5.4 Поперечное скольжение винтовой дислокации

Винтовая дислокация не привязана жестко к плоскости скольжения, по которой перемещается, и может сравнительно легко переходить на другие плоскости, лишь бы её линия и параллельный ей вектор Бюргерса принадлежали им. Эта особенность движения винтовых дислокаций имеет большое значение для формирования дислокационных структур при пластической деформации металла.

Когда дислокация достигает положения CD и её дальнейшее скольжение по этой плоскости почему-либо затруднено - заштрихованная зона - участок затруднительного перемещения - она может перейти на скольжение по плоскости 2, наклонной к плоскости 1. Заметим, что её вектор Бюргерса и линия ядра лежат одновременно в той и другой плоскости, если дислокация занимает положение CD. Перемещением по плоскости 2 дислокация, таким образом, осуществляет поперечное, по отношению к первоначальному, скольжение.

	На рис. 5.11 дана схема возможного сложного перемещения винтовой дислокации по кристаллу, которое получило название поперечного скольжения. Винтовая дислокация АВ, лежащая в плоскости 1, перемещается слева направо в результате действия сдвигового напряжения τ. Когда дислокация займет положение EF на плоскости 2, она может снова совершить переход на плоскость 3, параллельную плос-
Рис.5.11. Схема поперечного скольжения винтовой дислокации по кристаллу

кости 1. Путем поперечного скольжения винтовая дислокация как бы обошла препятствие, встретившееся ей на первичной плоскости скольжения.

Наблюдения показывают, что такие сложные перемещения винтовых дислокаций часто встречаются при деформации кристаллических тел и в значительной мере определяют дислокационную структуру деформированного металла. Следует только помнить, что при этом затрачивается дополнительная работа на деформацию кристалла. Следовательно, поперечное скольжение будет происходить только тогда, когда нет других, более легких по затрате энергии путей сдвига.

5.5 Плотность дислокаций

Наличие дислокаций в материале оказывает значительное влияние на его свойства. В теории принято два метода определения плотности дислокаций, приводящих к одному и тому же результату, но отличающихся экспериментальной техникой.

Первый метод. Плотность дислокаций это число дислокаций, входящих на один квадратный сантиметр плоскости металлографического шлифа. Чаще всего обозначается эта характеристика буквой ρ и имеет размерность см^-2.

Для экспериментального определения плотности дислокаций существует следующая методика. Известно, что в реальных металлах и сплавах обязательно находится то или иное количество дислокаций, которые образуют или замкнутые дислокационные петли или выходят на поверхность кристалла. В случае если дислокация выйдет своим концом на отполированную поверхность микрошлифа, то обнаружить её практически невозможно даже при помощи современных металлографических микроскопов из-за того, что поперечный размер дислокации составляет всего один - два вектора Бюргерса (или межатомного расстояния). Поэтому поверхность шлифа обрабатывают специальными травителями.

В связи с тем, что в районе дислокации всегда имеется избыток свободной энергии, в этом месте шлифа наблюдается более интенсивное взаимодействие материала образца с травителем, в результате чего в месте выхода дислокации на поверхность, появляются так называемые ямки травления, имеющие достаточные размеры, чтобы зафиксировать и подсчитать их количество в 1 см² плоскости шлифа металлографическим методом.

Второй метод. Плотность дислокации - это общая длина всех дислокаций в одном кубическом сантиметре кристалла см/см³ = см^-2.

Как видно, размерность по первому и второму определению совпадает. Метод определения плотности дислокации во втором случае заключается в том, что приготовленную специальным способом тончайшую пластинку (1000-1500 Å) исследуемого материала просвечивают потоком электронов на электронном микроскопе, и фиксируют теневую картину образца на фотопленке (электронная микроскопия "на просвет" или трансмиссионная электронная микроскопия). Зная размеры пластины, подсчитывают плотность дислокаций в материале.

В таблице 1 приведены данные, показывающие, насколько различна плотность дислокаций в отожженном и деформированном металле.

Таблица 5.1 - Плотность дислокаций в металлах различного состояния

Состояние материалов	ρ,
Почти бездефектный) монокристалл	до
Обычный монокристалл
Тщательно отожженный мягкий поликристалл
Сильно наклепанный поликристалл

Плотность дислокаций в металлах оказывает большое влияние на его свойства. Так, при ρ=0 бездефектный монокристалл показывает прочность, близкую к теоретической. В настоящее время имеются уже промышленные предприятия по производству таких кристалликов с целью использования их в качестве составной части сверхпрочных композиционных волокнистых материалов.

Предельные наблюдающиеся значения плотности дислокаций составляют ρ=10¹² см^-2. Дальнейшее увеличение количества дефектов в материале приводит к его разрушению. Однако, прочность материала с высокой плотностью дислокаций выше, чем прочность отожженного кристалла, т.е. кривая σ = f(P) имеет минимум. Максимальная плотность дислокаций составляет поражающую воображение величину. Это видно из приведенного несложного пересчета .

Если плотность дислокации в металле в отожженном состоянии одна, а после деформации этого же материала значительно возрастает, то возникает естественный вопрос: откуда берется такое огромное количество дополнительных дислокаций. На этот вопрос ответит следующий параграф.