Дислокации и прочность кристаллов

А не может ли случиться так, что все дислокации выйдут на поверхность кристалла В этом случае они были бы исчерпаны, и прочность кристалла резко возросла. Однако этого никогда не произойдет, и вот почему. Английский ученый Ф. Франк и американский ученый В. Рид в 1950 году открыли явление образования новых дислокаций в процессе пластической деформации. Представьте себе краевую дислокацию закрепленной в крайних, неподвижных точках. Под действием напряжения она сначала выгнется, а затем начнет излучать замкнутые расширяющиеся кольца дислокаций. Расчеты показали, что величина напряжения обратно пропорциональна радиусу кривизны линии дислокации. [c.48]

Препятствием к практическому применению металлов, свободных от влияния дислокаций, т. е. нитевидных кристаллов, являются их малые размеры. При увеличении их до 0,25 мм толщины и до 100 мм длины оказалось, что в них появляется много дислокаций и прочность их значительно снижается. Поэтому нитевидные кристаллы в настоящее время можно применить только в виде плетеных тросов или в виде ткани, преимуществом которых является их необычно высокая прочность. [c.62]

Особенно велико влияние дислокаций на прочность кристаллов. Благодаря подвижным дислокациям экспериментально определенный предел текучести металлов в 1000 раз меньше теоретического значения. При значительном увеличении плотности дислокаций и уменьшении их подвижности прочность увеличивается в несколько раз по сравнению с отожженным состоянием. Прочность бездефектных участков (в том числе длинных и тонких усов , полученных кристаллизацией из газовой фазы) приближается к теоретической (рис. 1.20). [c.34]

Теорией дислокаций доказывается не только реальная прочность кристаллов, но и объясняется ряд механических и физических свойств металлов и сплавов например, зависимость деформации от напряжения старение хрупкость влияние ства изменение плотности, электроп внутреннее трение полиморфизм [c.17]

Линейные дефекты малы в двух измерениях, в третьем они могут достигать длины кристалла (зерна). К линейным дефектам относятся цепочки вакансий, межузельных атомов и дислокации. Дислокации являются особым видом несовершенств в кристаллической решетке. С позиции теории дислокаций рассматриваются прочность, фазовые и структурное превращения. [c.265]

Все существующие методы упрочнения (наклеп при прокатке, легирование, термообработка и др.) связаны с увеличением плотности дислокаций и позволяют повысить прочность до значений порядка 10 С. Более заманчивым является получение бездефектных кристаллов, которые должны обладать прочностью, близкой [c.136]

Рис. 4.19. Образование трещины под ХОДИТ процесс, невысока, то действием нормальных напряжений головная дислокация у барьера остановится, движущаяся за ней дислокация начнет как бы наваливаться , на нее и она будет испытывать при этом давление. Если у препятствия затормозится ряд следующих друг за другом п дислокаций, то головная дислокация будет испытывать напряжение, и-кратно превосходящее внешнее. Это напряжение может оказаться настолько большим, что превзойдет прочность кристалла и вблизи головной дислокации зародится клиновидная трещина, которая возникает вследствие объединения ближайших к препятствию дислокаций.

Вид периодической функции для х х) совпадает с функцией, используемой в выводе теоретической прочности по Френкелю. Однако существенное различие здесь в определении ф(л ), изменяющейся в пределах Ь/2. Этой функцией описывается взаимное смещение двух атомов, расположенных один против другого по разные стороны от плоскости скольжения в ядре дислокаций, т. е. эта функция описывает смещение атомов в ядре дислокации от участка плоскости скольжения, на котором скольжение произошло, к участку, на котором скольжение не произошло. Ширина этого перехода вдоль плоскости скольжения, в пределах которого смещения составляют i/4, т. е. 50% от общего, носит название ширины дислокации и служит мерой плавности этого перехода. Когда этот переход происходит в интервале (1—2) Ь, дислокация узкая, а когда интервал более 56, дислокация широкая. Широкие дислокации характерны для металлов, узкие — для ковалентных кристаллов типа алмаза с направленным характером связи. Для широких дислокаций характерно меньшее смещение атомов выше плоскости скольжения относительно положений атомов ниже этой плоскости, в связи с чем энергия несовпадения и величина энергии А.Е, расходуемая на преодоление сил связи в ядре дислокации, будут меньше. Поэтому подвижность дислокации возрастает с увеличением ее ширины. [c.62]

GI2—Gl значительны и имеют порядок теоретической прочности кристалла. Так как обычно tпонятия силы f, действующей на единицу длины дислокации, и силы fa линейного натяжения дислокации [см. формулу (35)]. Рассмотрим задачу о равновесии дислокационного отрезка, закрепленного на концах, в поле постоянного напряжения т (рис. 33). На элемент дуги 6L действует сила fi=/6L = [c.65]

Наиболее строгое обоснование причин расхождения реальной и теоретической прочности дает дислокационная теория скольжения, на основе которой показано, что локализованное скольжение при наличии дислокаций в кристаллической решетке может начаться при весьма небольших напряжениях. Таким образом, причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Если резко снизить количество таких несовершенств и таким образом приблизить кристаллическое строение металла к совершенному, то его прочность должна быть близка к теоретической. Это положение нашло в последние годы непосредственное экспериментальное подтверждение. Нитевидные кристаллы (усы) показывают высокую прочность, приближающуюся к теоретической. [c.97]

Таким образом, теория дислокаций устраняет противоречие между теоретическим и реальным значениями прочности кристаллов на сдвиг. [c.51]

Низкая прочность кристаллов на сдвиг обусловлена наличием в них уже готовых дислокаций и генерированием их в процессе сдвигообразования. С другой стороны, известно, что по мере развития пластической деформации и роста количества дефектов кристалл упрочняется. Сущность такого упрочнения состоит во взаимодействии дислокаций друг с другом и с различного рода дефектами решетки, приводящем к затруднению перемещения их в кристалле. [c.51]

Одним из важнейших критериев пригодности материала для применения его в элементах конструкции является способность сохранять в рабочих условиях необходимый уровень механических свойств. Поэтому явлениям этого класса в табл. 2 уделено первое место. Механические свойства сильно подвержены воздействию облучения, так как механизмы движения дислокаций весьма чувствительны к дефектам кристаллической решетки, В облученном кристалле движущимся дислокациям необходимо преодолевать, кроме обычного рельефа Пайерлса и сил взаимодействия с исходными дислокациями и другими несовершенствами структуры, еще целый спектр барьеров радиационного происхождения изолированные точечные дефекты и их скопления, кластеры и дислокационные петли вакансионного и межузельного типов, пары, выделения, возникающие в результате ядерных превращений. Облучение, как правило, вызывает повышение пределов текучести и прочности, ускоряет ползучесть материалов, снижает ресурс пластичности, повышает критическую температуру перехода хрупко-вязкого разрушения. [c.11]

Теория дислокаций впервые объяснила причину огромного различия теоретически рассчитанной прочности кристаллов с совершенной структурой и экспериментально определяемой прочности дефектных кристаллов. И. А. Одингом еще в конце 50-х годов была предложена гипотетическая зависимость прочности кристаллов от плотности дефектов, в частности дислокаций в кристаллах, в соответствии с которой один из путей повышения прочности, сопротивления сдвигу состоит в увеличении плотности дефектов решетки и их оптимального распределения в объеме материалов. Поскольку облучение быстрыми частицами является мощным способом создания целого комплекса дефектов решетки, оно и должно оказывать существенное влияние на механические свойства кристаллических тел. [c.60]

Вполне возможно, что величина теоретической прочности в виде (2.14) более приемлема, чем, скажем, значение, принятое в теории дислокаций и равное напряжениям начала пластического течения бездефектного кристалла a =G/2Ti(l- ), Ь - коэффициент Пуассона. Это выражение приводится в многочисленной литературе, например, [4-6, 11]. Для меди По составляет 10600 МПа. [c.54]

В настоящее время удалось получить кристаллы, практически не содержащие дислокаций. Эти нитевидные кристаллы небольших размеров (длиной 2—Ш мм и толщиной 0,5—2,0 мкм), называемые усами , обладают прочностью, близкой к теоретической. Так, предел прочности нитевидных кристаллов железа составляет 13 000 МПа, меди 3000 МПа и цинка 2250 МПа, по сравнению о пределом прочности технического железа 300 МПа, меди 260 МПа и цинка 180 МПа. [c.111]

Основной причиной очень низкой прочности металлических кристаллов является также наличие у них источников дислокаций типа Франка-Рида, которые обладают способностью образовывать дислокации при приложении сравнительно небольших напряжений. Источник Франка-Рида действует следующим образом. Дислокация, находящаяся на плоскости скольжения и закрепленная концами, постепенно загибается под действием равномерно распределенных напряжений в петлю, растущую симметрично. Наконец, обе ее стороны замыкаются, в результате чего образуется замкнутая петля дислокации и новый участок дислокации, готовый снова загибаться и давать новую дислокацию и т. д., что резко снижает напряжение, необходимое для осуществления пластической деформации. Дислокаций при этом образуется чрезвычайно много, например, плотность дислокаций в отожженном металле изменяется примерно от 10 до 10 дислокаций на 1 лl а после пластической деформации она увеличивается примерно до 10 дислокаций на [c.55]

На свойства металлов большое влияние оказывает их дислокационная структура. Прочность бездислокационных кристаллов (теоретическая прочность) в сотни раз превышает прочность реальных материалов. При плотности дислокаций порядка 10 . .. 10 см , характерной для чистых неупрочненных металлов, сопротивление деформированию наименьшее. При увеличении плотности сверх указанных значений подвижность дислокаций снижается, что воспринимается нами как рост прочности. Эффективными способами повышения плотности дислокаций (и других дефектов) и снижения их подвижности являются легирование, пластическое деформирование (деформационное упрочнение), упрочняющая термическая и химико-термическая обработка. [c.51]

Барьерный эффект упрочнения при наличии твердых покрытий для случая монокристаллов рассмотрен в ряде работ [131, 132, 136]. В частности, на легкость прохождения дислокаций из подложки в пленку и на их подвижность в приповерхностном слое влияют следующие факторы [131, 132] структура пленки, ее прочность, толщина и адгезия пленки и кристалла-основы различие упругих модулей кристалла-основы и пЛенки влияние кристаллического строения пленки и кристалла-основы влияние поверхностных повреждений, вызванных растрескиванием пленки дислокационная структура и деформация кристалла-основы разупрочняющий эффект поверхностных пленок. [c.189]

Всем реальным кристаллам н кристаллическим материалам даже в термодинамически равновесном состоянии присущи те или иные дефекты строения (вакансии, дислокации и другие отклонения от совершенной структуры), есте твенно, что измеряемая экспериментально прочность обычно имеет гораздо мень- [c.81]

Усилие, необходимое для пластической деформации. кристалла, определяется двумя факторами наличием дислокаций и возможностью их перемещения. Идеальный кристалл, не имеющий дефектов строения в форме дислокаций, потребовал бы очень больших усилий. В настоящее время проводят исследования по выращиванию монокристаллов с ничтожным количеством дислокаций. Прочность таких монокристаллов близка к теоретической. Эти кристаллы имеют вид нитей ( усов ) длиной от долей до нескольких десятков миллиметров и диаметром от долей до нескольких десятков микрон. [c.115]

Двухмерные дефекты типа двойников (см. Двойнико-вание), трещин или мартенситных включении также могут проявлять себя как дипамич. образования. Наряду с дислокациями они играют определяющую роль в пластичности и прочности кристаллов. [c.620]

Дислокации обоих видов обладают свойствами подвижности и размножения. Для движения и размножения дислокаций достаточны относительно малые напряжения. Относительно малая прочность кристалла объясняется наличием в.-ней дефектов дислокационного типа. Передвижение дислокации от одного атомного ряда рещётки к следующему требует малых изменений в расположении атомов. В ряде дислокаций атомы значительно смещены относительно своих нормальных мест в рещетке. Если ядро велико по сравнению с параметрами рещетки, то напряжения сдвига, необходимые для перемещения дислокации, становятся исчезающе малыми. Поэтому пластичность материалов объясняется увеличением [c.324]

Напряжения в окрестности ядра дислокации, как видно из (25) и (28), приближаются к теоретической прочности кристалла GbJ2n при г = Ь. В области г= = (l,5- 2)b, где линейная теория упругости еще дает удовлетворительные результаты, величина упругих деформаций составляет 8—10%, а напряжения весьма зна- [c.46]

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]

Выше было показано, что наличие в металле таких дефектов, как дислокации, способствует протеканию пластических д орлга-ций, которые при возрастании нагрузки завершаются разрушением срезом. К этому же эффекту приводят и другие дефекты, способные вызвать возникновение дислокаций. Отсюда можно сделать вывод, что упрочнения металла можно достигнуть, устранив из него все дефекты и добившись идеальной монокристаллической структуры. С другой стороны, отмечено, что при наличии большого числа различных дефектов материал становится прочнее. Таким образом, дефекты оказывают влияние как упрочняющее, так и разупрочняю-щее. Это противоречие кажущееся. Все дело в количестве дефектов. Зависимость между удельным числом дефектов и прочностью характеризуется графиком, изображенным на рис. 4.58. Из него видно, что при очень малом удельном количестве дефектов прочность металла должна быть очень высокой. Такой металл еще не получен, если не считать нитевидных кристаллов металлов ( усов ), [c.295]

Дислокации и физические свойства кристаллов. Д, влияют в первую очередь на механич. свойства твёрдых тел (упругость, пластичность и прочность), для к рых их присутствие часто является определяютцим. Упругие поля Д. изменяют оптич. свойства кристаллок, на чём основан метод наблюдения изолированных Д. в прозрачных материалах (рис.. 3). Т. к. упругие нанри-жения сравнительно легко вовлекают Д. в движение, то в случае интенсивных тепловых колебаний кристалла (см. Колебания кристаллической решётки) Д. периодически смещаются из своих равновесных положений и часть энергии колебаний идёт на их перемещение. Но т. к. движение Д. сопровождается опредол. торможением, то Д. рассеивают колебат. энергию, давая ощутимый вклад во внутреннее трение в твердых телах. [c.638]

Теоретическая прочность твердых тел Прочность реальных кристаллов Сопротивление кристаллической решетки движению дислокаций ф Упрочнение за счет препятствий Термическая стабильность барьеров Мартенсит-ная структура стали и прочность Химическая и структурная неоднородность и механические свойства титановых сплавов Высокая прочность и композиционные материалы Нитевидные кристаллы Механизм упрочнения композиций, армированных непрерывными и короткими волокнами % Материаль , получаемые однонаправленной кристаллизацией [c.279]

Проще всего повысить прочность можно было бы, увеличивая плотность последних. После сильной пластической деформации плотность дислокаций, как показывает электронномикроскопическое исследование, можно увеличить до / 10 [268], после комбинации пластической деформации и фазового превращения — до 10 Двил<ение дислокаций в такой решетке очень затруднено. При этом достигается 0,3—0,4атеор- Предельная плотность дислокаций в кубических кристаллах составляет [c.286]

Упрочнение в результате холодной деформации (наклепа) объясняется образованием большого количества дислокаций, которые тормозят перемещения друг друга и увеличивают прочность и твердость металла. Все, что препятствует перемещению дислокаций, например, группы атомов примесей, находящиеся в атмосферах Коттрелла у дислокаций, неподвижные дислокации и мельчайшие частички химических соединений, затормаживающие движени1ё дислокаций, также упрочняют кристаллы металлов и сплавов,. [c.61]

Таким образом, причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Получение бездисло-кационных кристаллов приводит к резкому повышению прочности материалов (рис. 1.10). [c.13]

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]

Как отмечалось в п. 4.1, преимущественными источниками сдвигообра-зования в кристаллах обычно являются различные источники гетерогенного типа, расположенные как в объеме кристалла, так и на его поверхности. Причем этот вариант обычно принимается как основной механизм размножения дислокаций именно в тех случаях, когда эксперимент показывает низкий уровень внешне приложенных напряжений. При этом большинство авторов, как правило, предполагает, что напряжение гетерогенного зарождения равно теоретическому напряжению сдвига. Однако в работах [121, 129, 343, 344] было показано, что реализация теоретической прочности кристалла на сдвиг при гетерогенном зарождении является лишь частным случаем безактивационного зарождения дислокаций, оценивающим лишь верхний предел максимального напряжения (или критического параметра несоответствия) вблизи инородного фазового включения или какого-либо другого типа концентратора напряжений. Поэтому напряжение гетерогенного зарождения дислокаций чаще всего значительно меньше теоретической прочности кристалла на сдвиг и является функцией типа, размера, геометрической формы включения, а также величины параметра несоответствия [343,344]. [c.91]

Si , кластеров из точечных дефектов — вакансионных и межузельных), и только лишь в совокупности с приложением очень высоких внешних напряжений порядка 100-200 кгс/мм [603] и даже еще более высоких (а 400-600 кгс/мм [60.5, 606] появляются заметные полосы скольжения от указанного типа гетерогенных источников. Последнее, по-видимому, свидетельствует о том, что само напичие гетерогенных источников дислокаций и реализация вблизи них напряжений, близких к теоретической прочности кристалла, еще Не является достаточным условием для распространения дислокаций на заметные макроскопические расстояния (оно является достаточным условием лишь для зарождения первичной дислокационной петли), поскольку напряжения вблизи таких включений резко убывают по кубическому закону а (1/г У, согласно уравнениям (7.2) [c.202]

G = Д Г1п(с/Сц) = G у. Другими словами, при исчезновении одной вакансии сразу после закалки термодинамический потенциал уменьщается на 1/2 Gy. Взяв типичные значения 0,2Gb ш а получим согласно соотнощению (7.18) силу, действующую на краевую дислокацию Ру сы IL GbjlQ [129]. Таким образом, осмотическая сила, возникающая при закалке, эквивалентна напряжению сжатия а= G/10, что намного превыщает обычно используемые внешние напряжения и близко к напряжению теоретической прочности кристалла на сдвиг. Последнее свидетельствует о том, что под действием осмотических сил при достаточной величине пересыщения дислокации могут преодолевать препятствия любой сколь угодно большой величины. [c.228]

Другим весьма важным следствием приведенных экспериментальных ре зультатов является тот факт, что ставится под сомнение заключение некото рых авторов [102, 519, 545, 550] о возможности низкотемпературной де формации полупроводниковых кристаллов лишь при уровне напряжений близких к теоретической прочности кристалла на сдвиг, что, как следствие приводит к независимости процесса хрупкого разрушения от кинетики микропластического течения в этих условиях. Можно предполагать, что та кое заключение было обусловлено прежде всего спецификой самих мето дов низкотемпературного нагружения, а именно - очень высоким и практи чески нерегулируемым уровнем напряжений под острием индентора или зерна абразива, всегда близким или даже превышающим уровень теорети ческого напряжения сдвига, а также очень высокой скоростью его прило жения (процесс абразивной обработки, удар шара о плоскость [102] и т.п.) В тех случаях, когда методика нагружения может обеспечить постепенное с заданной скоростью нарастание нагрузки от минимального значения до некоторой конечной величины, можно проследить стадийность и смену механизмов формоизменения, т.е. начальный этап зарождения и движения дислокаций и потом уже хрупкое разрушение, как следствие неоднородности актов микроскопического трчения. [c.242]

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]

Особой разновидностью двух- и многофазных сплавов являются композитные материалы с направленной структурой. Это новый класс Л1еталлических материалов, которые только начинают внедряться в технике. Обычно такие материалы состоят из пластичной матрицы, упрочненной волокнами, которые определенным образом в ней ориентированы. В качестве волокон особенно выгодно использовать нитевидные монокристаллы ( усы ), которые благодаря отсутствию дислокаций имеют прочность, близкую к теоретической. Однако бездислокаци-онные нитевидные кристаллы достаточно больших размеров получить очень трудно и поэтому на практике чаще используют тонкие поликристаллические волокна из различных высокопрочных металлов, сплавов и неметаллических материалов. Используются волокна диаметром от долей микрона до сотен микрон. [c.175]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...