Дефекты кристаллической решетки металлов можно разделить на четыре больших класса, включающие в себя точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты.
Точечный дефект представляет собой в высшей степени локальный дефект, влияние которого простирается лишь на один или несколько атомных диаметров от его центра. К точечным дефектам относятся вакансии (не занятые атомами узлы), межузельные атомы, растворенные атомы и свободные атомы в упорядоченной решетке.
Линейный дефект представляет собой дислокацию. Этот тип дефектов будет подробно рассмотрен ниже.
Поверхностный дефект представляет собой плоскость или криволинейную поверхность, образованную множеством дефектов в кристалле. К ним относятся границы зерен, границы субзерен, границы двойников и скопления дефектов в атомных плоскостях внутри кристаллов.
Объемные дефекты — это трехмерные дефекты, такие, как пустоты, пузырьковые включения, частицы, ориентированные отлично от окружающей матрицы, или скопления точечных дефектов в упорядоченной матрице.
Из указанных четырех типов дефектов нас в дальнейшем будет интересовать только один — линейный дефект, или дислокация. Геометрические соображения позволяют выделить три вида дислокаций:
- краевые дислокации, называемые иногда дислокациями Тейлора;
-винтовые дислокации, называемые иногда дислокациями
Бюргерса;
-смешанные дислокации.
Все три типа дислокаций являются формами нарушения упорядоченности расположения атомов вдоль линии внутри кристаллической решетки.
Смешанная дислокация представляет собой просто совокупность краевой и винтовой дислокаций.
Чтобы представить себе краевую дислокацию, рассмотрим резиноподобный прямоугольный параллелепипед из кубической кристаллической решетки, показанный на рис. 2.8. Представим себе, что этот блок разрезан до половины высоты, края разреза раздвинуты и в образовавшуюся щель вставлена дополнительная полуплоскость атомов.
Рисунок 2.8 - Геометрическое представление краевой дислокации
Затем края разреза освобождаются, возвращаются обратно и, насколько возможно, тесно примыкают друг к другу. В результате около края дополнительной полуплоскости нарушается правильное чередование атомных плоскостей, как это показано на рис. 2.8, и образуется линия краевой дислокации. Краевая дислокация считается положительной, если выше линии дислокации находитсяатомов, а ниже линииатомов. Если же выше линии располагаетсяатомов, а нижеатомов, то такая краевая дислокация считается отрицательной. Для обозначения положительной краевой дислокации используется символ , а для отрицательной — символ ? .
Винтовую дислокацию можно представить себе геометрически, рассматривая изображенную на рис. 2.9 резиноподобную модель. Опять представим себе, что блок наполовину разрезан, как и на
рис. 2.8. Однако вместо того чтобы раздвигать края разреза, заставим их скользить друг по другу параллельно краю разреза, а затем после сдвига на одно межатомное расстояние соединим их.
Рисунок 2.9 - Геометрическое представление винтовой дислокации
Это приводит к нарушению правильной структуры около внутреннего края разреза, называемого линией винтовой дислокации. Определение направления винтовой дислокации произвольно. Одно из употребляемых правил состоит в том, что винтовую дислокацию называют правосторонней, если при обходе по часовой стрелке вокруг линии дислокации происходит смещение от наблюдателя, и левосторонней, если смещение в результате обхода происходит к наблюдателю.
Смешанная дислокация представляет собой дислокацию, содержащую в себе элементы как краевой, так и винтовой дислокации в различных местах вдоль линии дислокации. Как видно из рис. 2.10, линия дислокации в одном месте может быть линией чисто краевой дислокации, в другом — чисто винтовой, а в третьем — смешанной.
Рисунок 2.10 - Геометрическое представление смешанной дислокации
Во всех случаях линия дислокации является границей между претерпевшей скольжение и нетронутой частями кристалла. Это означает, что линия дислокации не может заканчиваться внутри кристалла. Она должна заканчиваться на свободной поверхности, на границе зерна, в месте пересечения с другой линией дислокации, у какого-либо дефекта или должна замыкаться на себя, образуя петлю дислокации.
Когда дислокация проходит через какую-либо точку, происходит сдвиговое перемещение, величина и направление которого характеризуются вектором Бюргерса b. Направление вектора Бюрrepca b относительно линии дислокации характеризует тип дислокации, а его величина определяет величину сдвигового перемещения. Если вектор Бюргерса перпендикулярен линии дислокации, то дислокация краевая. Если же вектор Бюргерса параллелен линии дислокации, то дислокация винтовая; в том случае, когда вектор Бюргерса не параллелен и не перпендикулярен линии дислокации, будет дислокация смешанного типа, содержащая элементы и краевой, и винтовой дислокаций.
Рисунок 2.11- Контуры Бюргерса для краевой и винтовой дислокаций
Вектор Бюргерса b инвариантен для любой заданной линии дислокации, как показано, например, на рис. 2.11.
Классификацию дислокаций более формальным способом можно произвести так. Если направление линии дислокации характеризуется единичным векторомто дислокация является краевой при
(2.11)
винтовой при
,(2.12)
и смешанной при
(2.13)
Для произвольной заданной дислокации вектор Бюргерса можно определить при помощи построения контура Бюргерса путем движения от атома к атому вокруг дислокации в плоскости, нормальной к линии дислокации. Примеры построения контура Бюргерса показаны на рис. 2.11. Величина разрыва контура Бюргерса, отличающая его от аналогичного замкнутого контура в идеальном кристалле без дислокации, и является вектором Бюргерса.