Пред.
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 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
|