ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные принципы теории дислокаций и их проверка из "Жесткость и прочность стальных деталей " Таким образом, касательное напряжение, определяемое как сопротивление смещению атомов, является периодической функцией смещения с периодом, равным одному межатомному расстоянию. Амплитуда этой функции, т. е. максимальное сопротивление скольжению, представляет собой критическое касательное напряжение. Если бы в ходе пластической деформации в отдельных точках кристаллической решетки не возникали нарушения регулярности строения, то сопротивление материала не увеличивалось бы при увеличении смещения, и при повторных смещениях на величину межатомного расстояния касательное напряжение было бы постоянным и равным критическому значению. [c.68] Нарушения непрерывной кристаллической решетки и заметная субструктура действительно имеют место, особенно на поверхности образцов, и действительно оказывают значительное влияние на прочность металла, вызывая существенное ее понижение. Однако вызываемый ими эффект надреза в пластическом. материале не может быть достаточен для того, чтобы объяснить отмеченную выше разницу, т. е. оправдать допущение о местном повышении касательного напряжения в 1000 раз из-за концентрации напряжений. [c.69] Для объяснения отмеченного расхождения выдвигались различные теории. Наиболее обоснованной считается в настоящее вре.мя теория, утверждающая, что в плоскости скольжения не все атомы перемещаются одновременно, и что процесс скольжения в действительности представляет собой последовательное пере-мещение атомов в одной плоскости. [c.69] НИИ распределяется не на все атомы плоскости скольжения, а только на небольшую часть атомов на ограниченной площади, и поэтому энергия деформации, соответствующая работе внешних сил, также оказывается значительно меньше. Если принять эту теорию, то тогда необходимо объяснить, почему некоторые группы атомов в плоскости скольжения имеют вoз южиo ть смещаться раньше, т. е. при более низком напряжении, по сравнению с другими группами атомов. [c.70] Отсюда следует, что необходимо отказаться от идеализированного представления об идеальной кристаллической решетке металла и допустить наличие характерных дефектов высшего порядка , называемых дислокациями. [c.70] Второй основной тип дислокации, так называемая винтовая дислокация была описана Бургерсом в 1939 г. [34]. Этот дефект кристаллической решетки показан на рис. 62, а. На рис. 62, б показаны две атомные плоскости при рассмотрении в направлении, перпендикулярном к смещению на одно межатомное расстояние. Ряды атомов верхней плоскости изображены сплошной линией, а нижней — пунктирной линией. Такой дефект, обозначенный на рис. 62, а линией ОО, называется винтовой дислокацией. [c.71] В винтовую И наоборот. Действительно, дислокации образуют замкнутые контуры, что следует из их определения. Поскольку дислокация определяется как линия границы между смещенной частью атомной решетки и остальной частью решетки в данной кристаллографической плоскости, находящейся в исходном положении, то такая граница обязательно должна образовывать замкнутую кривую или должна заканчиваться на поверхности кристалла. [c.72] Дислокация, вызывающая смещение частей решетки на одно межатомное расстояние, называется единичной дислокацией. [c.72] Ниже будет показано, что энергия дислокации пропорциональна Ь . Отсюда следует, что суммарная энергия двух единичных дислокаций меньше энергии дислокации с удвоенным вектором. В каждой точке дислокации вектор Бургерса наклонен под некоторым углом к линии, схематически представляющей мгновенное положение дислокации. Если вектор Бургерса перпендикулярен дислокационной линии, то в данном случае имеет место краевая дислокация. При векторе Бургерса, параллельном дислокационной линии, очевидно, имеет место винтовая дислокация. В каждой точке дислокационной линии можно рассматривать дислокацию как сочетание краевой и винтовой дислокаций. [c.73] Из изложенного следует, что нарушение упорядоченного строения кристаллической решетки вблизи дислокационной линии является местным и распространяется только на несколько межатомных расстояний. Так, например, рассматривая сечение, перпендикулярное краевой дислокации (см. рис. 61), можно заметить, что деформация решетки в этом сечении затрагивает только относительно небольшое число атомов (малая ширина дислокации). Однако в направлении дислокационной линии число одновременно смещенных атомов во много раз больше, так как дислокация в пределе занимает всю ширину кристалла. Ввиду этого дислокация рассматривается как дефект кристаллической решетки более высокого порядка. [c.73] Первые опыты в этом направлении провели Брегг и Пай [36, 35], выполнившие двухмерную модель атомной решетки металла из слоя мыльных пузырьков. С известными ограничениями этот метод может быть использован также и для создания трехмерных моделей. [c.74] Никольсон [37] исследовал силы взаимодействия мыльных пузырьков и установил, что изменение потенциальной энергии при сжатии или раздвигании пузырьков сходно с законом изменения нотенцпальной энергии, принимаемым для сил взаимодействия атомов (см. рис. 33), причем характер изменения потенциальной энергии зависит от диаметра пузырьков. [c.75] На пузырьковой модели можно также продемонстрировать решающее значение касательных напряжений при движении плоскости дислокации. Если полоска мыльных пузырьков, границы которой движутся в противоположных направлениях, имеет значительную длину, то распределение касательных напряжений вдоль оси полоски, по данным теории упругости, является более сложным, чем в случае малой длины полоски. Разница в распределении касательных напряжений в этих двух случаях показана на рис. 67, а. При внешнем воздействии на короткую полоску пузырьков дислокация образуется посередине полоски. В тех же условиях в длинной полоске образуются в точках максимальных касательных напряжений две дислокации, перемещающиеся в противоположных направлениях (см. рис. 67, б). [c.75] Таким образом образуются спиральные ступеньки, показанные на рис. 68, б, в и г. Эти данные указывают на то, что первым источником дислокаций является сам процесс кристаллизации, и, следовательно, можно считать, что наличие дислокаций является обычной особенностью строения кристаллической решетки. [c.77] При проверке теории дислокаций и исследовании влияния дислокаций прежде использовались косвенные методы обнаружения дислокаций. В частности, для этой цели использовались рентгеновский метод, наблюдение за ростом кристаллов и исследование изменений некоторых свойств кристаллов при пластической деформации. В настоящее время разработаны надежные прямые методы исследования формы и расположения дислокационных линий на поверхности и внутри кристаллов и на границах зерен. В некоторых случаях наблюдают следы выхода дислокации на поверхность образца. [c.77] В более старых экспериментальных исследованиях образцов для обнаружения следов дислокационных линий, пересекающих поверхность, последнюю подвергали травлению. При этом применяли две различные методики эксперимента для исследования свободных дислокаций (в чистых металлах или немедленно после появления дислокации) и дислокаций, окруженных атмосферой чужеродных атолюв (растворенных в решетке металла и концентрирующихся на дислокационных линиях в результате диффузии). [c.77] При исследовании указанным методом чистых кристаллов германия [41, 43] было установлено, что дислокации образуют совершен1ю определенную границу, на линии которой направление кристаллографических плоскостей металла изменяется на определенный малый угол, величина которого зависит от плотности дислокаций. Данные измерений подтвердили теоретическое выражение для величины этого угла. Далее была найдена основная причина возникновения дислокаций в твердом кристалле, в котором при охлаждении в процессе изготовления возникали значительные температурные градиенты. [c.78] Средняя плотность свободных дислокаций, т. е. число дислокационных линий, пересекающих площадку размером 1 см , составляет для отожженных монокристаллов германия рд = = 10 н- 10 Мсм . При большем числе дислокаций свободные дислокации сливаются в группы, образующие внутри кристалла сетку так называемой субструктуры. [c.78] Вернуться к основной статье