Плотность дислокаций

Количество дислокаций в металле зависит не только от технологии его получения, но и последующей обработки. Их число можно увеличивать путем пластической деформации (прокатки, волочения и т.д.) или уменьшать, например, за счет отжига при нагреве тела выше температуры рекристаллизации. Коль скоро количество дислокаций в металле изменяется, то ее надо количественно оценить. Таким параметром служит плотность дислокаций - суммарная длина всех линий дислокаций в единице объема. Плотность дислокаций

,

где - суммарная длина дислокаций в см, V - выделенный объем кристалла, .

Наиболее типичные значения плотности дислокаций представлены в табл. 2.

Таблица 2

№	Характер обработки
1	Свежевыращенный монокристалл очень высокой чистоты
2	Отожженный обычный монокристалл
3	Отожженный поликристалл
4	Металл после сильной холодной деформации

При механической обработке, например, прокатке, волочении, которое сопровождается холодной пластической деформацией, при которой никак нельзя обойтись без представлений об увеличении числа новых дислокаций, т.к. в кристаллической решетке осуществляются большие сдвиги. Это вызывало вопросы, а как же они появляются в объеме ? В 1950 г. Франк и Рид предложили весьма простой механизм размножения дислокаций, который показан на рис.2.10.

Рис. 2. 10 Размножение дислокаций по Франку и Риду.

Исходный отрезок дислокации D-D, концы которого закреплены на дефектах под действием однородного напряжения , выгибается в дугу и чем больше , тем меньше радиус кривизны. Площадь, через которую движется дислокация, на рисунке покрыта точками. Так происходит до =_кр, но дальше, чем больше , тем больше радиус петли. Винтовые компоненты растут даже навстречу направлению действия  и в этом росте, наконец они соприкасаются. Противоположного знака участки дислокации уничтожаются (положение d), в результате образуется отдельно существующая петля и дислокационный сегмент, который при тех же внешних условиях продолжает порождать разбегающиеся петли. Так работает источник Франка - Риде, существование которого было подтверждено экспериментально. Более подробно можно познакомиться в специальной литературе (см., например, [1-3]).

Взаимодействие дефектов

Выше мы рассмотрели ряд дефектов и их движение в объеме кристалла. Отмечали, что движение дислокации вызывает пластическую деформацию кристалла, т.е. можно говорить о работе, совершаемой дислокацией, а значит о действии некоторой силы, действующей на нее. Природа этой силы может быть разнообразна. Сами дислокации под действием различных факторов могут создавать разнообразные конфигурации. Если дислокации одного знака располагаются одна над другой, то образуют устойчивую конфигурацию, называемую дислокационной стенкой. Между одноименными дислокациями действует только сила отталкивания. Если же взаимодействуют разноименные дислокации, то результатом является притяжение, которое может привести к аннигиляции (взаимному уничтожению) их. В случае винтовых дислокаций одного знака, расположенных параллельно, в случае взаимодействия же разноименных дислокаций, передвигающихся скольжением, они притягиваются. При пересечении движущихся дислокаций, расположенных произвольно друг относительно друга из-за упругого взаимодействия их? образуется порог, и энергия понизится в результате его диссоциации. Порог - это отрезок дислокации, который создает дефект упаковки в виде двугранного угла. Роль порогов в поведении дислокаций и образовании точечных дефектов велика.

В объеме кристалла существуют взаимодействия движущихся дислокаций с точечными дефектами. Выберем из точечных дефектов, например, примесный атом. Упругие поля напряжений дислокаций и примесного атома взаимодействуют и последний испытывает притяжение. Примеси внедрения притягиваются в область гидростатического разрежения (под краем экстраплоскости). Если же имеются атомы замещения, например, с размерами большими чем атомы основного металла, то они также притягиваются в область гидростатического разрежения, что приводит к выигрышу в энергии. Можно отметить наличие энергии связи краевой дислокации с примесными атомами, которая обусловлена как упругим взаимодействием, так и электростатическим взаимодействием заряженных дефектов и взаимодействием с неупругими искажениями в ядре дислокации. В металлах электрическое взаимодействие дислокации и примесного атома примерно равно по величине упругому. Винтовая же дислокация не создает областей гидростатического растяжения и сжатия и поэтому не способна взаимодействовать с дефектами.

В случае же краевой дислокации, находящейся в условиях термодинамического равновесия при температуре Т для некоторой точки, характеризующейся энергией связи Е, концентрация примесных атомов около дислокации будет

,

где С₀ - средняя концентрация примеси.

Отсюда следует, что чем дальше от дислокации располагаются примеси, тем меньше их концентрация.

Концентрация точечных дефектов, их тип, а также вид дислокации, хотя в основном влияют краевые дислокации, движущиеся под действием напряжений d плоскостям скольжения, и определяют механические свойства металлов.

От плотности дислокаций зависит большинство технически важных свойств металлов и сплавов: кроме механических это электрические, тепловые и другие. Так с ростом плотности дислокаций уменьшается теплопроводность и электропроводность.