ИДЕАЛЬНАЯ И РЕАЛЬНАЯ СТРУКТУРА МЕТАЛЛА

ИДЕАЛЬНАЯ И РЕАЛЬНАЯ СТРУКТУРА МЕТАЛЛА [c.36]

Переработан вопрос о кристаллическом строении металлов и в особенности об идеальной и реальной структуре металлов. [c.5]

В книге кратко излагаются основные вопросы современной теории атома и электронной структуры кристаллов, описываются кристаллические структуры идеальных и реальных кристаллов, рассматривается теория дислокаций и физические свойства металлов и сплавов. Обсуждаются закономерности взаимодействия между компонентами в сплавах и вопросы фазового равновесия в различных системах. Подробно описываются промежуточные фазы. Книга рассчитана иа широкий круг инженеров заводов и научно-исследовательских институтов, а также на студентов и аспирантов вузов, специализирующихся по металлургии, металловедению и физике металлов. [c.4]

Несовершенства (дефекты) строения реальных кристаллов металла. Описанная в предыдущем разделе кристаллическая решетка является идеальной. На основе физики твердого тела теоретически найдены механические характеристики, которые должны быть у кристаллов строго идеальной структуры. Сопоставление этих характеристик с обнаруживаемыми в опыте показывает значительное (в десятки и даже в сотни раз) превышение теоретическими значениями опытных. Последнее расхождение объясняется тем, что в реальных кристаллах всегда имеются отклонения от идеального характера атомной решетки, называемые несовершенствами или дефектами строения кристаллов ). Известны различные типы дефектов классификация их дана в табл. 4.3. [c.233]

В настоящее время установлено, что реальные кристаллы металлов, в отличие от идеальных, обладают рядом структурных несовершенств или дефектов, т. е. отклонений от правильного геометрического строения. Оказалось, что многие очень важные механические и физические свойства и процессы, происходящие в структуре металлов, тесно связаны с несовершенствами (дефектами) строения их кристаллов, которые обычно разделяют на три группы — точечные, линейные и поверхностные. [c.20]

За редкими исключениями, кристаллы и кристаллиты, образующие поликристаллы, обладают различными типами структурных дефектов. Знание типов, способов образования, а также влияния структурных дефектов на различные процессы и свойства твердых тел совершенно необходимо для современных специалистов по физике твердого тела. Понятие реальный кристалл чрезвычайно широко. При малой концентрации структурных несовершенств реальный кристалл в пределе переходит в идеальный, приобретая качественно новые свойства. При большом содержании дефектов реальный кристалл в пределе приобретает аморфную структуру и свойства, характерные для аморфного состояния. Воздействие на реальную структуру твердых тел является одним из способов управления их свойствами. Например, в зависимости от концентрации точечных дефектов коэффициент диффузии в металлах может меняться на семь порядков, в таком же диапазоне меняется электропроводность полупроводника. Техническая прочность твердых тел отличается от теоретической (предельной) на три-четыре порядка. Исключив возможность влияния несовершенств, можно реализовать теоретическую прочность. Каждому понятно, насколько это важно для практических целей. [c.6]

Строение реальных кристаллов. Исследованиями структур кристаллов доказано, что указанные выше кристаллические решетки являются идеальными кристаллами. Реальные кристаллы имеют значительные отклонения в строении решетки (фиг. 5). Причины, вызывающие искажение кристаллической решетки, различны температурные условия, при которых образуются кристаллы (нагрев и скорость охлаждения, условия охлаждения), напряжения в металле, вызываемые механическими воздействиями. При этом происходят смещения атомов в кристалле, называемые дислокациями, образуется решетка с узлами, не заполненными атомами (фиг. 6). Эти дефекты в кристаллической решетке приводят к резкому ухудшению свойств металлов, особенно механических, благодаря чему область [c.11]

Реально структура кристаллов отличается от приведенных идеальных схем, в них имеются дефекты. Точечными, нуль-мерными (по протяженности), дефектами являются пустые узлы, или вакансии (рис. 6, а) и межузельные атомы (рис. 6, б) число этих дефектов возрастает с повышением температуры. Важнейшими линейными (одномерными) дефектами являются дислокации (краевые и винтовые), представляющие как бы сдвиг части кристаллической решетки (см. линию ММ на рис. 6, в). Поверхностные (двухмерные) дефекты определяются наличием субзерен или блоков 1, 2 внутри кристалла (рис. 6, г), а также различной ориентацией кристаллических решеток зерен 3, 4 (рис. 6, д). По границам зерен решетка одного кристалла переходит в решетку другого, здесь нарушена симметрия расположения атомов. Дефекты кристаллов оказывают существенное влияние на механические, физические, химические и технологические свойства металлов (см. пр. 4). [c.19]

Предполагалось несколько моделей структуры жидкости, большинство из которых основаны на ограниченном количестве экспериментальных данных. Проверкой таких моделей служит возможность предсказывать на их основе физические и термодинамические свойства до сих пор в применении к жидким металлам их можно использовать с меньшим успехом. Модели этого типа обычно включают неподтвержденные предположения, что делает их применимыми только к идеальным жидкостям или очень ограниченному числу реальных. Тем не менее они имеют определенное значение при измерении физических свойств простых неметаллических жидкостей, и, воз-28 [c.28]

В предыдущих главах мы рассмотрели идеальные кристаллические структуры элементов-металлов и их изменение в присутствии дислокаций. Чтобы понять действительную структуру реальных металлических кристаллов, необходимо рассмотреть и другие несовершенства, из которых можно отметить следующие. [c.92]

Кубическая объемноцентрированная структура. Элементарная ячейка такой структуры изображена на рис. 84. Эту структуру имеют а-железо, большинство сплавов на железной основе, хром, молибден, ванадий и другие металлы. Тип кристаллической решетки для данного металла может быть установлен при помощи рентгенографического исследования. Структура реальных кристаллов никогда не бывает идеально правильной. Помимо местных дефектов, о которых будет сказано ниже, в кристаллах наблюдается так называемая мозаичная, или блочная, структура, кристалл разбивается на блоки [c.137]

Для понимания свойств металлов важно также знать, что их реальная кристаллическая структура не идеальна. Во-первых, в пространственной сетке ион-атомов, изображенной в упрощенном виде на рисунке 1, встречаются изъяны разного рода (пустые - места, чужеродные включения). Во-вторых, одни участки или слои сетки различным образом смещены по отношению к другим участкам или слоям (так называемая дислокация). В-третьих, зарождающиеся при застывании расплавленного металла кристаллы при их роете давят друг на друга, искажая естественную форму и образуя неправильной формы конгломераты (так называемые кристаллиты), часто с пустотами между ними. Получающиеся за счет всего этого швы и неоднородности в металлах ухудшают их свойства и рано или поздно могут привести к коррозионным разрушениям по этим швам . Доказано, что теоретически рассчитанная прочность идеальных кристаллов данного металла и его практическая прочность расходятся иногда в десятки и сотни раз (1). Это цроверено на выращенных специальными сп с0бами идеальных нитевидных металлических кристаллах ( усах ). Очевидно, искусственное получение идеадьной кристаллической структуры, повторяющей без [c.42]

Смит [94] предложил механизм деформации решетки при прохождении волны. Если материал при воздействии ударной волны не деформируется пластически, то тогда часть образца под нагрузкой будет искажаться упруго. В этом случае в металле возникнут два вида решетки одного и того же типа и ориентации, но с разными параметрами. Это приводит к образованию границы раздела, как показано на рис. 20, а, для двумерной решетки последняя может быть заменена решеткой, которая искажена по трем осям и сопрягается с педеформированным материалом через ряд краевых дислокаций (рис. 20, б). Эта граница может двигаться по нормали путем диагонального движения дислокаций и приводить к необходимому изменению параметра решетки. При иро-хождении волны в идеальном кристалле в металле не должно оставаться образующихся при прохождении волны несовершенств. В реальных же кристаллах дислокации могут задерживаться в металле. Модель Смита подвергалась критике [90]. Хорнбоген [93] модифицировал модель Смита, положив в основу экспериментальные данные, полученные с помощью трансмиссионной электронной микроскопии на образцах железа, подвергнутых воздействию ударных волн. Эти экспериментальные данные позволили предположить, что дислокационные петли образуются, когда волна сжатия входит в кристалл, причем краевая компонента пе тли движется со скоростью ударного фронта, в то время как винтовая компонента задерживается и растягивается по дли 1е [93]. Эта точка зрения в дальнейшем также была подвергнута критике [95], так как в соответствии с объяснением Хорпбогена сегменты краевой дислокации должны двигаться со скоростью фронта ударной волны, которая значительно превосходит скорость сдвиговой волны. Кроме того, в этом случае не должно наблюдаться разницы между дислокационной структурой металлов с ОЦК- и ГЦК-решетками, подвергнутых действию [c.45]

Реальный жидкий металл не является идеальной жидкостью и содержит значительное количество нерастворимых примесей (так назыг.аемый планктон ). Поэтому его кавшацион-ная прочность в жидком состоянии и его структура в твердом состоянии после кристаллизации в значительной мере определяются чистотой металла по этим твердым неметаллическим включениям [12]. [c.450]

Таким образом, следует сделать общий вывод об абсолютной полезности цикла давления с окончательной проковочной операцией. Однако естественная в таких случаях задержка электродов на горячей поверхности металла, с точки зрения его охлаждения, как об этом свидетельствуют кривые, приведенные на рис. 4.9, может быть самой разнообразной, в зависимости от свойств электродов. А эти свойства бывают очень различны. Кривые рис. 4.9 дают частную картину для медных электродов, однако они могут быть и из других медных и немедных сплавов. Следовательно, вряд ли можно говорить вообще о возможности рассчитать скорости охлаждения и, соответственно, структуры точечно-сварных соединений. Подлинные структурные картины следует устанавливать экспериментально, с соблюдением реальных цеховых, а не идеальных лабораторных условий. [c.174]

Классическим примером в этом отношении может служить теория напряжений и деформаций в идеальном однородном теле, когда в точке тела выделяется бесконечно малый элемент в виде параллелепипеда и рассматривается его напряженное состояние. Связь между деформациями и напряжениями описывает закон Гука. Развитие этого подхода с учетом возникновения пластических деформаций позволяет найти зависимости между напряжениями и деформациями и за пределами упругости [111]. Необходимость учитывать реальные особенности строения материалов привела к созданию таких наук, как металловедение, которая изучает и устанавливает связь между составом, строением и свойствами металлов и сплавов. Для материаловедения как раз характерно рассмотрение явлений, происходящих в пределах данного участка (зерна, участка с типичной структурой), обладающего основными признаками всего материала. Изучение микроструктур сплавов и их формирования явлений, происходящих по границам зерен, термических превращений и других процессов, проводится в первую очередь на уровне, который описывает микрокартину явлений. [c.60]

Макроскопич. структура реальных металлов (дефекты и примеси) и сплавов характеризует степень их отклонения от идеальной периодичности кристаллич. решётки. Спектр дефектов решёток металлов и сплавов включает вакансии, дислокации, межзёренные границы, поры, включения, трещины и т. п. Дислокац. представления являются основой теории прочности и пластич- [c.112]

Реальные металлические материалы, как правило, являются по-ликристаллическими, то есть состоят из множества отдельных кристаллов, которые в общем случае имеют неправильную форму и называются кристаллитами или зернами. В отличие от идеальных кристаллов, в которых атомы кристаллической решетки расположены строго периодично, реальные кристаллы всегда имеют нарушения регулярности структуры (разупорядоченность), которые называются дефектами. Основными причинами отсутствия у реальных конструкционных металлических материалов идеального кристаллического состояния являются неравновесные условия кристаллизации металла, присутствие в его составе легирующих и примесных элементов, деформация кристаллической решетки вследствие воздействия на нее в процессе изготовления изделий механических, термических, радиационных и других факторов. [c.23]

Наличие дефектов в отдельных кристаллах и зернах существенно влияет на сопротивляемость металлов и сплавов микроударному разрушению. Изучение этого вопроса представляет большой практический интерес. В настоящее время нет даже приближенной теории, связывающей механические характеристики металлов с количеством, формой и характером распределения в них микро-и макроскопических дефектов. Реальные металлы весьма несовершенны. Отклонением от идеальной структуры прежде всего являются границы зерен, микротрещинки, возникшие в процессе кристаллизации слитка или деформировании металла, макроскопические не-сплошности типа пор и другие дефекты, которые чаще всего являются следствием предыстории образца. Наличие большого количества микро- и макроскопических дефектов заметно проявляется в различных структурно-чувствительных свойствах, особенно при деформации и разрушении металла в микрообъемах. [c.82]

Реальное твердое тело, по представлениям П. А. Ребиндера [5], В. И. Лихтмана [6] и др., в процессе деформации ведет себя, как неоднородный гетерогенный материал, состоящий из двух фаз идеальной среды между дефектами и самих дефектов. Значение дефектов структуры в твердых телах очень велико, особенно в явлениях взаимодействия твердых тел с окружающей средой. Возрастание коэффициентов диффузии в деформированном металле целиком связано с образованием и развитием дефектов структуры — искажений кристаллической решетки и ультрамикротрещин. [c.112]

Локальные песовершенства (дефекты) в строении кристаллов пр11сущи всем металлам. Эти нарушегтя идеальной структуры твердых тел оказывают существенное влияние на нх физические, химические, технологические и эксплуатационные свойства. Без использования представлений о дефектах реальных кристаллов невозможно изучить явления пластической деформации, упроч-нени.е и разрушение сплавов и др. [c.9]

Сильное понижение прочности твердого металла под влиянием малых количеств легкоплавкового поверхностно-активного расплава, в пределе приводит к самопроизвольному разрушению металлического кристалла, т. е. к проявлению всех его наиболее опасных дефектов. Это позволяет осуществлять весьма тонкое диспергирование (например, в вибромельницах) таких металлов, которые не измельчаются в обычных условиях вследствие высокой пластичности. Образовавшиеся частицы, в пределе — блоки мозаики реального кристалла, почти лишенные дефектов структуры, при понижении температуры ниже точки плавления легкоплавкой примеси объединяются тончайшими, а потому также высокопрочными прослойками припоя в плотный и сильно упрочненный мелкозернистый материал. Возникают и другие комбинированные пути повышения прочности реальных твердых тел, приближающие ее к пределу — идеальной прочности бездефектного твердого тела — посредством объединенных физико-химических, термических и механических (вибрационных) воздействий. [c.18]

Потери электромагнитной энергии в волноводах. При рассмотрении структуры электромагнитных полей в волноводах считалось, что металлы являются идеальными проводниками. Однако реально оип обладают не бесконечно большой, а конечной проводимостью. Поэтому нек-оторая д-оля энергии, передаваемая по вола-юводу. затрачивается на нагревание стенок, по которым протекают высокочастотные токи. Поскольку для -различных типов волн распределение и значение токов разные, то и потери в стенках волновода будут зави сеть от типа волны, которая распространяется в волноводе. [c.20]

В технологии машиностроения занимаются лишь геометрией металлических поверхностей. Для сварочной технологии кроме геометрии необ одимо исследовать физические процессы, которые проис одят на поверхностях свариваемых деталей. Процессы эти разнообразны, динамичны и очень ложны по своей физической природ. Для сварочно е нологии, на современном ее этапе, полезно рассмотреть все, то происходит на поверхности металла от момента ее подготовки к сварке до самого сварочного процесса. Наиболее удобно анализировать поверхностные явления на металле, используя следующую модель. Представим себе, что разрываем металлический образец. До разрыва внутренние слои металла были абсолютно свободны от всяких посторонних загрязнений. Они были построены в виде нормальных кристаллических структур, с обычными для реального металла дефектами. Поверхность разрыва в момент ее образования идеально чиста. Такую чистоту называют ювенильной. Обнажающиеся при разрыве кристаллические грани элементарных кристаллов особенно и необьхчайно по движны. В первые же миллионные доли секунды большая часть свободных электронов покидает кристалл и образует над его гранями подвижное отрицательно заряженное облако. Вслед за этим эффектом, а затем и одновременно с ним все острые кристаллические грани размываются, придавая острым выступам округлые очер ания при выравнивании и закруглении рельефа поверхност ная энергия уменьшается. [c.9]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...