Дефекты кристаллической решетки, энергия взаимодействия

Дефекты кристаллической решетки, энергия взаимодействия 120 [c.364]

Необратимый разрыв межатомных связей в металлах - сложный процесс, связанный с движением, возникновением и взаимодействием различных дефектов кристаллической решетки. При разрыве связи происходит высвобождение упругой энергии, влияющей на последующие акты разрыва межатомной связи. Для необратимого разрыва межатомных связей необходимо создание т.е. накопление дефектов критической плотности в локальном объеме. [c.196]

В узлах кристаллической решетки атомы колеблются с частотой 10 3 (,-1 Благодаря колебательному движению, происходящему при любой температуре, атомы взаимодействуют, обмениваясь кинетической энергией. Средняя кинетическая энергия тепловых колебаний атомов равна 3/2 кТ. При комнатной температуре 3/2 кТ 0,03 эВ, что значительно меньше энергии, необходимой для образования точечных дефектов (1—4 эВ). Однако за счет флуктуации кинетической энергии (отклонения кинетической энергии от ее среднего значения) возможно преодоление атомом окружающих потенциальных барьеров. Вероятность такого акта увеличивается с повышением температуры по экспоненциальному закону. Если при этом происходит выход атома из узла кристаллической решетки в междоузлие, то образуются вакансия и межузельный атом ( парный дефект Френкеля ). [c.27]

Движение дислокаций в сплаве, упрочненном когерентными выделениями, определяется [141] полями искажений кристаллической решетки в окрестности когерентных выделений (зон), различием упругих констант и энергией дефектов упаковки выделения и матрицы, увеличением поверхности зоны при срезе частицы, взаимодействием между дислокациями и вакансиями (образование перегибов) и другими факторами. [c.71]

Водород, находящийся в стали, стремится концентрироваться в зонах с максимальной свободной энергией, т.е. во всех несовершенствах кристаллической решетки, особенно по границам зерен металла. Он остается в протонной форме, если электростатические силы взаимодействия достаточно велики, но может переходить в атомарное и даже молекулярное состояние при увеличении размеров дефектов решетки. Именно поэтому в межкристаллитной прослойке концентрируются продукты реакции и молекулярный водород (рис. 32). [c.164]

Если предположить, что состав стали однороден и кристаллическая решетка ее идеальна, т. е. отсутствуют дефекты решетки. любого рода, то диффузия водорода через такую решетку будет зависеть от плотности упаковки атомов в решетке, определяющей энергетическое взаимодействие между атомами металла. Диффузия водорода через феррит, имеющий объемно-центрированную решетку, протекает значительно легче, чем через аустенит, имеющий гранецентрированную решетку [104, 249, 250]. Цементит, имеющий орторомбическую решетку, обладает еще худшей проницаемостью. Энергия активации диффузии водорода через феррит составляет 7,1—7,5 кДж/мол ь (1,7— [c.79]

Нейтрон, обладающий достаточной кинетической энергией, проходя через кристаллическую решетку, образует на своем пути первичные, вторичные и т. д. атомы отдачи. Выбитые из кристаллической решетки, они оставляют вакантные места и, в конце концов, останавливаются в междоузлиях, что ведет к образованию в решетке парных дефектов Френкеля атом внедрения вакансия . Атом может быть выбит из узла, когда он получит некоторую пороговую энергию Е . Если атом получает энергию, меньшую Ed, то она рассеивается на возбуждение колебаний решетки (нагревание) без образования смещений. Взаимодействие нейтронов с ядрами, кроме упругого рассеяния, может сопровождаться захватом нейтронов и делением ядер. При каждом акте распада выделяется энергия и образуются новые химические элементы. [c.102]

Движение дислокаций приводит к необратимым смещениям атомов кристаллической решетки, т. е. сопровождается элементарными актами пластической деформации. Упругое взаимодействие дислокаций увеличивает общую энергию системы, повышая тем самым сопротивление пластической деформации. Ранее были рассмотрены идеализированные варианты движения и взаимодействие параллельных дислокаций благодаря дальнодейст-вующим полям напряжений. Действительная картина движения и взаимодействия дислокаций между собой и с другими дефектами кристаллической решетки намного сложнее. В данном разделе дано описание более реальной картины этих явлений. [c.84]

Внедренные атомы являются точечными дефектами кристаллической решетки металла, вызывающими ее деформацию. Такая деформация, в частности, может иметь характер тетрагональных искажений, существенных для понимания свойств мартенситных фаз. Поля деформаций вызывают появление сил деформационного взаимодействия между внедренными атомами, важного для понимания ряда яв.лепий, происходящих в сплавах внедрения. В главе I, имеющей вводный характер, даетСуЧ обзор теорий точечных дефеютов кристаллической решетки металлов и сплавов, который мон ет иметь и самостоятельный интерес для специалистов, работающих в области физики неидеальных кристаллов. Точечные дефекты рассматриваются в рамках различных моделей (изотропный и анизотропный континуум, атомная модель, учет электронной подсистемы), причем эти модели применяются для определения смещений и объемных изменени1Г в кристалле, вызванных появлением дефекта, энергии дефекта, а также взаимодействия между точечными дефектами, приводящего к образованию их комплексов. [c.7]

Роль электронов в металлах как фактора, определяющего их прочность и пластичность, подчеркивалась Я. И. Френкелем еще в ранних работах [1] на основе пористой электронной модели. Современные представления о реальной прочности металлов, учитывающие, с одной стороны, кооперативный характер процессов перемещения атомов при деформации, а с другой — локальный характер разрушения, не отрицают роли электронного фактора. Так, справедливо считается, что наблюдаемые различия прочностных характеристик кристаллов определяются их электронной структурой, а роль дефектов упаковки в механизме деформации и разрушения металлов и качественная связь энергии дефектов упаковки с характеристиками электронной структуры [2] общепринятые. Для дальнейшего развития этих представлений стала очевидной необходимость установления закономерностей взаимосвязи процессов деформации и разрушения с электронными свойствами самих дефектов, ответственных за прочностные свойства металлов [.3]. Со времени открытия явления взаимодействия позитронов с дефектами кристаллической решетки [4] стало понятным, что метод позитронной аннигиляции является уникальным для получения информации об электронной структуре дефектов [5]. В основе этой возможности лежит тот факт, что при наличии в кристал.те дефектов с концентрацией 10 все термализованные позитроны захватываются ими и аннигиляция с электронами в дефектах дает информацию об их электронной структуре. Если концентрация дефектов недостаточна, то в позитронную аннигиляцию будут вносить вклад как совершенные, так и дефектные области кристалла. Следовательно, использование метода электронно-позитронной аннигиляции для анализа структурного состояния в области дефектов, образующих- [c.139]

Изменение энергии и физико-механических свойств в процессе пластической деформации. Пластическая деформация — это процесс возникновения и необратимого движения дислокаций, вакансий и других несовершенств кристаллической решетки и их взаимодействия между собой и с другими дефектами. Вследствие этого внутренняя энергия пластически деформированных металлов и сплавов возрастает. Величина дополнительной энергии (скрытая энергия наклепа) равна той доле механической энергии деформации, которая накапливается в материале и остается в нем по окончании действия внешнних сил. [c.25]

Замещение собственного атома в кристаллической решетке на чужеродный, как и образование вакансии, создает барьеры ближнего действия. Однако легирование вызывает ряд косвенных эффектов может изменяться межатомное взаимодействие как по величине, так и по характеру, что изменяет сопротивление кристаллической решетки движению дислокаций. Легирование титана железом увеличивает, по-видршому, долю ковалентных связей в р-титаие, а легирование оловом — как в а-, так и 3-титане (такие эффекты наблюдаются при введении значительных количеств легирующего элемента). Введение чужеродных атомов изменяет время релаксации вакансий и, следовательно, избыточную концентрацию вакансий. Легирование, поскольку при этом меняется энергия дефектов упаковки, может увеличивать плотность дислокаций и изменять их свойства. При легировании могут возникать малоугловые границы, меняются константы упругости и диффузии и, наконец, условия фазовых превращений. Это непосредственно или косвенно может оказать влияние на прочность твердого раствора. При его образовании более вероятным становится скольжение по негкольким плоскостям, т. е. грубое скольжение (множественное) вместо тонкого (единичного), что приводит к увеличению то,2. Как правило, легирование приводит к увеличению сопротивления пластической деформации. Однако известны случаи обратного влияния, например введение хрома в определенных условиях уменьшает предел прочности железа [270, 271], что, возможно, связано с изменением энергии дефектов упаковки [15]. [c.297]

Хорошее совпадение теории с экспериментом также следует ожидать для кристаллических материалов, у которых при распространении трещины происходит расщепление кристаллической решетки без заметной пластической деформации. К таким материалам относятся кристаллические тела без дефектов (в частности, без дислокаций), а также жаростойкие неметаллы, имеющие кристаллы с ионной или валентной связью (например, Al. Oa, Si , 31з1Ч4). В этом случае значение S можно оценить как работу расщепления кристаллической решетки, т. е. разрушения межатомных связей. Эта работа пропорциональна энергии взаимодействия атомов в кристаллической решетке в точке перегиба кривой на рис. 2.1, если эту энергию отсчитывать, от минимального значения в положении равновесия при г = г . [c.119]

По мере роста температуры число дефектов начинает увеличиваться и из-за коллективного взаимодействия межузельных катионов с катионами, остающимися в узлах решетки (они как бы вытягиваются со своих мест). Под влиянием тепловых колебаний кристаллической решетки происходят и обратные перескоки катионов из межузлий в узлы и поскольку эти точечные дефекты имеют энергию, примерно на порядок превышающую энергию тепловых колебаний решётки, их равновесная концентрация невелика. Однако эта концентрация может быть выше равновесной (например, после закалки). Такой пересыщенный твердый раствор точечных дефектов может распадаться, причем вакансии конденсируются (объединяются) в диски (рис. 4.10), которые по достижении критических размеров, из-за взаимного притяжения атомных плоскостей, схлопываются, внося искажения в решетку кристалла. Например, при схлопывании однослойного диска (рис. 4.11) в кристалле с гексагональной структурой атомные плоскости смещаются на половину вектора трансляции (под термином трансляция понимают поступательное перемещение одной части монокристалла относительно другой без искажения его решетки). Трансляция выражается вектором, перпендикулярным атомным [c.81]

Образование дефектов в металле связано с подвижностью его атомов, которые интенсивно колеблются с частотой порядка 10 колебаний в секунду около узлов кристаллической решетки. Атомы могут оставлять положения равновесия и перемещаться внутри кристаллической )ешетки, а иногда и покидать ее. Взаимодействуя друг с другом, атомы обмениваются кинетической энергией отдают ее соседним атомам или же получают ее от них. В результате уровень кинетической энергии у разных атомов может оказаться неодинаковым и некоторые из них, обладающие повышенной кинетической энергией, начинают диффундировать перемещаться в м ежузлие кристаллической решетки или покидать ее. Вышедший из равновесия атом принято называть дислоцированным, а оставшееся пустое место в узле решетки — вакансией. [c.6]

Развитие химической и электрохимической коррозии, механического и коррозионно-механического износа (механохимической коррозии) определяется энергетическими взаимодействиями в системе металл-1 — металл-2 — нефтепродукт — ПАВ — вода (электролит) (см. рис. 1). К важнейшим энергетическим характеристикам, определяющим эти процессы, относятся прежде всего характеристики самих металлов, связанные с их свойствами (пластичностью, твердостью, хрупкостью, коррозионной стойкостью и др.) работа выхода электрона из 1металла поверхностный потенциал металла Уд, контактная разность потенциалов (КРП),, нормальный электродный потенциал V нэп, потенциал нулевого заряда металла (Унз), свободная поверхностная энергия металла ( поверхностное натяжение металла) ме, энергия кристаллической решетки металла кр и др. [44—53]. Эти характеристики для одного и того же металла существенно отличаются в зависимости от состояния его внешней (видимой) и внутренней (микротрещины, совокупность внутренних дефектов) поверх ности. Эти характеристики различны также для зоны ювенильного металла и внешней зо ны наклепа — слоев деформированного металла, образующегося в результате механической обработки. Для стали зона наклепа может распространяться па глубину от 0,01 мм (при протяжке) и до 3—4 мм (при точении, прессовании) [44]. [c.18]

Как известно, несовершенство упорядоченного расположения атомов в поликристаллических металлах и минералах оказывает влияние на скорость и поглощение акустических волн в этих материалах. Поскольку многие породы состоят из зерен, которые имеют очевидную кристаллическую структуру или, по крайней мере, химическое строение которых предполагает упорядоченность атомов, можно ожидать, что такие же эффект могут проявляться и при распространении сейсмических волн. Полный обзор исследования по этому вопросу и обсуждение наиболее важных идей было дано Мэйсоном (1976 г.). Главная идея заключается в том, что напряжения могут изменять положение дефектов в кристаллической решетке. Это изменяет связь деформации с напряжением в среде, увеличивая значения упругих модулей и добавляя к ним мнимую часть. Чтобы изменить положение дефекта, требуются как тепловая энергия, так и механическое напряжение. Тепловая энергия затрачивается на преодоление энергетического барьера, который смещается под воздействием напряжений. Согласно Мэйсону дефектом, который наиболее сильно влияет на скорость и поглощение волн, является дислокация, представляющая линейную область нарушенного порядка, удерживаемая на обоих концах некоторыми дефектными атомами. В одном слу тае сейсмические волны заставляют дислокацию колебаться подобно растянутой струне, излучая энергию при взаимодействии с тепловыми фоно-иами. Это явление обусловливает широкий максимум поглощения в мегагерцовом диапазоне частот. Более вероятно, что дислокации пересекают энергетический барьер и только частично находятся в области мини-чума потенциальной энергии. Каждая дислокация может содержать некоторое число узлов, при этом движение дислокации происходит в том случае, когда все узлы переходят через потенциальный барьер в соответствии с приложенным напряжением, Этот механизм ведет к независимости Q от частоты. Оба механизма дают значения Q, находящиеся в хорошем согласии с экспериментами на гранитах формации Уистерли и других породах, если использовать некоторые правдоподобные предположения о размере и плотности дислокаций. Результаты более поздних экспериментов [99] не удалось объяснить движением дислокаций в твердой фазе пород. В связи с этим была развита модель, базирующаяся на теории Герца для контактируюш,их сфер, в которой учитывается движение дислокаций на поверхности трещин. Искажения материала, наблюдаемые при деформациях, достигающих 10-, могут быть Объяснены наличием дислокаций, отрывающихся от концевых дефектных атомов. [c.141]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...