Дислокационные механизмы упрочнения металла

Можно показать, что наиболее предпочтительным способом размещения одноименных по знаку дислокаций является расположение их друг над другом в виде вертикальной стенки, которая представляет собой малоугловую границу и делит кристалл на фрагменты. Одноименные дислокации отталкиваются, разноименные притягиваются, а при встрече могут аннигилировать.

При взаимодействии винтовых дислокаций, перемещающихся в пересекающихся системах скольжения, образуется ступенька, которая может перемещаться с образованием цепочек вакансий, либо межузельных атомов. Таким образом, взаимодействие винтовых дислокаций может увеличивать сопротивление деформации.

Эти величины имеют важное значение для понимания структурных изменений, происходящих в металлах при деформации, а также в условиях последующего нагрева. Частичные дислокации, перемещающиеся в пересекающихся системах скольжения, образуют малоподвижные (“сидячие”) дислокации, для которых вектор Бюргерса не лежит ни в одной из плоскостей скольжения. Сидячие дислокации представляют барьер Номера—Котрелла, снижающий подвижность других дислокаций и способствующий, таким образом, повышению сопротивления деформации.

Дислокация, взаимодействуя с примесными атомами внедрения или замещения, которые могут образовывать скопления (облака или атмосферы Котрелла), становится малоподвижной. Такая дислокация в отличие от скользящей подвижной может перемещаться вместе со скоплениями дефектов, которые перемещаются только диффузионным путем. Это объясняет эффективное повышение прочностных характеристик материала за счет твердорастворного упрочнения.

Взаимодействие дислокаций с частицами выделения второй фазы, которые обычно распределены внутри матрицы в виде дисперсных включений, приводит к случаям прохождения дислокацией частиц либо огибанием (механизм Орована), либо их перерезанием. Это приводит к эффективному дисперсионному упрочнению материала.

Границы зерен или фрагментов своим полем напряжений могут задерживать движение дислокаций. Эффективность границ как препятствий усиливается с увеличением угла разори-ентировки, так как при пересечении границы скачком изменяется ориентировка плоскости скольжения. На границах зерен, как правило, скапливаются примеси. Это также способствует повышению характеристик прочности.

Подвижность частичных дислокаций, образующихся из полной путем диссоциации, значительно меньше, чем у полной дислокации, так как они могут перемещаться только в плоскости, в которой расположен дефект упаковки. При встрече с барьером частичные дислокации должны стянуться в полную и поперечным скольжением последней перейти в другую плоскость скольжения. Частичные дислокации у металлов с низкой удельной энергией дефекта упаковки имеют большую ширину d0 и более устойчивы. Их стягивание в полную дислокацию для осуществления поперечного скольжения требует дополнительной энергии. Наоборот, металлы с высокой энергией дефекта упаковки (Al, Ni, Pb) имеют небольшую ширину da, поэтому дислокации обладают повышенной подвижностью, а металл низким сопротивлением деформации.