При взаимодействии дислокации с границей зерна она может либо остановиться на каком-то расстоянии от границы, либо войти в неё. Поглощение дислокации границей возможно, если это обеспечивает выигрыш в энергии, что зависит от взаимной ориентации дислокации (b, L) и плоскости границы.
При поглощении дислокации граница может:
– рассыпаться в стопку зернограничных дислокаций (ЗГД) с меньшими векторами Бюргерса;
– выйти во 2-е зерно, изменив вектор Бюргерса c b1 на b2, и оставив на границе разностную ЗГД: bг = b1 – b2.
Такие прозрачные границы большая редкость, т.к. продавливание дислокации через границу возможно при соблюдении сразу нескольких условий:
а) требуются очень высокие напряжения;
б) дислокация должна быть винтовой, а разворот границы должен обеспечивать минимальный вектор Бюргерса зернограничной дислокации;
в) следы от плоскостей скольжения в соседних зёрнах должны иметь минимальный угол разворота.
Ещё один возможный, но редкий случай – испускание дислокаций границей. Для этого необходимы очень высокие напряжения (порядка 1/8 G для аустенитной стали), либо чтобы ось зернограничной дислокации лежала в плоскости скольжения зерна и произошло взаимодействие 2-х зернограничных дислокаций типа:
b1 + b3 = b + b2,
где b1 и b3 – зернограничные дислокации,
b – испускаемая дислокация,
b2 – остающаяся зернограничная дислокация.
Однако такие условия редки. Зернограничная дислокация может испустить дислокацию только один раз, поэтому граница сама по себе не является источником размножения в решётке. Взаимодействие дислокаций с границами является частью взаимосвязанных процессов, включающих механизмы движения границ, представленные схематично на рис. 5.2.
|
| Рис. 5.2. Взаимодействие дислокаций с границами зерен и механизмы движения границ. |
Растекание ЗГД – превращение в стопку ЗГД со очень малыми практически невидимыми векторами Бюргерса. Для растекания необходим диффузионный поток вещества, поэтому растекание происходит по достижению определённой температуры (чистые металлы – 0,2Тпл, сплавы – 0,4Тпл).
Переползание ЗГД- заключается в перемещении компоненты ЗГД, направленной по нормали к плоскости границы за счёт притока вакансий.. Такое неконсервативное движение означает перемещение одного зерна относительно другого. При этом зёрна сближаются или отдаляются. Так как коэффициент диффузии по границам зерен всегда больше, чем в объёме, то чем мельче зерно, тем более важен зернограничный перенос.
Миграция границ – движение границы по нормали к поверхности границы без потоков вещества, т.е. перегруппировка атомов в некотором объёме кристалла около границы.
Проскальзывание – смещение одного зерна относительно другого вдоль плоскости границы, осуществлямое скольжением компоненты ЗГД, лежащей в плоскости границы, под действием касательных напряжений.
Для регулярных границ с существованием периодичности в совпадении узлов кристаллических решёток соседних зёрен кручения и наклона касательные напряжения проскальзывания выше, чем для скольжения дислокаций в объёме. Нерегулярные границы проскальзывают за счёт перемещения пустот или свободных объёмов вдоль границы. Механизм подобен зернограничной диффузии.
Движение всех границ происходит совместно. В процессе пластической деформации проявление тех или иных зернограничных механизмов будет зависеть от строения границы. Например, в нерегулярных границах проскальзывание может происходить в 1000 раз быстрее, чем в регулярных, но миграция много медленнее. У одного и того же зерна быстро мигрируют одни границы и проскальзывают другие. Пластический сдвиг поворачивает границу на некий угол, при этом поворот к регулярному положению, сопровождающийся уменьшением свободной энергии границы, происходит легче, чем удаление от него.
Текстуры деформации.
Определённую ориентировку кристаллографических плоскостей и направлений, приобретаемую зёрнами под действием внешних усилий, называют текстурой. Она зависит от способа деформирования, кристаллической структуры металла, наличия примесей и условий деформирования. По способу деформирования выделяют волокнистые текстуры и текстуры прокатки.
Волокнистые текстуры характерны для процессов деформирования, таких, как волочение, прессование или радиальная ковка. При данных видах деформации параллельно оси деформации ориентируются определённые кристаллографические направления зёрен. Например, при волочении проволоки в металлах с ОЦК-решёткой кристаллографические направления <110>, в ГЦК-металлах – <111> и <100>. Ориентация зависит во многом от энергии дефекта упаковки металла или сплава.
При прокатке получается более сложная текстура: параллельно плоскости прокатки располагаются и определённая кристаллографическая плоскость и направление решётки.
Например, металлы с ГЦК-решёткой имеют простую текстуру – плоскость {110}, параллельную плоскости прокатки, и направление <112>, совпадающее с направлением прокатки; в ОЦК-металлах преобладает текстура прокатки типа {001} <110>, в ГПУ-металлах – {0001} <1120>.
Текстура, вызванная деформацией, обусловливаетанизотропию механических и физических свойств поликристаллов. Это позволяет при нормированном выборе текстурованности материала и направления прокатки получать лист с более высокими прочностными характеристиками.