5.4. Дислокационные сплетения, клубки и жгуты. Ячеистая и блочная структуры Дислокационные сплетения

Дислокационные сплетения представляют собой области с повышенной плотностью очень искривленных дислокаций с радиусами кривизны порядка расстояний между соседними дислокациями. В зависимости от формы вытянутые цилиндрические сплетения часто называют жгутами, а сплетения сферической формы – клубками.

С

Рис. 5.8. Изменение вектора Бюргерса клубка в процессе его развития: стадия увеличения (а) и уменьшения (б)

уммарныйвектор Бюргерса клубка равен сумме векторов Бюргерса всех прямолинейных дислокаций, образовавших клубок. На начальной стадии развития клубка, когда его вектор Бюргерса еще мал, на клубок натыкаются все дислокации, плоскость скольжения которых пересекает клубок. Маловероятно, что в близких плоскостях скольжения окажутся два источника одинаковой мощности, генерирующих дислокации разных знаков. Какой-то из источников будет испускать больше дислокаций, вследствие чего в клубок будет попадать больше дислокаций одного знака (рис. 5.8,а), и вектор Бюргерса клубка будет расти во времени. Такой клубок с растущим суммарным вектором Бюргерса ΔВ и не очень большой плотностью дислокаций будем называть клубком первого типа.

Клубок первого типа обладает очень большой энергией вне клубка, распределенной на большом пространстве, так как значительная часть энергии связана с дальнодействующими упругими напряжениями, создаваемыми избытком дислокаций одного знака. Относительно малая общая плотность дислокаций приводит к не слишком высокой плотности энергии внутри самого клубка.

Следующий этап развития клубка начинается тогда, когда его вектор Бюргерса достигает величин, достаточных для искривления прямолинейного пути проходящих мимо дислокаций (рис. 5.8,б). Искривление пути будет происходить в области клубковой структуры за счет двойных поперечных скольжений винтовых участков дислокаций. Клубок отталкивает дислокации того же знака, что и его суммарный вектор Бюргерса, и притягивает дислокации противоположного знака.

Поэтому на третьем этапе формирования клубка суммарный вектор Бюргерса клубка уменьшается, а плотность дислокаций в нем растет. Соответственно запасенная энергия уменьшается вне клубка и увеличивается внутри клубка. Такой клубок с небольшим суммарным вектором Бюргерса и большой плотностью дислокаций внутри клубка называют клубком второго типа. Очевидно, что клубки второго типа не могут влиять на движение дислокаций в основном объеме кристалла, они только ограничивают длины пробега дислокаций, расположенных вблизи них.

Таким образом, клубковая структура формируется при относительно низких температурах, когда скорости диффузии и переползания еще малы.

Формирование блочной структуры

При повышении температуры до величины, достаточной для трубочной и объемной диффузии, происходит переход к блочной структуре. Основную роль в этом переходе играют аннигиляция всех диполей внутри клубка и расползание оставшихся дислокаций одного знака в регулярные положения.

Промежуточной между клубковой и блочной является ячеистая структура, формирующаяся при деформации, при которой дислокационные сплетения, объединяясь друг с другом, постепенно формируют смыкающиеся плоские области, ограничивающие со всех сторон объемы с меньшей плотностью дислокаций, т.е. ячейки с размытыми границами. Именно стенки ячеек переходят в блочные границы (или границы фрагментов) при нагреве из-за аннигиляции в них диполей. Стадии и особенности формирования ячеистой структуры в деформированных металлах будут рассмотрены далее.