Главная > Физика > Сопротивление материалов (Работнов Ю.Н.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 67. Дислокации.

Основную роль при объяснении механизма пластической деформации кристаллов играют особого вида дефекты кристаллической решетки, называемые дислокациями. Для того, чтобы понять, что такое дислокация, мы будем рассматривать схематизированную модель кристаллической решетки, а именно простую кубическую сетку, изображенную в одной проекции на рис. 89.

Рис. 89.

Рис. 90.

Представим себе, что кристалл разрезан между соседними рядами атомов от точки С вверх и в этот разрез вставлен лишний слой атомов. Такая искаженная кристаллическая решетка изображена на рис. 90. Говорят, что в точке С создана краевая дислокация. Принято обозначать краевую дислокацию на чертеже знаком в виде перевернутой буквы Т, вертикальная палочка напоминает о лишнем слое атомов. Такая дислокация считается положительной. Отрицательная дислокация получается тогда, когда разрез делается снизу и в него вводится лишний слой атомов; символом отрицательной дислокации является буква Т уже в нормальном, а не в перевернутом виде. На достаточном расстоянии от центра дислокации С искажение кристаллической решетки незначительно, и нам трудно судить о том, что в кристалле создана дислокация.

В окрестности дислокации на чертеже не показано расположение атомов, так как здесь решетка деформирована очень сильно и о ее структуре мало что известно. Область, окружающая дислокацию, в которой искажение решетки значительно, называется ядром дислокации. Краевую дислокацию можно создать не только путем вертикального разреза. На рис. 91 показаны различные способы создания положительной дислокации.

Рис. 91.

Случай а повторяет уже рассмотренную нами схему, в случае в края разреза сдвинуты один относительно другого, в случае разрез сделан вниз и удален один атомный слой, в случае дислокация создана также путем сдвига, но разрез сделан справа от центра дислокации. После того как края разреза соединены, расположение атомов в искаженной решетке будет во всех случаях одним и тем же, так что нет никакой возможности установить, каким именно способом была создана дислокация.

Образование дислокаций путем сдвига (рис. 91, в и д) не требует удаления материала или добавления лишнего, поэтому такой путь является наиболее естественным. В кристалле достаточно больших размеров и не содержащем других дефектов дислокация может перемещаться. Действительно, искажение кристаллической решетки, связанное с дислокацией, означает изменение междуатомных сил, а следовательно, изменение энергии кристалла. Чтобы образовать дислокацию, нужно переместить края разреза, при этом придется преодолевать междуатомные силы, то есть совершать работу. Эта работа равна энергии дислокации. Очевидно, что в кристалле неограниченных размеров энергия дислокации не зависит от ее положения, следовательно, с энергетической точки зрения дислокация свободна и может перемещаться как угодно. Однако существует кинематическое ограничение возможных движений дислокации. Представим себе, что положительная краевая дислокация переместилась вниз на некоторое расстояние . Это значит, что мы должны были сделать дополнительный разрез на длину б и вставить туда слой атомов.

Для этого нужно ввести внутрь кристалла дополнительно некоторое количество вещества. Чтобы переместить дислокацию вверх на расстояние , нужно из дополнительного разреза удалить один атомный слой. Таким образом, вертикальные движения дислокаций невозможны без сохранения сплошности материала.

На самом деле в кристаллической решетке всегда существуют точечные дефекты, а именно внедренные атомы и вакансии, то есть пустые места в решетке. Внедренные атомы и вакансии мигрируют внутри решетки вследствие теплового движения атомов; движения внедренных атомов и вакансий иосят диффузионный характер и подчиняются законам диффузии. Поэтому вертикальные движения краевых дислокаций возможны, особенно при высоких температурах. Эти движения являются следствием диффузионных движений точечных дефектов и происходят медленно.

Горизонтальное движение дислокаций, наоборот, не связано с нарушением сплошности и поэтому всегда кинематически возможно. Плоскость возможного движения дислокации называется ее плоскостью скольжения; в символе, обозначающем краевую дислокацию, горизонтальная черточка напоминает о плоскости скольжения и, следовательно, о направлении возможного движения.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление