Скорость движения дислокаций и ее виды
Дислокации могут сравнительно легко передвигаться через кристалл. Предположим, что дислокация с единичным вектором оси дислокации и вектором Бюргерса передвигается в плоскости с нормалью (рис. 3.18) (положительное направление нормали выбирается произвольно). Тогда скалярное произведение векторов .
Пусть − единичный вектор направления движения дислокации, который определяется из соотношения
| . | (3.21) |
Пусть положительная сторона плоскости скольжения связана с направлением вектора , другую сторону плоскости назовем отрицательной. Когда дислокация движется по плоскости в направление , часть кристалла, расположенная с положительной стороны плоскости, сдвигается на вектор относительно части кристалла, находящейся с отрицательной стороны. Рассмотрим два случая.
1. Пусть вектор лежит в плоскости перемещения дислокации, т. е.
| . | (3.22) |
Такое движение дислокации называют скольжением, а плоскость движения – плоскостью скольжения (рис. 3.19). Скольжение осуществляется за счет незначительной перестройки атомов вблизи линии дислокации. Скольжение дислокации не сопровождается переносом массы и происходит под действием небольших касательных напряжений t.
Рис. 3.18. К выводу движения дислокации Рис. 3.19. Перемещение дислокации на одно
межатомное расстояние
Расчет показывает, что для того, чтобы заставить скользить дислокацию требуется механическое напряжение , что по порядку величины совпадает с критическим напряжением, при котором развивается пластическая деформация кристаллов. Это приводит к выводу, что пластическая деформация кристаллов связана с движением дислокаций.
Если вектор Бюргерса параллелен вектору , т. е. дислокация винтовая, то любой вектор , для которого , также удовлетворяет условию (3.22). Таким образом, любое движение винтовой дислокации является скольжением. При этом плоскость скольжения неопределенна и может быть любой из плоскостей, осью которой служит линия дислокации.
Дислокация всегда скользит по плоскости, проходящей через линию дислокации и вектор сдвига. Скорость движения дислокаций зависит от уровня приложенных касательных напряжений, и при низких напряжениях может быть менее 10-9 м/сек.
Зависимость скорости движения дислокаций от уровня приложенного касательного напряжения описывается соотношением V2/V1 = (t2/t1)m , где m – численный показатель, который зависит, в частности, от природы материала и может достигать ~ 40. Следовательно, с увеличением приложенного касательного напряжения скорость движения дислокаций резко возрастает, но не может превышать скорость распространения упругой деформации, т.е. скорость звука в данном кристалле.
2. Другой случай − вектор не лежит в плоскости скольжения, т. е.
| . | (3.23) |
Это означает, что краевая дислокация смещается в направлении, перпендикулярном плоскости скольжения, когда происходит «наращивание» или «растворение» атомных рядов на краю «лишней» полуплоскости. В этом случае дислокация оставляет за собой либо вакансии, либо междоузельные атомы. Движение сопровождается переносом вещества. Такое движение называется переползанием дислокации (рис. 3.20).
Рис. 3.20. Переползание дислокации
за счет поглощения межузельных атомов
Переползание дислокаций происходит обычно при больших температурах и больших временах выдержки под нагрузкой, когда велика диффузионная подвижность атомов.
Скорость переползания дислокаций зависит от температуры еще и потому, что с повышением температуры резко возрастает концентрация точечных дефектов, направленное перемещение которых обеспечивает переползание.
Смешанные дислокации и их движение
Граница зоны сдвига в кристаллах всегда является замкнутой линией, причем часть этой границы может проходить по внешней поверхности кристалла. Следовательно, дислокация должна замыкаться внутри кристалла, либо выходить на его поверхность, т.е. в общем случае линия дислокации в плоскости скольжения является криволинейной. Отдельные участки этой кривой имеет чисто краевую или чисто винтовую ориентацию (т.е. вектор сдвига или перпендикулярен, или параллелен линии дислокации), но большая часть линии дислокации не параллельна и не перпендикулярна вектору сдвига. Такая дислокация, имеющая смешанную ориентацию, называется смешанной дислокацией (рис. 8).
Рис. 8. Сдвиг, создавший смешанную дислокацию АС
Результат прохождения смешанной дислокации через весь кристалл такой же, как и при прохождении винтовой или краевой дислокаций. Линия смешанной дислокации может не только оканчиваться на границах кристалла, но и образовывать замкнутые петли внутри кристалла. Плоская петля смешанной дислокации, как и любая дислокационная линия, является границей зоны сдвига. Область, где сдвиг уже произошел, может лежать как внутри петли, так и вне ее. В первом случае скольжение развивается за счет расширения дислокационной петли, а во втором - за счет ее сужения. Дислокационная петля из–за наличия участков с чисто винтовой ориентацией может совершать поперечное и множественное поперечное скольжение, вследствие чего петля смешанной дислокации перестает быть плоской.