5.2 Подвижность краевой дислокации

Рассмотрим возможность перемещения дислокаций. Вернемся опять к рассмотрению кристаллической решетки реального металла, в которой находится краевая дислокация (рис. 5.4).

	Вследствие искажений решетки в районе дислокации и её избыточной энергии возможен случай, когда под действием внешних сил (напряжение сдвига τ) произойдет разрыв связей между атомными цепочками атомов 1-2 и переключение связи на 1-3. В результате этого старая экстраплоскость KL исчезнет, превратившись в полную плоскость, а рядом с ней справа образуется новая экстраплоскость K'L'.
Рис. 5.4. Перемещение дислокации в плоскости скольжения

Иными словами дислокация переместится вправо на расстояние, равное вектору Бюргерса. Этот процесс может повторяться под воздействием напряжения τ. В результате дислокация будет перемещаться как бы скачками, каждый длиной b вдоль плоскости сдвига MN.

Если дислокация, при этом, не встретит на своем пути какое-либо сложное препятствие, то она обязательно выйдет на боковую свободную поверхность кристалла и образует там ступеньку величиной b. Материал после этого примет правильную кристаллическую структуру, дислокация исчезнет, но по сравнению с предыдущим состоянием изменит свою форму, т.е. претерпит пластическую деформацию без переноса массы металла.

Наличие дислокаций в металле и способность их к перемещению играют важнейшую роль, объясняя физическую картину, как происходит пластическая деформация металла, какие атомные перемещения необходимы, чтобы металл изменил свою форму при деформации его (например, ковка, штамповка, прокатка, волочение и т.п.). Очевидно также, что выход дислокаций на свободную поверхность кристалла приводит к исчезновению её энергии.

Оценим усилия, заставляющие двигаться дислокации. На рис. 5.5, а показано, что в реальном кристалле вдоль плоскости скольжения МN по обе стороны расположено по n дислокаций разного знака.

	Под действием внешних сдвиговых напряжений дислокации, выйдя на поверхность металла, образуют две ступеньки (слева и справа), по величине равные nb, а сами исчезают (рис. 5.5, б). Описанный процесс,
Рис.5.5. Схема перемещения дислокации вдоль плоскости скольжения

очевидно, происходит гораздо легче, чем одновременный сдвиг кристалла по Френкелю.

Рассчитаем силу F, действующую на единицу длины дислокации, если, приложено напряжение сдвига τ. Если посмотреть на дислокацию, лежащую на плоскости скольжения MN сверху, то она будет выглядеть как прямая линия АВ (рис. 5.6) - проекция её экстраплоскости. С одной сторо-

	ны элементарная работа, произведенная этой силой на пути dx, выразится произведением F·dS·dx , где F·dx - сила на участке dS. С другой стороны работа, совершенная дислокацией под действием внешнего сдвигового напряжения при перемещении на расстояние b составит τ·dS·dx b.
Рис. 5.6. Схема для вычисления силы, действующей на дислокацию

Приравняв эти выражения, получим: F·dS·dx =τ·dS·dx b или F=τ b.

Величина силы F играет большую роль в поведении дислокаций, их взаимодействии между собой и с препятствиями их движению.

Как видно из предыдущих рассуждений, с помощью теории дислокаций можно довольно точно определить напряженное состояние реального кристалла, насыщенного линейными и другими дефектами, оценить его энергетический уровень, производить расчеты по определению силы, действующей на дислокацию в зависимости от приложенной к телу нагрузки и т.д. Однако, в теории дислокаций, несмотря на её быстрое развитие, до сих пор сохранился узкий участок, затруднявший полное описание с помощью математического аппарата состояние материала, насыщенного дефектами. Речь идет о ядре дислокации, то есть небольшом участке пространства - в поперечнике - 1-3 параметра решетки, непосредственно прилегающем к краю полуплоскости. Дело в том, что наличие дислокации в кристаллическом теле приводит к очень сильному искажению решетки в районе ядра, к большой деформации межатомных связей в нем. Эта деформация связей между атомами в районе ядра настолько велика, что применение закона Гука, на котором основана теория упругости, в данных условиях становится ненадежным и даже неприемлемым.