Скорость движения дислокаций

Для данного металла она существенно зависит от величины действующих напряжений и температурных условий. При повышенных температурах и малых скоростях деформации порядка 10^-6 С^-1 напряжения пластической деформации составляет доли МПа, т.е. в этом случае даже минимальные нагрузки вызывают направленное смещение дислокаций.

По мере увеличения напряжений возрастает скорость движения дислокаций, при этом роль тепловых факторов падает. Скорость движения дислокаций можно представить как , где - скорость звука в данном металле; А – константа материала; - действующее касатель-ное напряжение; Т - абсолютная температура.

Взаимодействие дислокаций

Напряжение, вызывающее пластическую деформацию кристалла, обусловлено двумя факторами: наличием дислокаций и возможностью их перемещения. Идеальный кристалл, не имеющий дефектов в виде дислокаций, требует очень больших напряжений сдвига. Подобные монокристаллы в виде тончайших отрезков нитей толщиной в несколько микрометров («усы»), получаемые выращиванием из газовой фазы, имеют очень высокую прочность. Например, для «усов» железа она составляет 12000 МПа, в то время как для макрообразцов высокопрочных сталей всего 1500-2000 МПа. Однако в связи с высокой стоимостью применение «усов» ограничено. Их используют лишь при создании специальных материалов (композиционных).

Сопротивление деформированию повышается также при наличии препятствий перемещению, имеющихся в материале дислокаций. Их создают различные дефекты строения кристалла: включения, искажения решетки, границы блоков-мозаик и зерен.

Обычно в монокристалле имеется несколько систем скольжения. Поэтому дислокации, лежащие в разных плоскостях скольжения, могут взаимно пересекаться.

Движущаяся дислокация АВ встречает на своем пути дислокацию MN, перпендикулярную плоскости скольжения.

Поскольку каждая дислокация обладает своим силовым полем, то при встрече с MN АВ выгибается и на некоторых участках около точек а-а краевая дислокация становится винтовой (положение 4). Далее в положении 5 участки в области винтовой дислокации смыкаются (аннигилируют), в результате вокруг MN образуется новая дислокация в виде петли.

При пересечении дислокаций, движущихся в разных непараллельных друг другу плоскостях скольжения, образуются узлы и в металле возникает объемная сетка дислокации, т.е. как бы каркас, препятствующий свободному перемещению дислокаций. Это является одной из причин упрочнения металла при пластическом деформировании.

Другой причиной упрочнения металлов при деформировании является скопление дислокаций в связи с задержкой их у границ блоков и зерен.

Генерируемые источником Франка-Рида дислокации движутся в плоскости скольжения. Подходя к границе двух блоков или зерен, дислокация не в состоянии выйти на поверхность с образованием ступеньки в плоскости скольжения. Другая образовавшаяся дислокация также останавливается, удерживаемая силовым полем первой дислокации и т.д. Наступает момент, когда скопление дислокаций затрудняет зарождение новых и действие источника Франка-Рида в данной плоскости скольжения прекращается. Для продолжения деформации необходимо, чтобы в действие вступили другие менее благоприятно ориентированные плоскости скольжения, а это потребует увеличения касательных напряжений.

Учитывая, что при пластической деформации растет число блоков мозаики за счет их дробления, увеличивается и число мест скопления дислокаций.

Таким образом, упрочнение (наклеп) металла при холодной пластической деформации связан с ростом дефектов кристаллической решетки.

Вместе с тем эти дефекты играют двоякую роль. При их полном отсутствии материал обладает теоретической прочностью. А с другой стороны они затрудняют движение дислокаций. Такое двойственное влияние дефектов на прочность обусловлено их количеством. Таким образом, поднять прочность материала можно либо исключением дефектов, используя сверхмалые объекты (усы) или увеличением дефектов, например, за счет легирования.