Содержание
- 2. Дефекты кристаллического строения Реальные металлы, которые используют в качестве конструкционных материалов, состоят из большого числа кристаллов
- 3. Локальные несовершенства (дефекты) в строении кристаллов присущи всем металлам. Эти нарушения идеальной структуры твердых тел оказывают
- 4. Поверхностные дефекты представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или субзернами в поликристаллическом металле, к ним
- 5. На границах зерен в процессе кристаллизации металла скапливаются различные примеси, образуются дефекты, неметаллические включения, оксидные пленки.
- 6. Ориентированные блоки объединяются в более крупные фрагменты в которых общая ориентация остается произвольной, таким образом, все
- 7. Точечные дефекты малы в трех измерениях и размерами приближаются к точке. Одним из распространенных дефектов является
- 8. В любом металле присутствуют чужеродные атомы примесей. В зависимости от природы примесей и условий попадания их
- 9. Линейные дефекты малы в двух измерениях, в третьем они могут достигать длины кристалла (зерна). К линейным
- 10. Пластический сдвиг является следствием постепенного перемещения дислокаций в плоскости сдвига. Распространение скольжения по плоскости скольжения происходит
- 11. Вблизи линии дислокации атомы смещены со своих мест и кристаллическая решетка искажена, что вызывает образование поля
- 12. Смешанная дислокация. Дислокация не может закончиться внутри кристалла, не соединяясь с другой дислокацией. Это следует из
- 13. Пластическая деформация кристаллических тел связана с количеством дислокаций, их шириной, подвижностью, степенью взаимодействия с дефектами решетки
- 14. Одной из характеристик дислокации является вектор смещения - вектор Бюргерса. Вектор Бюргерса – это дополнительный вектор,
- 15. С ростом напряжений возрастает число источников дислокаций в металле и их плотность увеличивается. Помимо параллельных дислокаций
- 16. Если под влиянием внешних усилий в металле возникают дислокации, то упругие свойства металла изменяются и начинает
- 18. Скачать презентацию
Дефекты кристаллического строения
Реальные металлы, которые используют в качестве конструкционных материалов, состоят
Дефекты кристаллического строения
Реальные металлы, которые используют в качестве конструкционных материалов, состоят
химически чистые - содержание 99,9%;
высокочистые - содержание 99,99%;
сверхчистые - содержание 99,999%.
Атомы любых примесей по своим размерам и по своему строению резко отличаются от атомов основного компонента, поэтому силовое поле вокруг таких атомов искажено. Вокруг любых дефектов возникает зона упругого искажения кристаллической решетки, которая уравновешивается объемом кристалла, примыкающим к дефекту кристаллической структуры.
Локальные несовершенства (дефекты) в строении кристаллов присущи всем металлам. Эти нарушения
Локальные несовершенства (дефекты) в строении кристаллов присущи всем металлам. Эти нарушения
поверхностные (двумерные) малы только в одном направлении и имеют плоскую форму - это границы зерен, блоков и двойников, границы доменов;
точечные (нульмерные) малы во всех трех измерениях, их размеры не больше нескольких атомных диаметров - это вакансии, межузельные атомы, примесные атомы;
линейные (одномерные) малы в двух направлениях, а в третьем направлении они соизмеримы с длиной кристалла - это дислокации, цепочки вакансий и межузельных атомов;
объемные (трехмерные) имеют во всех трех измерениях относительно большие размеры - это крупные неоднородности, поры, трещины и т.д.;
Поверхностные дефекты представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или субзернами
Поверхностные дефекты представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или субзернами
Граница зерен - это поверхность, по обе стороны от которой кристаллические решетки различаются пространственной ориентацией. Эта поверхность является двумерным дефектом, имеющим значительные размеры в двух измерениях, а в третьем - его размер соизмерим с атомным. Границы зерен - это области высокой дислокационной плотности и несогласованности строения граничащих кристаллов. Атомы на границе зерен имеют повышенную энергию по сравнению с атомами внутри зерен и, как следствие этого, более склонны вступать в различные взаимодействия и реакции. На границах зерен отсутствует упорядоченное расположение атомов.
На границах зерен в процессе кристаллизации металла скапливаются различные примеси,
На границах зерен в процессе кристаллизации металла скапливаются различные примеси,
Есть еще один источник поверхностного искажения кристаллического строения металла. Зерна металла взаимно разориентированы на несколько градусов, фрагменты разориентированы на минуты, а блоки, составляющие фрагмент, взаимно разориентированы всего лишь на несколько секунд. Если рассмотреть зерно при большом увеличении, то окажется, что внутри его имеются участки разориентированные друг относительно друга на угол 15'...30'. Такая структура называется блочной или мозаичной, а области - блоками мозаики. Свойства металлов будут зависеть как от размеров блоков и зерен, так и от их взаимной ориентации.
Ориентированные блоки объединяются в более крупные фрагменты в которых общая ориентация
Ориентированные блоки объединяются в более крупные фрагменты в которых общая ориентация
Различие свойства в зависимости от направления в металлах носит название – анизотропии. Анизотропия характерна для всех веществ с кристаллическим строением. В объеме зерна расположены произвольно поэтому в разных направлениях находится примерно одинаковое количество атомов и свойства остаются одинаковыми это явление называется – квазианизотропией (ложная – анизотропия).
Точечные дефекты малы в трех измерениях и размерами приближаются к точке.
Точечные дефекты малы в трех измерениях и размерами приближаются к точке.
Другими точечными дефектами являются дислоцированные атомы (дефект Френкеля), т.е. атомы собственного металла, вышедшие из узла решетки и занявшие место где-то в междоузлии. При этом на месте переместившегося атома образуется вакансия. Концентрация таких дефектов невелика. т.к. для их образования требуется существенная затрата энергии.
В любом металле присутствуют чужеродные атомы примесей. В зависимости от природы
В любом металле присутствуют чужеродные атомы примесей. В зависимости от природы
Линейные дефекты малы в двух измерениях, в третьем они могут достигать
Линейные дефекты малы в двух измерениях, в третьем они могут достигать
К основным видам дислокаций относятся краевые и винтовые. Краевая дислокация образуется, если внутри кристалла появляется лишняя полуплоскость атомов, которая называется экстраплоскостью. Ее край 1-1 создает линейный дефект решетки, который называется краевой дислокацией. Условно принято, что дислокация положительная, если она находится в верхней части кристалла и обозначается знаком ”⊥”, если дислокация находится в нижней части - отрицательная “T“. Дислокации одного и того же знака отталкиваются, а противоположного - притягиваются. Под воздействием напряжения краевая дислокация может перемещаться по кристаллу (по плоскости сдвига), пока не достигнет границы зерна (блока). При этом образуется ступенька величиной в одно межатомное расстояние.
Пластический сдвиг является следствием постепенного перемещения дислокаций в плоскости сдвига. Распространение
Пластический сдвиг является следствием постепенного перемещения дислокаций в плоскости сдвига. Распространение
смещения одной части кристалла относительно другой в плоскости сдвига. При движении дислокации вдоль направления сдвига через весь кристалл происходит смещение верхней и нижней его частей лишь на одно межатомное расстояние. В результате перемещения дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает. На поверхности остается ступенька скольжения.
Вблизи линии дислокации атомы смещены со своих мест и кристаллическая решетка
Вблизи линии дислокации атомы смещены со своих мест и кристаллическая решетка
Винтовая дислокация. Образуется неполным сдвигом кристалла по плотности Q. В отличие от краевой дислокации винтовая дислокация параллельна вектору сдвига.
Дислокации образуются в процессе кристаллизации металлов при ”захлопывании” группы вакансий, а также в процессе пластической деформации и фазовых превращений. Важной характеристикой дислокационной структуры являются плотность дислокаций. Под плотностью дислокаций ρ понимают суммарную длину дислокаций Σl (см.), приходящуюся на единицу объема V кристалла (см3). Таким образом. размерность плотности дислокаций, см-2. У отожженных металлов - 106...108 см-2. При холодном пластическом деформировании плотность дислокаций возрастает до 1011...1012 см-2. Более высокая плотность дислокаций приводит к появлению микротрещин и разрушению металла.
Смешанная дислокация. Дислокация не может закончиться внутри кристалла, не соединяясь с
Смешанная дислокация. Дислокация не может закончиться внутри кристалла, не соединяясь с
Когда граница зоны сдвига (линия дислокации авcdf ) образована прямыми участками, параллельными и перпендикулярными вектору сдвига, и более общий случай криволинейной линии дислокации gh. На участках ав, cd и ef дислокация краевая, на участках вс и de – дислокация винтовая. Отдельные участки криволинейной линии дислокации имеют краевую или винтовую ориентацию, но часть этой кривой не перпендикулярна и не параллельна вектору сдвига, и на этих участках имеет место дислокация смешанной ориентации.
Пластическая деформация кристаллических тел связана с количеством дислокаций, их шириной, подвижностью,
Пластическая деформация кристаллических тел связана с количеством дислокаций, их шириной, подвижностью,
Основной причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Получение бездислокационных кристаллов приводит к резкому повышению прочности материалов.
Левая ветвь кривой соответствует созданию совершенных бездислокационных нитевидных кристаллов (так называемых «усов»), прочность которых близка к теоретической. При ограниченной плотности дислокаций и других искажений кристаллической решетки процесс сдвига происходит тем легче, чем больше дислокаций находится в объеме металла.
Одной из характеристик дислокации является вектор смещения - вектор Бюргерса. Вектор
Одной из характеристик дислокации является вектор смещения - вектор Бюргерса. Вектор
У краевой дислокации вектор Бюргерса перпендикулярен, а у винтовой дислокации – параллелен линии дислокации. Вектор Бюргерса является мерой искаженности кристаллической решетки, обусловленной присутствием в ней дислокации. Если дислокация вводится в кристалл чистым сдвигом, то вектор сдвига и является вектором Бюргерса. Контур Бюргерса может быть смещен вдоль линии дислокации, растянут или сжат в направлении, перпендикулярном линии дислокации, при этом величина и направление вектора Бюргерса остаются постоянными.
С ростом напряжений возрастает число источников дислокаций в металле и их
С ростом напряжений возрастает число источников дислокаций в металле и их
Дислокации наряду с другими дефектами участвуют в фазовых превращениях, рекристаллизации, служат готовыми центрами при выпадении второй фазы из твердого раствора. Вдоль дислокаций скорость диффузии на несколько порядков выше, чем через кристаллическую решетку без дефектов. Дислокации служат местом концентрации примесных атомов, в особенности примесей внедрения, так как это уменьшает искажения решетки.
Если под влиянием внешних усилий в металле возникают дислокации, то упругие
Если под влиянием внешних усилий в металле возникают дислокации, то упругие
Возникшие при первичной деформации дислокации обуславливают появление в металле остаточных напряжений, которые складываясь с рабочими напряжениями при перемене знака нагрузки, вызывают снижение предела текучести. С увеличением начальных пластических деформаций величина снижения механических характеристик увеличивается.
Эффект Баушингера явно проявляется при незначительном начальном наклепе. Низкий отпуск наклепанных материалов ликвидирует все проявления эффекта Баушингера. Эффект значительно ослабляется при многократных циклических нагружениях материала с наличием малых пластических деформаций разного знака.