10%, Если примесный атом удален на два межатомных расстояния от ядра, и 50%, если он

удален на одно межатомное расстояние.

Общее и весьма приближенное представление о величине энергии связи краевой

дислокации с точечными дефектами разного вида дает табл. 4 (точечный дефект удален от

дислокации на одно межатомное расстояние).

Таблица 4

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ С КРАЕВОЙ ДИСЛОКАЦИЕЙ

Точечный дефект Еупр, эВ Еэлектр, эВ Еобщ, эВ

Межузельный атом (примесный или

собственный) 0,2-0,5 0,02 0,2-0,5

Атом замещения 0,05-0,1 0,02 0,05-0,1

Вакансия 0,02 0,02 0,04

Примесные атомы внедрения значительно сильнее притягиваются к дислокации, чем

атомы замещения.

Таким образом, притяжение атомов примесей, вызванное разными причинами, приводит

к «осаждению» этих атомов в виде цепочки вдоль края экстраплоскости. Такая цепочка

инородных атомов называется атмосферой Коттрелла.

Винтовая дислокация не создает областей гидростатического сжатия и растяжения и

поэтому не способна притягивать дефекты, вокруг которых поле искажений имеет чисто

сферическую, симметрию.

Если растворенный атом искажает решетку в разных направлениях неодинаково, то он

может взаимодействовать не только с гидростатической, но и с тангенциальной

составляющей поля напряжений. Такой атом должен притягиваться к винтовой дислокации.

Именно так ведут себя атомы примесей внедрения в о.ц.к. решетке. Например, атомы

углерода в α-железе находятся в октаэдрических пустотах, занимая положения посередине

ребер или в центре граней (см. рис. 4). На рис. 5 (см. с. 14) атом внедрения в центре грани

(010), окруженный шестью соседями, находится на расстоянии

2

а

от двух соседей в

направлении [010] и на

10 В ионных кристаллах на пороге краевой дислокации рядом могут оказаться два иона одинакового знака; такой

порог несет большой электрический заряд. Электростатическое притяжение ионов примеси к заряженным

порогам на дислокациях в ионных кристаллах весьма велико (0,1 — 1 эВ) и может значительно превышать

упругое притяжение138

расстоянии

2

а 2

от четырех соседей в других направлениях. Поэтому атом, внедренный в

центре грани (010), раздвигая ближайших соседей, несколько удлиняет элементарную ячейку

в направлении [010]. В общем случае, когда внедренный атом в октаэдрической пустоте о.ц.к.

решетки находится в центре грани {100} или посередине ребра 100 , он тетрагонально

искажает элементарную ячейку, удлиняя ее в направлении (100).

Тетрагональные искажения обусловливают взаимодействие примеси внедрения в о.ц.к.

решетке с полем касательных напряжений вокруг винтовой дислокации. Результатом такого

взаимодействия может стать уменьшение касательных напряжений и соответственно

притяжение атомов внедрения к винтовой дислокации. Считается, что это притяжение не

слабее, чем к краевой дислокации.

Смешанная дислокация притягивает к себе любые атомы, в том числе и атомы со

сферической симметрией поля искажений, так как смешанная дислокация имеет краевую

компоненту. Чем ближе к 90° угол между линией смешанной дислокации и ее вектором

Бюргерса, тем сильнее притяжение к ней атомов со сферической симметрией поля

напряжений.

В растянутой винтовой дислокации в г.ц.к. решетке, по крайней мере, одна из

частичных дислокаций должна иметь краевую компоненту. Поэтому в г.ц.к. решетке атомы

примеси, несмотря на сферичность поля напряжений вокруг них, притягиваются к растянутой

винтовой дислокации.

В условиях термодинамического равновесия при температуре Т в точке, для которой

характерна энергия связи Е, концентрация примесных атомов около дислокации

Е kT СЕ С

/

0 = l (57)

где С0 — средняя концентрация примеси в металле;

k — константа Больцмана.

Отсюда следует, что линии равной энергии упругого взаимодействия краевой

дислокации и примесного атома (см. рис. 100) одновременно являются изоконцентратами

примеси в поле дислокации в условиях равновесия. Чем дальше от дислокации, тем меньше

концентрация притянутой к ней примеси.

С повышением температуры атмосфера Коттрелла рассасывается. При понижении

температуры концентрация примеси около дислокации возрастает и по достижении предела

растворимости вблизи ядра дислокации могут образоваться дисперсные выделения второй

фазы.

Рассмотрим влияние температуры на концентрацию примесных атомов в атмосфере

Коттрелла в положениях, характеризующихся максимальной энергией связи дислокации и

примесного атома (Emax), например под краем экстраплоскости для примеси139

внедрения или примеси замещения, у которой размер атомов больше, чем у основного

металла. Согласно формуле (57):

exp( / )

max 0 max СE = C E kT (58)

Для сплава данного состава (С0 и Еmах неизменны) Emax

С , зависит только от температуры.

При понижении температуры Emax

С возрастает, наступает такой момент, когда все возможные

положения с Еmах для примесных атомов вдоль линии дислокации заняты (при условии, что

для этого хватает общего количества примесных атомов в сплаве). Такую атмосферу

Коттрелла называют насыщенной или конденсированной. У нее 1

max

СE » в отличие от

разбавленной атмосферы, у которой 1

max

СE << .

Подставив в формулу (58) значение 1

max

СE = , получим выражение для температуры Тн,

ниже которой коттрелловская атмосфера становится насыщенной:

0

max

1

ln

C

k

Е

Tн = (59)

Энергия связи с дислокацией атомов внедрения значительно выше, чем атомов

замещения (см. табл. 4), и поэтому при одинаковой общей концентрации С0 в растворах

внедрения Тн выше, чем в растворах замещения. Иными словами, в растворах замещения при

нагревании коттрелловская атмосфера перестает быть насыщенной при более низких

температурах.

Чем больше плотность дислокаций (о ней см. ниже в § 38), тем больше требуется атомов

примеси, чтобы образовать насыщенные атмосферы. Концентрация примесных атомов,

расположенных в виде непрерывных одноатомных цепочек вдоль линий дислокаций:

c=ρa

2

(60)

где ρ — плотность дислокаций;

а — межатомное расстояние.

Если в отожженном металле плотность дислокаций порядка 108

см-2

, а в наклепанном

1011 см-2

, то соответственно с ≈ 10-5

и 10-2% (ат.). Следовательно, и в сильно наклепанном

металле технической чистоты количество атомов примесей достаточно, чтобы они могли

создать насыщенные атмосферы на всех дислокациях при температурах ниже Тн. Например, в

железе примеси углерода и азота, растворенные по способу внедрения (Emах ≈ 0,5 эВ), при

комнатной температуре образуют насыщенные атмосферы.

Низкие значения Emах в растворах замещения с г.ц.к. решеткой могут компенсироваться

высокой общей концентрацией раствора С0, и в этом случае температура Тн также может140

оказаться довольно высокой. Например, в α-латуни, содержащей 1 % (ат.) Zn, при Emах = 0,1

эВ Тн ≈ 300° К, т.е. при комнатной температуре атмосферы вокруг дислокаций насыщены

атомами цинка.

Атмосферы Снука

В о.ц.к. решетке железа при отсутствии напряжений атомы углерода и азота с

одинаковой вероятностью заполняют октаэдрические пустоты вдоль трех различных

кристаллографических осей (рис. 101, а). Приложенные внешние напряжения слегка уве-

Рис. 101. Расположение

атомов внедрения (X) в

октаэдрических пустотах

о.ц.к. решетки без

напряжений (а) и при

растягивающих напряжениях

σ (б)

личивают расстояние между двумя атомами железа вдоль одного из направлений, и тогда

атомы внедрения располагаются преимущественно в этом направлении (рис. 101, б).

Такой эффект упорядочения в расположении атомов (эффект Снука) должен

наблюдаться и в поле напряжений вокруг винтовой и краевой дислокаций. Область

упорядоченного расположения примесных атомов внедрения вокруг линии дислокации

называют атмосферой Снука. Ее образование уменьшает свободную энергию кристалла. В

отличие от несравненно более медленного образования атмосферы Коттрелла, связанного с

диффузией атомов на значительные расстояния, снуковское упорядочение быстро возникает

при перескоках атомов из одних октаэдрических пустот в соседние октаэдрические пустоты

(см. рис. 101, б).

Атмосферы Сузуки

В г.ц.к. решетке дефект упаковки растянутой дислокации является тонкой прослойкой с

чередованием слоев, характерным для г.п. решетки. Растворимость элемента в общем случае

должна быть разной в г.ц.к. и г.п. решетках. При достаточно высокой температуре атомы

перераспределяются диффузионным путем между дефектом упаковки и г.ц.к. решеткой

аналогично перераспределению элементов между двумя фазами. Поэтому такое

перераспределение атомов было названо Сузуки химическим взаи-141

модействием растянутой дислокации с растворенными атомами. Примесные атомы или

диффундируют в дефект упаковки или уходят из него. При этом средняя концентрация в

основном объеме с г.ц.к. решеткой остается практически постоянной. Измененную

концентрацию примесных атомов или атомов легирующего элемента в дефекте упаковки

растянутой дислокации называют атмосферой Сузуки.

Самопроизвольный процесс образования атмосфер Сузуки уменьшает энергию дефекта

упаковки и тем самым приводит к увеличению ширины растянутой дислокации. Энергия

химической связи примесного атома с растянутой дислокацией около 0,1 — 0,2 эВ и более. В

отличие от упругого коттрелловского взаимодействия химическое взаимодействие Сузуки

проявляется одинаково сильно в случае краевых и винтовых дислокаций в г.ц.к. решетке.

Влиянию атмосфер Сузуки на поведение дислокаций уделяется особенно большое внимание

при исследовании растворов на основе меди и никеля. http://www.techlibrary.ru/b/2v1p1c1j1l1p1c_2q.2q._2l1f1v1f1l1t2c_1l1r1j1s1t1a1m1m1j1y1f1s1l1p1d1p_1s1t1r1p1f1o1j2g_1n1f1t1a1m1m1p1c._1975.pdf

11.ВзаимодеЙствие дислокаций друг с другом. Размножение дислокаций.

Упрочняющий эффект обусловлен взаимодействием дислокаций друг с другом и с различными несовершенствами кристаллического строения. Сущность процесса упрочнения состоит в торможении дислокаций, создании препятствий для их перемещения.( поэтому для протекания деформации с постоянной скоростью необходимо непрерывное рождение новых дислокаций. Это приводит к постоянному увеличению плотности дислокаций в кристалле, которая достигает 10¹¹-10¹² см^-2;соответственно растет их взаимное сопротивление скольжению - происходит деформационное упрочнение, или наклёп кристалла.)Взаимодействие дислокаций многообразно и сложно. Они могут взаимодействовать в одной или разных плоскостях, иметь одноименный или разноименный знак, но если искажение решетки в результате их взаимодействия увеличивается, то возрастает сопротивление деформации кристалла.

Возникновение и размножение дислокаций Механизм возникновения дислокаций в процессе кристаллизации из жидкого расплава разнообразен. Дислокации могут возникать в результате срастания слегка разориентированных ветвей дендрита. Разориентировка может быть следствием наличия градиента температур, конвекционных токов и других причин. Для перехода краевой дислокации на нижележащую соседнюю плоскость скольжения необходимо, чтобы к краю добавочной плоскости за счет диффузии присоединился один атомный ряд. Так как диффузия есть термически активируемый npoцecc то переползание также является термически активируемым процессом, скорость протекания которого существенно зависит о4 температуры, возрастая с увеличением последней. Переползание дислокации связанное с изменением межатомных расстояний, вызывает деформацию кристаллов, а при интенсивном переползании и направленной (вследствие воздействия внешних сил) диффузии атомов может являться источником возникновения пластических деформаций. Так как винтовые дислокации не имеют «лишних» атомных плоскостей, то переползание винтовой дислокации не требует переноса вещества путем диффузии и переход винтовой дислокации на новую плоскость скольжения осуществляется сравнительно беспрепятственно.

http://www.tyap-lyap.org/metall/stroenie.shtml

 Подвижность дислокаций в неидеальных кристаллах уменьшается за счет их взаимодействия друг с другом и с другими дефектами. Такое взаимодействие приводит к торможению или даже стопорению движущихся дислокаций. Осевшие на дислокации примеси блокируют ее движение, как бы «пришпиливая» в некоторых точках линию дислокации. Отрыв дислокации от примесей, т. е. преодоления препятствий («стопоров дислокации»), мешающих ее движению, при высоких температурах происходит за счет термоактивации. При низких температурах эти процессы затруднены, но все же возможны за счет квантового туннелирования дислокации.http://dssp.petrsu.ru/p/tutorial/ftt/Part3/part3_3_2.htm