17.2. Торможение дислокаций при их взаимодействии с другими дислокациями и границами зерен

Проходя через лес дислокаций, скользящая дислокация испытывает торможение, обусловленное разными причинами. Если скользящая дислокация была растянута, то перед моментом пе­ресечения возникают перетяжки дефекта упаковки , для чего требуется повышенное напряжение.

Тормозящее действие оказывают пороги на винтовых дислокациях, образующиеся в большом количестве при пересечении дислокаций леса. Как отмечено, протаскивание таких порогов за дислокацией, связанное с затратой энергии на генерирование точечных дефектов, требует повышен­ного напряжения.

Нерасщепленные пороги на краевой дислокации, имеющие краевую ориентацию, могут скользить вместе с дислокацией, но если они диссоциированы, то необходимо допол­нительное напряжение для их стягивания, чтобы стало возмож­ным скольжение. Растянутые пороги должны очень эффективно тормозить дислокации.

В г. ц. к. решетке при встречном движении растянутых дислокаций в пересекающихся плоскостях скольжения образуются дислокации Ломер—Коттрелла, прочно привязанные к линии пе­ресечения плоскостей Сидячая дислокация Ло­мер—Коттрелла является барьером для других дислокаций, скользящих в плоскостях, в которых находится клинообразный дефект упаковки. Скользящая дислокация, встретившись в своей плоскости скольжения с хвостовой дислокацией барьера Ломер—Коттрелла, испытывает отталкивание со стороны поля ее упругих напряжений и после определенного сближения останав­ливается. Следующая дислокация, скользящая в той же плос­кости, будет остановлена ранее задержанной дислокацией и т. д. Около барьера Ломер—Коттрелла возникает скопление, нагромождение дислокаций (рис. 17.3,6).

На каждую приближающуюся к барьеру дислокацию действуют результирующие напряжения от ранее остановившихся ди­слокаций. Поэтому каждая новая дислокация останавливается на более далеком расстоянии от предыдущей (см, рис. 17.3, а).

Если плоское скопление образовано краевыми дислокациями, то решетка вблизи него должна быть искривлена, так как скап­ливается большое число параллельных экстраплоскостей, дей­ствующих как клинья. Сто краевых дислокаций одного знака на длине 5000 межатомных расстояний создают угол изгиба в несколько градусов (на рис. 17.3,а изгиб плоскости скольжения не показан).

Рис.17.2 Нагромождение единичных (я) и растянутых (б) дислокации у барьера Ломер — Коттрелла

Барьеры Ломер—Коттрелла не только останавливают сколь­зящие дислокации, но и могут подавить генерирование источ­никами новых дислокаций. Каждая дислокационная петля, по­рожденная источником Франка—Рида, создает встречное на­пряжение, действующее на следующие петли и сам источник. При удалении петли от источника противополе ослабевает. Если же недалеко от источника имеется барьер, у которого возникает нагромождение дислокаций, то суммарное поле напряжений этого нагромождения может создать в плоскости скольжения такое встречное напряжение t_н , что разность между касатель­ным напряжением от приложенной силы t и t_н станет меньше критического напряжения t_кр , обеспечивающего работу источ­ника. Следовательно, при t-t_н <t_кр источник оказывается за­пертым [величина Ткр определяется формулой (106)].

В плоскости скольжения на длине L от барьера до источника оказывается заторможенными п дислокаций, образующих нагромождение. Расчет показывает, что число дислокаций в та­ком нагромождении

(17.3)

где G—модуль сдвига; и—вектор Бюргерса.

Для винтовых дислокаций k=1, а для краевых k=(1-m), где m—коэффициент Пуассона. Естественно, что чем дальше от барьера находится источник и выше напряжение т, тем большее число дислокаций от этого источника будет образовывать скоп­ление у барьера. На головную дислокацию, остановленную барь­ером, действует напряжение

t₁=nt . (17.4)

Это означает, что коэффициент концентрации напряжений у головной дислокации равен числу сдерживаемых ею дислока­ций. Когда у барьера останавливаются растянутые дислокации, то под действием напряжений от приложенной нагрузки ши­рина их уменьшается (хвостовая дислокация Шокли приближа­ется к головной). Чем ближе к барьеру, тем больше сжаты рас­тянутые дислокации (рис. 17.3,6). Если передние дислокации полностью стягиваются, то они могут обойти барьер Ломер— Коттрелла: стянутая винтовая дислокация обходит барьер по­перечным скольжением, а стянутая краевая—переползанием (при достаточной диффузионной подвижности атомов).

Сидячая дислокация Ломер—Коттрелла—один из эффектив­ных барьеров для скользящих дислокаций, а число таких барь­еров в г. ц. к. решетке во время деформирования велико, так как скольжение происходит в пересекающихся плоскостях. С развитием деформации число барьеров Ломер—Коттрелла возрастает и они могут окружить и запереть все источники Франка—Рида. Это является одной из причин деформационного упрочнения (наклепа). Важную роль в деформационном упроч­нении отводят дислокационным сплетениям, которые образу­ются при пластической деформации. Скользящие дислокации, встретив сплетения, должны огибать их.

Таким образом, по мере развития пластической деформации по разным причинам усиливается торможение дислокаций вну­три зерен, что обусловливает наклеп. Экспериментальные дан­ные и теоретический анализ с использованием разных моделей торможения дислокаций показывают, что напряжение течения т растет пропорционально корню квадратному из общей плот­ности дислокаций r:

, (17.5)

где А — константа; t₀ — напряжение, необходимое для движе­ния дислокации при отсутствии других дислокаций.

Межзеренная граница — эффективный барьер для движу­щихся дислокаций. Захваченная границей решеточная дислока­ция, обладая дальнодействующим нолем напряжений, упруго отталкивает приближающуюся к ней другую решеточную дис­локацию. Каждая следующая дислокация останавливается ре­зультирующим полем напряжений от ранее остановленных у границы дислокаций и поэтому сама останавливается на бо­лее далеком расстоянии (см. рис. 17.3, а). Так как захваченная границей решеточная дислокация постепенно абсорбируется гра­ницей, то накапливание около границы решеточных дислокаций зависит от соотношения скоростей этой абсорбции и подхода к границе новых решеточных дислокаций.

Поскольку граница зерен является барьером для скользящих дислокаций, то развитие пластической деформации поликри­сталла, начинающейся в наиболее благоприятно ориентирован­ных зернах, происходит эстафетным способом. Возможны раз­ные механизмы эстафетной передачи пластической деформации от зерна к зерну. Напряжения от скопления решеточных дисло­каций в одном зерне упруго распространяются через границу в соседнее зерно, где, превысив Тир, приводят в действие внутризеренные источники дислокаций, например источник Франка—Рида. Другой механизм—испускание границей реше­точных дислокаций в соседнее зерно.