Дислокации в кристаллах экспериментальное исследование

Кроме скольжения дислокаций и двойникования, деформация приводит к ротационным процессам переориентировки одних областей монокристалла относительно других. Экспериментальное исследование показывает [198, 203], что процесс переориентировки носит черты фазового превращения первого рода — протекает зарождение и рост областей измененной ориентировки, которые проявляют себя как участки новой фазы, обладающие сложной дефектной структурой. В настоящем пункте будет показано, что по мере деформирования кристалла протекает цепь переориентировок такого рода. Она состоит в циклическом повторении процессов возрастания плотности хаотических дислокаций, их выстраивания в границы разориентировки и рассыпания этих границ в ансамбль хаотических дислокаций. Таким образом, в отличие от предыдущего параграфа, где взаимодействие вакансий и дислокаций приводило к автокаталитическому нарастанию их плотностей и последующему зарождению коллективной моды, здесь синергетическое поведение системы дислокация + граница проявляется как автоколебательный режим, присущий экологической системе хищник-жертва. [c.261]

Кроме объемной диффузии, в кристаллах наблюдается поверхностная диффузия, диффузия по границам зерен и блоков, порам, дислокациям, разломам и пр. Число поверхностных атомов, естественно, меньше, чем число атомов в объеме, поэтому лишь незначительное число атомов вещества может перемещаться за счет диффузии по поверхности, хотя коэффициент поверхностной диффузии может быть велик. В поликристаллическом веществе диффузия по границам зерен может быть основным видом диффузии. Однако количественное экспериментальное, равно как и теоретическое, исследование этого вида диффузии провести достаточно трудно. Очевидно, диффузия по [c.110]

За последние десять лет наше представление о взаимодействии дислокаций с различными дефектами, возникающими при закалке и старении, в значительной степени зависело от исследований явления закалочного упрочнения. Механизмы взаимодействия дислокаций с призматическими петлями и тетраэдрическими дефектами упаковки изучались особенно подробно. В результате этого механизмы упрочнения алюминия и золота, закаленных с температуры выше критической и затем состаренных, уже довольно хорошо известны. Хотя закалочное упрочнение наблюдается также и в других металлах, как, например, в меди, дефекты, обусловливающие упрочнение, все еще полностью не изучены. Влияние закалки на другие механические свойства, кроме предела текучести, мало изучены. Это обусловлено, с одной стороны, недостаточным экспериментальным материалом, а с другой стороны, неполным пониманием механизма наклепа отожженных кристаллов. Исследования на сплавах и других металлах (кроме г. и. к. структур) весьма недостаточны. [c.266]

В настоящее время представляется вполне возможным получать электронограммы от игольчатых кристаллов с винтовыми дислокациями [70 ] или от небольших областей тонких кристаллов, содержащих отдельные дислокации любого типа [57, 97]. Однако экспериментальные трудности и неоднозначная интерпретация интенсивностей, сильно зависящих от динамической дифракции, до сих пор не позволили провести детального исследования этими методами. [c.405]

В ряде экспериментальных исследований влияния дислокаций на теплопроводность неметаллических кристаллов (см. п. 4 3 настоящей главы) предполагается, что в действительности рассеяние часто в 10 —10 раз больше, чем вычисленное для неподвижных дислокаций. Были сделаны оценки рассеяния на колеблющихся дислокациях, и эксперименты Андерсона и Малиновского [6], Т. Сузуки и Г. Сузуки [229] с очевидностью показали, что этим можно объяснить наблюдаемое уменьшение теплопроводности. Аналогичные результаты были получены при измерениях на сверхпроводниках (см. п. 4 2 гл. 12). [c.117]

Представления о различных дефектах, в частности дисклинациях, все более масштабно используют в современной физике конденсированного состояния, например, в задачах прочности и пластичности. Если принять тезис, что наряду с трансляционным массопереносом пластическая деформация обусловлена или сопровождается и другими эффектами, скажем, поворотами веш,ества, то должны быть различным образом организованные несовместности, прежде всего заторможенные пластические сдвиги и заторможенные повороты. Это с неизбежностью означает, что кроме обычных дислокаций в кристаллах присутствуют дисклинации и другие дефекты кристалла как континуума. Утверждение о возможности суш,ествования разнообразных микромеханических объектов сплошной среды, объединяемых общим термином дефект , вытекает, таким образом, из самых общих соображений о реально протекающих процессах в твердом теле. Однако, как показывает опыт научных исследований, еще мало что известно о их реальной природе и методах аналитического описания. Неясно, какими именно процессами порождаются дефекты, возникают ли дисклинации от самостоятельных поворотов или от поворотов, производимых обычным дислокационным скольжением остается открытым вопрос о масштабном уровне дефектов , например о том, могут ли дисклинации быть решеточными или только крупноструктурными не до конца выяснена роль дисклинаций в явлениях деформирования и разрушения совершенно не решены вопросы их экспериментального наблюдения и пр. [c.278]

Бюргерсом было высказано предположение, что границы зерен с малым углом разориенти-ровки состоят из совокупности дислокаций. Схематически малоугловая граница, разделяющая два зерна, изображена на рис. 3.32. Многочисленные экспериментальные исследования подтверждают дислокационный характер границ. Из рис. 3.32 видно, что малоугловая граница разделяет монокристаллические зерна, ориентация которых незначительно отличается. В реальных кристаллах угол разориентировки колеблется от нескольких угловых секунд до 3—5°. Угол раз-ориентировки связан с вектором Ь краевых дислокаций и расстоянием D между ними соотношением [c.114]

Вопрос о температурной зависимости предела текучести металла можно было бы отнести к разряду хрестоматийных. Однако материаловедение, развиваясь в последние десятилетия бурными темпами, как бы перешагнуло через него, оставило за бортом своих интересов, приняв функцию От(7) как данное, как только экспериментально определяемую зависимость. По нынешний день объяснение зависимости От(7) оставалось вне области исследований, поэтому сложилось впечатление, что сколько-нибудь строгой теории, описывающей функцию От(Г), не существует. Из общих физических соображений следует, что повышение темпераауры металла, приводящее к возрастанию кинетической энергии атомов, ослабляет общую энергию межатомного взаимодействия, что облегчает перемещение дислокаций по кристаллу. Однако математически строгой и экспериментально подтвержденной теории подобного рода в литературе не описано. [c.55]

Таким образом, проведенные исследования показали, что характер фигур травления на дислокациях, возникших при 20—270°С, существенно отличается от тех, которые наблюдаются на ростовых дислокациях или появившихся в кристалле при повышенных температурах. Малая длина петель, небольшая глубина их залегания и специфика избирательно1о травления вы-зьшают большие экспериментальные трудности при исследовании. Для на- [c.194]

Таким образом, физическая природа интенсификации микропластичес-кого течения в поверхностных слоях материалов и последующего усталостного разрушения при циклических нагрузках должна рассматриваться именно с указанных позиций. При этом следует отметить, что необратимое действие вакансионного насоса при циклировании, создающего спектр приповерхностных источников дислокаций и вызывающего их переползание, обеспечивается не только созданием периодического пересыщения при цикле сжатия и существующим недосыщением на стоках [601, 602], но и различием потенциальных энергетических барьеров на источниках и стоках точечных дефектов, непосредственно на поверхности и в более удаленных от поверхности приповерхностных слоях. Поэтому полученные в главе 7 результаты представляют основу для дальнейшего развития как теоретических, так и экспериментальных исследований в области изучения основных закономерностей эволюции дислокационной структуры при испытаниях на длительную и циклическую прочность и физической природы усталости металлических и неметаллических материалов в различном диапазоне напряжений и температур. Наконец, учитывая результаты работы [586], следует также весьма осторожно относиться к интерпретации низкотемпературных пиков внутреннего трения и помнить, что они могут появиться в ряде случаев именно в силу проявления методических особенностей способа нагружения (использование циклических изгибных или крутильных колебаний с максимальной величиной напряжений вблизи свободной поверхности и присутствием градиента напряжений по сечению кристалла). [c.258]

Экспериментальные исследования рентгеновского рассеяния показали, что большинство кристаллов относится к мозаичному или к промежуточному типу (наблюдается экстинкционное ослабление интенсивности ярких линий). В отдельных экземплярах природных кристаллов (алмаз, кальцит и др.), а также искусственно полученных (германий, хлористый натрий, металлы) четко проявляется динамическое рассеяние как в отношении ширины, так и интегральной интенсивности. Такие идеальные кристаллы представляют большой интерес для оптики рентгеновского диапазона длин волн и используются для изготовления рентгеновских интерферометров, резонаторов и для сверхмонохроматизации излучения и т. д. По отклонениям от динамического рассеяния можно исследовать методом рентгеновской топографии структурные несовершенства кристаллов (дислокации, дефекты упаковки). [c.110]

На недостаточность рассмотрения только одного размерного фактора при определении принадлежности системы к наномиру было отмечено в ряде работ [8-12]. М.И, Алымовым обращено внимание на тот факт, что при идентификации НСМ следует учитывать, кроме размерного фактора, также и состояние границ раздела с учетом плотности дислокаций. Сделан вывод, что к НСМ следует отнести только материалы с больщеугловыми границами [8,9]. И.Д. Морохов и др. [10] относят к НСМ материалы, у которых наибольший размер одного из структурных фрагментов меньще либо равен размеру, характерному для физического явления, например для прочностных свойств - размер бездефектного кристалла, для магнитных свойств - размер однодоменного кристалла для электропроводности - длина свободного пробега электронов. По физической классификации наноматериалов предельные значения размеров структурных элементов различны для разных свойств и материалов [10]. В табл. 5.1. приведены расчетные значения размеров частиц и зерен, в которых отсутствуют призматические дислокационные петли и краевые дислокации. Экспериментальные исследования структуры малых частиц методами просвечивающей электронной микроскопии показали отсутствие в них дислокаций. [c.150]

Как установлено в итоге многочисленных теоретических и экспериментальных исследований, пластическая деформация кристалла обусловливается перемещением в нем определенного рода дефектов кристаллической структуры, называемых дислокациями. Дислокации представляют собой в некотором смысле протяженные дефекты в двух измерениях дислокация имеет атомный размер (т. е. размер порядка ангстрем), в то время как ее длина бывает существенно большей. В поликристаллическом теле (каковыми являются технические металлы) отмеченные перемещения дислокаций происходят в основном в зернах поликристалла. В ходе процесса пластической деформации дислокации определенным образом размножаются и плотность их увеличивается, а связанное с этим усиление взаимодействия дислокаций увеличивает сопротивление их перемещению в теле и, тем самым, рост сопротивления пластической деформации, т е. упрочнение (наклеп). С развитием пластической деформации обычно возрастает плотность не только дислокаций, но и других микродефектов, что тоже увеличивает сопротивление пластической деформации. Сейчас известно много книг, в которых все это излагается достаточно подробно (см., например, Д. Халл, Введение в дислокации, Атомиздат, 1968, Ф. Макклинток, А. Аргон, Деформации и разрушение материалов, Мир . 1970). [c.63]

Многочисленные применения в течение более чем 30 лет метода Уоррена — Авербаха [76—78] и вариантного метода Вильсона [80, 81] привели к огромному количеству рентгеновских экспериментальных данных. Однако интерпретация уширения рентгеновских линий этими методами была недостаточно эффективной. Получаемые при этом значения среднего размера областей когерентного рассеяния О и среднего квадрата деформации (е )у д трудно связываются с микроструктурой деформированных твердых тел, например, с плотностью и параметрами распределения дислокаций и дисклинаций. Возможности метода Уоррена — Авербаха были проверены при исследовании распределения интенсивности рассеянных рентгеновских лучей цилиндрическими кристаллами, на оси которых расположена одна дислокация, в нескольких ранних работах Вилькенса [82—85]. При этом вычислялись коэффициенты Фурье кривой распределения интенсивности на дебаеграм.ме для отражений вплоть до третьего порядка. Рассмотрение в [82] проводилось в приближении линейной изотропной теории упругости для винтовой дислокации. Обработка коэффициентов Фурье по методу Уоррена — Авербаха показала, что получаемый размер блоков отличается от размера Я блоков неискаженного цилиндрического кристалла. Это обусловлено тем, что функция распределения Рп п) деформаций решетки е , которые расположены на расстоянии па в пределах области когерентности, имеет длинные хвосты , не соответствующие нормальному закону распределения. Эти хвосты функции Рп (е ) вызваны большими деформациями решетки вблизи линии дислокации. Кроме того, среднеквадратичные деформации (е ), полученные усреднением е , которое соответствует винтовым дислокациям, заметно отличаются от (е )у д, найденных методом Уоррена — Авербаха. Так, при ( а// ) >0,1 различие получается почти в 2 раза, причем (е,г)Хе у д- При л-)-О (е5-> [c.232]

Учитьшая продолжающуюся до настоящего времеш дискуссию о более сильном или более слабом упрочнении поверхностных слоев, возникает вопрос, почему разные авторы получают различные результаты при экспериментальном решеши данного вопроса. Прежде чем ответить на этот вопрос, следует заметить, чго работ, в которых проводились прямые структурные исследования, весьма мало. Так, имеется всего лишь 4 работы [157, 148, 177, 180], в которых авторы прямыми структурными методами (имеются в виду электронно-микроскопические исшедования) доказывают отсутствие приповерхностного градиента дислокаций, и 4 исследования [150,151,153,191],вкоторых авторы доказывают наличиеотрицательного градиента, т.е. наличие меньшей плотности дислокаций у поверхности по сравнению с объемом кристалла. Во всех же остальных работах авторы делали свои заключения на основании косвенных экспериментальных данных (по анализу эпюр остаточных напряжений, кривых а—е и т.д.). [c.78]

Кроме того, если даже проанализировать только упомянутые работы с прямыми структурными исследованиями, то видно, что полученные в них результаты нельзя сравнивать друг с другом и с результатами других работ, так как они получены, как справедливо отмечено в [152], при совершенно различных методических условиях. Поэтому полученные в них данные весьма противоречивы, а их трактовка в ряде случаев весьма субъективна. Например, основной вывод весьма корректной в методическом отношении работы Муграби [153] (автор замораживап дислокационную структуру с помощью облучения нагруженного образца нейтронами) сводится к доказательству меньшей плотности дислокаций у поверхности по сравнению с объемом кристалла. Однако полученные автором [153] данные подтверждают этот вывод лишь для конца П стадии деформационного упрочнения, в то время как для начальной стадии деформации автор получает экспериментальные данные совершенно противоположные своему заключению (см., например, левую часть кривых на рис. 6 работы [153], где плотность дислокаций у поверхности несколько выше, чем в объеме). В то же время автор почему-то заявляет, что при переходе от [c.78]

Как было показано в гл. 1 (см. также обзоры [309—313]), общей чертой большинства экспериментальных работ, вьшолненных рентгенографическими [8—31], электронографическими [32], поляризаиионноопти4ески-ми [33, 34], металлографическими [36—43] и другими методами исследования [44—84], является то обстоятельство, что начало процесса пластического течения чаще всего связывают с поверхностными слоями кристаллов. При этом предполагается, ло за начальную стадию пластического течения ответственными являются в основном поверхностные источники дислокаций [1,2,5,7,33,135, 156, 159-163]. [c.85]

Заканчивая рассмотрение основных закономерностей зарождения и размножения дислокаций вблизи свободной поверхности, следует отметить, что они могут быть обусловлены также особенностями атомно-электронной структуры и динамики кристаллической решетки в поверхностных слоях твердого тела [309-312], [380-413] и, как следствие этого, влиянием указанньгх факторов на особенности изменения соответствующих термодинамических параметров с учетом определенного удельного вклада термодинамических функций, относящихся к свободной поверхности кристалла [380, 414—422]. Принципиальная возможность появления такого рода эффектов предполагалась и обсуждалась в работах [108, 109,309 -312,368, 380, 414—453]. Причем, по-видимому, вклад этих эффектов будет максимально проявляться для систем, имеющих большую удельную долю поверхности и малые поперечные размеры (тонкие пленки, дисперсные системы и порошки, нитевидные кристаллы и др.). Еще несколько лет тому назад прямых экспериментальных данных по характеру атомно-электронной структуры и динамике кристаллической решетки в поверхностных слоях было очень мало, однако быстрое развитие в последнее десятилетие нового физического метода исследования поверхности твердого тела — метода дифракции медленных электронов (ДМЭ) позволило получить эти данные. [c.123]

Заслуживает внимания следующий пример экономичности в эксперименте Тэйлор на базе трех опытов с монокристаллами алюминия, четырех с железом, по одному с медью и золотом и трех или четырех испытаний с поликристаллами меди и алюминия разработал кинематику предельной деформации сдвига в условиях. МОНо- и двойного скольжения, предложил физическую теорию дислокаций, согласующуюся с построенными им теоретически параболическими функциями отклика для определяющего сдвига, и сконструировал первую правдоподобную, правда существенно ограниченную, теорию пластической деформации среды, основанную на наблюдениях монокристаллов. То, что сорок лет последующих исследований выдвинули серьезные вопросы, касающиеся статистического происхождения моноскольжения и применимости кинематики двойного скольжения в области параболического упрочнения, рассматриваемой Тэйлором то, что его теория дислокаций оказалась слишком примитивной, чтобы продолжать существовать в предложенной форме, и то, что ограниченность допущений его теории поликристаллического тела и неуспех с включением в ее формулировку условия равновесия напряжений мешали полной корреляции с наблюдением, не могут заслонить тот факт, что работа Тэйлора примерно на протяжении десятилетия давала толчки для большого числа последующих экспериментальных и теоретических исследований в области пластичности кристаллов. [c.125]

За последние годы наука о прочности, как один из разделов материаловедения и физики твердого тела, претерпела огромные изменения. Достаточно назвать экспериментальное достижение теоретической прочности в нитевидных кристаллах, широкое применение теории дислокаций для понимания атомного механизма деформации и разрушения и многое другое. Однако ни один из разделов учения о прочности не претерпел столь резких принципиальных изменений, как разрушение. Этих изменений много и они разные, и может быть наиболее важным является то, что центр тяжести переносится все больше на исследование предстадий полного разрушения. Введены и вводятся новые методы оценки разрушения. Однако прикладная линия пока мало меняется расчеты большей частью относятся к упругой области, реже — к пластической и особенно редко к области разрушения в большинстве случаев испытания проводятся при осевом растяжении с определением пределов прочности, текучести, удлинения, сужения и реже при других испытаниях с определением пределов усталости, ползучести, чувствительности к надрезу, трещине и некоторых других характеристик. Это малое изменение прикладной линии вызвано объективными причинами недостаточной разработкой новых методов, сложностью трактовки и отсутствием в некоторых случаях надежных критериев. [c.5]

Появление элементов теории дислокаций относится к 20-м годам этого столетия (работы Я. И. Френкеля, Дж. Тейлора, Е. Орована и др.). Однако экспериментальное подтверждение существования дислокаций получено лишь в 50-х годах благодаря развитию экспериментальных средств исследований строения кристаллов. Существование дислокаций было подтверждено как прямыми методами исследования (с помощью ионного проектора, рентгеновской топографии, электронномикроскопического исследования), так и косвенными методами исследования (метод ямок травления, муаровых фигур и др. [49]). [c.20]

Из этих расчетов видно, что дпя смещенйя атомов на одно межатомное расстояние необходимо иметь достаточно большое касательное напряжение. Экспериментальное подтверждение приведенных теоретических результатов было получено при испытании микроскопически тонких усов, состоящих из кристаллов высокой степени совершенства. Фактические, определяемые из опытов напряжения, при которых появляется пластическая деформация у металлов, значительно (в десятки и сотни раз) меньше теоретических. Объяснение этого несоответствия было дано рядом ученых в начале 30-х годов XX в. Ими на основании обширных исследований доказано, что перенос вещества, возникающий благодаря пластичности кристаллов,, происходит с помощью дислокации, т. е. не- совершенств, дефектов кристаллической решетки в ме- А слокя1ри стах, где имеются атомы или группы атомов, смещенные из положения устойчивого равновесия. Позже экспериментально было установлено существование дислокаций и нх основных характеристик. ( [c.83]

Дефекты кристалла, такие, как мозаичность структуры, дислокации и др., явно нежелательны в тех случаях, когда целью является исследование свойств идеальных кристаллов. Влияние мозаичности, рассмотренное в разд. 8.5, особенно существенно, если магнитное поле сильно отклоняется от направления осей симметрии. Грубых искажений, таких, как изгиб кристалла или включение блоков с другой ориентацией, можно избежать тщательным изготовлением кристалла и аккуратным с ним обращением, однако некоторые остаточные дефекты не удается полностью устранить. Как мы увидим далее эти остаточные дефекты часто дают основной вклад в наблюдаемый фактор Дингла, так что ског е следует обсуждать их влияние как основной механизм, а не считать его экспериментальным артефактом. [c.445]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...