Энергетический критерий Франка

Деление дислокации становится возможным, если соблюдается так называемый энергетический критерий Франка, согласно которому квадрат вектора исходной дислокации должен быть больше суммы квадратов векторов Бюргерса образовавшихся дислокаций [1]:

. (5)

Смысл этого правила основывается на двух положениях:

1) энергия дислокации пропорциональна квадрату вектора Бюргерса,

2) дислокационная реакция должна приводить к уменьшению энергии решетки.

Рассмотрим сдвиговую дислокацию. На n+1 атомных плоскостей выше плоскости скольжения приходится n плоскостей ниже плоскости скольжения. Дислокация ОО^/ (или ось дислокации) представляет собой край полуплоскости MNO^/O и получила название краевой (рис. 4). Краевая дислокация перпендикулярна вектору сдвига.

Рисунок 5 – Краевая дислокация ОО^/, возникшая в результате сдвига

Еще одним типом линейных дефектов являются винтовые дислокации. Бюргерсом было дано представление о винтовой дислокации. Пусть в кристалле произведен такой сдвиг, при котором линия дислокации ОО/ (рис. 2, б), отделяющая область, где он произошел, от области, где сдвига нет, параллельна вектору сдвига. В этом случае кристалл можно представить в виде атомной плоскости, «закрученной» вокруг оси дислокации ОО/ винтом. Такая дислокация названа винтовой (рис. 2, а).

Дефекты упаковки связаны с так называемыми частичными, или неполными, дислокациями. Существуют дислокации совершенные, полные или единичные. Их вектор Бюргерса равен вектору решетки.

Рисунок 6 – Векторы Бюргерса в г.ц.к. решетке

Образовать частичную дислокацию можно так же, как и единичную,

т. е. сделав в кристалле разрез по поверхности и сместив края разреза на вектор Ь. Если вектор Ь меньше вектора решетки, то наблюдается несовпадение решеток по обе стороны поверхности разреза. Край поверхности несовпадения называют частичной дислокацией. Заметим, что при образовании единичной дислокации имеет место совпадение решеток с обеих сторон поверхности разреза.

Рисунок 7 - Изображения границы зерна в чистой меди (а) и в меди, легированной висмутом (б), полученные с помощью метода Z-контраста. Висмут оседает на границе зерен, делая медь более хрупкой.

В случае несовпадения решеток поверхность разреза должна иметь, вообще говоря, очень высокую энергию. Поэтому в большинстве кристаллов таких смещений не происходит. Однако в плотноупакованных кристаллах частичные дислокации и связанные с ними дефекты упаковки образуются достаточно легко.

В свою очередь единичные дислокации могут расщепляться на неполные (частичные, полу-) дислокации, уменьшая свою энергию. Для того чтобы такое деление происходило, необходимо выполнение условия.

Иначе говоря, частичные дислокации имеют вектор Бюргерса меньше трансляционного вектора решетки. Единичные дислокации – такие, вектор Бюргерса которых равен одному межатомному расстоянию. А кратные или супердислокации всегда имеют вектор Бюргерса больше вектора решетки.

Деформируемость сталей

Пластичность является важнейшим свойством металлов и сплавов. Она зависит от кристаллической структуры материала, количества возможных плоскостей и направлений скольжения в кристаллитах. характера межатомных связей, химического состава, структурного состояния. количества и дисперсности избыточных структурных составляющих. Пластичность прежде всего зависит от природы материала. ею физико-химических

констант, с изменением которых изменяется и пластичность материала.

Рисунок 8 - Диаграмма напряжение-деформация

при испытании образца на растяжение

Пластичность материала тем выше, чем больше число плоскостей и направлений скольжения, больше период легкого (ламинарного) скольжения, меньше коэффициент упрочнения, четче выражен металлический характер межатомных связей‚ меньше искажена кристаллическая структура и чем меньше количество дисперсных упрочняющих частиц. С изменением состояния данного материала изменяются перечисленные факторы, а вместе с ними и его пластичность.

Таким образом, под пластичностью следует понимать свойство материала (стали, сплава), позволяющее необратимо изменять форму тела без нарушения его оплошности, определяемое с помощью принятого объективного метода испытания и выраженное количественно в тех или иных условных единицах [3].

Рисунок 9 - Диаграмма растяжения для хрупкого и пластичного металлов

Каждый материал обладает определенным комплексом природной пластичности, который может проявиться при деформировании тем полнее, чем сложнее условия деформирования [5].