лінійні дефекти

Лінійні дефекти:

Основними лінійними дефектами є дислокації. Апріорне уявлення про дислокації вперше використано в 1934 році Орованом і Тейлером при дослідженні пластичної деформації кристалічних матеріалів, для пояснення великої різниці між практичної і теоретичної міцністю металу.

Дислокація - це дефекти кристалічної будови, що представляють собою лінії, уздовж і поблизу яких порушено характерне для кристала правильне розташування атомних площин.

Найпростіші види дислокацій - крайові і гвинтові.

Крайова дислокація являє собою лінію, уздовж якої обривається всередині кристала край "зайвої" півплощині:

↑ Крайова дислокація і механізм її утворення

Неповна площина називається екстраплоскості.

Більшість дислокацій утворюються шляхом сдвигового механізму. Її утворення можна описати за допомогою наступної операції. Надрізати кристал по площині АВСD, зрушити нижню частину відносно верхньої на один період решітки в напрямку, перпендикулярному АВ, а потім знову зблизити атоми на краях розрізу внизу.

Найбільші спотворення в розташуванні атомів в кристалі мають місце поблизу нижнього краю екстраплоскості. Вправо і вліво від краю екстраплоскості ці спотворення малі (кілька періодів решітки), а вздовж краю екстраплоскості спотворення простягаються через весь кристал і можуть бути дуже великі (тисячі періодів решітки).

Якщо екстраплоскості знаходиться у верхній частині кристала, то крайова дислокація - позитивна (), якщо в нижній, то - негативна (). Дислокації одного знака відштовхуються, а протилежні притягаються.

↑ Спотворення в кристалічній решітці при наявності крайової дислокації

Інший тип дислокацій був описаний Бюргерса, і отримав назву гвинтова дислокація.

Гвинтові дислокація отримана за допомогою часткового зсуву по площині Q навколо лінії EF. На поверхні кристала утворюється сходинка, що проходить від точки Е до краю кристала. Такий частковий зсув порушує паралельність атомних шарів, кристал перетворюється в одну атомну площину, закручену по гвинту у вигляді порожнього гелікоїда навколо лінії EF, яка представляє межу, що відокремлює частину площині ковзання, де зсув уже стався, від частини, де зрушення не починався. Уздовж лінії EF спостерігається макроскопічний характер області недосконалості, в інших напрямках її розміри становлять кілька періодів.

Якщо перехід від верхніх горизонтів до нижніх здійснюється поворотом за годинниковою стрілкою, то дислокація права, а якщо поворотом проти годинникової стрілки - ліва.

↑ Механізм утворення гвинтової дислокації.

Гвинтові дислокація не пов'язана з якою-небудь площиною ковзання, вона може переміщатися по будь-якій площині, що проходить через лінію дислокації. Вакансії і дислоковані атоми до гвинтової місцезнаходження ще не стікають.

У процесі кристалізації атоми речовини, що випадають з пара або розчину, легко приєднуються до сходинки, що призводить до спіральних механізму росту кристалу.

Лінії дислокацій не можуть обриватися усередині кристала, вони повинні або бути замкнутими, утворюючи петлю, або розгалужуватися на декілька дислокацій, або виходити на поверхню кристала.

Дислокаційна структура матеріалу характеризується щільністю дислокацій.

Щільність дислокацій в кристалі визначається як середнє число ліній дислокацій, які перетинають всередині тіла майданчик площею 1 м2, або як сумарна довжина ліній дислокацій в об'ємі 1 м3

.

Щільність дислокацій змінюється в широких межах і залежить від стану матеріалу. Після ретельного відпалу щільність дислокацій становить 105 ... 107. в кристалах з сильно деформованої кристалічною решіткою щільність дислокацій досягає 1015 ... 10 16.

↑ Вплив щільності дислокацій на міцність

Мінімальна міцність визначається критичною щільністю дислокацій:

Якщо щільність менше значення а, то опір деформації різко зростає, а міцність наближається до теоретичної. Підвищення міцності досягається створенням металу з бездефектной структурою, а також підвищенням щільності дислокацій, що утрудняє їх рух. В даний час створені кристали без дефектів - ниткоподібні кристали довжиною до 2 мм, товщиною 0,5 ... 20 мкм - "вуса" з міцністю, близькою до теоретичної: для заліза = 13000 МПа, для міді = 30000 МПа. При зміцненні металів збільшенням щільності дислокацій, вона не повинна перевищувати значень 1015 ... 10 16. В іншому випадку утворюються тріщини.

Дислокації впливають не тільки на міцність і пластичність, але і на інші властивості кристалів. Зі збільшенням щільності дислокацій зростає внутрішнє, змінюються оптичні властивості, підвищується електроопір металу. Дислокації збільшують середню швидкість дифузії в кристалі, прискорюють старіння і інші процеси, зменшують хімічну стійкість, тому в результаті обробки поверхні кристала спеціальними речовинами в місцях виходу дислокацій утворюються ямки.

Дислокації утворюються при утворенні кристалів з розплаву або газоподібної фази, при зрощенні блоків з малими кутами разоріентіровкі. При переміщенні вакансій всередині кристала, вони концентруються, утворюючи порожнини у вигляді дисків. Якщо такі диски великі, то енергетично вигідно "захлопування" їх з утворенням по краю диска крайової дислокації. Утворюються дислокації при деформації, в процесі кристалізації, при термічній обробці.

Поверхневі дефекти - межі зерен, фрагментів і блоків.

↑ разориентация зерен і блоків в металі

Розміри зерен складають до 1000 мкм. Кути разориентация складають до декількох десятків градусів ().

Кордон між зернами являє собою тонку в 5 - 10 атомних діаметрів поверхневу зону з максимальним порушенням порядку в розташуванні атомів.

Будова перехідного шару сприяє скупченню в ньому дислокацій. На кордонах зерен підвищена концентрація домішок, які знижують поверхневу енергію. Однак і всередині зерна ніколи не спостерігається ідеального будови кристалічної решітки. Є ділянки, разоріентіровать один щодо іншого на кілька градусів (). Ці ділянки називаються фрагментами. Процес поділу зерен на фрагменти називається фрагментацією або полігонізації.

У свою чергу кожен фрагмент складається з блоків, розмірами менше 10 мкм, разоріентіровать на кут менш одного градуса (). Таку структуру називають блоковою або мозаїчної.