1.4.2. Линейные дефекты

К линейным дефектам относятся дислокации, которые подразделяются на краевые и винтовые.

На рис. 6, а, б показан участок кристаллической решетки, имеющий одну «лишнюю» полуплоскость АВ, называемую экстраплоскостью.

Линия, проходящая через точку А перпендикулярно направлению сдвига, называется краевой дислокацией. Она является краем экстраплоскости.

Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокация называется положительной и обозначается знаком ┴, а если в нижней, то отрицательной и обозначается ┬ (рис. 6, в). Такое различие является условным. Если повернуть кристалл на 180 положительная дислокация превращается в отрицательную. Знак дислокации дает возможность определить результаты их взаимодействия: дислокации одного знака отталкиваются, а противоположного притягиваются.

Помимо краевых, в кристаллах могут образовываться винтовые дислокации (см. рис. 6, г). Винтовые дислокации получаются частичным сдвигом атомных слоев по плоскости Q. Кристалл как бы закручивается винтом вокруг линии EF, которая является линией дислокации. Выше линии дислокации решетка сжата, а ниже растянута. Винтовая дислокация, образованная вращением по часовой стрелке, называется правой, а против часовой – левой. Дислокации притягивают в свою зону атомы примесей, которые осаждаются вдоль края экстраплоскости.

Теория дислокаций дает объяснение большому расхождению между теоретической и фактической прочностью металлов. Теоретическая прочность должна соответствовать произведению сил межатомной связи на число атомов в сечении кристалла. Однако реальное усилие для смещения одной части кристалла относительно другой оказывается на 2…3 порядка ниже расчетного. Это вызвано тем, что деформация происходит не смещением целых атомных плоскостей, а за счет постепенного перемещения дислокаций в плоскости сдвига. При движении дислокации по направлению сдвига происходит смещение верхней и нижней части кристалла на одно межатомное расстояние, что требует значительно меньших усилий, чем для полного смещения одной части относительно другой. В результате перемещения дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает, а на поверхности остается ступенька скольжения F–E (см. рис. 6, а).

Рис. 6. Дислокации: а, б, в – краевые; г – винтовая

Дислокации и другие дефекты кристалла оказывают существенное влияние на прочность металла. При отсутствии дислокаций прочность кристалла резко возрастает (рис. 7). При ограниченной плотности дислокаций и других дефектов решетки прочность будет тем меньше, чем больше дислокаций находится в данном объеме металла. Плотность дислокаций увеличивается при возрастании приложенных напряжений. Дислокации возникают в разных направлениях, воздействуют друг на друга, взаимно уничтожаются и т. д. Поэтому их движение становится все более затрудненным, что требует большей нагрузки для продолжения деформации.

В

Рис. 7. Влияние искажений кристаллической решетки на прочность металла

итоге металл упрочняется (см. рис. 7, правая ветвь кривой).

Упрочняют металл атомы растворенных в металле примесей и легирующих элементов, частицы второй фазы, границы зерен и др., которые препятствуют перемещению дислокаций. Свободному перемещению дислокаций способствуют также наклеп, снижение температуры, термообработка.

Следовательно, повысить прочность металла можно либо созданием идеальной кристаллической решетки (в которой отсутствуют дефекты), либо увеличением числа дефектов, препятствующих движению дислокаций.