Кристаллы, испытания монокристалло

Механические испытания монокристаллов. Механизм пластической деформации был подробно изучен на крупных кристаллических зернах металла и других неорганических и органических веществ, полученных отдельно и называемых монокристаллами, или одиночными кристаллами. Как уже указывалось в главе I, такой монокристалл имеет правильную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся атомы, или, точнее, положительно заряженные ионы, а пространство заполнено электронным газом. [c.53]

Подробные исследования предельных состояний деформации и прочности чистых металлов, основанные на испытаниях монокристаллов, убедительно показывают, что дефекты различных размеров и различного характера имеются во всем объеме кристаллов металла. В соответствии с их размерами и характером эти дефекты оказывают неодинаковое влияние на развитие пластических деформаций и разрушений путем отрыва. Без знания роли этих дефектов невозможно понимание природы основных механических свойств технических металлов. Ввиду этого необходимо постепенно разрабатывать новую теорию деформации и прочности металла, в которой теория макродеформаций будет основана на концепции среды, состоящей из движущих дислокаций и проникнутой сетью стойких точечных дефектов и границ с повышенным сопротивлением деформации. [c.139]

Правда, сразу же необходимо отметить, что экспериментальные данные по прочности нитевидных кристаллов отличаются значительным разбросом, а получаемая прочность нитевидных кристаллов того или иного металла, как уже отмечалось, сильно зависит от размера уса и количества дефектов. Поэтому нами были взяты максимальные значения прочности на разрыв для нитевидных кристаллов ряда металлов с ГЦК, ГП и ОЦК решеткой (фиг. 23). Сразу же можно отметить, что экспериментальная прочность хрома, кобальта и никеля далеко не предельная. Видимо, испытанные усы содержали еще значительное число дефектов. Если учесть, что у хрома и железа одинаковая кристаллическая решетка, а силы связи у хрома, оцениваемые величиной F, выше, чем у железа, то очевидно, что и нитевидные кристаллы хрома должны быть прочнее кристаллов железа. Однако пока еще кристаллы хрома получены весьма низкой прочности. Значения Отах для хрома (фиг. 23, табл. 24) подсчитаны по упругим постоянным обычных монокристаллов [188]. [c.107]

Испытаниями механических свойств нитевидных кристаллов обнаружены их выдающиеся качества. В табл. 2 приведены результаты испытания прочности при растяжении кристаллических усов железа, меди и серебра [36] и для сравнения представлены данные о свойствах обычных монокристаллов. [c.35]

Открытие дифракции рентгеновских лучей в начале XX столетия и его большое значение для изучения деформации монокристаллов дало начало многим новым интересным проблемам. Возможность анализировать кристаллографическую ориентацию и структуру в результате позволила рассматривать пластичность кристаллов в терминах несовершенств и дислокаций. С 1925 г. большая часть литературы о больших деформациях кристаллических тел представляла макроскопические деформации как побочный факт при исследовании или как факт для подтверждения той или иной атомной модели при большом разнообразии параметров материалов, включая чистоту, размеры зерен, ориентацию, предшествовавшие испытанию термическую и механическую истории, диффузию и т. д. и т. п. [c.177]

Можно предполагать, что ротационная рекристаллизация оказывает незначительное влияние на механические свойства (так как начальная и конечная структуры различаются только разориентацией границ), и, действительно, такой эффект не обнаружен [148]. При миграционной рекристаллизации этот эффект хуже воспроизводится в монокристаллах, чем в поликристаллах. При проведении испытаний на ползучесть в большинстве случаев происходит увеличение скорости деформации, когда рекристаллизацией захвачен достаточно большой объем образца. Однако это обычно сильнее выражено в чистых кристаллах, чем в кристаллах с примесями [311]. В испытаниях [c.211]

Отмеченные особенности картины пластической деформации при динамическом нагружении обусловливают изменение деформационного упрочнения и отдельных характеристик прочности и пластичности по сравнению -СО статическими испытаниями. В гл. V влияние повышения скорости деформации приравнивалось к снижению температуры испытания. Это утверждение верно для диапазона скоростей, реализуемых при статических испытаниях. В области же высоких скоростей проявляется ряд новых эффектов. Наблюдается, в частности, существенное увеличение степени деформационного упрочнения на I стадии кривой деформации монокристаллов с г. ц. к. и г. к. решеткой. При динамическом нагружении резко увеличивается и степень упрочнения на П стадии, особенно при таких ориентировках кристалла, когда действует большое число систем скольжения. [c.205]

Как видно на рис. 7.5, где приведены т (е)-кривые для монокристаллов различных ориентировок, испытанных при 77 К, кристаллы [c.202]

В работе [43] исследованы монокристаллы вольфрама, подвергнутые испытаниям на ползучесть. Учитывая, что теоретические результаты получены статистическим методом и справедливы для большого числа субзерен (или для большого числа макроскопически идентичных кристаллов), в [43] проведено дополнительное усреднение / (С /.) по примерно десяти отражениям, снятым с разных мест образца, при постоянном значении (х — единичный вектор исследуемого К -узла обратной решетки). По такой усредненной кривой определены форма (/ (Ql) и ее ширина б . [c.268]

Амальгамированные монокристаллы олова, так же как и цинка, при высоких скоростях растяжения обнаруживают хрупкость, а при относительно медленном течении под действием постоянной нагрузки — упрочнение [140]. Для выяснения роли напряженного состояния в этом процессе амальгамированные монокристаллы олова выдерживались некоторое время под небольшой нагрузкой, не вызывающей еще сколько-нибудь заметного течения образцов оказалось, что наибольшее упрочнение обнаруживается при длительном выдерживании в напряженном состоянии (рис. 116). Поскольку описываемое легирующее действие расплавленного покрытия обнаруживается в некоторой степени и в том случае, когда испытания производятся тотчас же после нанесения покрытия, следует полагать, что оно обусловливается не только обычной объемной диффузией атомов расплава в решетку образца, но и быстрой миграцией этих атомов вдоль дефектов структуры (полых дислокационных ядер и т. п.), развивающихся в кристалле при наложении нагрузки. [c.227]

Уже первые наши опыты в этом направлении показали, что понятие длительной прочности в обычном его значении (т. е. в смысле плавной монотонной зависимости времени жизни образца от нагрузки) при испытаниях в присутствии сильно адсорбционно-активного расплава оказывается неприложимым в случае амальгамированных монокристаллов цинка напряжение, близкое к пределу текучести, тотчас же приводит к разрыву образца, тогда как при самом малом снижении нагрузки кристалл течет крайне медленно [112]. Зависимость tp P) при растяжении с постоянной нагрузкой была подробно изучена затем Л. С. Брюхановой и И. А. Андреевой на чистых и амальгамированных монокристаллах цинка (диаметром 1 мм и длиной 10 мм) с различной исходной ориентировкой %д и при разных температурах [146]. [c.274]

Свойства отдельно взятого кристалла (монокристалла) по данному направлению, естественно, зависят от того, как много в этом направлении встречается атомов (рис. 13). Различие свойств в зависимости от направления испытания носит название анизотропии. [c.23]

Испытания образцов из монокристаллов в упругой стадии обычно показывают значительное -колебание его упругих характеристик, зависящее от ориентировки кристалла. Рис. 264 пояснен случай, когда модули упругости и О [c.336]

При давлении 4 кбар и комнатной температуре проводились испытания монокристаллов галогенидов щелочных металлов (КС1, Na l, КВг, KI, Rbl, sBr, LiF) [80]. В то время как в монокристаллах, подвергнутых упрочнению путем облучения (течение в которых по предположению контролируется упругим взаимодействием дислокаций), действительно наблюдалось увеличение напряжения течения, сравнимое с увеличением модуля сдвига, поведение неупрочненных кристаллов было беспорядочным. Прямые измерения подвижности дислокаций в кристаллах КС1 под давлением методом ямок травления [165] не обнаружили заметного влияния давления на скорость дислокаций, что находится в явном противоречии с данными [80] о значительном влиянии давления на напряжение течения. Такое влияние оказалось пренебрежимо малым при сжатии монокристаллов MgO вдоль оси [100] ПОД давлением 10 кбар [15]. В целом Проведенные до сих пор эксперименты не позволяют сделать однозначного вывода. Возможно, причинами это- [c.174]

Если при известных условиях люжно считать доказанным, что пластическая деформация путем скольжения развивается при постоянном объеме, то на основании параметров кристаллической решетки и известных межатомных сил можно рассчитать приблизительную величину критического касательного напряжения, соответствующего возникновению скольжения. Однако результаты такого расчета не совпадают с фактическими данными. Действительно, проведенные испытания монокристаллов чистых металлов показали, что касательное напряжение, необходимое для возникновения начального скольжения, очень мало и может составлять для разных металлов 1,0—10 кПсм . Кроме того, величина критического напряжения в значительной степени зависит от чистоты металла и метода получения кристалла. Объяснение этого расхождения является одной из важных задач физики металлов. [c.67]

Свойства отдельно взятого кристалла (монокристалла) по. данному направлению отличаются от свойств в другом направлении (рис. 16) и, естественно, зависят от того, сколько атомов нстречается в этом направлении. Различие свойств в зависимости от направления испытания носит название анизотропии. Все кристаллы анизотропны. Анизотропия — особенность любого кристалла, характерная для кристаллического строения. [c.35]

Однако авторы [263—265] обнаружили сходство кривых нагружения ГЦК- и ОЦК-монокристаллов, отмечая наличие трех стадий упрочнения и на кривых т — 8 ОЦК-крис-таллов. Хотя трехстадийный тип кривых нагружения является наиболее общим, он наблюдается в ОЦК-металлах лишь при определенных ориентациях и условиях испытания (температура, скорость деформации) кристаллов и существенно зависит от чистоты объекта [81, 266, 267]. Наглядной иллюстрацией сказанного могут служить серии кривых упрочнения монокристаллов ниобия [264] и молибдена [265] на рис. 3.4 и 3.5. Особенно четко выражены три стадии упрочнения у ниобия. Начальный участок типичной трехстадийной кривой упрочнения монокристалла ниобия (рис. 3.6), или нулевая стадия (0), соответствует интервалу локализованной деформации. К этой стадии относят и часто наблюдаемые в ОЦК-металлах площадку или зуб текучести. Затем следует стадия I — стадия легкого скольжения. Ход кривой здесь близок к линейному. В переходной зоне между стадиями lull коэффициент упрочнения постепенно возрастает до некоторого постоянного значения, характерного для стадии //. Отклонение кривой т — s от линейного хода в процессе развития деформации свидетельствует о наступлении стадии 111 параболического упрочнения с характерным для нее снижением скорости упрочнения. [c.110]

Исследовали монокристалл никеля ориентировки [149] (единичное скольжение) в форме образца с прямоугольным поперечным сечением 5 X 10 м.м и длиной рабочей части 10 мм. Кристалл содержал некоторые границы еубзерен. Испытания на усталость проводили в условиях симметричного растяжения — сжатия с постоянной амплитудой пластической деформации при комнатной температуре и частоте около 0,1 Гц. Для наблюдения дислокационной структуры использован 150-киловольтный ТЭМ. Фольги ориентировки (121) были приготовлены из внутренних слоев образца (см. рис. 4). Поверхностная структура наблюдалась с помощью оптической микроскопии или растровой электронной микроскопии (РЭМ). [c.159]

Заслуживает внимания следующий пример экономичности в эксперименте Тэйлор на базе трех опытов с монокристаллами алюминия, четырех с железом, по одному с медью и золотом и трех или четырех испытаний с поликристаллами меди и алюминия разработал кинематику предельной деформации сдвига в условиях. МОНо- и двойного скольжения, предложил физическую теорию дислокаций, согласующуюся с построенными им теоретически параболическими функциями отклика для определяющего сдвига, и сконструировал первую правдоподобную, правда существенно ограниченную, теорию пластической деформации среды, основанную на наблюдениях монокристаллов. То, что сорок лет последующих исследований выдвинули серьезные вопросы, касающиеся статистического происхождения моноскольжения и применимости кинематики двойного скольжения в области параболического упрочнения, рассматриваемой Тэйлором то, что его теория дислокаций оказалась слишком примитивной, чтобы продолжать существовать в предложенной форме, и то, что ограниченность допущений его теории поликристаллического тела и неуспех с включением в ее формулировку условия равновесия напряжений мешали полной корреляции с наблюдением, не могут заслонить тот факт, что работа Тэйлора примерно на протяжении десятилетия давала толчки для большого числа последующих экспериментальных и теоретических исследований в области пластичности кристаллов. [c.125]

Следующим йидом ЭОТ являются гибридные структуры с электростатической памятью, примером которых является успешно испытанный прибор Фототитус [51]. В нем в качестве электро-оптического материала использован высокоомный монокристалл DKDP, а в качестве фотопроводника — аморфный селен. Между слоем селена и кристаллом напылено диэлектрическое отражательное покрытие, удваивающее длину пути света в кристалле. Чувствительность на длине волны записывающего света (0,42 мкм) составляет 10 Дж/см, время записи—1 мкс, пространственное разрешение — 70 лин./мм, время хранения без принудительного стирания — 5 мин. Фототитус помимо функций ЭОТ (МОжет выполнять сложение и (или) умножение двух изображений, измене-212 [c.212]

Труды Фойхта окончательно разрешили старый спор между двумя теориями о малом и большом числе упругих постоянных (рариконстантной и мультиконстантной теориями). Спор шел вокруг вопроса Определяется ли упругая изотропия одной или двумя постоянными И в общем случае упругой анизотропии требуется 15 или 21 постоянных Опыты Вертхейма и Кирх-гоффа не смогли дать ответа на этот вопрос вследствие несовершенства материала, который они применяли в своих исследованиях. Фойхт же использовал в экспериментах тонкие призмы, вырезанные в разных направлениях из монокристаллов. Модули упругости были определены из испытаний этих призм на кручение и на изгиб. В дополнение изучалась сжимаемость кристаллов под равномерным всесторонним гидростатическим давлением. Полученные результаты с полной ясностью засвидетельствовали невозможность тех соотношений между упругими постоянными, которых требовала рариконстантная теория. Этим самым была показана несостоятельность гипотезы молекулярных сил Навье— Пуассона. [c.412]

Располагая теперь некоторыми сведениями о свойствах монокристаллов, мы можем лучше понять и результаты испытаний поликристаллических образцов обычного типа. Юинг и Розен-хайн ) поставили весьма интересные опыты на растяжение образцов из полированного железа. Микроскопическое исследование поверхности металла обнаружило, что даже при сравнительно низких растягивающих нагрузках на поверхности некоторых зерен появляются полосы скольжения . Эти полосы свидетельствуют о том, что по определенным кристаллографическим плоскостям в этих зернах происходит скольжение. Поскольку упругие свойства в отдельном кристалле могут резко отличаться в разных направлениях и поскольку отдельные кристаллы размещаются в общей массе беспорядочно, постольку напряжения в растягиваемом поликристаллическом образце распределяются неравномерно, и скольжение может произойти в отдельных наиболее неблагоприятно ориентированных кристаллах прежде, чем среднее растягивающее напряжение достигнет значения предела текучести. Если такой образец разгрузить, то кристаллы, подвергшиеся скольжению, не смогут вернуться полностью к своей первоначальной форме, в результате чего в разгруженном образце останутся некоторые остаточные напряжения. Некоторое последействие в образце может быть приписано именно этим остаточным напряжениям. Пластическая деформация отдельных кристаллов содействует также потерям энергии при последовательных загружениях и разгрузках и увеличивает площадь гистерезисной петли, о которой шла речь на стр. 426. Если этот уже испытанный образец подвергнуть растяжению вторично, то зерна, в которых имело место скольжение, не будут пластически деформироваться, пока растягивающая нагрузка не достигнет значения, отмеченного при первом загружении. Лишь когда вторичная загрузка превысит это значение, вновь начнется скольжение. Если образец после предварительного растяжения подвергнуть сжатию, то сжимающие напряжения в сочетании с остаточными напряжениями (возникшими при предварительном растяжении) повлекут за собой текучесть в наиболее неблагоприятно ориентированных кристаллах, прежде чем среднее сжимающее напряжение достигнет того значения, при котором в первоначальном состоянии образца в нем возникают полосы скольжения. Поэтому цикл испытания на растяжение повышает предел упругости при растяжении, но при этом [c.436]

Явления разрушения в кристаллах тщательно изучали Е. Шмид и В. Боас 2). Согласно этим авторам, небольшие образцы монокристаллов каменной соли разрушаются в испытаниях на растяжение, как только нормальное растягивающее напряжение Б одной из плрскостей куба, близкой к плоскости, перпендикулярной направлению растяжения, достигает определенного значения сопротивления отрыву или сцеплению . Подобное условие может иметь место при очень низких температурах и в некоторых металлических монокристаллах. Кристаллы цинка с гексагональной решеткой разрушаются по данным Боаса и Шмида по плоскости основания после их небольшого предварительного пластического сдвига, если эти кристаллографические плоскости благоприятно ориентированы относительно направления растяжения ). Металлы же с кубической решеткой при нормальных температурах ведут себя более сложным образом вследствие того, что [c.207]

В настоящее время можно получать отдельные монокристаллы столь большой величины, что из них можно изготовлять образцы для испытания на разрыв или сжатие и таким образом изучать процесс деформации одного кристалла. Наблюдения над растяжением однокристальных образцов показали, что пластическая деформация чаще всего лредставляет собою сдвиги или трансляцию тонких слоев металла (назьшаемых пачками или блоками частиц) друг относительно друга по плоскостям скольжения (фиг. 9,а). Усилие, необходимое для начала пластической деформации, тем меньше, чем ближе положение плоскостей скольжения к тем сечениям, в которых возникают наиболь- [c.35]

Процесс деформации в одном кристалле. Как уже было замечено, в настоящее время можно получать отдельные однокри-с т а л л ы или монокристаллы настолько большой величины, что из них можно изготовлять образцы для испытания на растяжение и по ним наблюдать процесс деформации одного кристалла. Наблюдения над растяжением подобных однокристальных образцов показали, что остаточная деформация представляет собою сдвиги или трансляцию тонких слоев металла друг относительно друга по существующим в кристалле плоскостям скольжения или сдвига. [c.38]

Несовершенства кристаллического строения металлов несомненно снижают большую прочность поликристаллов, так как скопления их создают очаги, где в первую очередь, уже при небольших приложенных усилиях начинается разрушение. К тому же для большинства металлов пластическое течение начинается при напряжениях, которые в несколько раз ниже теоретических. Может показаться, что само определение теоретической прочности ошибочно и не представляет практического интереса. На самом деле это не так. В специальных условиях удается выращивать нитевидные монокристаллы многих металлов, в том числе и железа, с правильным кристаллическим строением, близким к идеальному. Эти кристаллы, часто называемые в литературе усами , имеют диаметр несколько микрометров и длину — несколько миллиметров. Нитевидные кристаллы, отличающиеся почти идеальной правильностью строения, показали при испытаниях на растяжение весьма высокую прочность. Для чистых металлов были получены следующие значения о, кПмм Ре—1337 Си—311 Ag—176 1п—225. и значения сравнимы с теоретическими. Из сопоставления теоретической и технической прочности становятся очевидными неисчерпаемые возможности повышения прочности металлов и сплавов. [c.31]

ХРУПКОСТЬ МЕТАЛЛОВ, свойство металла при статической нагрузке рваться, ломаться или разрушаться без заметной остаточной деформации. Если металл перед разрывом обнару- кивает пластич. деформации (см. Деформация пластическая), а остаточных деформаций не получается только при ударной нагрузке, то это свойство называется ударной хрупкостью. X. м. при низких и обыкновенных иногда называется холодноломко-с т ь ю, а X. м. в раскаленном состоянии—к р а с-н о л о м к о с т ь ю. Хрупкость зависит от целого ряда факторов от структуры металла, ориентации кристаллитов, от примесей, от самого метода испытания и т. д. Один и тот же слиток металла в одном направлении м. б. хрупким, а в другом пластичным. Начиная приблизительно с 1920 года, металловедение сделало большие успехи благодаря тому, что был открыт ряд способов получения металлич. монокристаллов, т. е. одиночных кристаллов, в виде стержней. Детальные исследования механических свойств этих монокристаллов, произведенные нем. физиками (Полани, Э. Шмид, Закс и их сотрудники) и англ. металловедами (Тейлор, Карпентер, мисс Элам и др.), дали весьма ценные ре-. ультаты для понимания механизма хрупкости и пластичности (см.). Эти исследования показали, что в металлич. монокристаллах существуют вполне определенные кристаллографич. плоскости—плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов, по к-рым начинается трансляция, или скольжение, одних слоев относительно других. Это явление начинается тогда, когда с двигающее, или скалывающее, напряжение в данной плоскости и по вполне определенному направлению достигает некоторого критич. значения 5. Кристаллографич. направление в плоскости скольжения, по которому атомы расположены наиболее близко друг к другу, является направлением скольжения. [c.319]

Влияние ориентации кристаллов на свойства литых сплавов. Помимо влияния ориентации на модуль упругости направленная кристаллизация приводит к резкому увеличению пластичности металла как при кратковременных, так и длительных испытаниях, а также заметному повышению жаропрочности (табл. 3.7). Еще большее повышение пластичности и жаропрочности достигается отливкой монокристалли 1еских заготовок. Так, например, время до разрушения при 760 С, (г = 700 МПа увеличивается от 5 ч при обычном литье до 400 ч для металла с направленной кристаллизацией и до 19(Ю ч для монокристаллических заготовок длительная пластичность в то же время увеличивается от 0,5 до 13 и 14,3% соответственно. Ниже приводятся некоторые данные, иллюстрирующие влияние ориентации на характеристики жаропрочных сплавов. [c.243]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...