Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Упругое взаимодействие дислокаций с атомами примесей

20.04.2019


При образовании твердых растворов (внедрения или замещения) вакансия, или межатомная «пора», по своим размерам и форме может не соответствовать размеру атома растворенного вещества. Для того чтобы добиться такого соответствия, в кристалле должна быть совершена работа W0. Если в кристалле имеются поля искажений, изменяющие размеры вакансии, или межатомной поры, то тогда работа, необходимая для размещения атома растворенного элемента, будет изменена до W1. Разность V=W1—W0 будет составлять энергию упругого взаимодействия атома растворенного вещества с полем искажений в кристалле (например, от имеющихся в нем дислокаций). Если это поле искажений так изменяет размеры и форму вакансии или межатомной поры, что они становятся благоприятными для размещения атома растворенного элемента, то он легко входит в предназначенное для него место. Тогда значение энергии V становится отрицательным, что определяет закономерное расположение атомов в кристалле в соответствии с характером поля действующих в нем искажений. Отсюда характер взаимодействия поля искажений от имеющихся в кристалле дислокаций с атомами растворенного элемента имеет существенное значение для понимания механизма как образования твердых растворов, так и движения дислокаций в них.

В простейшем случае, когда силы упругости приняты линейными, атом растворенного вещества, который искажает решетку в равной мере во всех направлениях, взаимодействует только с гидростатической составляющей поля напряжения; V=pAV, где р — гидростатическое давление; SV — изменение объема, вызванное атомом растворенного вещества.

Если поле напряжений создано положительной дислокацией, то в общем случае V = Asin(0/r), где 0, r — полярные координаты взаимодействующего с дислокацией атома; А — параметр, зависящий от упругих констант, значения SV и величины перемещения дислокации.

Энергия V отвечает энергии связи Vm атома растворенного элемента с дислокацией, если он расположен в положении максимальной связи, т. е. в наиболее благоприятном (вызывающем наименьшее искажение решетки) участке объема кристалла вокруг дислокации и в непосредственной близости от ее ядра.

В этом случае нужно принимать во внимание ширину дислокации, т. е. участок на плоскости скольжения по обе стороны от выходящей на эту плоскость дислокации, на протяжении которого смещение атомов из положения равновесия > одной четверти от межатомного расстояния. Тогда V=A sin[0/(r+p)], где р — эффективная ширина дислокации.

Для большинства растворов замещения, когда размеры атома растворенного вещества превышают размеры атома растворителя не больше чем на 10%, А=5*10в-21 дн*см2. Для растворов внедрения азота или углерода в a-железе A=3*10-20 дн-см2, а энергия связи Vm=0,5 эВ.

Отмеченное справедливо для твердых растворов сравнительно малой концентрации, имеющих о. ц. к. или г. ц. к. решетки, определяющие высокую симметрию расположения атомов растворителя вокруг растворенного атома. В случае твердых растворов с более низкой симметрией, например с плотноупакованной гексагональной или объемноцентрированной тетрагональной решеткой, растворенный атом будет неодинаково искажать решетку в разных направлениях (упругие силы не линейны) и будет взаимодействовать не только с гидростатической. но и со скалывающей составляющей поля напряжения. Однако это последнее взаимодействие невелико; даже в твердом растворе внедрения углерода и азота в a-железе, когда в образующейся тетрагональной решетке смещение соседних атомов вдоль длинной оси в 2,5 раза больше, чем вдоль других, взаимодействие со скалывающей составляющей напряжения намного меньше взаимодействия с гидростатической составляющей поля напряжений.

Таким образом, в кристалле, содержащем дислокации, распределение атомов примесей должно быть неравномерным, так как закономерное группирование этих атомов вокруг дислокаций определяет минимум свободной энергии исходя, например, из механизма упругого взаимодействия.

Тогда, по представлениям Коттрелла, вокруг дислокаций образуется «атмосфера» («облако») из атомов растворенных элементов, которая в объеме над положительной дислокацией оказывается сжатой, а под ней разреженной. Энергия деформирования может быть изменена благодаря закономерному скоплению атомов с большими диаметрами в разреженной зоне, а атомов с малыми размерами в зоне сжатия. Атомы, растворенные по механизму внедрения и вызывающие локальное расширение решетки, будут располагаться в разреженной зоне у дислокации.

Если дислокация начинает выходить из атмосферы, энергия участка решетки, содержащего атмосферу, увеличивается. Так как это усилие, вызывающее перемещение дислокации (определяющее, таким образом, локальное повышение энергии), прикладывается извне, то в случае, когда имеется атмосфера атомов примесей вокруг дислокации, предел текучести повышается. Для вырывания дислокации из атмосферы необходимы более высокие напряжения, чем для ее последующего движения.

«Насыщенность» атмосферы вокруг дислокаций (С) зависит от температуры. Для твердых растворов невысокой концентрации C0 и при малой величине энергии взаимодействия V (т. е. в условиях, не благоприятных для образования второй фазы) C=Coev/kT.

В зависимости от температуры нагрева, характера взаимодействия дислокаций с атомами растворенного элемента и от природы последних, главным образом от их диффузионной подвижности в данной решетке, возможны следующие случаи.

1. Высвобождение дислокаций от атмосфер, когда тепловые флуктуации, увеличивающие диффузионную подвижность слабо связанных с дислокациями атомов, помогают внешним напряжениям вырвать дислокации. В этом случае отмечается понижение предела текучести с повышением температуры.

2. Образование при умеренном нагреве прочных атмосфер из малоподвижных атомов, которые при комнатной температуре не могли диффундировать к дислокациям. В этом случае наблюдается повышение сопротивления деформированию.

3. В случае, когда концентрация атомов примесей вокруг дислокаций становится весьма высокой, возможно формирование фаз выделения, т. е. деформационное старение при теплой деформации, приводящее к существенному упрочнению и падению пластичности (например, синеломкость).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: