Утворення дефектів при пластичній деформації

У процесі пластичної деформації в результаті руху і взаємодії дислокацій виникають точкові дефекти. Експериментальний доказ утворення точкових дефектів при пластичній деформації кристалів уперше було дано А.В.Степановим [11]. У лужно - галоїдних кристалах, підданих пластичній деформації , спостерігалося тимчасове збільшень іонної провідності майже на два порядки. Якщо приписати збільшення електропровідності, що спостерігається, утворенню вакансій, то їх повинно генеруватися в NaCl ~ 10¹⁸ см^-3. Факт створення надлишкової концентрації точкових дефектів у процесі пластичної деформації був підтверджений дослідами на чистих металах. Питомий опір Al, Ag, Сu монотонно зростало при збільшенні ступеня пластичної деформації зразків пропорційно , значення коефіцієнта пропорційності визначається вихідним станом зразків і присутністю домішок. Показник ступеня m залежить від дислокаційної структури, що виникає при пластичній деформації, а також від способу деформування.

При пластичній деформації виникають, в основному, вакансії та їхні комплекси, факт появи міжвузольних атомів достовірно не встановлений.

Оцінити надлишкову концентрацію точкових дефектів можна по зміні об’єму DV, а отже, і густини кристала. При утворенні вакансії шляхом видалення атома (іона) з вузла ґратки на поверхню відносна зміна густини дорівнює

, (3.2.1)

де атомна частка вакансій; - відносна зміна об’єму, викликана деформацією ґратки поблизу вакансій. Концентрація вакансій, визначена по зміні густини зразків, може служити приблизною оцінкою, тому що виділити внесок у зміну густини різних дефектів неможливо (у зміну густини вносять істотний вклад мікротріщини і пори).

Інформацію про різні типи дефектів дозволяють одержати із вимірів енергії, що запасається кристалами при пластичній деформації. Виявилося, що в кристалах КСl енергія в основному витрачається на утворення таких дефектів, як пори і мікротріщини, і лише на початковій стадії пластичної деформації запасена енергія обумовлена створенням дислокаційних диполів та точкових дефектів.

Отже, при пластичній деформації створюється значна надлишкова концентрація вакансій, яка виявляється у кристалі, в основному, у виді асоціатів.

Водночас, при пластичній деформації під дією прикладених напруг відбувається як переміщення існуючих, так і утворення нових дислокацій. Рух дислокацій може привести до появи точкових дислокацій кількома шляхами. В даний час є найбільш відомі два шляхи. Модель крайової дислокації можна представити так. Краї не повністю заповнених півплощин із різних сторін і дислокації, анігіляція яких приводить до появи повних атомних площин. Якщо вони розміщені через площину, то виникає результуюча геометрична конфігурація двох лишніх півплощин, еквівалентна одній повній, яка містить в площині Х ряд вакансій перпендикулярно рис. 3.2.1а.

Якщо дві півплощини закінчуються на одній і тій же площині(рис.3.2.2б), то кінцевою конфігурацією буде повна атомна площина, яка проходить через точку Х + ряд міжвузольних атомів, які знаходяться біля цієї площини а на рис.3.2.2в – схема утворення ланцюжка вакансій. Хоча енергії, необхідні для утворення різних видів дефектів, неодинакові, ця чисто геометрична схема не приводить до переважного утворення дефектів якого-небудь одного виду, так як тут тратиться енергія зовнішніх сил, які викликають пластичну деформацію. Крайові дислокації, які необхідні для реалізації вище сказаного, утворюються різними способами. Півякісні оцінки показують, що атомна доля дефектів, утворених геометричним шляхом пропорційна величині пластичної деформації з коефіцієнтом від 10^-4 до 10^-5.

Якщо крайова дислокація має лишню півплощину і, обмежуючий цю півплощину ряд атомів не повністю добудований, то утворюється сходинка. Якщо така дислокація рухається в напрямку перпендикулярному до малюнку, то разом з нею буде переміщуватись і сходинка. Можна очікувати, що при великій швидкості руху дислокації атом не переміститься. Тобто позаду дислокації виникне вакансія. Із елементарних представлень ясно, що при зворотному ході процесу цей механізм буде приводити до виникнення міжвузольного атому.

Сходинки на дислокаціях можуть утворюватись різними шляхами. Простим прикладом є виникнення сходинки при перетині двох крайових дислокацій (рис.3.2.2). Крайова дислокація - ABCD, пройшла через перпендикулярну їй дислокацію RPTS в напрямку M до N. Відносне зміщення частин кристалу, розміщених вище площин ANBM, обумовлене проходженням дислокації ABCD, привело до утворення сходинки на частині дислокації PR.

а)

б)

в)

Рис.3.2.1. Утворення точкових дефектів при пластичній деформації.

Більш складний механізм утворення сходинок - при перетині гвинтових дислокацій (рис.3.2.2)

Рис.3.2.2. Перетин двох взаємоперпендикулярних ліній крайових

дислокацій.

Дислокації є також стоками для точкових дефектів, механізм поглинання зворотній до утворення точкових дефектів.

Контрольні питання

1. Пояснити механізм утворення точкових дефектів у процесі пластичної деформації.

2. Яка доля утворених точкових дефектів при пластичній деформації?

3. Дати фізичне пояснення процесу пластичної деформації.