14.1.2 Атмосферы Снука

В о.ц.к. решетке железа при отсутствии напряжений атомы уг­лерода и азота с одинаковой вероятностью заполняют октаэдричсские пустоты вдоль трех различных кристаллографических осей (рис. 14.1, а). Напряжения от приложенной нагрузки слегка увеличивают расстояние между двумя атомами железа вдоль одного из направлений, и тогда атомы внедрения распо­лагаются преимущественно в этом направлении (рис. 14.1, 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. Не образование умень­шает энергию Гиббса 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 (см. рис. 14.1, б).

Рис. 14.1 Расположение атомов внедрения (X) в октаэдрических пустотах о. ц. к. решетки без напряжений (а) и при растя­гивающих напряжениях s (б)

14.1.3. 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 взаимодействием 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.

1.4.2. Взаимодействие дислокаций с вакансиями и межузельными атомами

Межузельный атом притягивается к области гидростатического растяжения, а вакансия – к области гидростатического сжатия около краевой дислокации. Вакансии и межузельные атомы, притянувшись к дислокации, могут аннигилировать на порогах. Ранее были рассмотрены пороги на краевой дислокации—из­ломы края экстраплоскости. Часть экстраплоскости оканчива­ется на одной плоскости скольжения, а часть—на соседней. Высота ступенек—одно межатомное расстояние. Когда вакан­сия подходит к ступеньке и оседает здесь, ступенька смеща­ется на одно межатомное расстояние вдоль края экстраплоско­сти. При этом вакансия как таковая исчезает. Если же к ступеньке подходит и присоединяется межузельный атом, то она смещается на одно межатомное расстояние в противоположном направлении, а этот атом перестает существовать как меж­узельный — он становится частью экстраплоскости. Следова­тельно, краевая дислокация может служить стоком для вакан­сий и межузельных атомов и тем лучшим, чем больше концент­рация ступенек на дислокации.

Результат взаимодействия краевой дислокации с примес­ными атомами принципиально отличен от результата ее взаи­модействия с вакансиями и межузельными атомами основного металла. Если последние могут аннигилировать, то примесные томы сохраняют свою индивидуальность, образуя атмосферы.

Рис. 14.2 Схема этапов объединения вакансий Р с винтовой дислокацией АВ в гели­коидальную дислокацию А'В'

Смешанные дислокации упруго взаимодействуют с межузель­ными атомами в соответствии с их краевой компонентой.

Вакансии могут притягиваться к дислокации любого типа, в том числе и к чисто винтовой. Объясняется это тем, что ва­кансия—пустое место и в се присутствии упругая энергия дис­локации локально уменьшается.

Притяжением вакансий к винтовой дислокации объясняют образование геликоидальных дислокаций, у которых линия дис­локации закручена в правильную спираль. Природа образова­ния геликоидальной дислокации окончательно не выяснена. Гео­метрия превращения прямолинейной винтовой дислокации АВ в геликоидальную А'В' вследствие присоединения группы ва­кансий Р показана по этапам на рис. 14.2. Геликоидальные дислокации свойственны закаленным с высоких температур алюминиевым сплавам, что подтверждает ведущую роль вакансий в их образовании (после закалки с высоких тем­ператур решетка сильно пересыщена вакансиями).

Перестраивание прямолинейной винтовой дислокации в ге­ликоидальную вследствие присоединения вакансий является своеобразным переползанием винтовой дислокации. При этом, как легко понять из рис. 14.2, дислокация приобретает краевую компоненту и становится смешанной.

Не следует путать понятия «винтовая дислокация» и «гели­коидальная дислокация». У винтовой дислокации вектор Бюргерса параллелен линии дислокации и атомы закручены по винту в области ядра дислокации вокруг ее оси. У гелико­идальной же дислокации по спирали закручена сама линия дислокаций, а вектор Бюргсрса параллелен оси этой спирали и составляет разные углы с линией дислокации в разных ее уча­стках (будучи инвариантом дислокации, вектор Бюргерса нс меняет своего направления при превращении прямолинейной дислокации в геликоидальную).