Дислокации поверхностные

Схемы V—F/7 на рис. 2 характеризуют деформацию и разрушение при повышенных температурах и малых напряжениях, когда градиент плотности и скорости дислокаций поверхностных и объемных источников уменьшается и поверхностные источники уже не играют преобладающей роли. При реализации механизма по схемам V—VI как напыленный слой, так и переходный, интерметаллический, способствуют упрочнению композиций, и в этом случае на дислокации действуют поляризационные силы отталкивания. В структуре наблюдается образование мелкодисперсных частиц и плотных сеток дислокаций. [c.107]

Поскольку JV представляет собой объем тела, растворяющийся с единицы поверхности за единицу времени, а коэффициент а = ]/и где V — активационный объем дислокаций при пла-. стическом течении, по существу численно может быть охарактеризован как максимально возможная динамическая плотность дислокаций (т. е. плотность их в момент течения), то выражение (211) формально можно интерпретировать следующим образом. Дополнительный поток дислокаций при хемомеханическом эффекте образуется в результате насыщения дислокациями поверхностного слоя до максимально возможной динамической плотности, а затем стравливания этого слоя со скоростью химического растворения. Насыщение дислокациями растворяющегося слоя возможно ввиду несравнимых величин скоростей размножения и движения дислокаций, с одной стороны, и растворения тела с другой стороны. Так, при обычных значениях скоростей коррозии стравливание одного моноатомного слоя занимает секунды и более секунды, а дислокационные процессы совершаются с околозвуковыми скоростями. Образование поверхностных источников дислокаций в процессе реализации хемомеханического эффекта приводит к быстрому насыщению поверхностного слоя дислокациями, что создает условия для множественного скольжения (в том числе поперечного скольжения дислокаций) и, следовательно, для разрушения ранее сформировавшихся плоских скоплений, т. е. для релаксации микронапряжений и разупрочнения. [c.126]

При циклическом деформировании металла с малыми амплитудами в поверхностно-активной среде также возникает более высокая плотность дефектов, расположенных равномерно по объему образца, чем при испытании в воздухе. При высоких амплитудах деформации, вследствие высокой скорости накопления дислокаций, поверхностно-активная среда способствует более быстрому упрочнению поверхностных слоев металла. [c.16]

Многие из поверхностных дефектов представляют собой ряды и сетки дислокаций. Поверхностные дефекты, особенно границы между разориентированными участками зерна, влияют на физические свойства. Так, чем мельче зерно, тем выше предел текучести, вязкость и меньше опасность хрупкого разрушения. Вдоль границ зерен и блоков быстрее протекает диффузия, особенно при нагреве. [c.35]

Кристаллические решетки зерна могут иметь различные структурные несовершенства точечные, линейные и поверхностные, которые возникают в результате образования вакансий — мест не занятых атомами дислоцированных атомов, вышедших из узла решетки дислокаций, возникающих при появлении в кристалле незаконченных атомных плоскостей примесных атомов, внедренных в кристаллическую решетку. [c.7]

Зародыши обычно образуются на границах зерен и субзерен, в скоплениях дислокаций, включениях, порах, что связано с уменьшением затрат на приращение поверхностной энергии. Распад также интенсифицируется после деформации, которая повышает плотность дислокаций. При медленном охлаждении и малой степени переохлаждения образуются близкие к равновесию стабильные фазы с некогерентными границами раздела. Для них характерно гетерогенное зарождение на высокоугловых границах зерен и скоплениях вакансий (кластерах). В результате возможно образование сетки выделяющейся фазы по границам зерен. [c.498]

В ней велико значение энергии дислокаций 1Е. Причем чем выше пло -ность дислокаций, тем больше их энергия IV и меньше значение фрактальной размерности Df материала зоны. Фрактальная размерность по толщине переходной зоны изменяется от 3 к 2. Поэтому поверхностная энергия Л может быть найдена как интегральная разность между размерностью окружающего пространства и фрактальной размерностью материала переходной зоны [c.111]

Итак, особенность структуры поверхностного переходного слоя заключается в наличии зоны скопления дислокаций совместно с вышележащей пористой зоной, насыщенной вакансиями. Структура вещества переходного слоя, а также скоплений данных дефектов носит фрактальный характер. [c.121]

Снижение поверхностной энергии облегчает выход дислокации. Поверхностные пленки могут заметно усиливать сопротивление выходу дислокаций, и тем сильнее, чем больше отличаются параметры решетки, характер кристаллической структуры и степень поликристалличности пленки. Удаление пленок заметно влияет на напряжение, необходимое для работы источников дислокаций, а следовательно, на предел текучести. [c.54]

Т. к. время до спонтанной аннигиляции дислокаций или до их выхода из кристалла велико, то обычно любой кристалл содержит дислокации. Выращивание бездис-локац. кристаллов макроскопич. размеров возможно лишь при соблюдении ряда спец. мер. Осп. долю энергии дислокации составляет энергия упругих искажений решётки вокруг неё на единицу длины дислокации она порядка 0,1Gb, где G — модуль сдвига, т. е. ок. 10 эВ на атомную плоскость, перпендикулярную оси дислокации. Поверхностная энергия Д. упаковки в разл. металлах и сплавах 7 10—200 мДж-м , для межзё-ренных границ f/ -l Дж М . Энергия макроскопич. трёхмерных Д- определяется в осн. их поверхностной энергией и энергией упругих искажений. [c.595]

Рассмотрим теперь энергетические особенности наиболее распространенной схемы гетерогенного зарождения дислокаций - образование их вблизи поверхностных ступенек. Возможная схема генерации дислокации поверхностными ступеньками приведена на рис. 58 [128]. Ступеньки разных знаков А н В превращаются при растяжении кристалла в дислокации А" н в в разных шстемах скольжения I и II. Моноатомная ступенька на поверхности способна образовать не только единичную дислокацию, но при определенных условиях может действовать как источник множества дислокаций по двум системам скольжения. Коэффициент концентрации напряжений К на ступени роста выражается формулой [341] К = 1 +а(а/г) , где а — высота ступеньки г — радиус кривизны ее основания а — постоянный коэффициент. [c.90]

Промежуточный случай представляют собой полукогерентные зародыши в этом случае высокая упругая энергия, характерная для когерентной структуры, понижается благодаря встраиванию в поверхность раздела соответствующего ряда дислокаций поверхностная же свободная энергия, которая представляет собой главным образом энергию дислокационного ряда, соответственно повышается. Полукогерентная поверхность раздела может образовываться тогда, когда зародыш пластинчатой формы достигает такого размера, что естественная длина какого-либо вектора решетки р-фазы, лежащего в плоскости поверхности раздела, будет отличаться от длины параллельного вектора в а-фазе приблизительно на одно межатомное расстояние. [c.238]

В работах Е. С. Махлина исследованием влияния поверхности на прочностные свойства выявлены четыре возможных эффекта при взаимодействии дислокаций с поверхностью эффект выхода дислокаций, поверхностное торможение, поверхностное закрепление и эффект силового поля. Эффектом выхода дислокаций определяются любые возможные барьеры, которые препятствуют выходу дислокаций на свободную поверхность. Показано, что в общем случае при взаимодействии дислокаций со свободной поверхностью следует рассматривать отношение силы зеркального отображения к силе, препятствующей выходу на поверхность — ОЫсу, здесь О — модуль сдвига, Ь — вектор Бюргерса, у — поверхностная энергия ступеньки при выходе дислокации на поверхность, с — численный коэффициент, который по разным источникам имеет различные значения. При с = 4 для некоторых веществ д имеет следующие значения [c.29]

Поверхностная пластическая деформация рассматривается с учетом особенностей поверхностных слоев в процессе образования, движения и выхода на поверхность дислокаций. Е.С. Махлин [33] предложил учитывать четыре возможных эффекта при взаимодействии дислокаций с поверхностью выхода дислокаций, поверхностного торможения, поверхностного закрепления и силового поля. [c.327]

Качеству затравки уделяют особое внимание, поскольку ее структурное соверщенство во многом определяет соверщенство выращиваемого кристалла. Затравки вырезают из монокристаллов, кристаллографически ориентированных относительно направления вытягивания определенным образом, с минимальной плотностью дислокаций. Поверхностные нарущения удаляют химическим травлением и полировкой. Сечение затравки (имеющее форму квадрата или треугольника) делают минимально возможным для того, чтобы число дислокаций, наследуемых выращиваемым монокристаллом и возникающих вследствие термоудара, было минимально. Однако сечение затравки не должно быть слишком малым, иначе произойдет разрыв между затравкой и выращиваемым монокристаллом при вытягивании. Затравка должна быть ориентирована таким образом, чтобы облегчить движение и выход на поверхность кристалла дислокаций, проросших из затравки, и обеспечить максимальную симметризацию формы растущего кристалла. Например, кристаллы со структурой типа алмаза на практике часто выращивают вдоль направления <Н1>, перпендикулярного плоскости с теми же индексами, так как плоскости П1 являются плоскостями скольжения, в которых легко перемещаются дислокации, образованные различными источниками. Стремление к выращиванию симметричных монокристаллов (цилиндры с постоянным по длине диаметром) имеет глубокую основу. Однородность формы означает однородность и симметрию теплового режима роста монокристаллов, постоянство скорости кристаллизации и, в конечном счете, однородность электрофизических параметров по длине и поперечному сечению кристалла (см. ниже). Как правило, для максимальной симметризации теплового режима системы тигель и растущий кристалл вращаются в противоположных направлениях, при этом обеспечиваются и наилучшие условия перемешивания расплава. [c.227]

Рассмотрим, в каких случаях зарождение микронесплошно-сти на включениях приводит к образованию острой микротрещины, а в каких —поры. При зарождении микротреш,ины на включении, для того чтобы инициировать хрупкое разрушение матрицы, микротрещине нужно преодолеть межфазную границу между включением и матрицей, т. е. некоторый эффективный барьер, мерой которого является эффективная поверхностная энергия межфазной границы. В случае непрочных включений или непрочных связей матрица — включение (например, крупные включения сульфидов марганца MnS или глинозема АЬОз) зарождение микротрещины будет происходить при небольших пластических деформациях и малых скоплениях дислокаций у включений [см. уравнение (2.7)]. Движущей силой прорастания микротрещины по включению или по межфазной границе в основном является энергоемкость дислокационного скопления, так как вклад внешних напряжений при малой длине зародышевой трещины невелик [121]. Процесс зарождения микротрещины происходит за счет свала дислокаций в образующуюся несплошность. Поскольку в данном случае энергоемкость дислокационного скопления мала, то вполне вероятно, что зародышевая трещина не сможет преодолеть межфазную границу, притупится и превратится в пору. [c.110]

При этом принятые допущения имеют разумное физическое объяснение. Известно, что в поверхностных слоях металла зарождение скользяЩ Их дислокаций значительно облегчено по сравнению с глубинными слоями. Феноменологически это явление связано со снижением напряжения микротекучести материала в поверхностных слоях образца [1, 190]. В результате при весьма низких нагрузках может зародиться микротрещина, размер которой соответствует размеру поверхностного слоя [191]. В то же время при образовании трещины длиной 1° сопротивление пластическому деформированию в окрестности ее вершины увеличивается (деформирование происходит не у свободной поверхности) и дальнейший рост трещины возможен только при нагрузках, приводящих к обратимой пластической деформации материала (строго говоря, к процессам микротекучести) в объеме, большем чем размер зерна, т. е. при А/С > > AKth. [c.220]

Считают, что коррозия ускоряет пластическую деформацию напряженного металла путем образования поверхностных решеточных вакансий, в частности сдвоенных вакансий (дивакансий). Последние при комнатной температуре диффундируют внутрь металлической решетки сквозь зерна и границы зерен металла на порядок быстрее, чем моновакансии . Появление дивакансий облегчает пластическую деформацию вдоль плоскостей скольжения вследствие процесса переползания дислокаций. Чем выше скорость коррозии, тем больше доступность дивакансий и, следовательно, тем более выражено образование выступов и впадин, включающихся в процесс развития усталости. Существование минимальной скорости коррозии, необходимой для развития коррозионной усталости, позволяет предположить, что с уменьшением скорости коррозии снижается и скорость образования дивакансий. Концентрация див.акансий падает, и прекращается их влияние на движение плоскостей скольжения возможно такое падение концентрации, при котором дислокации аннигилируют или заполняются атомами металла. [c.163]

ПО объему кристаллического зерна путем замены одного атома в кристаллической решетке другим, но этот путь требует очень высоких энергий активаций, соизмеримых с энергией кристаллической решетки. Например, торий диффундирует в вольфраме объемно, требуя энергии активации 502 кДж/моль. Если диффузия идет по границам зерен, где имеется много нарушений кристаллической структуры — вакансий и дислокаций, то энергия активации составляет 393,5 кДж/моль. При поверхностной диффузии тория по вольфраму энергия активации составляет всего 278 кДж/моль (торирование вольфрама). Соответственно резко изменяются коэффициенты диффузии, так как уравнение для коэффициента диффузии аналогично уравнению константы скорости химической реакции в зависимости от температуры [c.299]

В холоднодеформированном металле при нагреве миграция границ зерен и изменение их размера и формы имеет свои специфические особенности. В этом случае получает развитие процесс рекристаллизации обработки или первичной рекристаллизации. Движущей силой процесса служит накопленная при пластической деформации энергия, связанная в основном с образованием дислокаций, имеющих высокую плотность (до 10"...10 см ). Рекристаллизация обработки приводит к образованию новых равноносных зерен с обновленной кристаллической решеткой. При этом свободная энергия рекристаллизованного металла становится меньше, чем деформированного вследствие уменьшения плотности дислокаций (до 10. ..10 см ). Процесс состоит из образования зародышей новых зерен и их роста. Имеется определенная аналогия с фазовыми превращениями диффузионного типа. Накопленная в объеме зерен энергия деформации примерно в 100 раз выше поверхностной энергии их границ, поэтому рекристаллизация на первых этапах может привести к образованию мелких зерен и увеличению их числа (по сравнению с деформированным металлом). [c.507]

Следующая зона II (см. рис. 75), расположенная в сторону вышележащих подповерхностных зон переходного слоя, имеет рыхлую, пористую структуру, связанную с обрывом большого количества дислокаций в нижележащей зоне. Она может быть описана как губка Менгера. В ней реализуются растягивающие напряжения. Фрактальная размерность заполнения веществом материала трехмерного пространства в данной зоне принимает значения в интервале 3>Л ° >2,5. Понижение фрактальной размерности и плотности вещества происходит за счет роста количества вакансий и пор в данной зоне переходного слоя. Фрактальная размерность структуры дефектов увеличивается по толщине зоны в направлении от объемной части и увеличивает энергетическое содержание данной области переходного поверхностного слоя. [c.119]

Известно, что дислокации являются "емкостью" (стоком) для вакансий в подповерхностной части I перехо.дного слоя. Следовательно, сочетание их структуры со структурой разрыхленной зоны, включающей вакансии, является автогенерирующейся и автосохраняюшейся системой дефектов в поверхностном переходном слое кристаллтеского материала. [c.120]

Предложенная схема формирования структур поверхностного переходного слоя путем образования и взаимодегхтвия зоны скопления дислокаций и пористой структуры типа губки Менгера позволяет объяснить снятие поверхностного сжимающего напряжения твердых тел. Гиббс подчеркивал, что поверхностное натяжение, или, точнее, поверхностная энергия - это работа, необходимая для образования поверхности, в то время как поверхностное напряжение представляет собой работу, требуемую идя растяжения поверхности. [c.120]

Рис, 76, Схема механизма снятия поверхностного напряжения дислокациями и вакансиями (по Даннингу- [73] [c.121]

Таким образом, в процессе пластического течения материала дислокации возникают, движутся, тормозятся на границах структурных элементов и образуют скопления на этих границах. С увеличением плотности дислокаций уменьшаются междислокационные расстояния, что приводит к росту сил междислокационного взаимодействия. При некоторой критической плотности дислокаций в образовавшемся дислокационном ансамбле возникает "сильное" взаимодействие, приводящее к коллективным эффектам [78]. При этом образующиеся скопления дислокаций на границах зерен являются зоной I переходного поверхностного слоя (см, рис. 75), то есть зоной скогшения дислокаций, которая создает сжимающие напряжения кристаллической решетки и обусловливает на начальных этапах сопротивление пластическому течению (состояние наклепа материала по достижении критической плотности дислокаций). Снижение прочности, как правило, наблюдается только под действием жестких напряженных состояний, в которых преобладают растягивающие напряжения. [c.129]

Образование пористой структуры переходного поверхностного слоя, обусловливающее вязкое разрушение материала, происходит не во всех случаях. Это характерно, в основном, для веществ с высокой энергией дефектов упаковки (высокочистый алюминий - 200 мДж/м , медь - 50 мДж/м ). Для таких веществ характерно образование ячеистой стрзтоуры дислокаций, формирующейся на стадий упрочнения. Образование и рост микропор происходит вдоль стенок дислокационных ячеек. Для сплава Си - 7% А] с низким значением дефектов упаковки (3 мДж/м ) отсутствие ячеистой структуры ограничивает образование мйкропор в процессе разрушения. [c.130]

Итак, сопротивление разрушению твердых тел определяется диссипативными процессами, в течение которых в материале происходит формирование зон поверхностных переходных слоев - зоны скопления дислокаций и аморфной зоны с фрактально пористой структурой. Показателем диссипативных свойств материала при самоподобном разрушении является фрактальная размерность, учитывающ.ая вклад в диссипацию энергии двух основных механизмов пластической деформации (образование зоны скопления дислокаций) и образования иесппошностей (образованиие аморфной зоны и переходного слоя вблизи вершины трещины). [c.131]

При переходе непосредственно от однородного распределения свойств в объемной части кристаллического тела (D =3) наблюдается массовый выход дислокаций и формируется первая подповерхностная зона I с повышекной плотностью данных линейных дефектов (рис. 6.16). В этой зоне осуществляется самоорганизация дислокационных скоплений в замкнутые ячеистые, спиральиыс или другие структуры. Сжимающие напряжения в ней обеспечивают сохранение форл ы и свойств граничащей с ней объемной фазы, которая простирается вглубь объекта. В частности, увеличение плотности дислокаций способствует упрочнению материала, что используется в некоторых технологических методах поверхностной обработки сталей. [c.300]

Кроме того, в вершине возникающей трещины образуется аморфная зона материала, соответствующая зоне II поверхностного переходного слоя -разрыхленного "квазижидкого" участка. В этой пластической области вследствие активизации процессов диффузии дислокаций происходит локальное повышение температуры, регистрируемое тепловизорнь методом [172]. Это еще более активизирует процесс дальнейшей аморфизации материала у вершины трещины, генерируя структуры предплавления. Последнее вызывает взаимосогласованное, автокаталитическое размножение дефектов. [c.316]

Что представляют из себя скопления дислокаций на границах структурных элементов и несплошиостях с точки зрения. формирования структуры поверхностного переходного слоя [c.378]

Обнаружено три (от поверхности) различные по структуре и фазовому составу зоны. Холодное волочение стали уже при минимальной скорости сопровомсдпется снижением доли перлитных колоний в при поверхностной зоне и некоторым ростом их в центральной, Увеличение скорости волочения сопровождается практически полным исчезновением перлита в приповерхностной зоне. Одновременно с этим су1цественно возрастает доля перлита в центральной зоне образца. Плотность дислокаций наименьшая в первой зоне и достигает максимума в третьей. Также меняется кривизна — кручение решетки. [c.65]

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу Конструкционная прочность машиностроительных материалов на факультете Машиностроительные технологии (кафедра Материаловедение ) и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные на1 рузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс устаттости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кри-сталтгической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-наций, двойников, 1 раниц блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления струк-туршз1х повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов. [c.4]

Интенсивность микропластической деформации на этой стадии циклического деформирования в приповерхностных слоях металла выше, чем во внутренних объемах. Об этом свидетельствуют данные рентгеноструктурного анализа с использованием послойного удаления металла и сравнения плотности дислокаций в объеме и в приповерхностных слоях металла. Причина такого поведения связана с рядом факторюв особенностью закрепления приповерхностных источников дислокаций (имеющих одну точку закрепления), у которых критическое напряжение начала их работы значительно ниже, чем у источников в объеме наличием в поверхностном слое более грубой, чем в объеме, дислокационной сетки Франка (в этом случае для генерирования дислокаций требуется меньшее напряжение) наличием поверхностных коицен-граторов напряжений различием скоростей движения дислокаций у поверхности и внутри металлов и т.д. Есть данные, что стадия циклической микро-текучести может не наблюдаться при испытаниях на усталость с постоянной амплитудой пластической деформации за цикл. [c.24]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...