рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Дефекти кристалічної будови металів

Дефекти кристалічної будови металів - раздел Философия, Тема I. КРИСТАЛІЧНА БУДОВА МЕТАЛІВ У Будь-Якому Реальному Кристалі Завжди Є Різноманітні Дефекти – Зони Кристалу...

У будь-якому реальному кристалі завжди є різноманітні дефекти – зони кристалу, в яких порушено правильне розташування атомів. За геометричними ознаками дефекти кристалічної будови розділяють на точкові (нульмірні), лінійні (одномірні) і поверхневі (двомірні).

Рис. 1.7. Точкові дефекти:

а – вакансія; б – міжвузловий атом; в – заміщений атом

Точкові дефекти малі у всіх трьох вимірах, і розміри їх не перевищують декількох атомних діаметрів. До точкових дефектів відносяться вакансії та міжвузлові атоми. Вакансії (дефекти Шотткі) - це вузли гратки, у яких атоми відсутні (рис.1.7, а). Вакансії найчастіше утворюються в результаті переходу атома з вузла гратки на поверхню, їхнього випаровування з поверхні кристала чи переходу в міжвузловий простір. У кристалі завжди є атоми, кінетична енергія яких значно перевищує середню, властиву заданій температурі нагрівання. Такі атоми, особливо розташовані поблизу поверхні, можуть вийти на поверхню кристала, а їхнє місце займуть атоми, що знаходяться далі від поверхні. Тоді вузли, які належали їм, виявляться вільними, тобто виникнуть теплові вакансії.

Джерелами теплових вакансій є вільні поверхні, межі зерен, пустоти та тріщини. З підвищенням температури концентрація вакансій зростає. При температурі, близькій до температури плавлення, їхня кількість може досягати 1% числа атомів у кристалі. Швидким охолодженням від даної температури можна зафіксувати ці вакансії при нормальній температурі (так звані гартівні вакансії). Кристал, що знаходиться при даній температурі в термодинамічній рівновазі, має рівноважну концентрацію теплових вакансій. Крім одиничних вакансії можуть утворюватися також подвійні, потрійні і їхні угруповання.

Вакансії утворюються не тільки при нагріванні, але й у процесі пластичної деформації, рекристалізації і при бомбардуванні металу атомами чи частками високих енергій (опромінення в ядерному реакторі).

Пересичення вакансіями може відбутися внаслідок раптового охолодження під час гартування, пластичної деформації або опромінення металу нейтронами. З часом пересиченість вакансіями зменшується через їх вихід на поверхню кристалу чи на границі зерен. Вакансії сприяють перебігу дифузійних процесів. Зі збільшенням кількості вакансій зменшуються густина, електро- і теплопровідність кристалу.

Міжвузлові атоми (дефекти Френкеля) утворюються в результаті переходу атома з вузла гратки в міжвузловий простір (рис.1.7, б). На його місці виникає вакансія (на рисунку не зображена). Перехід атомів у міжвузлове положення викликає опромінення нейтронами, при цьому значно менший вплив мають теплові коливання атомів. Однак через те, що в гратках, характерних металам, енергія утворення міжвузлових атомів у декілька разів перевищує енергію теплових вакансій, то основними точковими дефектами є теплові вакансії.

Атоми домішок є навіть у найчистішому металі. Вони або заміщають атоми основного металу у вузлах кристалічної ґратки або розташовуються між вузлами (рис.1.7, в).

Точкові дефекти викликають місцеве спотворення кристалічної гратки і впливають на деякі фізичні властивості металів (електропровідність, магнітні властивості) і фазові перетворення. На механічних властивостях металу спотворення кристалічної ґратки суттєво не позначаються.

Лінійні дефекти мають малі розміри в двох вимірах і велику протяжність у третьому. Ними можуть бути декілька вакансій чи міжвузлових атомів. Найважливішим видом лінійних недосконалостей є крайові та гвинтові дислокації (dislосаtіоп з латинської „розміщення”).

Дислокації утворюються у процесі кристалізації металів при "захлопуванні" групи вакансій, у процесі пластичної деформації чи фазових перетворень. Характеристикою дислокаційної структури є щільність дислокацій - сумарна довжина дислокацій (у см) на одиницю об’єму кристала (у см3).

Крайова дислокація - це лінія АВ (рис.1.8, а) на краю зайвої атомної півплощини АВЕС в кристалі. Одним із способів утворення крайової дислокації є зсув частини атомів кристалу відносно іншої частини атомів на ділянці площини ковзання АВСD) під дією прикладеної сили F. Внаслідок такого зсуву у верхній частині кристалу маємо на одну атомну площину більше, ніж у нижній. Зайва площина АВЕС, яка перпендикулярна до напрямку зсуву, називається екстраплощиною. Вона не має продовження у нижній частині кристалу. Екстраплощина ніби розклинює кристал, зближаючи атоми над дислокацією і розсуваючи їх під нею. Тому в невеликій спотвореній зоні - ядрі дислокації - міжатомні відстані менші або більші від нормальних, а поза межами ядра вони нормальні. Крайова дислокація АВ простягається на багато тисяч міжатомних відстаней. Пересування дислокації під дією сили Р може відбуватись доти, поки вона не вийде на поверхню кристалу, де утвориться сходинка (рис.1..., в). Якщо екстраплощина є у верхній частині кристалу, то дислокація умовно вважається позитивною і позначається знаком..., а якщо екстраплощина лежить у нижній частині, то - негативною і позначається ......

Рис. 1.8. Крайова дислокація АВ, яка виникає внаслідок зсуву

Рис.1.9. Схема визначення вектора Бюргерса:

а - реальний кристал; б - ідеальний кристал; в - вектор Бюргерса

Дислокації можуть взаємодіяти і між собою, і з іншими дефектами. Оскільки над дислокацією існує локальна зона пружних деформацій стиснення, то сусідні дислокації з однаковим знаком взаємно відштовхуються, а з протилежним знаком - взаємно притягаються. При цьому дислокації з різними знаками, рухаючись назустріч в одній площині ковзання, можуть взаємно знищуватись (анігілювати), утворюючи з двох півплощин одну повну площину.

У зону розсунутих атомів надходять атоми домішок і розташовуються вздовж краю екстраплощини. Таке скупчення домішкових атомів називається атмосферою Коттрелла. З підвищенням температури концентрація домішкових атомів біля дислокацій зменшується, а зі зниженням температури - зростає. Домішкові атоми блокують переміщення дислокацій. Тому утворення атмосфер Коттрелла істотно зменшує пластичність металу.

Спотворення кристалу в ядрі дислокації оцінюють вектором Бюргерса. Для знаходження вектора Бюргерса розглянемо два кристали: один - недосконалий із крайовою дислокацією (рис. .1.9, а) і другий -досконалий без дислокації (рис.1.9, б).

Навколо крайової дислокації за межами спотвореного ядра, тобто в тих вузлах, де спотворень практично немає, проведемо від вузла А (рис. 1.9, а) контур у вигляді вертикальних і горизонтальних відрізків АВ, ВС, СD, , що з'єднують сусідні вузли ґратки. Він замкнеться на відрізку , який складається не з шести, а з п'яти міжатомних відстаней. Якщо такий самий шлях від вузла до вузла пройти в досконалому кристалі, то відрізок В'А' вмістить в собі шість міжатомних відстаней. Різниця довжин відрізка D'А контура в досконалому кристалі і відрізка контура в кристалі з крайовою дислокацією називається вектором Бюргерса й позначається буквою в . Вектор Бюргерса дорівнює одній міжатомній відстані й у випадку крайової дислокації перпендикулярний до лінії дислокації АВ (рис. 1.8).

Кількісною характеристикою дислокаційної структури є густина дислокацій ρ, яка дорівнює відношенню сумарної довжини дислокацій Σl до об'єму кристалу V:

ρ = ∑l ∕ V. (1.2)

Густина дислокацій помітно впливає на механічні властивості: з її збільшенням зростає міцність і знижується пластичність металів.

Дислокації виникають під час кристалізації, пластичної деформації, фазових перетворень. Швидкість дифузії вздовж дислокацій значно вища, ніж в кристалах без дислокацій.

Гвинтова дислокація є лінією АВ (рис.1.10), що нею обмежена площина Q, в якій відбувся зсув сусідніх частин кристалу на одну міжатомну відстань у напрямку дії сил F. При цьому паралельні атомні площини в безпосередній близькості від лінії дислокації АВ трансформуються у гвинтову поверхню. В ядрі дислокації атоми зсунуті з положень рівноваги. Гвинтові дислокації, на відміну від лінійних, не притягують вакансій і міжвузлових атомів. Гвинтова дислокація є правою, якщо хід її гвинтової поверхні такий, як у правої різьби, і лівою, якщо хід - як у лівої різьби.

Рис.1.10. Схема гвинтової дислокації АВ

Поверхневі дефекти представляють собою поверхні розділу між окремими зернами в полікристалічному металі. Вони малі в одному вимірі і значно більші в двох інших. До цих дефектів належать границі зерен, границі фрагментів і блоків.

Конструкційні метали та їх сплави мають полікристалічну будову: вони складаються із безлічі дрібних (1000…0,1 мкм), по-різному орієнтованих один відносно другого кристалів, які мають неправильну форму і називаються кристалітами або зернами. Сусідні зерна мають неоднакову орієнтацію кристалічних ґраток. Між зернами існують вузькі перехідні зони шириною до декількох атомних діаметрів - границі зерен із нерегулярним розташуванням атомів.

 

Рис.1.11. Поверхневі дефекти (границя зерен)

На границях концентруються дислокації та домішки. Зерно не є кристалом ідеальної будови. Воно складається з фрагментів, а фрагменти - з блоків. Ґратки сусідніх фрагментів розорієнтовані на кут до кількох градусів, а ґратки сусідніх блоків - на кут менший за один градус. На границях фрагментів і блоків концентруються дислокації (рис.1.11). Якщо розорієнтація сусідніх зерен становить декілька десятків градусів, то такі границі називають великокутовими, а при розорієнтації до 5° - малокутові границі. Малокутові границі властиві фрагментам і блокам (рис.1.12); вони утворюються під час холодної деформації, рекристалізації й полігонізації.

По границях зерен порівняно легко здійснюється дифузія. Границі зерен мають помітний вплив на механічні властивості металів. Що дрібніші зерна, то вища пластичність і міцність металів.

Локальні нагромадження точкових дефектів (вакансій), а також газові порожнини, мікротріщини й неметалеві включення в металі називають об'ємними дефектами.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Тема I. КРИСТАЛІЧНА БУДОВА МЕТАЛІВ

Тема ПЛАСТИЧНА ДЕФОРМАЦІЯ ТА МЕХАНІЧНІ... ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ Напруження що... Вплив нагріву деформованого металу на його структуру Та...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Дефекти кристалічної будови металів

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Загальна характеристика металів
З відомих у даний час більш як 109 елементів близько 80 є металами, яким у твердому і почасти в рідкому станах властиві: 1) високі тепло- і електропровідність; 2) позит

Електронна будова атома
Характерні властивості, які відрізняють метали від інших елементів, визначаються електронною будовою їх атомів. Число електронів у електрично нейтральному атомі будь-якого елемента дорівнює його по

Електронна будова атома
Характерні властивості, які відрізняють метали від інших елементів, визначаються електронною будовою їх атомів. Число електронів у електрично нейтральному атомі будь-якого елемента дорівнює його по

Атомно-кристалічна структура металів
Під атомно-кристалічною структурою розуміють взаємне розміщення атомів у кристалі. Кристал складається з атомів (іонів), розміщених у певному порядку, який періодично повторюється у трьох вимірах.

Анізотропія властивостей металів.
Щільність розташування атомів по різноманітних площинах (ретикулярна щільність) неоднакова. Так, площині (100) в ОЦК-гратці належить лише 1 атом (1/4х4), площині ромбічного додека

Методи дослідження структури
Чисті метали у звичайному структурному стані мають низьку міцність і у більшості випадків не забезпечують необхідних властивос-

Первинна кристалізація металів
Перехід металу з рідкого стану у твердий (кристалічний) називається кристалізацією. Це відбувається в умовах, коли система переходить до термодинамічно більш стійкого стану з меншою вільною

Будова металевого злитка
Кристали, що утворюються при затвердінні металу, можуть мати різну форму в залежності від швидкості охолодження, характеру та кількості домішок. Найчастіше в процесі кристалізації утворюються розга

Поліморфні перетворення
Багато металів, в залежності від температури, можуть існувати в різних кристалічних формах (модифікаціях). У результаті поліморфного перетворення атоми кристалічного тіла, що мають гратки одного ти

Основні поняття та визначення. Типи сплавів
Сплавами називаються речовини, які отримують сплавленням двох або декількох металів чи металів і неметалів. Крім сплавлення сплави отримують також спіканням, електролізом тощо. Роль

Основні типи діаграм стану подвійних сплавів
Діаграма стану сплавів, компоненти яких не розчиняються один в одному в твердому стані та не утворюють хімічних сполук. Діаграма стану таких сплавів наведена на рис.3.1. На цій діа

Зв’язок між типом діаграми стану, складом і властивостями сплавів
Користуючись діаграмами стану, можна визначити перетворення, які відбуваються у сплавах даної системи в залежності від температури і хімічного складу, фази та структурні складові, які при цьому утв

Напруження, що виникають у металі при навантаженні. Пружна та пластична деформація. Вплив пластичної деформації на структуру і властивості металу
Якщо на деталь прикладати зовнішню силу, то в матеріалі деталі виникають напруги. Напруга - це сила, яка діє на одиницю площі перерізу деталі. При прикладанні на зразок сили F, що розтягує

Та властивості
Пластична деформація приводить метал до структурно нестійкого стану з високим рівнем термодинамічного потенціалу. Тому пластично деформований метал буде прагнути до зменшення змін, що виникають при

Механічні властивості металів і сплавів
Механічні властивості металів характеризують їх поведінку під дією зовнішніх навантажень. Вони визначаються експериментально з використанням стандартних методик і, у більшості випадків, стандартних

Теоретична і реальна міцність металів та шляхи її підвищення
Підвищення міцності (σв, σ0,2) та опору втомленості (σ-1) металів і сплавів при збереженні достатньо високої пластичності (δ, ψ), в’язкості (КСU, KC

Характерні точки діаграми стану залізо-вуглець
Метастабільна рівновага Стабільна рівновага Точка t, 0С С, % Точка t,

Вуглецеві сталі
Основною продукцією чорної металургії є сталь, при цьому приблизно 90% виготовляється вуглецевої сталі і 10% - легованої. Таким чином, основним металевим матеріалом промисловості є вуглецева сталь.

Вплив постійних домішок на властивості сталі
Постійними домішками в сталі є кремній (£0,37%), марганець (£0,8%), сірка (£0,06%), фосфор (£0,07%). Марганець і кремній вводять у сталь для розкислення при її випл

Класифікація та маркування вуглецевих сталей
Вуглецеві сталі класифікують за кількома ознаками: за рівноважною структурою, за хімічним складом, за ступенем розкислення, за якістю та за призначенням. За рівноважною структурою вуглецев

Вплив хімічного складу і швидкості охолодження на структуру і властивості чавуну.
Чавун – це багатокомпонентний сплав, до складу якого, крім Fe i C, входять Si, Mn, P, S. Для цілеспрямованого впливу на процес отримання білих або сірих чавунів необхідн

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги