Dislocation

une dislocation est un défaut cristallographique linéaire ou une irrégularité dans une structure cristalline qui contient un changement brusque dans la disposition des atomes. L’ordre cristallin est rétabli de chaque côté d’une dislocation mais les atomes d’un côté ont bougé ou glissé. Les Dislocations définissent la limite entre les régions glissées et non glissées du matériau et ne peuvent pas se terminer dans un réseau et doivent s’étendre jusqu’à un bord libre ou former une boucle à l’intérieur du cristal., Une dislocation peut être caractérisée par la distance et la direction du mouvement qu’elle provoque aux atomes dans le réseau appelé vecteur de Burgers. Le vecteur Burgers d’une dislocation reste constant même si la forme de la dislocation peut changer.

Il existe une variété de types de dislocations, avec des dislocations mobiles appelées glissiles et des dislocations immobiles appelées sessiles. Le mouvement des dislocations mobiles permet aux atomes de glisser les uns sur les autres à de faibles niveaux de contrainte et est connu sous le nom de glissement ou glissement., Le mouvement des dislocations peut être renforcé ou entravé par la présence d’autres éléments à l’intérieur du cristal et au fil du temps, ces éléments peuvent diffuser vers la dislocation formant une atmosphère de Cottrell. L’épinglage et la séparation de ces éléments expliquent une partie du comportement de rendement inhabituel observé avec les aciers. L’interaction de l’hydrogène avec les dislocations est l’un des mécanismes proposés pour expliquer la fragilisation par l’hydrogène.,

les Dislocations se comportent comme si elles étaient une entité distincte dans un matériau cristallin où certains types de dislocations peuvent se déplacer à travers le matériau en se pliant, en se fléchissant et en changeant de forme et en interagissant avec d’autres dislocations et caractéristiques dans le cristal. Des Dislocations sont générées en déformant un matériau cristallin tel que des métaux, ce qui peut les amener à partir de surfaces, en particulier à des concentrations de contraintes ou à l’intérieur du matériau au niveau de défauts et de limites de grains., Le nombre et la disposition des dislocations donnent lieu à de nombreuses propriétés des métaux telles que la ductilité, la dureté et la limite d’élasticité. Le traitement thermique, la teneur en alliage et le travail à froid peuvent modifier le nombre et la disposition de la population de dislocation et la façon dont elle se déplace et interagit afin de créer des propriétés utiles.

dislocationsmodifier

lorsque les métaux sont soumis à un travail à froid (déformation à des températures relativement faibles par rapport à la température de fusion absolue du matériau, T m {\displaystyle t_{m}}, c’est-à-dire généralement inférieures à 0,4 T m {\displaystyle 0.4t_{m}}), la densité de dislocations augmente en raison de la formation de nouvelles dislocations. Le chevauchement croissant qui en résulte entre les champs de déformation des dislocations adjacentes augmente progressivement la résistance à un mouvement de dislocation supplémentaire. Cela provoque un durcissement du métal à mesure que la déformation progresse., Cet effet est connu comme écrouissage ou écrouissage.

la densité de Dislocation ρ {\displaystyle \rho } dans un matériau peut être augmentée par déformation plastique par la relation suivante:

τ ρ ρ {\displaystyle \tau \propto {\sqrt {\rho }}} .

étant donné que la densité de dislocation augmente avec la déformation plastique, un mécanisme de création de dislocations doit être activé dans le matériau., Trois mécanismes de formation de dislocation sont la nucléation homogène, l’initiation de la limite du grain et les interfaces entre le réseau et la surface, les précipités, les phases dispersées ou les fibres de renforcement.

Homogènes nucleationEdit

La création d’une dislocation par nucléation homogène est une suite de la rupture des liaisons atomiques le long d’une ligne dans la grille. Un plan dans le réseau est cisaillé, ce qui entraîne 2 demi-plans ou dislocations opposés. Ces dislocations s’éloignent les unes des autres à travers le réseau., Étant donné que la nucléation homogène forme des dislocations à partir de cristaux parfaits et nécessite la rupture simultanée de nombreuses liaisons, l’énergie requise pour la nucléation homogène est élevée. Par exemple , il a été démontré que la contrainte requise pour une nucléation homogène dans le cuivre est τ hom G = 7,4 × 10 − 2 {\displaystyle {\frac {\Tau _{\text{hom}}}{G}}=7,4\fois 10^{-2}}, où G {\displaystyle G} est le module de cisaillement du cuivre (46 GPa). Des problèmes pour τ hom {\displaystyle \tau _{\text{hom}}\,\!}, nous voyons que la contrainte requise est de 3,4 GPa, ce qui est très proche de la force théorique du cristal., Par conséquent, dans la déformation conventionnelle nucléation homogène nécessite une contrainte concentrée, et est très peu probable. L’initiation de la limite du Grain et l’interaction d’interface sont des sources plus courantes de dislocations.

les irrégularités aux limites des grains dans les matériaux peuvent produire des dislocations qui se propagent dans le grain. Les marches et les rebords à la limite du grain sont une source importante de dislocations dans les premiers stades de la déformation plastique.,

Frank–Read sourceEdit

La Source Frank–Read est un mécanisme capable de produire un flux de dislocations à partir d’un segment épinglé d’une dislocation. Le Stress incline le segment de dislocation, se dilatant jusqu’à ce qu’il crée une boucle de dislocation qui se libère de la source.

SurfacesEdit

La surface d’un cristal peut produire des dislocations dans les cristaux. En raison des petites étapes à la surface de la plupart des cristaux, la contrainte dans certaines régions de la surface est beaucoup plus grande que la contrainte moyenne dans le réseau. Ce stress conduit à des dislocations., Les dislocations sont ensuite propagées dans le réseau de la même manière que dans l’initiation de la limite du grain. Dans les monocristaux, la majorité des dislocations se forment à la surface. Il a été démontré que la densité de dislocation à 200 micromètres à la surface d’un matériau est six fois supérieure à la densité de la masse volumique. Cependant, dans les matériaux polycristallins, les sources de surface n’ont pas d’effet majeur car la plupart des grains ne sont pas en contact avec la surface.

InterfacesEdit

L’interface entre un métal et d’oxyde de fer peut augmenter considérablement le nombre de dislocations créées., La couche d’oxyde met la surface du métal en tension car les atomes d’oxygène se pressent dans le réseau et les atomes d’oxygène sont sous compression. Cela augmente considérablement la contrainte à la surface du métal et par conséquent la quantité de dislocations formées à la surface. L’augmentation de la contrainte sur les marches de surface entraîne une augmentation des dislocations formées et émises par l’interface.

des Dislocations peuvent également se former et rester dans le plan d’interface entre deux cristaux., Cela se produit lorsque l’espacement des réseaux des deux cristaux ne correspond pas, ce qui entraîne une mauvaise adaptation des réseaux à l’interface. Le stress causé par le réseau misfit est libéré en formant des dislocations inadaptées régulièrement espacées. Les dislocations inadaptées sont des dislocations de bord avec la ligne de dislocation dans le plan d’interface et le vecteur de Burgers dans la direction de l’interface normale. Des Interfaces avec des dislocations inadaptées peuvent se former par exemple à la suite d’une croissance cristalline épitaxiale sur un substrat.

Irradiationmodifier

des boucles de Dislocation peuvent se former dans les dommages créés par l’irradiation énergétique., Une boucle de dislocation prismatique peut être comprise comme un disque effondré supplémentaire (ou manquant) d’atomes, et peut se former lorsque des atomes interstitiels ou des vides se regroupent. Cela peut se produire directement à la suite de cascades de collisions simples ou multiples, ce qui entraîne des densités localement élevées d’atomes interstitiels et de vides. Dans la plupart des métaux, les boucles de dislocation prismatiques sont les amas énergétiquement les plus préférés d’atomes auto-interstitiels.,

Interaction et arrangementmodifier

dislocations géométriquement nécessairesmodifier

les dislocations géométriquement nécessaires sont des agencements de dislocations qui peuvent accueillir un degré limité de flexion plastique dans un matériau cristallin.Les enchevêtrements de dislocations se trouvent au début de la déformation et apparaissent comme des limites non bien définies; le processus de récupération dynamique conduit finalement à la formation d’une structure cellulaire contenant des limites avec une mauvaise orientation inférieure à 15° (limites de grain à faible angle).,

PinningEdit

L’ajout de points d’épinglage qui inhibent le mouvement des dislocations, tels que les éléments d’alliage, peut introduire des champs de contrainte qui renforcent finalement le matériau en exigeant une contrainte appliquée plus élevée pour surmonter la contrainte d’épinglage et poursuivre le mouvement de dislocation.

Les effets du durcissement par déformation par accumulation de dislocations et la structure de grain formée à haute contrainte peuvent être éliminés par un traitement thermique approprié (recuit) qui favorise la récupération et la recristallisation ultérieure du matériau.,

Les techniques de traitement combinées de durcissement et de recuit permettent de contrôler la densité de dislocation, le degré d’enchevêtrement de dislocation et, finalement, la limite d’élasticité du matériau.

bandes de glissement Persistantesmodifier

des cycles répétés d’un matériau peuvent conduire à la génération et au regroupement de dislocations entourées de régions relativement exemptes de dislocations. Ce motif forme une structure en forme d’échelle connue sous le nom de bande de glissement persistante (PSB)., Les PSB sont soi-disant, car ils laissent des marques sur la surface des métaux qui, même lorsqu’ils sont enlevés par polissage, reviennent au même endroit avec un cycle continu.

les parois PSB sont principalement constituées de dislocations de bord. Entre les parois, la plasticité est transmise par des dislocations de vis.

lorsque les PSB rencontrent la surface, des extrusions et des intrusions se forment, ce qui, sous des charges cycliques répétées, peut entraîner l’initiation d’une fissure de fatigue.,

MovementEdit

GlideEdit

les Dislocations peuvent glisser dans des plans contenant à la fois la ligne de dislocation et le vecteur de Burgers, le plan de glisse. Pour une dislocation de vis, la ligne de dislocation et le vecteur de Burgers sont parallèles, de sorte que la dislocation peut glisser dans n’importe quel plan contenant la dislocation. Pour une dislocation de bord, la dislocation et le vecteur de Burgers sont perpendiculaires, il y a donc un plan dans lequel la dislocation peut glisser.,

ClimbEdit

Dislocation la montée est un mécanisme alternatif de mouvement de dislocation qui permet à une dislocation de bord de sortir de son plan de glissement. La force motrice de la montée en dislocation est le mouvement des postes vacants à travers un réseau cristallin. Si une vacance se déplace à côté de la limite du demi-plan supplémentaire d’atomes qui forme une dislocation de bord, l’atome dans le demi-plan le plus proche de la vacance peut sauter et combler la vacance. Ce décalage d’atome déplace la vacance en ligne avec le demi-plan des atomes, provoquant un décalage, ou une montée positive, de la dislocation., Le processus d’absorption d’une vacance à la limite d’un demi-plan d’atomes, plutôt que de créer, est connu sous le nom de montée négative. Étant donné que la montée de dislocation résulte du saut d’atomes individuels dans des espaces vacants, la montée se produit par incréments de diamètre d’atome unique.

pendant la montée positive, le cristal se rétrécit dans la direction perpendiculaire au demi-plan supplémentaire des atomes parce que les atomes sont retirés du demi-plan. Puisque la montée négative implique une addition d’atomes au demi-plan, le cristal se développe dans la direction perpendiculaire au demi-plan., Par conséquent, la contrainte de compression dans la direction perpendiculaire au demi-plan favorise la montée positive, tandis que la contrainte de traction favorise la montée négative. C’est l’une des principales différences entre le glissement et la montée, car le glissement n’est causé que par une contrainte de cisaillement.

une différence supplémentaire entre le glissement de la dislocation et la montée est la dépendance à la température. La montée se produit beaucoup plus rapidement à des températures élevées qu’à des températures basses en raison d’une augmentation du mouvement de vacance. Slip, en revanche, n’a qu’une petite dépendance à la température.,

dislocation avalanchesmodifier

Dislocation avalanches se produisent lorsque plusieurs mouvements simultanés de dislocations se produisent.

vitesse de Dislocation

la vitesse de Dislocation dépend largement de la contrainte de cisaillement et de la température, et peut souvent être ajustée en utilisant une fonction de loi de puissance:

V = A τ m {\displaystyle V=a\tau ^{m}}

où a {\displaystyle A} est une constante de matériau, τ {\displaystyle \tau } est la contrainte de cisaillement appliquée, m {\displaystyle M} est une constante qui diminue avec l’augmentation de la température., Une contrainte de cisaillement accrue augmentera la vitesse de dislocation, tandis qu’une température accrue diminuera généralement la vitesse de dislocation. On suppose qu’une plus grande diffusion des phonons à des températures plus élevées est responsable de l’augmentation des forces d’amortissement qui ralentissent le mouvement de dislocation.