Взаимодействие с точечными дефектами

Дислокации взаимодействуют с атомами примесей, которые образуют вблизи дислокаций скопления – «атмосферы». Атомы примеси внедрения притягиваются к области растяжения решётки (под краем экстраплоскости). Здесь им легче размещаться, чем в бездефектной зоне решётки. Атомы примеси замещения притягиваются к сжатой области решётки дислокации.

Чем больше разница в размерах атомов примеси и основного металла, тем больше энергия упругого взаимодействия дислокации с атомом примеси. Винтовая и смешанная дислокации также притягивают к себе атомы примеси, что способствует уменьшению искажений решётки. Атомы примеси взаимодействуют с полем касательных напряжений вокруг винтовой дислокации. Сильнее к последней притягиваются атомы примесей, искажающие решётку в разных направлениях неодинаково. Смешанная дислокация притягивает к себе любые атомы. Скопление атомов примесей на дислокациях называется атмосферой Коттрела.

При понижении температуры концентрация атомов примесей в атмосфере Коттрела возрастает, и в случае превышения предела растворимости примеси в металле возможно образование выделений второй фазы.

Атомы примеси могут располагаться упорядочено в поле напряжений вокруг краевой и винтовой дислокации. Например, в ОЦК решётке атомы внедрения находятся в октаэдрических пустотах, соответствующих серединам рёбер элементарной ячейки, что уменьшает свободную энергию кристалла. Упорядоченное размещение примесных атомов внедрения вокруг линии дислокации называют атмосферой Снука. Атмосферы Котрелла и Снука закрепляют дислокации, затрудняют их движении, что приводит к упрочнению металлов и сплавов.

В реальных металлах присутствуют частицы второй фазы и посторонних неметаллических включений, которые взаимодействуют с дислокациями. Если кристаллические решётки металла и включения не сильно отличаются, дислокация может пройти через включение (рисунок 32.а), при этом на частице образуется ступенька, равная вектору Бюргерса дислокации. В результате, внутри частицы возникает поверхность раздела, и, кроме того, с появлением ступеньки увеличивается протяжённость поверхности раздела между частицей и металлической основой (матрицей), что служит одной из причин упрочнения двухфазных сплавов. Переход дислокации в решётку включения в общем случае сопровождается переменой плоскости скольжения дислокации и образованием на последней ступеньке.

Чаще всего, атомные структуры частицы включения и основного металла сильно отличаются, поэтому частицы препятствуют движению дислокации. При встрече дислокации с такими включениями, он вытягивается на угол φ (рис.32.б). Если напряжение позволяет выгнуть дислокацию в полуокружность между частицами, то дислокация будет из обходить, оставляя вокруг петли вокруг включений (рис.32.в). Образующиеся вокруг частиц дислокационные петли, способствуют упрочнению двухфазных сплавов.

Рисунок 32 – Взаимодействие дислокаций с частицами включений

Дислокации могут обходить включения и путём поперечного скольжения, оставляя позади них одну дислокационную петлю в случае винтовой дислокации (рис.32.г).