Одномерные дефекты  

Дислокации

Классификация дислокаций.  

По углу между b и I (I — линия дислокации) различают краевые дислокации (b_┴l); винтовые дислокации (b║l); смешанные дислокации [0 °< (b, l)<90°].

Краевая дислокация может быть представлена как линия (край) экстраплоскости, которая вставлена в решетку (см. рис. 1.22, а, кубическая решетка [13]) или изъята из нее. Краевые дислокации находятся внутри решетки и исчезают при выходе на поверхность кристалла (образуя там уступ). В пространстве, окружающем краевую дислокацию, решетка искажена за счет вставленного (или отсутствующего) слоя атомов, составляющего экстраплоскость.

В случае винтовой дислокации вектор b и линия дислокации l параллельны (рис.

Рис. 1.21. Контур Бюргерса и вектор Бюргерса

1.22, б, линия винтовой дислокации v в кубической решетке). Плоскость решетки закручивается по винту вокруг линии дислокации (образуя геликоидальную поверхность). По величине b дислокации подразделяются на полные (единичные) и частичные.

     

Рис.  1.22.   Дислокации   в   кубической решетке: а — краевая; б — винтовая

Виды движения дислокаций. Скольжение; поперечное скольжение; переползание.

А. Скольжение дислокаций. Консервативная форма движения дислокаций по данной системе скольжения. Система скольжения состоит из комбинации: плоскости скольжения, т. е. воображаемой плоскости в решетке, по которой происходит скольжение (параллельно плоскости решетки с наивысшей плотностью упаковки атомов), и направления скольжения, т. е. наиболее плотноупакованного кристаллографического направления, лежащего в данной плоскости скольжения дислокации.

В результате трансляции атомных слоев по плоскостям скольжения при пластической деформации на поверхности кристалла появляются ступеньки, которые на шлифах видны как линии скольжения или полосы скольжения; обычно при микроскопическом изучении структуры деформированных металлов их называют следами скольжения.

Б. Переползание. Неконсервативное движение дислокаций (рис. 1.23).

Краевая дислокация может покидать свою плоскость, оставляя при этом вакансии (или наращивая к краю экстраплоскости дополнительное число атомов) В первом случае экстраплоскость укорачивается, во втором — удлиняется. Процесс зависит от температуры (является термически активируемым). Переползание, таким образом, связано только с перемещениями вблизи линии краевой дислокации. Могут возникать пороги на дислокации. Такие пороги на линии дислокации образуются также при пересечении дислокаций, движущихся по пересекающимся плоскостям, при этом порог и b не лежат в одной плоскости. Пороги на винтовой дислокации (1) и краевой дислокации (2)—см. рис. 1.24.

Рис. 1.23

В. Поперечное скольжение. Винтовые дислокации в отличие от краевых могут легко менять свою плоскость скольжения на, например, перпендикулярную ей [рис. 1.25, где 1 — первоначальная плоскость; 2 — плоскость поперечного скольжения; 3 (ана­логичная 1)— плоскость скольжения, по которой движение винтовой дислокации будет осуществляться без препятствий].  

Дополнительные сведения  о дислокациях

  А. Полные  (единичные)  дислокации. При их движении элементарный сдвиг осуществляется  на    величину  b — трансляционный вектор.

Б. Дислокации Шокли — неполные или частичные дислокации. При их движении сдвиг происходит на величину меньше b — см. Двойникование. В расщепленных дислокациях дефекты упаковки ограничены частичными дислокациями; например

b=a/6<112> - г. ц. к. решетка

В. Дислокации Ломер—Котрелла. При встрече двух движущихся во взаимно пе­ресекающихся плоскостях расщепленных дислокаций «головные» частичные дислокации вступают в реакцию друг с другом. Появляется V-образная дислокация Ломер —Котрелла.

Г. Сидячие дислокации (Франка). Появляются при захлопывании вакансионных дисков (рис. 1.26). Такие дислокации не скользят:

рис. 1.26

b =a/3<111> г. ц. к. решетка.

Д. Узлы дислокаций. Образуются, когда дислокации с различными векторами Бюргерса встречаются друг с другом; устойчивыми являются тройные узлы, для которых сумма векторов Бюргерса встретившихся дислокаций равна нулю.

О наличии дислокаций в кристаллах можно судить главным образом по результатам металлографического анализа (фигур травления) ; просвечивающей электронной микроскопии (наиболее достоверные сведения); рентгенографической дифракционной топографии; измерения электросопротивления; измерения плотности.

Примеры: распределение дислокаций в кремнии —см. рис. 1.27 (X15000) и дислокаций    в    нелегированной   строительной стали —см. рис. 1.28 (X15000).

Рис. 1.27

Энергия дислокаций. Поле сдвиговых напряжений вокруг винтовых дислокаций имеет круговую симметрию, в то время как вокруг краевых дислокаций создается несимметричное поле как сдвиговых, так и нормальных напряжений, описываемое обычно в полярных координатах. Энергия винтовой дислокации U_v (за вычетом вклада энергии ядра дислокации):где G- модуль сдвига; b — вектор Бюргерса (3-1 0^-6см); r₀ — радиус ядра дислокации

 (r₀≈ b).

Половина всей энергии дислокации еще сохраняется на расстоянии r≈10^-4 см, т. е. напряжения вокруг дислокаций дальнодействующие. Энергия дислокации пропорциональна b², поэтому в решетке устойчивы дислокации с наименьшим (возможным по геометрии решетки и условиям скольжения) вектором Бюргерса (состояние с наименьшей энергией).

Дислокации могут не находиться в термодинамическом равновесии - - неустойчивые дислокации.

Промышленный 

шпионаж в XVIII веке.

Изобретатель литой стали английский часовщик Бенджамен Хантсмен долгое время пытался сохранить секрет разработанного им процесса. Многие тонны стали—результат бесчисленных опытов—он втайне закапывал вблизи своего завода в Хэнсуорсе, около Шеффилда. 

Его конкуренты пускались на все хитрости, чтобы проникнуть в тайну. Например, владелец металлургического завода в Роттердаме Сэмюэл Уокер од­нажды холодной зимней ночью 1748 или 1749 г. в одежде нищего бродил перед заводом Хантсмена. Рабочие пожалели «бедного старика» и пустили его обогреться у печей. Так Уокеру представился случай основа­тельно понаблюдать, что дела­ли со сталью. Вскоре в Англии получил распространение процесс плавки стали, «открытый» Уокером.

Другие любопытные, преимущественно из континентальной Европы, приезжали к Хантсмену под видом покупателей, надеясь при этом узнать что-нибудь о технологии производства ли­той стали. Один такой посетитель явился даже в сопровождении священника. 

Это должно было произвести особое впечатление на Хантсмена—ортодоксального квакера, для которого духовное лицо было вне всяких подозрений. Проще, но вполне успешно действовал швед Бенгт Квист. Он прибыл на завод Хантсмена, запасшись изрядной суммой денег, и с помощью взяток разузнал технологический процесс во всех подробностях.

M6