Напряженное состояние кристалла с границами

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КРИСТАЛЛА С ГРАНИЦАМИ [c.187]

Особенностью этого вида разрушения по сравнению с обычной коррозионной усталостью является соизмеримость периодически напряженных участков с размерами отдельных кристаллов металла (напряжения второго рода). В связи с этим на кавитационную стойкость сплавов большое влияние оказывают механическая прочность, структура и состояние границ зерен сплава. Например, чугун с шаровидным графитом более устойчив к кавитации, чем обычный чугун, а еще более устойчивы стали. [c.341]

На диффузию оказывают влияние не только группировки дислокаций, как это имеет место па границах зерен, но и отдельные дислокации. Можно ожидать взаимодействий между определенными дефектами структуры и диффундирующими атомами примеси. В зоне вдвинутой плоскости кристаллической решетки (случай краевой дислокации) решетка находится в состоянии избыточного гидростатического давления, тогда как с противоположной стороны плоскости скольжения имеется гидростатическое разрежение. Если кристалл находится при достаточно высоких температурах, когда подвижность элементов решетки довольно велика, атомы примеси с большим атомным радиусом, чем у атомов основного кристалла, перемещаются в область гидростатического разрежения, потому что благодаря этому достигается самое благоприятное распределение напряжений (рис. 11.6). [c.246]

Убедительной иллюстрацией поворота зерен как целого является также картина разрушения приграничной зоны на рис. 2.9. Вовлеченное в поворот активное зерно с преимущественным одиночным скольжением создает приграничную аккомодационную зону с локализацией больших деформаций. Два излома на ГЗ, концентрируя большие напряжения, порождают два трека полос сброса, направленные в противоположные стороны согласно профилю зернограничных изломов. Приграничная сильнодеформированная полоса создает благоприятные условия для распространения магистральной трещины. Картина является типичной трещина проходит либо по границе раздела зоны приграничной деформации с зерном, либо непосредственно через зону локализации деформации. Треки полос сброса также локализуют большую деформацию и при дальнейшем знакопеременном нагружении являются местами распространения трещины (рис. 2.10). Приведенные данные согласуются с мнением [101, согласно которому разрушение кристалла требует достижения в локальных зонах предельно возбужденного состояния, чему способствует сильная локализация деформации. [c.53]

Условие сохранения сплошности деформируемого твердого тела определяет мультиплетное скольжение в кристалле, в результате чего в нем возникают зоны торможения сдвигов. В итоге при деформации даже монокристалл разбивается на области, ограниченные зонами торможения сдвигов. Последние концентрируют большие напряжения и становятся областями сильно возбужденных состояний, испускающими дефекты. Это проявляется как процесс поперечного скольжения в головах скоплений дислокаций. Таким образом, мультиплетность кристаллографического скольжения обусловливает поведение кристалла как структурно неоднородной среды. Деформируемый кристалл разбивается на области, границы которых являются зонами заторможенных сдвигов, характеризуемых плотностью планарных дефектов, и содержат мощные концентраторы напряжений. Эти области должны аккомодировать протекающие по их границам сдвиги с учетом условия сохранения сплошности. Подобная среда характеризуется спектром возбуждений кристаллической решетки и может быть описана полем локальных реперов. Изменение этого поля во времени порождает возникновение в деформируемом кристалле механического поля [5]. [c.9]

В интервале температур 1400—950° С в сварном шве могут образоваться горячие трещины. Они сравнительно часто встречаются при сварке легированных сталей. Причина образования горячих трещин заключается в неоднородности состава и свойств кристаллов металла сварного шва при высоких температурах. Средняя часть дендрита состоит из более тугоплавких и прочных при высоких температурах составляющих. Легкоплавкие примеси оттесняются на периферию дендритов и в междендритные промежутки. Металл по границам дендритов может находиться либо в жидком состоянии, либо, если кристаллизация закончилась, то, находясь в твердом состоянии, он обладает пониженной прочностью и пластичностью. При возникновении растягивающих напряжений, превышающих предел прочности, по границам дендритов возникают горячие трещины. Это очень опасный дефект сварного шва, который может привести к внезапному хрупкому разрушению при эксплуатации. [c.210]

Разрыв связи в кристалле полупроводника дает два типа заряженных частиц электрон и место отсутствия электрона ( дырка ). При наличии внешнего поля движение электронов и дырок создает электрический ток. На границе соприкосновения двух полупроводников, обладающих равной проводимостью одного с дырочной проводимостью, другого с электронной проводимостью, произойдет диффузия (проникновение), т. е. свободные электроны из электронной области будут переходить в дырочную область, в которой свободных электронов мало, и наоборот. Диффузия дырок приведет также к тому, что дырочная область зарядится отрицательно, а электронная — положительно. Электроны и дырки в полупроводнике с электронно-дырочным переходом могут двигаться в прямом или обратном направлении. При отсутствии внешнего напряжения в цепи тока нет, т. е. устанавливается состояние равновесия. [c.76]

Г"ТС физической точки зрения вязкое разрушение кристалла следует рассматривать скорее как образование большого числа пустот, а не как разрыв материала в обычном смысле слова [178]. Указанные пустоты уменьшают несуш,ую площадь поперечного сечения, и при более высокой скорости их расширения по сравнению с упрочнением материала пластическая деформация тела становится неустойчивой. Пустоты увеличиваются независимо одна от другой, вытягиваются в направлении действующего напряжения, смежные пустоты сливаются в соответствии с принципом минимума энергии поверхностного натяжения и при достижении критического состояния объединяются, образуя поверхность излома. При этом окончательное сужение сечения у чистых металлов практически достигает 100%. У технических металлов сужение при разрыве меньше благодаря влиянию границ зерен и загрязнений. [c.304]

Между тем, в большинстве случаев разрыв связей в сечении, по которому разрушается тело, происходит неодновременно в каждый данный момент лишь малая доля общего числа связей оказывается доведенной до предельного состояния. Причиной того, что связи между разными атомами работают в неодинаковых условиях, служит несовершенство реальной структуры твердого тела — насыщенность его всевозможными дефектами. Это, в частности различные микро- и ультрамикротрещины, являющиеся концентраторами напряжений. Микротрещины могут отсутствовать в теле в исходном состоянии, но появиться при его деформировании под нагрузкой, например, вследствие неоднородного протекания пластической деформации в плоскостях скольжения кристалла, торможения и накапливания сдвигов перед препятствиями (границами зерен, примесями, различными дефектами, порожденными самой же пластической деформацией, и т. д.). Такие деформационные микронеоднородности, в свою очередь, обусловливают локальные концентрации напряжений и зарождение трещин. Вместе с тем, прочность тела существенно зависит от реальных условий испытаний температуры, характера напряженного состояния, скорости нагружения и т. д. Таким образом, прочность реального твердого тела определяется не только характером межатомных взаимодействий, или, что то же, химическим составом тела, но и особенностями его структуры и условиями, в которых происходит нагружение тела. [c.233]

Блочная структура некоторых реальных кристаллов установлена экспериментально еще в 50-е годы (см., например, [59]). Границами блоков мозаики и зерен с близкими ориентировками являются дислокационные стенки (границы наклона, состоящие из системы параллельных краевых дислокаций, или границы кручения, состоящие из винтовых дислокаций). Мозаичная структура может образовываться в проп.ессе роста кристаллов или их механической обработки. Следует отметить, что описанная выше блочная структура не является универсальной структурой реальных кристаллов. Существуют случаи, когда распределение дефектов имеет более сложный характер блоки находятся в напряженном состоянии. Иногда кристалл вообще нельзя представить разделенным на блоки. При этом искажения в кристалле носяг существенно нелокальный характер, так что нельзя ввести единую для всего кристалла среднюю решетку. [c.227]

Согласно существующим представлениям, механизм хрупкого растрескивания зависит от того, что происходит с атомами, расположенными на границах кристаллов. По мнению Паркинса [50], это явление вызвано искаженной структурой феррита в области границ зерен. Хехт, Партридж, Шредер и Уэрл в Справочнике коррозиониста Улига [12] утверждают, что атомы на границе зерен принадлежат одновременно кристаллам различной ориентации и удерживаются в этом положении за счет атомных связей, искаженных по сравнению с их нормальным направлением. Удаление таких атомов из их напряженного состояния осуществляется поэтому значительно легче, чем из середины кристалла. Это меж-кристаллитное растрескивание может вызываться концентрированными растворами щелочей. Были предложены также и другие теории, связывающие это явление с водородом [50, 51], различного рода осадками [50], окисной пленкой [51], коллоидами [52] и с влиянием механических деформаций и деформации по границам зерен [50]. Обычно в трещинах обнаруживаются окислы. Кроме того, в них могут присутствовать отложения солей. Имеется сообщение относительно более быстрого образования трещин в присутствии силиката. Согласно предположениям, высказанным Акимовым [53], взаимодействие щелочи с железом приводит к образованию феррита натрия МагРеОг и водорода. Далее коррозия протекает вдоль границ зерен и усиливается внутренними напряжениями, которые ослабляют связи между зернами по нарушенным границам. При этом появляются трещины, вода проникает в ослабленный металл, что создает условия для дальнейшего развития межкристаллитной коррозии. Помимо этого, усилению разрушения может благоприятствовать абсорбция металлом выделяющегося водорода. [c.38]

Намагниченность термически размагниченного кристалла Се(Со, Си, Ре)5, измеренная в направлении легкого намагничивания, в полях с напряженностью, меньшей Нсм сплава, возрастает очень медленно и обратимо (участок / на кривой рис. 2-36), а при значении Н Нсм резко возрастает до значения, близкого к намагниченности насыщения (участок // на кривой рис. 2-36). Так как в исходном, размагниченном, состоянии сплав имеет многодоменную магнитную структуру, ход кривой намагничивания дает основание предполагать, что в полях, с напряженностью, меньшей Нсм, доменные границы закреплены в объеме зерен, а при Н—Нсм они высвобождаются и намагничивание происходит путем беспрепятственного смещения доменных границ. [c.99]

Характер разрушения керамических материалов в зависимости от их фазового состава различен. Их разрушение при сжатии, изгибе или растяжении происходит либо по телу стекловидной фазы, либо по кристаллам. В некоторых случаях в материалах чисто кристаллического строения разрушение происходит по границам зерен без нарушения их -целости. В керамике кристаллического строения прочность связана с энергией кристаллической решетки данного вещества, с межатомными силами. Если керамика, например муллитокремнеземистая и стеатитовая, содержит значительное количест--во стекловидной фазы, то разрушение обычно происходит в первую очередь по стеклу, обладающему меньшей прочностью. Однако в некоторых случаях при минимальном содержании стекловидной фазы, находящейся в сжатом упрочненном состоянии, первоначальное разрушение может произойти и по телу кристалла. Прочность бездефектного тела связана с силами внутриатомной связи. В большинстве керамических материалов наиболее прочная связь — ионная. Однако для некоторых бескислородных материалов характерна ковалентная связь. В реальных керамических материалах имеется большое количество дефектов как на микро-, так и на макроуровне, приводящих к концентрации напряжений. [c.6]

Под действием сдвигающих напряжений дислокация перемещается вдоль плоскости скольжения. Для перемещения дислокации требуется меньшее касательное напряжение, так как атомы находятся в состоянии неустойчивого равновесия в решетке. Винтовая дислокация заключается в том, что часть кристаллической решетки на некотором протяжении оказывается сдвинутой на один параметр решетки относительно другой. При винтовой дислокации лишней атомной плоскости нет. Дислокации зарождаются при кристаллизации металлов и их сплавов, а также образуются в процессе пластической деформации. В процессе пластической деформации дислокации могут образоваться по механизму Франка— Рида. Сущность механизма образования дислокаций Франка — Рида заключается в следующем. Линейная дислокация, зародившаяся при кристаллизации, под действием касательных напряжений выгибается и принимает форму полуокружности. Этому моменту соответствует наибольшее значение касательных напряжений. При дальнейшем выгибании дислокация принимает форму замкнутой кривой (окружности), внутри которой остается исходная дислокационная линия. Наружная дислокация разрастается до внешней поверхности кристалла, а внутренняя вновь выгибается, порождая новую дислокацию. Препятствием движению дислокаций являются границы блоков и кристаллов. При пластической деформации кристаллы дробятся, увеличивается число блоков и протяженность их границ. Скопление дислокаций затрудняет зарождение новых дислокаций, так как для их генерирования теперь потребуются большие касательные напряжения. Усилие, необходимое для осуществления пластической деформации, возрастает с увеличени- [c.256]

На рис. 2.51 показаны кривые напряжение — деформация, иллюстрирующие деформационное поведение поликристаллических образцов сплава Си — А1 — N1 [45]. Хотя в температурной области ниже точки поликристаллических образцов и наблюдается упругая деформация в мартенситном состоянии (см. рис. 2.51, а), но миграция поверхностей раздела между мартенситными фазами или двойниковых границ внутри кристаллов мартенсита происходит с большим трудом, чем в монокрис-таллических образцах. Можно считать, что причиной этого является [39, 40] взаимное стеснение кристаллических зерен. В температурной области выше точки напряжение образования мартенсита, как и в [c.108]

Участки кристалла вблизи Д. находятся в упруго напряжённом состоянии. Напряжения убывают обратно пропорционально расстоянрш от Д. Упругая энергия, обусловленная полем напряжений Д., составляет 10" эрг на 1 см её длины. Д. могут перемещаться в кристалле, вызывая его пластич. деформацию. Перемещению Д. препятствуют не только прочность разрываемых межатомных связей, но и рассеяние тепловых колебаний атомов и электронов проводимости в упругоискажённой области кристалла, окружающей движущиеся Д., а также упругое взаимодействие с другими Д., с атомами примесных элементов в твёрдых раство рах, межзёренные границы в поликристаллах и др. дефекты в кристаллах. Д. обычно образуются при кристаллизации, но могут возникать в кристалле ири пластич. деформации. Д. определяют многие физич. свойства кристаллов, они, в частности, вносят значительный вклад в поглощение УЗ (см. Дислокационное поглощение). [c.116]

Такой ПОДХОД удобен математически, так как он оправдывает адиабатическое приближение, в рамках которого волновые функции считаются непрерывно изменяющимися вслед за деформацией решетки. При этом беспорядок приводит лишь к сравнительно малым изменениям, которые можно исследовать с помощью теории возмущений. К сожалению, эта модель физически не реалистична, ибо ни одна реальная конденсированная среда не ведет себя подобным образом. Пластическая деформация кристалла легче всего происходит путем возникновения локализованных топологических дефектов типа дислокаций или границ зерен — так, чтобы в пространстве между ними возможно большая часть решетки оставалась в ненапряженном состоянии, без напряжений. Как мы видим, дефекты такого типа представляют собой центры сильного рассеяния влияние их нельзя описать с помощью малых поправок к адиабатическому приближению. С другой стороны, стекла и жидкости столь сильно разупорядочены за пределами одного или двух межатомных расстояний, что для них представление о деформированной регулярной решетке вообще неприменимо (см. 2.8—2.11). [c.75]

Одним из методов определения зарядового состояния быстро диффундирующих примесных ионов является наблюдение их дрейфа в электрическом поле. Впервые такой эксперимент был проведен на литии в германии. Суть его состоит в следующем (рис. 8.8). Диффундирующая примесь наносится на поверхность германия р-типа проводимости кратковременным вплавлением ее в поверхностный слой. При этом реализуется случай точечного источника с неограниченным запасом примесных атомов — капля, вплавленная в кристалл и имеющая радиус много меньщий характерных расстояний диффузии. Далее образец прогревается при заданной температуре Т время для формирования четкого фронта диффузии, представляющего собой полусферу радиуса г. Затем образец охлаждается до комнатной температуры, а исходный источник примеси удаляется щлифовкой и специальным травлением. После травления на поверхности образца остается лунка, концентрично с которой находится диффузионная область, обогащенная литием, которая имеет проводимость я-типа. Затем определяется положение р —я-перехода, располагающегося на поверхности полусферы радиуса гу, с которой в дальнейшем пойдет диффузия. Граница р —я-перехода выявляется, например, химическим окращиванием в специальном красителе или электрическим осаждением титаната бария. Затем образец помещается в постоянное электрическое поле (напряженностью 1-10 В/см), а диффузию проводят при той же температуре Т, что и первый раз. Ток, который пропускается через образец (1-10 А), одновременно используется для его нагрева. Ввиду отсутствия источника дальнейшая диффузия примеси происходит аналогично рассмотренному выше случаю диффузии из ограниченного источника (уравнение (8.19)), то есть радиус полусферы увеличивается за счет обеднения областей прилегающих к бывшему источнику. Одновременно все диффундирующие ионы в соответствии со своим знаком заряда ц будут дрейфовать в электрическом поле со скоростью Удр. = Е, где /1 — эффективная подвижность ионов, связанная с их коэффициентом диффузии соотношением Эйнштейна /х = q/kT)D. Таким образом, центр полусферы после соответствующего прогрева переместится в новое [c.304]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...