Движения дислокаций

Основное свойство дислокаций – это подвижность. Движение дислокаций может быть диффузионным и скользящим (перемещение вдоль плоскости скольжения).

Скольжение краевой дислокации

Изменение формы кристалла при пластической деформации легко объяснить сдвиговым процессом. По аналогии сдвига карт в колоде или монет в стопке, когда направленное смещение каждой карты или монеты по отношению к соседней вызывает изменение формы и размеров всей колоды или стопки, происходит направленное скольжение одних тонких слоёв кристалла по отношению к другим. Это скольжение отчетливо проявляется на полированной поверхности кристалла в виде линий сдвига.

Сдвиги происходят по определённым кристаллографическим плоскостям, например, преимущественно по плоскостям в кристаллах с ГЦК решёткой ив кристаллах с гексагональной решёткой. Скольжение в определённой плоскости начинается тогда, когда касательное напряжение в ней достигает некоторой критической величины, называемой критическимскалывающим напряжением.

В додислокационной теории скольжение представлялось в виде одновременного смещения всех атомов одного слоя по отношению к атомам другого слоя, т.е. как скользят соседние карты в колоде. При этом, приложенная сила должна быть достаточной, чтобы преодолеть взаимное притяжение между всеми граничными атомами из соседних слоёв.

Представление об одновременном смещении всех атомов одного слоя по отношению к атомам соседнего слоя кристалла противоречит очень низким опытным значениям критического скалывающего напряжения. Аналогия со сдвигом карт в колоде удовлетворительно объясняет лишь результат пластической деформации, а атомный механизм сдвига более сложен.

Рассмотрим схему атомного механизма перемещения краевой дислокации при сдвиге на одно межатомное расстояние рисунок 25). В исходном состоянии положение атомов обозначено светлыми кружками, а конечном – чёрными. Чтобы дислокация из исходного положения 1 переместилась в положение 14, не нужно сдвигать всю верхнюю часть кристалла на одно межатомное расстояние. Достаточно, чтобы произошли следующие перемещения атомов: атом 1 в положение 2, 3 в 4, 5 в 6, 7 в 8, 9 в 10, 11 в 12, 13 в 14, 15 в 16, 17 в 18. Аналогичным образом смещаются атомы не только в плоскостях чертежа, но и во всех атомных слоях, параллельных этой плоскости. Незначительные перемещения атомов в области дислокации приводят к перемещению самой дислокации на одно межатомное расстояние. При этом целая плоскость 7 – 17 разрывается на две части. Её нижняя часть объединяется с исходной экстраплоскостью в целую плоскость 8 – 6, а верхняя превращается в новую экстраплоскость 14 – 18.

Рисунок 25 – Смешение атомов при скольжении краевой дислокации справа налево на одно межатомное расстояние. Атомы в новых положениях находятся на пунктирных линиях.

Под действием касательных напряжений дислокация перемещается в плоскости скольжения ММ (рис.25) путём указанных выше перемещений атомов. Такое движение её называется скольжением или консервативным движением.

Если под действием сдвигающей силы дислокация будет скользить справа налево, то сдвиг будет охватывать всё большую часть плоскости скольжения. Когда дислокация выйдет на левую боковую грань кристалла, здесь образуется ступенька.

На рис.26 показаны разные положения дислокации при её скольжении. Пунктиром отмечена часть кристаллографической плоскости, в которой уже произошел сдвиг на одно межатомное расстояние. Ступеньки величиной в одно межатомное расстояние на правой и левой гранях кристалла, образовавшиеся в результате пробега справа налево одной дислокации через весь кристалл, могли бы явиться следствием сдвига всей верхней части, как единого целого по отношению к нижней части кристалла.

Однако в действительности сдвиг распространялся постепенно. В каждой момент времени в нём участвовали не все атомы по обе стороны от плоскости скольжения, а только те, которые находились в области дислокации, вокруг края экстраплоскости. Происходило поочерёдное, эстафетное перемещение атомов на расстояние меньше межатомного, в результате чего дислокация скользила на большие расстояния через весь кристалл. Если при одновременном сдвиге верхнеё части кристалла по отношению к нижнеё необходимо преодолеть все межатомные связи между всеми граничными атомами вдоль плоскости скольжения, то при перемещении дислокаций в соседнее положение разрываются межатомные связи только между двумя цепочками атомов (между 11 и 13). Именно этим объясняется низкое опытное значение критического скалывающего напряжения.

Развитие сдвига в кристалле при скольжении в нём краевой дислокации помогает понять следующая аналогия. Ковёр из положения АВ можно переместить в положение АВ, протаскивая его по полу как единое целое. Точно такой же конечный результат даёт продвижение складки от одного края ковра до другого, но в этом случае в каждый момент времени требуется затрачивать меньшее усилие, чем при протаскивании по полу целиком всего ковра. Интересно, что змеи отлично ползают за счёт образования складки около хвоста и продвижения этой складки к голове.

Скольжение дислокаций не обусловлено диффузионными перемещениями атомов и может происходить при каких угодно температурах. Скольжение всегда происходит по плоскости, в которой находится линия и линия дислокации и вектор сдвига.