Лінійні дефекти:

 

Основними лінійними дефектами є дислокації. Апріорне подання про дислокації вперше використано в 1934 році Орованом і Тейлером при дослідженні пластичної деформації кристалічних матеріалів, для пояснення великої різниці між практичною й теоретичною міцністю металу.

Дислокація – це дефекти кристалічної будови, що представляють собою лінії, уздовж і поблизу яких порушене характерне для кристала правильне розташування атомних площин.

 

Н айпростіші види дислокації - крайові й гвинтові.

 

Крайова дислокація являє собою лінію, уздовж якого обривається усередині кристала край «зайвої» напівплощини

Крайова дислокація (а) і механізм її утворення (б)

 

Неповна площина називається екстраплоскістю.

Більшість дислокацій утворяться шляхом зсувочного механізму. Її утворення можна описати за допомогою наступної операції. Надрізати кристал по площині АВС, зрушити нижню частину щодо верхньої на один період решітки в напрямку, перпендикулярному АВ, а потім знову зблизити атоми на краях розрізу внизу.

Найбільші перекручування в розташуванні атомів у кристалі мають місце поблизу нижнього краю екстраплоскості. Вправо й уліво від краю екстраплоскості ці перекручування малі (кілька періодів решітки), а уздовж краю екстраплоскості перекручування простираються через весь кристал і можуть бути дуже великі (тисячі періодів решітки).

Якщо екстраплоскість перебуває у верхній частині кристала, то крайова дислокація - позитивна, якщо в нижньої, те - негативна. Дислокації одного знака відштовхуються, а протилежні притягаються.

Перекручування в кристалічній решітці при наявності крайової дислокації

 

Інший тип дислокацій був описаний Бюргерсом, і одержав назву гвинтова дислокація

Гвинтова дислокація отримана за допомогою часткового зрушення по площині Q навколо лінії EF На поверхні кристала утвориться сходинка, що проходить від крапки Е до краю кристала. Таке часткове зрушення порушує паралельність атомних шарів, кристал перетворюється в одну атомну площину, закручену по гвинті у вигляді порожнього гелікоїда навколо лінії EF, що представляє границю, що відокремлює частину площини ковзання, де зрушення вже відбулося, від частини, де зрушення не починалося. Уздовж лінії EF спостерігається макроскопічний характер області недосконалості, в інших напрямках її розміри становлять кілька періодів.

Якщо перехід від верхніх обріїв до нижнього здійснюється поворотом за годинниковою стрілкою, то дислокація права, а якщо поворотом проти годинникової стрілки – ліва.

Механізм утворення гвинтової дислокації

 

Гвинтова дислокація не пов'язана з якою-небудь площиною ковзання, вона може переміщатися по будь-якій площині, що проходить через лінію дислокації. Вакансії й дислоковані атоми до гвинтової дислокації не стікають.

У процесі кристалізації атоми речовини, що випадають із пари або розчину, легко приєднуються до сходинки, що приводить до спірального механізму росту кристала.

Лінії дислокацій не можуть обриватися усередині кристала, вони повинні або бути замкнутими, утворюючі петлю, або розгалужуватися на кілька дислокацій, або виходити на поверхню кристала.

Дислокаційна структура матеріалу характеризується щільністю дислокацій.

Щільність дислокацій у кристалі визначається як середнє число ліній дислокацій, що перетинають усередині тіла площадку площею 1 м², або як сумарна довжина ліній дислокацій в об'ємі 1 м³

(см^-2; м^-2)

Щільність дислокацій змінюється в широких межах і залежить від стану матеріалу. Після ретельного відпалу щільність дислокацій становить 10⁵…10⁷м^-2, у кристалах із сильно деформованою кристалічною решіткою щільність дислокацій досягає 10¹⁵…10¹⁶м ^–2.

Щільність дислокації значною мірою визначає пластичність і міцність матеріалу

Вплив щільності дислокацій на міцність

 

Мінімальна міцність визначається критичною щільністю дислокацій.

Якщо щільність менше значення а, то опір деформуванню різко зростає, а міцність наближається до теоретичного. Підвищення міцності досягається створенням металу з бездефектною структурою, а також підвищенням щільності дислокацій, що утрудняють їхній рух. У цей час створені кристали без дефектів – нитковидні кристали довжиною до 2 мм, товщиною 0,5...20…20 мкм – «вуси» з міцністю, близької до теоретичного: для заліза = 13000 МПа, для міді =30000 МПа. При зміцненні металів збільшенням щільності дислокацій, вона не повинна перевищувати значень 10¹⁵…10¹⁶м ^–2. У противному випадку утворяться тріщини.

Дислокації впливають не тільки на міцність і пластичність, але й на інші властивості кристалів. Зі збільшенням щільності дислокацій зростає внутрішнє, змінюються оптичні властивості, підвищується електроопір металу. Дислокації збільшують середню швидкість дифузії в кристалі, прискорюють старіння й інші процеси, зменшують хімічну стійкість, тому в результаті обробки поверхні кристала спеціальними речовинами в місцях виходу дислокацій утворяться ямки.

Д ислокації утворяться при утворенні кристалів з розплаву або газоподібної фази, при зрощенні блоків з малими кутами розорієнтування. При переміщенні вакансій усередині кристала, вони концентруються, утворюючі порожнини у вигляді дисків. Якщо такі диски великі, то енергетично вигідно «захлопування» їх з утворенням по краї диска крайової дислокації. Утворяться дислокації при деформації, у процесі кристалізації, при термічній обробці.

Поверхневі дефекти – границі зерен, фрагментів і блоків .