Дислокационных источников

взаимодействия дислокаций. Перемещение последних происходит не беспрепятственно, а с преодолением различных потенциальных барьеров. Повышение уровня напряжений, необходимых для преодоления барьеров при пластическом деформировании связывают с явлением деформационного упрочнения. Наряду с повышением сопротивления деформированию отмечаются факторы, снижающие напряжение текучести, связанные с понижением числа и высоты барьеров. Это явление называют возвратом. Возврат, идущий при холодной деформации называется динамическим. В зависимости от степени пластической деформации в металле образуются различные дислокационные структуры и в связи с этим на кривых упрочнения выделяют характерные стадии деформационного упрочнения: 1 - стадия легкого скольжения; 2 - быстрого (линейного) деформационного упрочнения; 3 - динамического возврата. Естественно, такое разделение условно, поскольку на каждой стадии деформирования реализуются факторы, упрочняющие и разупрочняющие металл. В зависимости от того, какие факторы проявляются интенсивнее, и производят деление на отдельные стадии деформации металла. На стадии легкого скольжения упрочнение носит линейный характер Е = const. Однако модуль упрочнения Е настолько мал (Е « 1(Н G, G - модуль сдвига), что на стадии легкого скольжения можно полагать металл неупрочняемым. На диаграмме растяжения эта стадия соответствует, так называемой, площадке текучести. Основной вклад в деформацию вносят дислокации, прошедшие через весь кристалл и вышедшие на поверхность. При этом длина свободного пробега! дислокации постоянна и достигает значительных величин (около 0,8 мм для железа).

торможения дислокаций. Перемещение последних происходит не беспрепятственно, а с преодолением различных потенциальных барьеров. Повышение уровня напряжений, необходимых для преодоления барьеров при пластическом деформировании, связывают с явлением деформационного упрочнения. Наряду с повышением сопротивления деформированию отмечаются факторы, снижающие напряжение текучести, связанные с понижением числа и высоты барьеров. Это явление называют возвратом. Возврат, идущий при холодной деформации, называется динамическим. В зависимости от степени пластической деформации в металле образуются различные дислокационные структуры, и в связи с этим на кривых упрочнения а = f(s) выделяют характерные стадии деформационного упрочнения: 1- стадия легкого скольжения; 2 - быстрого (линейного) деформационного упрочнения; 3 - динамического возврата. Естественно, такое разделение условно, поскольку на каждой стадии деформирования реализуются факторы, упрочняющие и разупрочняющие металл. В зависимости от того, какие факторы проявляются интенсивнее, и производят деление на отдельные стадии деформации металла. На стадии легкого скольжения упрочнение носит линейный характер do/de = const = Е'. Однако модуль упрочнения Е' настолько мал (Е1 « 1СИ G, где G - модуль сдвига), что можно полагать металл на стадии легкого скольжения неупрочняемым. На диаграмме растяжения эта стадия соответствует так называемой площадке текучести. Основной вклад в деформацию вносят дислокации, прошедшие через весь кристалл и вышедшие на поверхность. При этом длина свободного пробега дислокации постоянна и достигает значительных величин (около 0,8 мм для железа). Плотность дислокаций на стадии легкого скольжения растет пропорционально степени деформации. Деформационное упрочнение обусловлено взаимодействием параллельных или лежащих в параллельных плоскостях сдвига дислокаций. При этом глав-

Рис. 10. Дислокационные структуры низкоуглсродистой стали Ст 3 на стадии

В настоящее время предлагается следующая классификация дислокационных структур, возникающих при циклических деформациях: структуры равновесия (например, низкоэнергетические дислокационные структуры) и сильно неравновесные самоорганизующиеся дислокационные структуры. Низкоэнергетические дислокационные структуры являются частным случаем самоорганизующихся дислокационных структур. В свою очередь, самоорганизующиеся дислокационные структуры предложено разбить на две категории: самоорганизующиеся дислокационные структуры, связанные с единичным скольжением (устойчивые полосы скольжения, дислокационная сетка у границ зерен, венная структура), и самоорганизующиеся дислокационные структуры, связанные с множественным скольжением (лабиринтная и ячеистая структуры). На рис.19 представлены примеры дислокационных структур, формирующихся на начальных стадиях усталости в пластичных металлических материалах (рис. 19, а, б), а также ячеистой и полосовой дислокационных структур (рис. 19, в, г) с критической плотностью дислокаций границ

Рис. 19. Дислокационные структуры, формирующиеся в процессе усталости

78. Шаркеев Ю.П., Диденко А.П., Козлов Э.В. Дислокационные структуры и упрочнение ионно-имплантированных металлов и сплавов // Изв. вузов. Физика. 1994. Т. 36, № 5. С. 92-108.

В общем случае дислокационные структуры, развивающиеся пр» деформации в металлах с ОЦК-решеткой [289, 290], аналогичны структурам металлов с ГЦК-решеткой с высокими значениями энергии дефекта упаковки, что было показано еще в первых исследованиях струк-

Поскольку дислокационные структуры различаются по эффекту деформационного упрочнения [9, 277], можно ожидать, что последовательное их формирование в процессе деформации должно приводить к изменению хода кривой нагружения. Действительно, практически во всех способах обработки диаграмм нагружения, описанных выше, наблюдаются отклонения и перегибы на перестроенных кривых, что привело к появлению более сложных методов обработки кривых упрочнения типа дубль-« [318] и т. д.

Сплавы, склонные к коррозии под напряжением, характеризуются по крайней мере двумя анодными кривыми — основным фоном металла и участком, на котором возникает надрез с пиком напряжения, имеющим наиболее высокую скорость растворения. Такими участками могут быть структурные составляющие, границы зерен, блочных структур, кристаллографические плоскости и плоскости скольжения, дислокационные структуры. Наиболее интенсивно коррозия под напряжением развивается, когда надрезы находятся в активном состоянии или в состоянии пробоя.

На рис. 1 (а, б) приведены типичные дислокационные структуры внутри образца и в приповерхностном слое после нагружения с ма-

Поверхности раздела внутри зерна, так называемые субграницы, представляют собой дислокационные структуры с малым углом разориентировки — до нескольких минут. В этом случае расстояние между дислокациями достаточно велико, порядка нескольких сот межатомных расстояний. Общая плотность дислокаций в субграницах в этом случае составляет 108— 1010 см~2.

ням„п напРяжением сдвига; плотность таких дислокаций намного превышает плотность дислокаций в исходном (не на клепанном) материале. Упрочнение при этом обусловлено как упорядоченным расположением дислокаций в теле зерен ™к пи?н™Г увеличением критического напряжения для действия дислокационных источников, особенно в пограничных зонах Кпоме того ч результате упрочнения сами граЦьГст^овятся препятствием для развития процессов пластиче-Ции, при этом резко возрастает способность ма-сопротивляться межзеренному разрушению п пя.чтлпрмчта характерен -— ----- '

Франке [177] предположил, что усы растут в местах действия дислокационных источников. Другие (178] считают движущей силой роста рекристаллизационные процессы. Наряду с этим отмечается ведущая роль окислительных процессов, приводящих к созданию внутренних напряжений, способствующих росту усов. Однако ни одна из этих точек зрения еще не нашла должного экспериментального подтверждения.

Внешнее напряжение по мере его повышения действует на свободные дислокации, заставляя их перемещаться и оказывать давление на частицы, блокирующие их плоскости скольжения. Поскольку для получения заметной пластической деформации необходимо обеспечить свободную работу дислокационных источников, должно быть достигнуто напряжение, при котором дислокации могут выгибаться между частицами и таким образом обходить их (рис. 2.27). Впервые эту задачу рассмотрел Орован [162], который предположил критическое касательное напряжение в дисперсноупрочненных сплавах определять по выражению

где N — число дислокационных источников, рщ, — плотность неподвижных винтовых дислокаций.

Так как / и D связаны выражением (3.62), a W определяется плот-ностью дислокационных источников на границах зерен [343], тогда зависимость $ от размера зерна будет иметь вид

Уравнения (2) и (3) дают зависимость между плотностью дислокаций U, амплитудой пластической деформации епл (напряжения аа) и числом циклов N нагруже-ния. Эти уравнения подобны уравнению (1) кинетики дислокаций для статического и квазистатического нагру-жений. Характерной особенностью кинетики размножения дислокаций при нарастающем квазистатическом на-гружении является то, что образовавшийся источник сразу начинает работать, а число действующих источников определяется величиной пластической деформации. При воздействии знакопеременных напряжений малой амплитуды на кристаллический материал, дислокации в котором закреплены точечными дефектами, работа источников становится возможной только после отрыва дислокаций от точечных дефектов. Отрыв дислокаций от точечных дефектов может быть достигнут сразу при приложении достаточно большого напряжения или после определенного числа циклов знакопеременного напряжения малой амплитуды. Предполагается, что после отрыва потенциальных дислокационных источников от точечных дефектов процесс образования новых источников и размножение дислокаций происходят так же, как и при квазистатическом нагружении.

При прохождении процессов ИП в контактируемых поверхностях могут измениться условия деформационного упрочнения кристаллической решетки. Во-первых, образование медной пленки может привести к снижению эффективных касательных напряжений в подложке и тем самым обусловить уменьшение процессов наклепа, связанного с упругим взаимодействием дислокаций и работой дислокационных источников. В этом случае упругое взаимодействие линейных дефектов снижается не только по причине уменьшения вероятности множественного скольжения их по различным системам скольжения, но и снижением интенсивности работы источников дислокаций, в частности источников Франка — Рида. Понижение значений касательных напряжений может оказаться недостаточным для преодоления сил линейного натяжения и прогибания дислокационного сегмента до критического радиуса при работе источника Франка — Рида, в результате чего не происходит самопроизвольной генерации дислокационных петель. Во-вторых, наличие упругих напряжений на границе раздела между пленкой и основной матрицей может привести к тому, что выход дислокаций из приповерхностного слоя на поверхность будет затруднен и приведет к возрастанию упругих напряжений материала под пленкой. Помимо этих явлений, нужно еще учитывать взаимодействие дислокаций со свободной поверхностью пленки. Известно, что сила, действующая на единицу длины дислокации и стремящаяся продвинуть дислокацию к поверхности, имеет величину .

б) инициированием работы дислокационных источников, например "источников Франка — Рида, расположенных в матрице, под действием напряжений, вызванных частицей фазы внедрения, выделившейся из твердого раствора. В этом случае возможность снижения уровня локального фазового наклепа будет зависеть от стартового напряжения дислокационного источника, расстояния его от частицы и размера самой частицы.

Таким образом, при наличии условий (когерентная связь частица — матрица, равномерное распределение дислокационных источников в матрице и максимальное расстояние частицы от этих источников), напряжение порядка теоретического предела упругости около частицы в молибдене не должно релаксировать даже при коагуляции ее до размера порядка десятых долей микрометра.

Так как бездефектные каналы образуются на первой стадии пластической деформации (рис. 85,а, участок /ил), в уравнение (145) включен член с п0, описывающий генерацию дислокаций на начальной стадии упрочнения независимых дислокационных источников с плотностью По типа источников Франка-Рида. В работе [229] при анализе уравнения (145) найдены критические условия возникновения каналов. Показано, что в процессе пластической деформации однородное распределение петель становится локально-неустойчивым относительно флуктуации плотности петель с размерами меньшими критического. На основе уравнений кинетической модели проанализирована экспериментально наблюдаемая линейная зависимо9Ть между шириной бездефектных каналов АЛа и расстоянием между ними Л. Результаты этого анализа представлены на рис. 85, в.

1) пластическая деформация (работа дислокационных источников любой природы, движение дислокаций, распад дислокационных комплексов, прорыв дислокационных скоплений через разнообразные границы и т. д.);

где Гу — предел текучести при растяжении; т — константа, характеризующая отношение приложенного напряжения к допустимому напряжению сдвига для благоприятно расположенных систем скольжения; т0 — напряжение трения в незакрепленных дислокациях; тс — критическое напряжение сдвига для активирования дислокационных источников.