Торможение дислокаций дисперсными частицами

Во многих промышленных сталях и сплавах присутствуют дисперсные (10-1000 нм) частицы второй фазы. Их количество может быть различно. Распределение частиц по объему может быть однородным и неоднородным. Тип частиц может быть различным.

Все это определяет их взаимодействие с дислокациями.

Механизм Орована. При определенном достаточно большом расстоянии между частицами для данной стали или сплава, дислокация под действием касательного напряжения дислокация может выгибаться между частицами. Но благодаря линейному натяжению дислокация стремиться выпрямиться. Согласно формуле (19) - t_кр = Gb/l при расстоянии между частицами l для прохождения дислокации между частицами необходимо напряжение t_кр или больше. При этом условии дислокация выгибается и ее части смыкаются за каждой частицей. Вокруг частицы остается дислокационная петля, а дислокация продолжает скользить в прежнем направлении. Каждая новая дислокация, проходя между частицами, оставляет вокруг них дислокационную петлю. При этом суммарная длина дислокаций в кольцах возрастает, т.е. возрастает их общая энергия и соответственно поля упругих напряжений. В результате выгибание последующих подошедших дислокаций становиться все более сложным и требует все большего t_кр, что возможно до определенного предела.

Механизм локального поперечного скольжения. Такое скольжение может начаться, когда краевая дислокация при выгибании образует винтовые сегменты (на участках этой дислокации, рис.а). Затем эти сегменты совершают двойное поперечное скольжение, переходя в новую плоскость скольжения для обхода частицы (рис.б). Винтовые сегменты имеют различный знак, выгибаются навстречу друг другу и аннигилируют (рис. в). В результате позади частицы создается призматическая дислокационная петля, а на движущейся дальше дислокации – двойная ступенька (рис. г).

Механизм дальнодействующих упругих полей напряжений вокруг частиц. На дислокацию действует поле таких напряжений и она тормозится, не дойдя до частицы. Такие напряжения могут возникать из-за разницы в удельных объемах частицы и матрицы окружающего металла, из которого она выделилась и из-за разницы в коэффициентах термического расширения.

Однако, если частицы имеют небольшие размеры (обычно 200 нм и менее) и по мягкости соизмеримы с металлом матрицей, дислокации могут перерезать их при своем движении.

Чаще всего это происходит при уменьшении расстояния между частицами. При этом согласно формуле (19) - t_кр = Gb/l необходимые для выгибания дислокаций напряжения могут возрасти настолько, что энергетически выгодным станет перерезание частиц. Если решетка частицы отличается от решетки матрицы, дислокация в плоскости сдвига (рис) создает сильные нарушения. Частица сдвигается на величину вектора Бюргерса дислокации, который отличается от вектора трансляции решетки частицы. В результате внутри частицы возникает высокоэнергитическая поверхность раздела. Кроме того, при перерезании увеличивается поверхность раздела между перерезанной частицей и матрицей в результате образования ступеньки. Все это может являться причиной торможения движения дислокаций.