Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
5. Реальное строение металлических кристалловОбычно кусок металла состоит из скопления большого числа маленьких кристаллов неправильной формы, называемых зернами.
Рис. 11. Структура поликристаллического твердого тела (слева различная ориентация кристаллических решеток в эериах) Кристаллические решетки в отдельных зернах ориентированы относительно друг друга случайным образом (в некоторых случаях, например, при холодной прокатке, наблюдается преимущественная ориентировка зерен — текстура Встречающиеся в природе кристаллы, как монокристаллы, так и зерна в поликристаллах, никогда не обладают такой строгой периодичностью в расположении атомов, о которой говорилось выше, т. е. не являются «идеальными» кристаллами. В действительности «реальные» кристаллы содержат те или иные несовершенства (дефекты) кристаллического строения. Дефекты в кристаллах принято классифицировать по характеру их измерения в пространстве на точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двухмерные), объемные (трехмерные). Точечными дефектами называются такие нарушения периодичности кристаллической решетки, размеры которых во всех измерениях сопоставимы с размерами атома. К точечным дефектам относят вакансии (узлы в кристаллической решетке, свободные от атомов), межузельные атомы (атомы, находящиеся вне узлов кристаллической решетки), а также примесные атомы, которые могут или замещать атомы основного металла (примеси замещения), или внедряться в наиболее свободные места решетки (поры или междоузлия) аналогично межузельным атомам (примеси внедрения) (рис. 12).
Рис. 12. Схема точечных дефектов в кристалле: 1 — примесный атом замещения; 2 — дефект Шоттки; 3 — примесный атом внедрения; 4 — дивакансия; 5 — дефект Френкеля (вакансия и межузельный атом); 6 — примесный атом замещения При переходе атома из равновесного положения (узла) в междоузлие возникает пара вакансия — межузельный атом, которая называется дефектом Френкеля, а если атом из своего узла выходит на поверхность кристалла, то образующийся дефект называется дефектом Шоттки, Точечные дефекты являются центрами локальных искажений в кристаллической решетке. Однако заметные смещения атомов, окружающих вакансию или межузельный атом, создаются только на расстояниях нескольких атомных диаметров от центра дефекта, и поля упругих напряжений являются близкодействующими, т. е. быстро убывают (с увеличением расстояния) от дефекта. Точечные дефекты, хотя и требуют определенной затраты энергии для образования, являются термодинамически равновесными, т. е. всегда присутствуют в кристалле. Это связано с тем, что точечные дефекты повышают энтропию системы. В результате этого свободная энергия Для меди Линейные дефекты в кристаллах характеризуются тем, что их поперечные размеры не превышают нескольких межатомных расстояний, а длина может достигать размера кристалла. К линейным дефектам относятся дислокации — линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла. Различают краевую и винтовую дислокации (рис. 13). Краевая дислокация представляет собой границу неполной атомной плоскости (экстраплоскости). Винтовую дислокацию можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой. Если в идеальной решетке провести контур (контур Бюргерса) вокруг любого, произвольного места, т. е. отложить определенное число параметров решетки вокруг этого места, то контур Бюргер Рис. 13. (см. скан) Краевая (а) и линейная (б) дислокации в кристаллической решетке Для краевой дислокации вектор Бюргерса перпендикулярен линии дислокации (вектору Плоскость, проходящая через векторы действием напряжений могут прогибаться, испуская при этом дислокации, и вновь восстанавливаться. Так как пластическая деформация в кристаллических телах осуществляется движением дислокаций х, то упрочнение металла может быть достигнуто путем создания препятствий для их продвижения.
Рис. 14. Схема сдвиговой деформации, осуществляемой скольжением краевой дислокации
Рис. 15. Дислокации в марганцевой стали (снято в просвечивающем электронном микроскопе): а — отдельные дислокации; б — плоское скопление дислокаций; в — дислокации сплетения; г — ячеистая дислокационная структурах 20 000 Обычно упрочненное состояние достигается при взаимодействии дислокаций друг с другом, с атомами примесей и частицами другой фазы. Дислокации влияют не только на прочностные и пластические свойства металлов, но также и на их физические свойства (увеличивают электросопротивление, скорость диффузии и т. д.). Большинство методов прямого наблюдения дислокаций основано на регистрации создаваемых ими в решетке искажений. В результате этого изменяется травимость поверхности кристалла, условия дифракции рентгеновских лучей и электронов. На рис. 15 показаны изображения дислокаций в сплавах, полученные в просвечивающем электронном микроскопе. Под поверхностными (двумерными) дефектами понимают такие нарушения в кристаллической решетке, которые обладают большой протяженностью в двух измерениях и протяженностью лишь в нескольких межатомных расстояниях в третьем измерении. К ним относятся дефекты упаковки, двойниковые границы, границы зерен и внешние поверхности кристалла.
Рис. 16. Дефекты упаковки в марганцевой стали: а — единичные; б — скопления, Х30 000 Под дефектами упаковки подразумевают локальные изменения расположения плотноупакованных плоскостей в кристалле. Например в г. ц. к. решетке плотноупакованные плоскости Одним из видов дефектов являются так называемые двойники. Двойникованием, т. е. образованием двойников, называют симметричную переориентацию областей кристаллической решетки (рис. 17). Решетка внутри двойниковой прослойки является зеркальным отображением решетки в остальной части кристалла. Обычно деформация, двойникованием протекает в тех случаях, когда деформация скольжением, т. е. путем движения дислокаций, затруднена. Электронно-микроскопическое изображение двойников показано на рис. 18. Исследования строения металлов показали, что зерна в поликристаллах не являются монолитными, совершенными монокристаллами, а состоят из отдельных, так называемых субзерен (блоков), повернутых одно относительно другого на малый угол.
Рис. 17. Деформация скольжением (а) и двойннкованием (б)
Рис. 18. Двойники отжига (а) и деформационные, X 16 000 (б) Границы субзерен и зерен в металлах принято разделять на малоугловые (угол разориентировки менее 5°) и большеугловые (более 5°). Малоугловые границы наблюдаются, как правило, между субзернами и имеют дислокационное строение (рис. 19). В простейшем случае малоугловую границу можно представить с помощью ряда параллельных краевых дислокаций. Структура большеугловых границ более сложная. К объемным (трехмерным) дефектам относятся такие, которые имеют размеры в трех измерениях: макроскопические трещи вы, поры и т. д.
Рис. 19. Дислокационное строение малоугловой границы
|
1 |
Оглавление
|