Переползание краевой дислокации
Выше было рассмотрено перемещение краевой дислокации в своей плоскости скольжения. Здесь будет рассмотрено перемещение дислокации перпендикулярно плоскости скольжения. При перемещении по нормали к плоскости скольжения краевая дислокация попадает в новые атомные плоскости, параллельные той, в которой она ранее находилась. Механизм такого перемещения называется переползанием и принципиально отличается от механизма скольжения.
Рассмотрим перемещение положительной краевой дислокации из своей плоскости скольжения в вышележащую соседнюю плоскость (рис.26.а). Для того необходимо, чтобы цепочка атомов на самой кромке экстраплоскости отделилась от экстраплоскости и ушла вглубь кристалла. Такое «растворение» кромки экстраплоскости (положительное переползание) является диффузионным процессом. Здесь возможны два варианта:
при подходе вакансий к краевой дислокации атомы с кромки экстраплоскости перемещаются в соседние вакантные места;
атомы с кромки переходят на соседние междоузелья и диффундируют от дилокации.
Рисунок 26 – Схема диффузионного движения дислокации путём присоединения вакансии (а) и нового атома (б)
Первый вариант более вероятен, если учесть, что в металле часто появляется избыточная концентрация вакансий (в результате закалки, пластической деформации, облучения), а энергия образования межузельных атомов достаточно велика.
Перемещение вниз положительной дислокации в соседнюю плоскость скольжения (рис.26.б) означает, что к краю экстраплоскости присоединился один атомный ряд.
Такая достройка экстраплоскости (отрицательное переползание) может проходить двумя путями:
присоединение межузельных атомов, диффундирующих к дислокации;
присоединение соседних атомов, находящихся в регулярных положениях, с одновременным образованием вакансий, которые затем мигрируют вглубь кристалла.
Таким образом, перемещение краевой дислокации по нормали к своей плоскости скольжения осуществляется путём диффузионного перемещения атомов (к дислокации или от неё), и именно этим оно принципиально отличается от скользящего движения дислокаций. В отличие от скольжения – консервативного движения, не связанного с переходом массы, переползание – неконсервативное движение происходит путём переноса массы.
Диффузия – термически активируемый процесс, и, следовательно, также термически активируемый процесс, скорость которого сильно зависит от температуры. В то время как скольжение дислокации легко протекает при любых температурах (вплоть до абсолютного нуля), переползание происходит с заметной скоростью лишь при сравнительно высоких температурах.
Скорость переползания зависит не только от температуры, но и от концентрации точечных дефектов, направленное перемещение которых по существу и обеспечивает акт переползания.
Переползание дислокаций вызывает деформацию кристаллов. Когда атомы уходят с края экстраплоскости, происходит местное сжатие, а когда «осаждаются» на этой кромке, - местное растяжение кристалла. «Прорастание» экстраплоскости внутрь кристалла (перемещение положительной дислокации вниз или отрицательной вверх) приводит к изгибу кристалла. Приложенные сжимающие напряжения стремятся уменьшить экстраплоскость, а растягивающие способствуют её росту.
Выше рассматривались идеализированные случаи отделения цепочки атомов вдоль всей кромки экстраплоскости или присоединения ряда атомов к экстраплоскости одновременно по всей длине, в результате чего дислокация целиком и одновременно переползает в соседнюю параллельную плоскость скольжения. В действительности же перенос массы к кромке экстраплоскости или от неё происходит путём миграции отдельных вакансий (межузельных атомов) или небольших их комплексов, и дислокация переползает в новую плоскость скольжения не одновременно по всей длине, а по частям.