Франк – Прочитать источник

редактировать

Источник Франка – Рида состоит из дислокации, закрепленной в двух точках A и B и подвергнутой напряжению сдвига. Закрепленная дислокация расширяется и многократно обвивается вокруг, образуя новые дислокационные петли.

В материаловедении источник Франка – Рида - это механизм, объясняющий образование множественных дислокаций в конкретных хорошо разнесенных плоскостях скольжения в кристаллах при их деформации. Когда кристалл деформируется, чтобы произошло скольжение, в материале должны возникать дислокации. Это означает, что в процессе деформации дислокации в первую очередь должны генерироваться в этих плоскостях. Холодная обработка металла увеличивает количество дислокаций по механизму Франка – Рида. Более высокая плотность дислокаций увеличивает предел текучести и вызывает деформационное упрочнение металлов.

Механизм образования дислокаций был предложен и назван в честь британского физика Чарльза Франка и.

История

Чарльз Франк подробно описал историю открытия со своей точки зрения в Proceedings of the Royal Society в 1980 году.

В 1950 Чарльз Франк, который тогда был научным сотрудником физического факультета в Бристольском университете, посетил Соединенные Штаты, чтобы принять участие в конференции по кристаллам пластичности в Питтсбург. Фрэнк прибыл в Соединенные Штаты задолго до конференции, чтобы провести время в военно-морской лаборатории и прочитать лекцию в Корнельском университете. Когда во время своего путешествия по Пенсильвании Фрэнк посетил Питтсбург, он получил письмо от коллеги-ученого Джока Эшелби, в котором предлагалось прочитать недавнюю статью. Фрэнк должен был сесть на поезд в Корнелл, чтобы прочесть лекцию в Корнелле, но перед отъездом в Корнелл он пошел в библиотеку Технологического института Карнеги, чтобы получить копию статьи. В библиотеке еще не было журнала с бумагой Лейбфрида, но сотрудники библиотеки полагали, что журнал мог быть в недавно доставленной посылке из Германии. Фрэнк решил подождать, пока библиотека откроет пакет, в котором действительно находился журнал. Прочитав газету, он сел на поезд до Корнелла, где ему сказали скоротать время до 5:00, поскольку преподаватели собираются. Фрэнк решил прогуляться с 3 до 5 часов. В течение этих двух часов, рассматривая статью Лейбфрида, он сформулировал теорию того, что позже было названо источником Франка – Рида.

Пару дней спустя он поехал на конференцию по пластике кристаллов в Питтсбург, где и столкнулся в холле отеля. Встретившись друг с другом, два ученых сразу же обнаружили, что они почти одновременно пришли к одной и той же идее образования дислокаций (Фрэнк во время прогулки по Корнеллу и Торнтон Рид во время чая в предыдущую среду), и решили написать совместную статью по теме тема. Механизм образования дислокаций, описанный в этой статье, теперь известен как источник Франка – Рида.

Механизм

Анимация, показывающая, как напряжение в источнике Франка – Рида (в центре) может генерировать множественные дислокационные линии в кристалле.

Источник Франка – Рида - это механизм, основанный на размножении дислокаций в скольжении плоскость под действием напряжения сдвига.

Рассмотрим прямую дислокацию в плоскости скольжения кристалла с двумя закрепленными концами, A и B. Если напряжение сдвига $τ {\ displaystyle \ tau}$ $\ tau$ действует на плоскость скольжения, тогда сила $F = τ ⋅ bx {\ displaystyle F = \ tau \ cdot bx}$ ${\ displaystyle F = \ tau \ cdot bx}$ , где b - вектор Бюргерса дислокации, а x - расстояние между точками закрепления A и B, действует на линию дислокации в результате напряжения сдвига. Эта сила действует перпендикулярно к линии, заставляя дислокацию удлиняться и изгибаться в дугу.

Изгибающей силе, вызванной напряжением сдвига, противодействует линия натяжения дислокации, которая действует на каждый конец дислокации в направлении линии дислокации от A и B. с величиной $G b 2 {\ displaystyle Gb ^ {2}}$ ${\ displaystyle Gb ^ {2}}$ , где G - модуль сдвига. Если дислокация изгибается, концы дислокации составляют угол с горизонталью между A и B, что дает линейным натяжениям, действующим вдоль концов, вертикальную составляющую, действующую прямо против силы вызванный напряжением сдвига. Если приложено достаточное напряжение сдвига и дислокация изгибается, вертикальная составляющая линейных напряжений, которая действует непосредственно против силы, вызванной напряжением сдвига, растет по мере того, как дислокация приближается к полукруглой форме.

Когда дислокация становится полукругом, все линейное натяжение действует против изгибающей силы, вызванной напряжением сдвига, потому что линейное натяжение перпендикулярно горизонтали между A и B. Таким образом, для того чтобы дислокация достигла этой точки, очевидно, что уравнение:

F = τ ⋅ bx = 2 G b 2 {\ displaystyle F = \ tau \ cdot bx = 2Gb ^ {2}}

{\ displaystyle F = \ tau \ cdot bx = 2Gb ^ {2}}

должно будут удовлетворены, и из этого мы можем найти напряжение сдвига:

τ = 2 G bx {\ displaystyle \ tau = {\ frac {2Gb} {x}}}

{\ displaystyle \ tau = {\ frac {2Gb} {x}}}

Это напряжение, необходимое для возникновения дислокации из источника Франка – Рида. Если напряжение сдвига увеличивается еще больше и дислокация переходит в полукруглое состояние равновесия, она будет самопроизвольно изгибаться и расти, закручиваясь по спирали вокруг точек закрепления A и B, пока сегменты не будут вращаться вокруг точек закрепления A и B. точки сталкиваются и отменяются. Процесс приводит к образованию дислокационной петли вокруг A и B в плоскости скольжения, которая расширяется при продолжающемся напряжении сдвига, а также к новой линии дислокации между A и B, которая при возобновлении или продолжении сдвига может продолжать генерировать петли дислокации таким же образом. только что описал.

Петля Франка – Рида, таким образом, может генерировать множество дислокаций в плоскости кристалла под действием приложенного напряжения. Механизм источника Франка – Рида объясняет, почему дислокации в первую очередь возникают на определенных плоскостях скольжения; дислокации в основном генерируются именно в тех плоскостях с источниками Франка – Рида. Важно отметить, что если напряжение сдвига не превышает:

τ = 2 G bx {\ displaystyle \ tau = {\ frac {2Gb} {x}}}

{\ displaystyle \ tau = {\ frac {2Gb} {x}}}

и дислокация не прогибается за пределы в полукруглом состоянии равновесия, он не образует петлю дислокации, а вместо этого вернется в исходное состояние.

Ссылки