Materialwissenschaften

Versetzungen

Neben den nulldimensionalen Defekten gibt es auch die eindimensionalen Gitterfehler, sogenannte Versetzungen. Versetzungen sind für die Industrie enorm wichtig, da sie für alle plastischen Verformungen von Materialen aus Kristallen verantwortlich sind. Diese Art des Gitterbaufehlers findet entlang einer Linie statt.

Inhaltsübersicht

Stufenversetzung

Als Erstes betrachten wir die Stufenversetzung im kubisch primitiven Gitter. Zuerst definieren wir uns einen bestimmten Bereich im Kristallgitter für den sogenannten Burgers-Umlauf. Um die Scherung und somit auch die Versetzung zu erzeugen, legen wir eine Schubspannung τ an. Wenn du nicht mehr weißt, was die Schubspannung ist, dann schau dir unser Video dazu an.

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Anlegung einer Schubspannung und Definition des Burgers-Umlauf

Durch diese Schubspannung gleitet ein Teil des Kristalls ab und bildet einen Gitterbaufehler. Dies wird als eingeschobene Halbebene symbolisiert. Dadurch wird dann auch der Umlauf kleiner. Die Verbindung unten umfasst nun statt fünf, vier Atome. Der Umlauf hat sich damit genau um eine Atomabstandslänge verkürzt. Diese Länge ist jetzt unser Burgersvektor \vec{b}. Er gibt uns also die Länge und die Stärke der Versetzung an.

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Stufenversetzung und Burgersvektor

Danach wird in dem defekten Kristall noch die Versetzungslinie, auch Versetzungsvektor \vec{v} genannt, eingezeichnet.  Um die Linie baut sich daraufhin das Spannungsfeld der Versetzung auf. Diese ist übrigens das Ende der Halbebene. Außerdem musst du dir noch merken, dass bei Stufenversetzungen der Burgers-Vektor immer senkrecht zum Versetzungsvektor steht.  Diese beiden Vektoren spannen eine Gleitebene auf, in der der Fortschritt der Gleitbewegung beobachtet werden kann.

In unserem Beispiel rückt die Versetzung eine Stufe nach rechts:

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Stufenversetzung um Burgersvektor nach rechts

Am Ende der Gleitbewegung hat die Versetzung den Kristall verlassen und rechts entsteht eine Stufe. Das ist auch der Grund für den Namen Stufenversetzung.

Schraubenversetzung

Bei dem nächsten eindimensionalen Gitterfehler verläuft der Burgersvektor parallel zur Versetzungslinie. Jener Zusammenhang wird als Schraubenversetzung bezeichnet.

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Schraubenversetzung in dem Kristallgitter

Plastische Verformung

Schraubenversetzungen und auch Stufenversetzungen sind extreme Versetzungsarten. In der Realität findet man Mischungen der beiden Gitterfehler . Man nennt diese „gemischte Versetzungen“. Doch was hat das alles mit der plastischen Verformung zu tun? Durch das Abgleiten der Versetzung über die Gleitebene kann sich die Struktur des Metalls verschieben. Es findet also eine Verformung statt. Spröde Metalle haben sehr hohe Festigkeiten, da weniger starke Versetzungen stattfinden. Bei größeren Belastung entstehen so Risse oder sogar Brüche. Versetzungen haben also einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften von Metallen!

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Gemischte Versetzungen und plastische Verformung

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