаллографические плоскости, перпендикулярные в плоскости скольжения, получают изгиб. Схематично возникновение винтовой дислокации можно представить следующим образом: часть кристаллической решетки разрезана по плоскости скольжения, и разделенные участки смешены один относительно другого на одно межатомное расстояние, как это показано на рисунке 4. Образующаяся при этом зона изогнутых кристаллографических поверхностей, с обеих сторон граничащая с участками, имеющими правильное кристаллическое строение, является зоной силового влияния винтовой дислокации.

Рисунок 4 – Схема винтовой дислокации

Линия, находящаяся в плоскости разрыва и проходящая в зоне наибольшего искажения решетки, называется линией винтовой дислокации. Движение линии винтовой дислокации в плоскости скольжения вызывает поперечное смешение атомов в новые положения равновесия. Таким образом, если движение краевой дислокации дает пластический сдвиг в том же направлении, в котором движется дислокация, то движение краевой дислокации дает пластический сдвиг в направлении, перпендикулярном в направлению движения дислокации.

Пробег винтовой дислокации от одной внешней границы монокристалла до другой вызывает смещение одной части монокристалла относительно другой в плоскости скольжения на одно межатомное расстояние.

Дислокация данного типа названа винтовой вследствие того, что смещенные из положений равновесия атомы располагаются в пространстве по винтовой линии.

Рисунок 5 – Схема расположение атомов в двух смежных атомных плоскостях, одна из которых расположена в плоскости скольжения

На этом рисунке показано расположение атомов в двух смежных атомных плоскостях, одна из которых расположена в плоскости скольжения. Белыми кружочками обозначены атомы, расположенные в плоскости скольжения, а черными – атомы, расположенные в смежной параллельной плоскости, находящейся выше плоскости скольжения. Атомы, находящиеся в рядах от1-го до 5-го и от 9-го до 14-го, образуют правильную кристаллическую решетку. Атомы же, расположенные в рядах от 5- го до 9-го, смещены из положений равновесия и располагаются по винтовой линии, схематично показанной на рисунке 5 б, закручиваясь вокруг линии дислокации BC.Дислокация, как и резьба винта, может быть правой и левой в зависимости от направления движения по винтовой линии при переходе от атомов верхнего горизонта к атомам нижнего горизонта около линии дислокации. Изображенная на рисунке 4 и 5 дислокация является левой винтовой дислокацией, так как линию дислокации при движении сверху вниз следует обходить по спирали против часовой стрелки.

Для того чтобы движение дислокаций могло проводить к пластической деформации монокристалла, необходимо, чтобы линия дислокации выходила на поверхности монокристалла или же образовывала замкнутую петлю.

Замкнутые петли дислокаций могут быть составлены из краевых дислокаций или образованы из краевых и винтовых дислокаций. Они могут быть замкнутыми криволинейными, когда на некоторых участках петли будут так называемые смешанные дислокации, при которых нарушения правильности взаимного расположения атомов имеют признаки, свойственные и краевым, и винтовым дислокациям.[6]