ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Несовершенства в строении металлов из "Теория сварочных процессов Издание 2 " Идеальное расположение атомов в кристаллах, строго соответствующее типу кристаллической решетки, в реальных условиях почти не встречается. В любом реальном кристалле металла или сплава имеются различные несовершенства, т. е. отклонения от абсолютно правильного размещения атомов. Такие несовершенства существенно сказываются на всех свойствах металлов, и прежде всего, на их прочности, пластичности, упругости, коррозионной стойкости ИТ. п. [c.21] Нарушения правильной кристаллической структуры практически неизбежны уже при образовании монокристаллов. При объединении последних в блоки и образовании поликристаллов создаются, кроме того, дополнительные виды несовершенств. Ниже рассматриваются наиболее важные примеры несовершенств д/ монокристаллов и поликристаллических — блоков. [c.21] Несовершенства структуры вблизи поверхности металла. Атомы на поверхности металла находятся в особых условиях по сравнению с расположенными в глубине. Внутри кристалла каждый атом взаимосвязан с окружающими его соседними атомами. [c.22] Под действием больших сил притяжения со стороны атомов, расположенных внутри кристалла, атомы слоев, прилегающих к поверхности, сдвинутся из своих нормальных положений (рис. 5). Структура металла в слоях, прилегающих к свободной поверхности, будет искажена. Всякое местное искажение кристаллической решетки связано с приростом энергии, вследствие чего любая свободная поверхность кристалла обладает некоторым запасом поверхностной энергии. Величина последней может быть оценена работой, необходимой для образования единицы новой поверхности, например, при разрушении твердого тела. Поверхностная энергия играет существенную роль в некоторых видах сварки, при адсорбции и других процессах. [c.22] Вакантные узлы кристаллической решетки. В результате непрерывных тепловых колебаний атомов некоторые узлы кристаллической решетки могут оказаться временно незанятыми (вакантными). Явление это в определенных условиях имеет массовый характер и может быть объяснено так. [c.22] Постоянство температуры всех участков кристалла характеризует только среднюю кинетическую энергию атома. В то же время каждый из них обладает собственным запасом энергии, вообще говоря, не совпадающим со средним ее значением для всего объема. [c.22] Наличие вакантного узла создает несовершенство кристаллической решетки, изменяет силы взаимосвязей. Вакантное место в узле может быть замещено соседним атомом, за счет чего в свою очередь образуется вакансия. [c.23] С повышением температуры вероятность образования вакантных мест в решетке резко возрастает. Возникает цепной процесс перемещения вакансий. Есть области, где вакансии образуются особенно интенсивно. Это поверхностные слои, границы зерен, зоны местных дефектов и т. д. Вакансии оказывают существенное влияние на свойства металлов, в особенности на процессы диффузии (см. 36). [c.23] Удаление атомов в окружающую среду лежит в основе процесса сублимации и объясняет наличие парциального давления паров металла над кристаллом даже при нормальных температурах. [c.23] Искажение кристаллической структуры в сплавах При образовании твердого раствора атомы растворяемого элемента располагаются в решетке растворителя. Они могут замещать атомы последнего в узлах решетки либо находиться в пространстве между узлами. В первом случае получается раствор типа замещения, во втором — типа внедрения. Вид образующегося раствора зависит от соотношения размеров атомных диаметров. [c.23] Так как атомы взаимодействующих веществ различны, процесс растворения всегда приводит к искажению формы и параметров первоначальной решетки растворителя. Это искажение тем заметнее, чем сильнее отличаются атомы друг от друга. Естественно, что изменение кристаллической решетки существенно сказывается и на свойствах металла. При разработке новых сплавов в технике широко используют это явление и получают конструкционные материалы, коренным образом отличающиеся по своим свойствам от исходных. [c.23] Растворы типа замещения дают те металлы, атомные диаметры которых мало отличаются друг от друга,— не более чем на 15%. Кроме того, металлы должны быть близко расположенными в ряду напряжений и иметь сходную кристаллическую структуру. Примерами пар металлов, образующих растворы типа замещения, могут служить Ре—Мп, Ли—Ag, Ре—N1 и др. Указанные пары металлов обладают сходными характеристиками межатомных связей и примерно одинаковыми размерами атомов. Большинство пар металлов, удовлетворяющих этим условиям, отличаются хорошей взаимной растворимостью. [c.23] Другим типом твердых растворов являются растворы внедрения, где атомы растворенного элемента располагаются в пустотах между атомами растворителя. Приняв сферическую форму атомов, теоретически можно показать, что диаметр растворенного атома должен составлять не более 0,59 диаметра атома растворителя. В обычных металлах мы не встречаем столь большой разницы в диаметрах, поэтому растворы внедрения образуют лишь металлоиды с наименьшим диаметром атома (С, Н, Ы, В) и некоторые металлы переходных групп. Большая часть остальных металлов дает с указанными металлоидами соединения ионного типа (карбиды, гидриды, бориды и нитриды). Поскольку растворенные атомы имеют малые размеры, то перемещаются они в сплаве очень быстро, не дожидаясь образования вакансий в пустотах между атомами растворителя. [c.24] Твердый раствор внедрения обычно имеет структуру растворителя, в значительной мере искаженную влиянием внедренных атомов. Если при образовании сплава типа внедрения соблюдается постоянное соотношение числа атомов растворяемого элемента и растворителя, то принято считать, что мы имеем дело с соединением типа внедрения. К этому типу относятся, например, карбиды (ЕедС) и нитриды (Ре4Н) железа. Вследствие больших искажений кристаллической решетки такие соединения мало пластичны и очень тверды. [c.24] Несовершенства, возникающие в процессе кристаллизации металла. Процесс кристаллизации металла. можно условно разбить на несколько стадий образование зародышей кристалла, развитие отдельных монокристаллов, группировка и объединение последних в поликристаллические блоки. [c.24] В начальный период кристаллизации монокристаллы развиваются из зародышей независимо друг от друга. Скорость роста, размеры и расположение их в пространстве различны и зависят от характера теплоотвода, количества жидкой фазы и т. п. В процессе роста отдельно развивающиеся кристаллы сближаются таким образом, что последние атомы жидкой прослойки становятся для них общими. Поскольку кристаллы мешают развиваться друг другу, их форма приобретает случайные очертания, не соответствующие их кристаллографической огранке, а металл представляет собой сросток отдельных зерен — кристаллитов. [c.24] Наличие несовершенств и повышенного запаса энергии у атомов вблизи граней кристаллитов определяет химические, физические и механические свойства металлов. [c.25] Между атомами нижнего ряда 6 и верхних рядов 5 и 6 образуется неестественная схема связей, при которой с каждым атомом нижнего ряда 6 связаны два атома верхних рядов 5 и б. Такое несовершенство структуры будет наблюдаться вдоль всего ряда 6—6 оно носит линейный характер и называется линейной дислокацией. Количество дислокаций в каждом реальном кристалле велико — около 10 на 1 см . Дислокации возникают уже в процессе первичной кристаллизации, и их следует рассматривать как неизбежные дефекты строения кристаллических тел. [c.26] Следует учитывать, что искажения решетки и повышенный запас энергии атомов будут во всех рядах, расположенных вблизи плоскости сдвига, хотя под названием дислокация обычно подразумевают только несовершенства по линии 6—6. [c.26] В настоящее время установлено, что дислокации — это наиболее важный вид встречающихся в металле несовершенств. Некоторые свойства дислокаций, а также их влияние на показатели механических свойств металлов описаны в гл. II при рассмотрении особенностей пластической деформации металлов. [c.26] Вернуться к основной статье