Реальное строение металлов. Дефекты кристаллической структуры и их влияние на прочность материалов.

Классификациядефектов кристаллической решетки металлов

В реальном кристалле всегда имеются дефекты строения (несовершенства).

Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на 4 – е группы:

Точечные (нульмерные);Линейные (одномерные);Поверхностные (двухмерные);Объемные (трехмерное).

Точечные дефекты

Эти дефекты малы во всех трех измерениях и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров.

К точечным дефектам относят вакансии («дырки» – дефекты Шоттки), межузельные атомы (дефекты Френкеля), примесные атомы образующие твердые растворы внедрения и замещения.

Вакансии образуются в результате перехода атомов из узлов решетки на поверхность, или их полного испарения с поверхности кристалла (рис. 1).

С повышением температуры концентрация вакансий возрастает.

Межузельные атомы – эти дефекты образуются в результате перехода атома из узла решетки в междоузлие (на месте атома образуется вакансия). В металлах возникают очень трудно, связано с большими затратами энергий на переход атома в междоузлие. Точечные (нульмерные) дефекты являются центрами локальных искажений в кристаллической решетке.

Линейные дефекты или одномерные

Дефект имеет протяженность несколько межатомных расстояний.

К линейным дефектам относятся дислокации, цепочки вакансий или цепочки межузельных атомов.

Различают дислокации следующих видов: краевые, винтовые, смешанные.

Краевая дислокация – представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное в ней наличием в ней «лишней» атомной полуплоскости – экстраплоскости, перпендикулярной к плоскости чертежа.

Винтовая дислокация –образуется также при кристаллизации или сдвиге. Винтовую дислокацию можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой.

Смешанная дислокация (АС) имеет форму кривой линии. В промежутке между чисто краевым участком вблизи точки С и чисто винтовым вблизи точки А дислокация имеет смешанную ориентацию, промежуточную между краевой и винтовой.

Искажения кристаллической решетки, вызванные дислокациями.

Дислокации окружены полями упругих напряжений, вызывающих искажение кристаллической решетки.

В краевой дислокации выше края экстраплоскости межатомные расстояния меньше нормальных, а ниже края – больше.

Критерием искажения кристалла служит вектор Бюргерса.

Поверхностные или двухмерные дефекты

Эти дефекты малы только в одном измерении. К ним относятся границы зерен, границы блоков, дефекты упаковки, двойниковые границы.

Металлы, используемые в технике, состоят из большого числа кристаллов неправильной формы, называемых зернами или кристаллитами. По границам между зернами металла нарушается правильность строения кристаллической решетки. Обычно зерна повернуты произвольно. Разориентация между соседними зернами составляет от нескольких градусов до десятков градусов (обычно более 50) (рис.11). Граница между зернами называется – большеугловой.

К объемным (трехмерным) дефектам относят такие, которые имеют размеры в трех измерениях: неметаллические включения, царапины, макроскопические трещины, поры и т. д.

Диффузия – под ней понимают перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния данного вещества.

Процессы связанные с диффузией: процесс кристаллизации, фазовые превращения, рекристаллизация, процессы насыщения поверхности другими компонентами.

Самодиффузия – процесс перемещения атомов не связанный с изменением концентрации и отдельных объемах.

Диффузия (гетеродиффузия) – перемещение атомов сопровождается изменением концентрации (происходит в металлах с повышенным содержанием примесей и в сплавах).