ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Строение реальных металлов из "Технология металлов Издание 2 " Из жидкого расплава можно вырастить монокристалл, т. е. кусок металла, представляющий собой один кристалл. Размеры монокристаллов невелики, их обычно используют в лабораториях для изучения свойств того или иного вещества. [c.120] Металлы и сплавы, полученные в обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов, различно ориентированных в пространстве, т. е. они имеют поли-кристаллическое строение. Эти кристаллы, обычно называемые зернами, имеют неправильную форму. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, отличную от ориентировки соседних зерен, вследствие чего свойства реальных металлов усредняются и явление анизотропии не наблюдается. [c.120] Изучение строения металлов с помощью рентгеноструктурного анализа и электронного микроскопа позволило установить, что внутреннее кристаллическое строение зерна не является правильным. В кристаллических решетках реальных металлов существуют различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Различают следующие структурные несовершенства точечные, линейные и поверхностные, которые характеризуются малыми размерами в трех, двух и одном измерении соответственно. [c.120] Одним из распространенных несовершенств кристаллической структуры является наличие в ней точечных дефектов, таких как вакансии, дислоцированные атомы и атомы примесей. [c.121] На рис. 39 показано образование вакансий по механизму Шоттки. В данном случае источником вакансии является свободная поверхность кристалла, где нормальные колебания атомов менее всего затруднены. Источником вакансий могут быть и границы зерен, в которых нарушено правильное расположение атомов. [c.121] Миграция вакансий происходит в результате последовательных дискретных перескоков от одного узла кристаллической решетки к другому соседнему. Если в металле отсутствует заметное силовое поле, то процесс миграции вакансий к их стокам может быть полностью беспорядочным. [c.121] Выходя на наружную поверхность или поверхность внутреннего дефекта, вакансия исчезает, но одновременно где-то образуются новые дырки. Энергия образования одной вакансии составляет порядка электронвольта. При образовании вакансии изменение объема кристалла оказывается меньше атомного объема примерно в два раза. [c.121] Это несоответствие возникает ввиду того, что окружающие вакайсию атомы смещаются из равновесных положений. [c.121] Число вакансий и их концентрация зависят от температуры и обработки. При комнатной температуре одна вакансия приходится на 10 —10 атомов. Число вакансий значительно увеличивается с повышением температуры, после закалки и т. д. Перемещаясь по кристаллу, одиночные вакансии могут встречаться. В этом случае они могут объединяться в пары, образуя дивакансии. Поскольку при этом уменьшается их суммарная поверхность, устойчивость такой спаренной вакансии возрастает. Возможно также образование тривакансий и целых цепочек. [c.122] Скопление многих вакансий может привести к образованию пор и пустот. [c.122] Наличие вакансий в решетке сообщает атомам подвижность, т. е. позволяет им перемещаться в процессе самодиффузии и диффузии и тем самым оказывает влияние на такие процессы, как старение, выделение вторичных фаз и т. п. [c.122] Дислоцированные атомы, т. е. атомы, вышедшие из узла кристаллической решетки и занявшие место где-то в междоузлии, также относятся к точечным дефектам (рис.38, б). Концентрация дислоцированных атомов невелика, так как для их образования требуется существенная затрата энергии (например, облучение металла ядерными частицами). При этом на месте переместившегося атома также образуется вакансия (механизм Я- И. Френкеля). [c.122] Поскольку практически невозможно выплавить металл химически чистым, в любом объеме металла всегда присутствует какое-то количество чужеродных атомов примесей. [c.122] Примесные атомы занимают в кристаллической решетке либо места основных атомов, либо внедряются внутрь ячейки. Так возникает еще одна разновидность точечных дефектов (рис. 38, в). [c.122] Вокруг вакансий, дислоцированных атомов и атомов примесей (последние всегда отличаются по размерам от размеров основных атомов) нарушается правильность кристаллического строения, а также уравновешенность силовых полей атомов во всех направлениях. Но эти изменения невелики, они составляют не больше несколь ких атомных диаметров. [c.122] Точечные дефекты, мигрируя в кристалле, могут взаимодействовать как друг с другом, так и с другими дефектами. Так, например, встречаясь при своем движении, вакансия и межузельный атом могут аннигилировать. Атомы примесей также могут взаимодействовать с вакансиями, при этом образуются комплексы вакансия— примесь. Имеет место взаимодействие точечных дефектов и с дефектами линейными— дислокациями. [c.123] Линейные дефекты малы в двух измерениях, в третьем они значительно большего размера, который может быть соизмерим с длиной кристалла. К линейным дефектам относятся цепочки вакансий, межузельных атомов и дислокации. [c.123] Дислокации являются особым видом несовершенств в кристаллической решетке. По своей природе они резко отличаются от других дефектов, в том числе и указанных выше линейных несовершенств. В настоящее время не только прочность, но и фазовые, и структурные превращения, а также целый ряд других явлений рассматривают с использованием теории дислокаций. [c.123] Впервые представления о дислокации были введены в 1934 г. физиками Орованом, Поляни и Тейлором для описания атомного механизма скольжения при пластической деформации как попытка объяснить огромную разницу между теоретической и практической прочностью металлов. В настоящее время получены прямые доказательства существования дислокаций (рис. 40). [c.123] Дислокации — это особая конфигурация в расположении атомов. К основным видам дислокаций относятся краевые и винтовые. [c.123] Вернуться к основной статье