Дислокации в кристаллах движение

Тугоплавкие металлы VA группы — ванадий, ниобий и тантал в отличие от металлов VIA группы имеют относительно низкую энергию дефекта упаковки (табл. 9) и почти на два порядка выше равновесную растворимость элементов внедрения [95], что во многом обусловливает специфику их механического поведения в области низких и средних температур [340]. Указанные факторы определяют как уро- вень напряжений сопротивления движению дислокаций в кристалли- [c.143]

Т. э. возможен не только в квантовых системах, состоящих из одной частицы. Так. напр., низкотемпературное движение дислокаций в кристаллах может быть связано с туннелированием конечной части дислокации, состоящей из многих частиц. В такого рода задачах линейную дислокацию можно представить как упругую струну, лежащую первоначально вдоль оси у в одном из локальных минимумов потенциала У ,.х. у). Этот потенциал не зависит от а его рельеф вдоль оси х представляет собой последовательность локальных минимумов, каждый из к-рых находится ниже другого на величину, зависящую от приложенного к кристаллу механич. напряжения. Движение дислокации под действием этого напряжения сводится к туннелированию в соседний минимум определ. отрезка дислокации с последующим подтягиванием туда оставшейся её части. Такого же рола туннельный механизм может отвечать за движение волн зарядовой плотности в диэлектрике Пайерлса (см. Пайерлса переход). [c.176]

Сплавы Си — А1 — N1 и Си — 2п — А1 имеют размеры кристаллитов порядка миллиметра, фактор упругой анизотропии зтих сплавов очень высок (13—15) — все это создает условия легкого возникновения концентрации напряжений на границах зерен. Несмотря на зто, сплавы Си — 2п — А1 характеризуются сравнительно высокой пластичностью, в них часто наблюдается транскристаллитное разрушение. Причина такого поведения заключается в различии кристаллических структур сплавов Си — А1 — Мт и Си — 2п — А1. Сплавы Си — А1 — N1, как указано в таблице, имеют кристаллическую структуру 00 , в то время как сплавы Си — 2п — А1 — структуру В2. Элементарная ячейка структуры ООз имеет постоянные решетки в два раза больше, чем элементарная ячейка структуры В2. Поэтому величина вектора Бюргерса сверхструктурной дислокации, движущейся в кристаллах типа Юз в два раза больше соответствующей величины в кристаллах В2. В связи с этим движение дислокаций в кристаллах со структурой типа 00 затруднено. Например, в сплавах Си — А1 — N1 скольжение дислокаций происходит при напряжении растяжения 600 МПа, в то время как в сплавах Си — 2п — А1 — 200 МПа. Таким образом, можно считать, что в сплавах Си — 2п — А1, в которых дислокации движутся легко, высокая пластичность обусловлена легкостью релаксации напряжений на границах зерен. [c.129]

Ранее отмечалось, что касательное напряжение, которое требуется приложить для движения единичной дислокации в кристалле без каких-либо препятствий, очень мало. Пластическая деформация, возникающая в результате прохождения единичной дислокации через кристалл к его свободной поверхности, очень мала за один шаг скольжения она равна по величине Ь1. На первый взгляд может показаться, что в результате приложения относительно малого по величине касательного напряжения все дислокации выйдут из кристалла и кристалл останется свободным от дислокаций. Пионеры исследований в этой области были поэтому [c.57]

Если одиночная линия дислокации в своем движении (скольжении) полностью пересекает кристалл, то на поверхности кристалла образуется ступенька, которая по сути указывает на сдвиг одной части кристалла относительно другой (т. е. происходит элементарный акт пластической деформации). При этом решетка оказалась идеальной (только вблизи плоскости скольжения атомы поменяли соседей) и, следовательно, произошедшая деформация необратима. Разные виды движения дислокаций разного типа дают в сумме макроскопические деформации сдвига и растяжения-сжатия. [c.29]

Уравнения движения дислокации в кристалле, несущей с собой поле своих упругих напряжений, были получены Я. И. Френкелем и оказались формально вполне аналогичными уравнениям специальной теории относительности, описывающим движение частицы с массой покоя Шо с заменой скорости света с на скорость поперечного звука изв=уС /р, которая в дислокационной теории играет роль предельной скорости. Полная энергия дислокации, движущейся со скоростью v, определяется формулой [c.142]

Скольжение дислокаций. Скольжением дислокации называется ее движение по поверхности скольжения, т. е. по поверхности, параллельной вектору Бюргерса. Дислокация в кристалле называется скользящей, если ее линия и вектор Бюргерса лежат в одной кристаллографической плоскости, которая является плоскостью скольжения данной дислокации. Из определения дислокации как границы зоны сдвига следует, что движение дислокации вызывает пластическую деформацию кристалла. [c.428]

Ползучесть металла, согласно дислокационной теории деформации, возможна благодаря существованию дислокаций в кристаллах. Под действием напряжений дислокации приходят в движение, некоторые из них выходят на поверхность кристалла, другие тормозятся препятствиями, а часть из них пересекается. Несомненно, что на стадии неустановившейся ползучести имеет место упрочнение [12]. Наиболее интересной для практики является стадия установившейся ползучести, при которой скорость деформации постоянная. Эта стадия ползучести и подвергалась в основном исследованиям в данной работе. Исследователи отмечают, что предварительная деформация дает преимущество образцам, обработанным давлением, перед отожженными образцами, особенно при низких температурах испытания и высоких напряжениях. [c.96]

Несмотря на отмеченные трудности в учение о прочности металлов необходимо привлекать представления физики металлов. Однако даже для расчета приближенной величины напряжения вызывающего движение дислокаций в кристалле 102 [c.102]

Под действием внешних сил дислокации могут перемещаться скольжением и переползанием, при этом дислокации передвигаются как вдоль плоскостей скольжения, так и перпендикулярно им соответственно. Движение дислокаций связано с пластической деформацией кристалла. Экспериментальные данные показывают, что дислокации могут двигаться со скоростями от 10 м/с до 10 м/с в зависимости от материала и приложенного напряжения. Однако скорость дислокации в кристалле не может быть больше скорости звука, так как перемещение дислокации есть перемещение волны упругой деформации. [c.101]

Исследование дислокаций в кристаллах со структурой алмаза-[38] показало, что дислокации в ковалентных кристаллах отличаются геометрически от дислокаций в металлах. Они обычно характеризуются цепочкой свободных связей вдоль своей оси, различным образом взаимодействующих, изменяя структуру дислокации в процессе движения. Перестройка дислокации происходит как вследствие перераспределения-электронов, так и за счет диффузии атомов. Оба эти процесса вызывают локальные закрепления дислокаций, для снятия которых требуется определенная энергия активации. [c.11]

Таким образом, прочность реальных кристаллов много меньше, чем идеальных. В то же время реальные кристаллы гораздо прочнее, чем можно ожидать, если допустить свободное движение дислокаций в кристалле (см. рис. 31). Действительно, очень чистые кристаллы ломаются уже при очень малых напряжениях, так как в них имеется по крайней мере несколько дислокаций, которые ничем не закреплены. Обычные кристаллы гораздо прочнее, так как в них действуют особые механизмы упрочнения. Прочность кристаллов зависит от особенностей их тепловой обработки и их чистоты. Так, механическим препятствием на пути движения дислокаций, которое сопровождает пластическое течение и необратимую деформацию, могут служить частицы [c.86]

Рисунок 4.15 - Зависимость между эффективной энергией активации движения (Uq) дислокаций в плоскости семейства (110) и коэффициентом интенсивности напряжений (Kпостроения прямых U(o)-Kq. Здесь характеризует активационные объемы при термически

Напомним, что по мере роста пластической деформации растет усилие, которое необходимо прикладывать к образцу для обеспечения дальнейшего деформирования, Рост напряжения пластического течения твердого тела по мере увеличения деформации связан с увеличением плотности дефектов в кристалле и называется механическим упрочнением или наклепом. Движение дислокаций, обусловливающее пластическое течение твердых тел, может тормозиться различными дефектами кристаллической решетки в частности, другими дислокациями и границами зерен. [c.129]

Заметим, что на упругие и пластические свойства твердых тел оказывает влияние характер сил связи. Ковалентные кристаллы (алмаз, кремний, германий) при комнатной температуре бывают жесткими и хрупкими, так как направленный характер связей препятствует сдвиговому движению, а также мешает перемещению одного атома вслед за другим, как это имеет место при движении дислокаций в решетке. Разрушение начинается прежде, чем дислокации могут обеспечить достаточно большие сдвиги, поскольку их движение затруднено ио сравнению с движением дислокаций в металлах. Ионные кристаллы гораздо более пластичны, если они совершенно чистые (обычные кристаллы могут быть и хрупкими из-за наличия внедренных в них дефектов). Электростатические силы — ненаправленные, и потому ионы могут перемещаться с места на место в той мере, в какой этому мешают их размеры. Металлы, как мы видели выше, наиболее пластичны в них возможно свободное перемещение дислокаций. [c.136]

Экспериментальные данные радикально отличаются от этой величины. Например, для Sn G=l,9-10 дн/см , а предел упругости — 13-10 дн/см2. Для Ag соответственно 2,8-10" и 6-10 , для А1 — 2,5-10" и 4-10 . Для объяснения этого различия было предположено, что в кристаллах существуют дефекты особого типа, называемые по современной терминологии дислокациями. Дод дислокацией понимают линейный дефект, появляющийся вследствие нарушения правильного чередования атомных плоскостей в кристалле. Например, дислокация возникает, если выше (ниже) какой-то плоскости в части кристалла появляется лишняя (как бы вставленная) атомная плоскость или, наоборот, оттуда изымается одна из плоскостей. Тогда силы, удерживающие конечные ряды этой лишней плоскости, будут существенно слабее тех, которые реализуются при строго периодическом расположении атомов, поскольку в окрестности дислокации атомы не находятся в положениях, отвечающих минимуму кристаллического поля. В результате движение атомных плоскостей вблизи дислокации [c.237]

Представление о дислокациях возникло в связи с попытками объяснения процессов скольжения в кристаллах, в первую очередь при пластической деформации. Для характеристики процессов скольжения вводят понятие плоскости скольжения, по которой происходит соскальзывание одних атомных плоскостей по другим, и направления скольжения. Части кристалла между плоскостями скольжения в принципе не должны быть искажены. Если при пластической деформации произошел процесс скольжения, то в дальнейшем возможно как движение по уже возникшим плоскостям скольжения, так и по новым. Комбинация плоскости и направления скольжения составляют систему скольжения. Так, ГЦК кристаллы характеризуются четырьмя плоскостями скольжения типа (111) и тремя направлениями [110]. В итоге возникает 12 систем скольжения. [c.240]

Таблица показывает, что направления векторов Бюргерса наиболее устойчивых дислокаций хорошо согласуются с направлением скольжения. Выше уже указывалось, что скольжение в кристаллах осуществляется движением дислокаций, причем в процессе скольжения могут возникать новые и исчезать старые дислокации. Поэтому важными характеристиками являются плотность и распределение дислокаций. Под плотностью дислокаций понимают количество дислокаций, пересекающих площадку в м в кристалле. Для сравнительно совершенных кристаллов металлов (после их отжига, приводящего к уменьшению числа дислокаций, поскольку они представляют собой неравновесные образования) плотность дислокаций составляет 102—jgs см 2, а после пластической деформации может достигать 10 —см" . Дислокации сильно влияют (часто ухудшая) на электрические свойства полупроводников, и поэтому разработаны специальные способы выращивания монокристаллов полупроводников с малой плотностью дислокаций вплоть до бездислокационных. [c.244]

На начальной стадии пластического течения кристалл деформируется легко. По мере же увеличения деформации возрастает напряжение. Причина усиления напряжения заключается в том, что в процессе деформации сильно возрастает количество дислокаций, В результате дислокации начинают хаотически переплетаться друг с другом, образуют пространственную сетку и дальнейшее движение их становится затруднительным. Это явление получило название наклепа. [c.325]

При движении дислокации происходит эстафетная передача дислокации от одной плоскости к другой с одновременным ослаблением и восстановлением связей кристаллической решетки не одновременно по всей плоскости скольжения в кристалле, а только в ядре дислокации. В связи с этим напряжение тп-н гораздо меньше теоретического напряжения сдвига в идеальной решетке Тт — G/2n. Например, для простой кубической решетки при а=Ь, v = V3 и q= l3 (краевая дислокация) тп-н= = 2,5-Ю <Стт. Порядок величины тп-н удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными. [c.63]

Синус-Гордона ур-ние (2), в частности, применяется для описания распространения дислокаций в кристаллах, движения Блоха стенок в магнитоупорядоченных средах и доменных стенок в сегнетоэлектриках, распространения квантов магн. потока (флаксонов) в длинных джозефсонов-ских контактах (см. Джозефсона эффект) и т. д. [c.135]

Дмслокаипи оказывают существенное влиянне на свойства кристаллов, в особенности на их механические характеристики. Из-за свободного перемещения дислокаций уже кри незначительных напряжениях в кристалле происходят заметные сдвиги, т. е. возникает пластическое течение кристалла. Поэтому дислокации могут рассматриваться как элементарные носители пластичности кристалла. Насколько существенна роль дислокаций, видно из следующего сравнения в отсутствие дислокаций предельное напряжение в кристалле, а следовательно, и прочность составляет G, а при наличии дислокаций — на несколько порядков (от трех до одного) меньше. Препятствуя движению дислокаций в кристалле путем внесения в него атомов некоторых элементов (легирование) или изменяя его поликристаллическую структуру так, чтобы возникли препятствия для движения дислокаций (напри мер, уменьшая размер отдельных кристаллитов — зерен т. е. значительно увеличивая межзеренные границы, ока зывающие тормозящее действие на движение дислокаций или создавая разветвленную дислокационную структуру в которой движение дислокаций тормозится другими дн слокациями), можно повысить прочность кристалла Однако пластичность кристалла при этом может сии зиться. [c.370]

Механизм упрочнения при старении сплавов различных систем состоит в том, что зоны предвыделений и образующиеся дисперсные частицы, имея по сравнению с матрицей различные упругие свойства, создают поля напряжений, взаимодействующие с дислокациями. В результате движение дислокаций через кристалл затормаживается и деформация сплава затрудняется с другой стороны, дисперсные частицы оказывают также сопротивление переползанию дислокаций (см. рис. 58). Например, у магнитотвердых сплавов структура, возникающая на различных стадиях старения в системе Fe—Ni—Al, способствует увеличению коэрцитивной силы, поскольку зоны предвыделений и области дисперсных выделений, будучи соразмерными с величиной доменов, задерживают переориентацию стенки Блоха в процессе перемагничи-вания сплава. Эффект старения наблюдают и используют не только в системах цветных сплавов (на основе алюминия, магния, титана, никеля), но и в сплавах на основе железа и, в частности, у стали, содержащей [c.112]

Когда в игру вступают коллективные эффекты, перепад давления, действующий на каждую ламеллу, становится переменным во времени. В основных чертах движение ламелл следует механизму течения дислокаций в кристаллах, предложенному Френкелем и Конторовой (Френкель и Конторова, 1938). Сдвигаясь, краевая ламелла возбуждает волну давления, которая распространяется по каравану, инициируя течение ламелл по принципу падающего домино. Достигая головной ламеллы, волна давления сдвигает ее, при этом отражается и движется в обратном направлении. В установившемся течении каравана [c.144]

Данная модель была модифицирована в работе Уэйнера и Пира [87] с целью учета зарождения и движения дислокаций в кристаллах при движении трещины. На основании результатов численного моделирования был сделан вывод о том, что характер разрушения при трещинообразовании — хрупкий или вязкий — зависит от параметров закона межатомного взаимодействия. Исчерпывающее компьютерное моделирование двумерной задачи динамического роста трещины в дискретной решетке-было проведено Эшёрстом и Гувером [11] в предположении в том, что элементарные частицы массы взаимодействуют друг с другом согласно упрощенному закону Гука, а также Пэскином с соавторами [75], которые для описания межатомного взаимодействия использовали потенциал Леннард-Джонса. В обеих работах установлено, что максимум скорости движения трещины не превосходит скорости волны Рэлея для данного материала.. [c.123]

Физическая природа и структурно-кинетические закономерности мик-ропластической деформации в температурном интервале хрупкого разрушения, а также уточнение физической модели движения дислокаций в кристаллах с высоким рельефом Пайерлса в области малых и средних величин напряжений и низких температур. При этом разделы 1, 2, 3 изложены в 1-й, П-й и П1-Й частях книги соответственно. [c.5]

Другим принципиальным отличием приведенных в работе экспериментальных результатов является тот факт, что они впервые получены при весьма малых величинах деформирующих напряжений, на 1,5—2 порядка ниже величин напряжения Пайерлса и теоретической прочности кристалла на сдвиг, что свидетельствует в пользу термоактивируемого процесса мик-ропластйчности и исключает необходимость обязательного привлечения для объяснения полученных данных атермических безактивационных или ка-ких-либо других специфических механизмов, требующих для своей реализации высокого уровня напряжений. Последнее является весьма новым и принципиальным фактом, который заставляет критически пересмотреть возможность действительной реализации фактически почти всех предлагавшихся ранее моделей низкотемпературного движения дислокаций в кристаллах с высокими барьерами Пайерлса. Полученные результаты и проведенный теоретический анализ позволили объяснить физическую природу низкотемпературной микропластичности материалов с высоким рельефом Пайерлса в области малых и средних величин напряжений с позиций предложенного в работе диффузионно-дислокационного механизма микродеформации, а также неконсервативного движения дислокаций, как основной физической модели их перемещения при указанных условиях. При этом сущность диффузионно-дислокационного механизма микропиасти- [c.5]

Однако значение энергии активации, определенное на начальной стадии деформирования из зависимостей n LjA) =/(1/Г) и 1п(Ткр/а) = /(1/Г), значительно ниже значения, определенного по температурно-скоростному изменению верхнего предела текучести. При этом полученное нами более низкое значение энергии активации пластического течения приповерхностного слоя несколько ближе к величинам, имеющимся в работах [456— 464], [108, 109]. Например, в [456, 457] U= 1,6 эВ была определена также по температурной зависимости предела текучести, а в более поздней работе [464] методом инфракрасной полярископии по исследованию релаксации напряжений вокруг отпечатка микротвердости было найдено значение f/= 1,4 эВ. В работах [108, 109] по температурной зависимости критического напряжения сдвига в Si при мягком уколе было найдено значение энергии активации U = 0,84 0,1 эВ в температурном интервале Т = 350—550°С. По-видимому, более низкие значения энергии активации для приповерхностных слоев материала по сравнению с деформацией их внутренних слоев в данном случае можно объяснить специфическими аномальными особенностями пластического течения вблизи свободной поверхности, о чем непосредственно свидетельствует образование у поверхности предпочтительно деформированного слоя с повышенным градиентом плотности дислокаций. Определенные нами значения энергии активации коррелируют с энергией образования одиночного перегиба, так как они почти в два раза меньше (1,1 1,3 1,38 эВ), чем энергия образования двойного перегиба, с которым обычно связывается движение дислокаций в кристаллах с высоким рельефом Пайерлса. Более подробно о причинах, обусловливающих более высокую скорость движения дислокаций в приповерхностной области кристалла, см. в п. 5.2. [c.140]

Термоактивационный анализ кинетики микропластической деформации в монокристаллах Мо. Скоростная зависимость деформирующих напряжений, из которой определялась величина активационного объема, снимались экспериментально на монокристаллах Мо в области микро- и макротекучести. Полученные данные представлены на рис. 87, 88. Видно, что на псевдоупругой стадии деформирования в области микротекучести изменение скорости деформации от j = 1,67 10 с до 62 = = 1,67 10 с приводит к явному появлению дефекта модуля (изменения угла наклона кривой а — е, отмеченные стрелками). При обратном переходе от ёз к i наблюдается уменьшение деформирующего напряжения Да, причем как величина дефекта модуля, так и Дст растут с увеличением степени деформации и величины приложенных напряжений, что свидетельствует о протекании термоактивированных процессов движения дислокаций в кристалле Мо при напряжениях, намного меньших макроскопического предела текучести, и коррелирует с имеющимися литературными данными для ОЦК-металлов [85, 86, 362, 363, 484-489]. Так, в работах [362, 363] было обнаружено следующее движение винтовых дислокаций в системе 112 < 11 Г> начинается при очень малых напряжениях сдвига т = 25—35 гс/мм дислокации движутся при этом с весьма большой скоростью V > 1 см/с для размножения свежевведенных дис-148 [c.148]

Челли и др. [510], В.В. Рыбин и А.Н. Орлов [511] развили теорию движения дислокаций в кристаллах с большим барьером Пайерлса, учитывающую действие точек торможения на распространение перегибов вдоль линии дислокации. При этом предполагается, что даже двойной перегиб, превосходящий критический размер, расширение которого остановлено барьерами точек торможения, имеет вероятность захлопнуться. [c.156]

Причем, как следует из представлешых в главе 7 экспериментальных данных, в кинетике зарождения и размножения дислокаций на подобного рода источниках существуют некоторые отличительные закономерности для условий деформации в области высоких (вьпле Гкр) и низких температур, а также высоких и низких величин напряжений. При этом можно выделить три принципиально различных варианта зарождения и движения дислокаций в кристаллах. [c.243]

Если рост кристалла происходит путем равномерного движения блоев при диффузной поверхности раздела, расположение дислокаций в кристалле будет таким, как показано на фиг, 30, а их плотность выразится следующим уравнением [c.198]

Рпс. 104. Зависимость скорости движения краевой дислокации в кристалле фтористого лития от напряжения (по Джонсону и Гилману) [c.127]

Если же смещение дислокации происходит не в плоскости скольжения, то б К 0. Это значит, что смещение берегов разреза привело бы к появлению избытка вещества (когда один берег перехлестывает другой) или к его недостаче (образование щели между раздвигающймися берегами). Этого нельзя допустить, если полагать, что в процессе движения дислокации сплошность среды не нарушается и ее плотность остается неизменной (с точностью до упругих деформаций). Устранение избыточного вещества или заполнение его нехватки происходит в реальном кристалле диффузионным способом (ось дислокации становится источником или стоком диффузионных потоков вещества) ). О перемещении [c.161]

Основным механизмом пластической деформации металлов и сплавов является внутризеренное сдвиговое перемещение одних частей кристалла (кристаллита) относительно других, осуществляемое с помощью многочисленных видов движения дислокаций. В этом случае говорят о внутризеренной пластической деформации. Сдвиговые механизмы пластической деформации разнообразны. Основными из них являются скольжение, двойникование, сбросообразование. [c.105]

Кроме разориентировок, связанных с движением дислокаций, внутри кристаллов часто наблюдаются переориентированные области решетки. На микрофотографиях они выглядят в виде полос, часто называемых деформационными полосами. Многие исследователи, изучавшие это явление, давали различные названия и по-разному трактовали механизм образования этих полос. А. X. Коттреллом и Р. Хоникомбом установлено существование двух главных типов внутри кристаллической переориентировки решетки и соответственно этому двух механизмов пластической деформации сбро-сообразование и ротационный сдвиг. [c.149]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...