Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Электрическое и химическое взаимодействие дислокаций с атомами примесей

20.04.2019

В работах по систематическому изучению влияния легирования различными элементами на упрочнение твердых растворов, главным образом на основе меди, алюминия и магния, установлено, что способность атомов растворенного элемента упрочнять твердый раствор зависит от валентности этого элемента по отношению к валентности растворителя. Это свидетельствует о возможности электрического взаимодействия атомов растворенных элементов с дислокациями, смысл которого, например, виден из следующей схемы. Вблизи ядра краевой дислокации неизбежно уменьшение плотности ионов, поэтому в участках кристалла у дислокации возникает избыток электронов проводимости, и дислокация заряжается отрицательно; иными словами, электрическое поле вокруг дислокации связано с упругим растяжением кристалла.

Взаимодействие этого поля с заряженным ионом приводит к затруднению передвижения дислокации в кристалле — к упрочнению, которое оказывается пропорционально величине (Z—1)2, где Z — валентность атома растворенного вещества, рассчитанная в предположении, что атомы несут заряд, пропорциональный их высшей валентности.

Основная цель расчета энергии взаимодействия между заряженным ионом и электрическим полем, связанным с полем упругого растяжения около дислокации, заключается в том, чтобы найти распределение электрического заряда вокруг дислокации.

Расчеты показали, что упругое взаимодействие, например в медных сплавах, оказалось в 3—7 раз сильнее электрического взаимодействия. Зa исключением случай, когда рассматривается ядро дислокации, электрическое взаимодействие является второстепенным по сравнению с упругим.

Химическое взаимодействие обсуждается в связи с наличием в плотноупакованных кристаллах (например, с г. ц. к. решеткой) расщепленных дислокаций, содержащих дефекты упаковки. Как показал Сузуки, для термодинамического равновесия в твердых растворах с г. ц. к. решеткой необходимо, чтобы концентрация растворенного вещества в дефектах упаковки (имеющего строение гексагональной плотноупакованной решетки) отличалась от концентрации в окружающем твердом растворе. Силы связи между атомами при гексагональной упаковке отличаются от сил связи в гранецентрированной упаковке. Такое гетерогенное распределение атомов растворенных элементов, обусловленное созданием атмосфер на дефектах упаковки, следует рассматривать как химическое взаимодействие атомов примесей и дислокаций (дефектов упаковки).

Создание равновесной сегрегации на дефектах упаковки, как правило, будет сопровождаться уменьшением энергии дефекта упаковки у, увеличением расстояния между ограничивающими дефект частичными дислокациями. Это приведет к упрочнению сплава при деформации в связи с большей устойчивостью дислокационных препятствий, образованных при множественном скольжении.

Надо отметить, что по существу самого явления эффект блокировки дислокаций, по Сузуки, оказывается действенным при таких повышенных температурах, для которых блакировка по Коттреллу в ряде сплавов может оказаться незначительной.

Тепловые флуктуации незначительно влияют на поведение расщепленных дислокаций. Для того чтобы дефект упаковки мог покинуть объем, в котором созданы атомные сегрегации вокруг него, ему надо переместиться по крайней мере на 50 или более атомных расстояний. Существует следующая зависимость критического напряжения сдвига от концентрации растворенного элемента и температуры, учитывающая взаимодействие атомов примесей с дефектами упаковки:
Электрическое и химическое взаимодействие дислокаций с атомами примесей

где т' — максимальное блокирующее напряжение; C0 — средняя концентрация растворенного элемента; b — вектор Вюргерса; V — молекулярный объем; H — величина, пропорциональная разности уА—уВ (где уА и уВ соответственно энергии дефекта упаковки в металлах А и В, участвующих в образовании твердого раствора): h — половина ширины дефекта упаковки.

Сузуки провел расчеты увеличения т' за счет блокировки дислокаций по предложенному им механизму (по приведенной выше формуле) для кристаллов медноникелевых сплавов при 600, 800 и 1000 К в широком диапазоне концентраций; получено хорошее совпадение с экспериментальными данными. При этом было получено также подтверждение тому, что при высоких температурах блокирование дислокаций, по Сузуки, имеет определяющее значение.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: