Студопедия
Новини освіти і науки:
МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах


РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання


ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ"


ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ


Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків


Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні


Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах


Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами


ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ


ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів



Контакти
 


Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция






Дефекти кристалічної будови металів

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.

 


Читайте також:

  1. Аксіоматичний метод у математиці та суть аксіоматичної побудови теорії.
  2. Алгоритм побудови сітьових графіків.
  3. Алгоритми побудови дерев екстремальної ваги
  4. Анізотропія властивостей металів.
  5. Атомарний рівень будови речовини
  6. Атомно-кристалічна структура металів
  7. Банківська система: сутність, принципи побудови та функції. особливості побудови банківської системи в Україн
  8. Банківська система: сутність, принципи побудови та функції. Особливості побудови банківської системи в Україні.
  9. Банківська система: сутність, принципи побудови та функції. Особливості побудови банківської системи в Україні.
  10. Бюджетна система України: поняття та принципи побудови
  11. Бюджетна система України: поняття та принципи побудови.
  12. Вади розвитку – це порушення внутрішньоутробного розвитку, відхилення від нормальної будови організму. Найлегші ступені вад розвитку називають аномаліями, найважчі – потворністю.




Переглядів: 7976

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Анізотропія властивостей металів. | Методи дослідження структури

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.008 сек.