ДИСЛОКАЦИИ И ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ юбилейно-пасхальная лекция по мотивам курса для магистров и аспирантов в популярной форме не претендующая на строгость изложения Кругликов Н.А.

ИСТОРИЯ (теория упругости) 1907 – Волтерра (Volterra V.) – дисторсии (теория упругости) – Столетие дислокации как объекта !!! 1920 – Прандтль (Prandtl L..) – Введено понятие о краевой дислокации 1927 – Лав (Love A.E.) – название dislocation – дислокация (Versetzung) 1934 – Орован (Orowan E.) – Изучение винтовых дислокаций 1939 – Бюргерс(Burgers J.M.) - Вектор Бюргерса 1948 – Хейденрайх (Heidenreich R.D.), Шокли (Shockley W.) –расщепление дислокаций

Дислокация (dislocatio – поз. лат смещение) Дислокация не может оканчиваться внутри кристалла; Смещение краев разреза одинаково по всей длине; Всякое смещение можно разложить на трансляцию (дислокация) и поворот (дисклинация);

Трансляционные и поворотные дислокации Трансляционные: краевая, винтовая, смешанная Модель поворотной дислокации

Трансляционные дислокации Характеризуются вектором Бюргерса b, направлением оси L Обладают относительно небольшой энергией

Краевая и винтовая дислокации Краевая трансляционная дислокация Винтовая трансляционная дислокация

Дефекты упаковки Плотнейшая упаковка атомов Дефекты упаковки в ГПУ и ГЦК структурах

Расщепление дислокаций Расщепление дислокации в ГЦК кристалле в плоскости (111) Парная дислокация в упорядоченном сплаве Полные и частичные вектора Бюргерса

Поворотные (ротационные) дислокации (диклинации) Вызывают очень большие деформации Обладает большой энергией Характеризуются ротационным вектором

Наблюдение дислокаций (в фас и в профиль) Линии скольжения Ямки травления Просвечивающая электронная микроскопия

История (наблюдение дислокаций) 1940 – Брэгг (Bragg L.) – Наблюдение 2D дислокации в расположении мыльных пузырьков на поверхности жидкости 1950 – Буртон (Burton W.K.) –Наблюдение линий скольжения Зейтц (Seitz F.) – наблюдение дислокаций в прозрачных кристаллах 1953 – Наблюдение ямок травления 1956 – Больман, Хирш (независимо) наблюдение дислокаций с помощью просвечивающего электронного микроскопа 196… - Методы рентгеновской дифракции, автоионная микроскопия

Электронная микроскопия Сканирующий электронный микроскоп Просвечивающий электронный микроскоп

Дислокационная структура металлов

Анализ дислокационной структуры (g (b×u) анализ) Определение векторов Бюргерса, направлений линий дислокаций, плотности дислокаций Условия погасания дислокаций Для винтовых дислокаций g b=0 Для краевых g (b×u) = 0

Основные параметры дислокационной структуры Плотность дислокаций – ρ Типы дислокаций (вектора Бюргерса b, направления линий дислокаций L) Системы скольжения дислокаций Форма дислокационных линий Типы дислокационных барьеров

Пластическая деформация металлов и сплавов Образец Плоскость скольжения Растягивающее напряжение

Основные параметры пластической деформации Деформационная кривая (идеализированная) Предел текучести Предел упругости (пропорциональности) Предел прочности Максимальная деформация до разрушения Удлинение Наклон деформационной кривой Скорость деформации

Типичные кривые деформационного упрочнения

Типичные деформационные кривые для ГЦК кристаллов монокристаллыполикристаллы

Типичные кривые для ОЦК кристаллов монокристаллыполикристаллы

Деформационные кривые реальных монокристаллов Ni 3 Al (легированный)Кремний

Связь между дислокациями и пластической деформацией Перемещение дислокации на одну трансляцию решетки – элементарный акт пластической деформации Напряжение необходимое для скольжение дислокации – критическое напряжение для начала пластического течения материала Любой фактор препятствующий движению дислокаций в материале увеличивает предел текучести

Чем любят заниматься дислокации?

Как встречаются дислокации? Образование барьера Ломер-Котрелла

Любят ли друг-друга дислокации? Зависит от знака

Как рождаются дислокации? Источник Франка-Рида

Что мешает жить дислокациям?

Препятствия, которые может встретить дислокация на своем пути Примесные атомы Упругие поля других дислокаций Блокировка Границы зерен, субзерен, доменов Границы фаз

Выводы Если не мешать дислокациям жить – материал будет пластичный, если не давать жизни – будет хрупким Если подобрать такие типы барьеров, которые будут обеспечивать оптимальные свойства – задача материаловедения решена!