§ 8. Дислокации

Скольжение в металлах нельзя рассматривать как одновременный сдвиг одной части кристалла относитель­но другой по всей плоскости скольжения. Для такого смещения необходимо было бы создать напряжения чрезмерно большой величины. Теоретическое значение максимального сдвигающего напряжения равно % = = Gj2n (G — модуль сдвига). Расчеты показывают, что теоретическое значение максимального сдвигающего напряжения во много раз больше, получаемых экспери­ментально. Несоответствие теоретических и эксперимен­тальных значений максимального касательного напря­жения можно объяснить, если учесть, что в реальных кристаллах имеют место несовершенства решетки. Это примеси, образующие растворы внедрения и замещения, отсутствие атомов в узлах решетки, лишние атомы меж­ду узлами решетки и др. Дислокации являются особым видом несовершенства. Различают дислокации линейные и винтовые. Линейная дислокация представляет собой несовершенство решетки, когда над плоскостью сколь­жения и ниже ее число атомов в плоскостях неодинако­во. Лишняя по сравнению с идеальной решеткой плос­кость вызывает искажения — сжатие или растяжение ре­шетки.

Под действием сдвигающих напряжений дислокация перемещается вдоль плоскости скольжения. Для пере­мещения дислокации требуется меньшее касательное на­пряжение, так как атомы находятся в состоянии неус­тойчивого равновесия в решетке. Винтовая дислокация заключается в том, что часть кристаллической решетки на некотором протяжении оказывается сдвинутой на один параметр решетки относительно другой. При вин­товой дислокации лишней атомной плоскости нет. Дис­локации зарождаются при кристаллизации металлов и их сплавов, а также образуются в процессе пластичес­кой деформации. В процессе пластической деформации дислокации могут образоваться по механизму Франка— Рида. Сущность механизма образования дислокаций Франка — Рида заключается в следующем. Линейная дислокация, зародившаяся при кристаллизации, под дей­ствием касательных напряжений выгибается и принима­ет форму полуокружности. Этому моменту соответству­ет наибольшее значение касательных напряжений. При дальнейшем выгибании дислокация принимает форму замкнутой кривой (окружности), внутри которой оста­ется исходная дислокационная линия. Наружная дисло­кация разрастается до внешней поверхности кристалла, а внутренняя вновь выгибается, порождая новую дисло­кацию. Препятствием движению дислокаций являются границы блоков и кристаллов. При пластической дефор­мации кристаллы дробятся, увеличивается число бло­ков и протяженность их границ. Скопление дислокаций затрудняет зарождение новых дислокаций, так как для их генерирования теперь потребуются большие касатель­ные напряжения. Усилие, необходимое для осуществле­ния пластической деформации, возрастает с увеличени­ем плотности дислокаций. Так, теория дислокаций объясняет упрочнение металла при пластической дефор­мации.