Атмосферы коттрелла снука сузуки

Сузуки и Снука

Торможение дислокации атмосферами Коттрелла,

Легирующих элементов

Торможение дислокаций атомами примесей и

Скользящая дислокация стремится увлечь за собой атмосферу Коттрелла, которая в отличие от скользящей дислокации мо­жет перемещаться только диффузионным путем. Поэтому атмо­сфера из растворенных атомов способна перемещаться вместе с дислокацией, находящейся в центре этой атмосферы, лишь при высоких температурах и очень малых скоростях скольжения дислокации. При увеличении скорости скольжения атмосфера несколько отстает от ядра дислокации, и сила притяжения к ат­мосфере тормозит дислокацию. В этом случае скорость движе­ния дислокации все еще лимитируется скоростью миграции ато­мов атмосферы. Дислокации вместе с атмосферами Коттрелла могут скользить, например, в условиях ползучести.

При повышенных скоростях деформирования или невысоких температурах атмосферы не могут поспеть за дислокациями и удерживают их- Энергия связи атома атмосферы с дислокацией определяет работу, которую не­обходимо затратить для отрыва дислокации от своей атмосферы. Нсли напряжение от приложенной нагрузки недостаточно для отрыва дислокации от атмосферы, то дислокация остается за­крепленной, неподвижной. Такое закрепление дислокаций атмо­сферами Коттрелла способствует большому упрочнению ме­талла примесями и малыми добавками.

Отрыву дислокации от коттрелловской атмосферы помо­гают тепловые флуктуации, которые способны образовать полу­петлю длиной в несколько межатомных расстояний, свободную от примесных атомов (17.6). Под действием напряжений перегибы на дислокации удаляются один от другого, и дислока­ция постепенно освобождается от удерживающей ее атмосферы. С понижением температуры роль термического возбуждения в отрыве дислокаций от коттрелловской атмосферы падает, и для освобождения дислокаций необходимо повышать напря­жения.

Рис. 17.6. Отрыв дислокации от атмосферы Коттрелла

«Химическая» связь атомов растворенного элемента с растя­нутой дислокацией обусловливает торможение дислокаций ат­мосферами Сузуки. В отличие от коттрелловских атмосфер, которые образуются вдоль линий дислокаций и потому насы­щаются при очень небольших содержаниях примеси (сотые и даже тысячные доли процента), атмосферы Сузуки из-за отно­сительно большой площади дефекта упаковки насыщаются при довольно больших концентрациях легирующего элемента (це­лые проценты). Поэтому сильное тормозящее действие атмосфер Коттрелла проявляется уже при малом содержании при­месей, а значительное тормозящее действие атмосфер Сузуки должно проявляться при гораздо больших концентрациях ле­гирующих элементов. При большой ширине дефекта упаковки термические флуктуации практически не могут разблокировать растянутую дислокацию с атмосферой Сузуки. Поэтому в уп­рочнении сплавов роль блокировки дислокаций атмосферами Сузуки должна сильнее проявляться при высокотемпературном деформировании, когда термические флуктуации способствуют отрыву дислокации от коттрелловских атмосфер.

Если вокруг дислокации существует атмосфера Снука с упорядоченным расположе­нием атомов внедрения в октаэдрических пустотах, то она должна тормозить движение дислокаций, вызывающее нарушение указанной упорядоченности.

Источник

Торможение дислокаций атмосферами Коттрелла, Сузуки и Снука

ТОРМОЖЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ АТОМАМИ ПРИМЕСЕЙ И ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Явление торможения дислокаций дисперсными частицами второй фазы широко используют при разработке высокопрочных материалов.

В атмосфере Коттрелла атомы примеси или легирующего эле­мента привязаны к дислокации силами упругого взаимодействий (см. § 35). Скользящая дислокация стремится увлечь за собой атмосферу Коттрелла, которая в отличие от скользящей дислока­ции может перемещаться только диффузионным путем. Поэтому атмосфера из растворенных атомов способна перемещаться вместе с дислокацией, находящейся в центре этой атмосферы, лишь при высоких температурах и очень малых скоростях скольжения ди­слокации. При увеличении скорости скольжения атмосфера не­сколько, отстает от ядра дислокации, и сила притяжения к атмо­сфере тормозит дислокацию. В этом случае скорость движения дислокации все еще лимитируется скоростью миграции атомов атмосферы. Дислокации вместе с атмосферами Коттрелла могут скользить, например, в условиях ползучести.

При повышенных скоростях деформирования или невысоких температурах атмосферы не могут поспеть за дислокациями и удер­живают их. Энергия связи атома атмосферы с дислокацией [см. формулу (56) и табл. 4] определяет работу, которую необходимо затратить для отрыва дислокации от своей атмосферы. Если при­ложенное напряжение недостаточно для отрыва дислокации от атмосферы, то дислокация остается закрепленной, неподвижной. Такое закрепление дислокаций атмосферами Коттрелла вносит большой вклад в упрочнение металла примесями и малыми до­бавками. Отрывом дислокаций от примесных атмосфер объясняют резкое падение напряжения, необходимого для развития пласти­ческой деформации, и появление при этом зуба на площадке те­кучести на кривой растяжения.

Отрыву дислокации от коттрелловской атмосферы помогают тепловые флуктуации, которые способны образовать полупетлю длиной в несколько межатомных расстояний, свободную от при­месных атомов (рис. 130). Под действием приложенных напряжений перегибы на дислокации удаляются один от другого, и дисло— кация постепенно освобождается от удерживающей ее атмосферы. С понижением температуры роль термического возбуждения в от­рыве дислокации от коттрелловской атмосферы падает, и для освобождения дислокаций необходимо повышать приложенные напряжения.

«Химическая» связь атомов растворенного элемента с растя­нутой дислокацией обусловливает торможение дислокаций атмо­сферами Сузуки. В отличие от коттрелловских атмосфер, которые образуются вдоль линий дислокаций и потому насыщаются при очень небольших содержаниях примеси (сотые и даже тысячные доли процента), атмосферы Сузуки из-за относительно большой площади дефекта упаковки насыщаются при довольно больших концентрациях легирующего элемента (целые проценты). Поэтому сильное тормозящее действие атмосфер Коттрелла проявляется уже при малом содержании примесей, а значительное тормозя­щее действие атмосфер Сузуки должно проявляться при гораздо больших концентрациях легирующих элементов. При большой ширине дефекта упаковки термические флуктуации практически не могут разблокировать растянутую дислокацию с атмосферой Сузуки. Поэтому в упрочнении сплавов роль ^блокировки дисло­каций атмосферами Сузуки должна сильнее проявляться при высокотемпературном деформировании, когда термические флуктуации способствуют отрыву дислокации от коттрелловских ат­мосфер.

Если вокруг дислокации существует атмосфера Снука с упо­рядоченным расположением атомов внедрения в октаэдрических пустотах (см. § 35), то она должна тормозить движение дислока­ций, вызывающее нарушение указанной упорядоченности и соот­ветствующее повышение свободной энергии кристалла.

Источник

Атмосферы Снука

Их образуют атомы внедрения и чаще всего углерод и азот. В ОЦК решетке железа при отсутствии напряжений они заполняют октаэдрические пустоты вдоль трех взаимно перпендикулярных кристаллографических осей. Созданные внешней нагрузкой напряжения приводят к увеличению расстояния между атомами вдоль одной из этих осей и атомы внедрения располагаются, в основном, вдоль этой оси. Это эффект Снука.

Он должен наблюдаться и в поле напряжений вокруг краевой и винтовой дислокаций. Область упорядоченного расположения атомов внедрения вокруг линии дислокации называется атмосферой Снука.

Образование атмосферы Коттрелла идет медленно из-за диффузии атомов примесей на значительные расстояния. Атмосфера Снука идет гораздо быстрее за счет перехода атомов из одних октаэдрических пустот в соседние.

Атмосферы Сузуки

Дефект упаковки растянутой дислокации в ГЦК решетке является тонкой прослойкой с ГПу решеткой. Растворимость элементов должна быть различна в этих решетках. При температуре металла, достаточной для диффузии атомов примесей, они перераспределяются между дефектом упаковки (ГПу) и металлом (ГЦК). Это аналогично перераспределению элементов между двумя фазами. Автор Сузуки назвал такое перераспределение химическим взаимодействием растянутой дислокации с атомами премесей. Примесные атомы или диффундируют или в дефект упаковки, или из него. Измененное количество атомов примеси или легирующего элемента в дефекте упаковки растянутой дислокации называют атмосферой Сузуки.

Самопроизвольный процесс образования атмосфер Сузуки уменьшает энергию дефекта упаковки и тем самым приводит к увеличению ширины растянутой дислокации. Эергия химической связи примесного атома с растянутой дислокацией около 0,1-0,2 эВ и более.

Взаимодействие дислокаций с вакансиями и межузельными атомами

Межузельный атом притягивается к области растяжения краевой дислокации, а вакансия к области сжатия. Они могут аннигилировать на порогах дислокации. При аннигиляции вакансии порог расширяется, а при аннигиляции-присоединении межузельного атома сужается. Чем больше порогов на краю дислокации, тем более полнее и быстрее осуществляется процесс стока вакансий и межузельных атомов к ним и аннигиляция.

Взаимодействие краевой дислокации с атомами легирующих элементов и примесными атомами принципиально отличается от взаимодействия с межузельными атомами металла растворителя. Первые сохраняют свою индивидуальность и образуют атмосферы.

Вакансии взаимодействуют с дислокациями любого типа, например, с винтовой. В их присутствии упругая энергия дислокации уменьшается.

Торможение дислокаций атмосферами Коттрелла, Сузуки и Снука

При движении краевая дислокация (скользящая) пытается увель за собой атмосферу Коттрелла. Однако, в отличии от скользящей дислокации атмосфера может перемещаться только диффузионным путем. Атмосфера может перемещаться вместе с дислокацией только при высоких температурах и очень маленьких скоростях скольжения дислокации. Сила притяжения атмосферы и дислокации тормозит последнюю, если она начинает увеличивать скорость скольжения выше предела, когда атмосфера начинает отставать. Скорость скольжения определяет скоростью перемещения (миграции, диффузии) атомов атмосферы. Наиболее ярким примером движения дислокаций с атмосферами Коттрелла является ползучесть металла.

При повышенных скоростях деформации или недостаточно высоких температурах атмосфера не успевает за дислокацией и удерживает ее. В этом случае для движения дислокации она должна оторваться от атмосферы. Для этого необходим определенный уровень напряжений, создаваемых внешней нагрузкой. Если напряжения недостаточны, дислокация остается неподвижной, т.е. закрепленной атмосферой.

Отрыву помогает образование полупетли (несколько межатомных расстояний) в линии дислокации, свободной от атомов атмосферы (См. картинку Сила Пайерлса). Это происходит в результате тепловых флуктуаций. Под действием напряжения перегибы петли начинают удаляться друг от друга, дислокация постепенно освобождается от атмосферы и начинает движение. При понижении температуры действие тепловых флуктуаций прекращается и отрыв осуществляется только за счет увеличения напряжений. Даже при малых добавках (0,01-0,001%) атомы примесей и легирующих элементов за счет образования атмосфер Коттрелла способствуют большому упрочнению металла, что используется в практике.

Атмосферы Сузуки тормозят движение растянутой дислокации за счет «химической связи атомов примеси или легирующего элемента с этими дислокациями. Из-за большой площади дефекта упаковки атмосферы Сузуки насыщаются атомами примеси или легирующего элемента при больших концентрациях этих атомов (1% и выше). Именно при этих концентрациях атмосферы Сузуки проявляют тормозящее действие. Термические флуктуации не могут разблокировать растянутую дислокацию из-за большое ширины дефекта упаковки. Это возможно только при высокотемпературной (>1000 o C) деформации. Следовательно, атмосферы Сузуки могут способствовать упрочнению металлов до этих температур, например, металлов являющихся инструментами, которые работают в этом температурном интервале.

Атмосфера Снука с упорядоченным расположением атомов внедрения в октаэдрических пустотах, присутствующая вокруг дислокации, должна тормозить движение дислокации.

Причиной является нарушение упорядоченности расположения атомов.

Источник