Несовершенства кристаллической структуры металлов

НЕСОВЕРШЕНСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ [c.32]

Структурно-нечувствительные свойства (модули упругости-, плотность, температура плавления, тепловое расширение и др.) являются строго определенными для той или иной фазы и слабо меняются из-за дефектности строения кристалла (зерна), тогда как-структурно-чувствительные свойства (сопротивление разрушению, пластичность, наклеп, ползучесть, твердость и др.) зависят не только от состава и кристаллической структуры металла, но и от несовершенств структуры зерна, возникших на протяжении всей предыстории металла детали. [c.26]

Дефекты в граничных зонах и другие несовершенства кристаллической структуры играют важную роль в формировании прочностных свойств металлов. Дефекты могут быть очень разнообразными (рис. 6). Это и незанятые узлы кристаллической решетки, так называемые вакансии, и различные атомы как свои, так и чужеродные, внедрившиеся между ее узлами, и чужеродные атомы, которые могли заменить атомы основного вещества в решетке, и относительные смещения нескольких атомных слоев, называемые дислокациями, или дефектами упаковки. [c.19]

Коррозия как разрушение кристаллической структуры. Металлы обычно обладают кристаллической структурой, и разрушение металлов имеет общие черты с разрушением веществ при их растворении или испарении. Летучие металлы вроде кадмия можно вырастить в виде прекрасных маленьких кристаллов путем охлаждения паров при нагреве этих кристаллов они вновь исчезают. То же относится и к кристаллам неметаллов, например йода, с которым было проведено много классических исследований. Главный вывод из последних работ по росту кристаллов заключается в том, что рост идеального кристалла должен быть очень медленным процессом, но при наличии определенных дефектов в структуре (особенно винтовых дислокаций, изучавшихся Франком) рост кристаллов протекает быстро. Дефекты в структуре должны облегчить и удаление материала, если условия благоприятствуют его удалению, а не отложению. Неудивительно, что коррозия металлов обычно начинается на участках структурных несовершенств, хотя часто она распространяется вширь. Этот вопрос сложный и нередко большую роль в нем играет местное разрушение пленки (стр. 105). Сказанного должно быть достаточно, чтобы объяснить, почему современное развитие физики кристаллов имеет важное значение для специалистов, работающих в области коррозии металлов, и почему кристаллофизики часто используют образование питтингов, т. е. по существу коррозионный процесс для выявления участков с определенными дефектами (дислокациями). [c.25]

Наиболее важным результатом повышения температуры твердого тела является увеличение в нем скоростей диффузии. Это относится как к самодиффузии, так и к гетеродиффузии. Скорости физических и химических изменений, которые осуществляются диффузионным путем, могут быть во много раз увеличены относительно небольшим увеличением температуры. Резкое увеличение температуры ускоряет перераспределение атомов при сближении отдельных микроучастков контактной поверхности, способствует устранению различного рода несовершенств кристаллической структуры в зоне сварки, увеличивает скорость диффузии. Экспериментально установлено, что при низких температуре и скорости диффузии соединение получается некачественное, а чрезмерное увеличение температуры вызывает высокие скорости диффузии и приводит к росту зерна при сварке однородных металлов или образованию интерметаллического слоя при сварке разнородных металлов, что значительно ухудшает механические свойства соединения. [c.32]

Второй способ повышения реальной прочности металлов заключается в изменении структурного состояния материала при заданном постоянном уровне сил межатомных связей. Низкие значения прочности технических ЛОО металлов и сплавов объясняются неоднородностью структуры — наличием неравномерно распределенных несовершенств кристаллического строения (дислокаций, вакансий, чужеродных атомов) и границ зерен, а также металлургических дефектов (пор, химической неоднородности и т. д.). Это приводит к резкому снижению энергоемкости металла ( мех вследствие неоднородного характера поглощения энергии различными объемами металла, т. е. к уменьшению величин 1 5 и п [см. уравнение (10)]. [c.22]

Наиболее строгое обоснование причин расхождения реальной и теоретической прочности дает дислокационная теория скольжения, на основе которой показано, что локализованное скольжение при наличии дислокаций в кристаллической решетке может начаться при весьма небольших напряжениях. Таким образом, причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Если резко снизить количество таких несовершенств и таким образом приблизить кристаллическое строение металла к совершенному, то его прочность должна быть близка к теоретической. Это положение нашло в последние годы непосредственное экспериментальное подтверждение. Нитевидные кристаллы (усы) показывают высокую прочность, приближающуюся к теоретической. [c.97]

В таком случае приложение нагрузки т (меньшей предела текучести) к металлу, имеющему несовершенства кристаллического строения, вызовет неоднородное распределение внутренних напряжений в очагах локального плавления приложенное напряжение преобразуется в гидростатическое давление (фазовое состояние близко к жидкому, дальний порядок отсутствует) а в остальной части кристалла напряжение в элементарных объемах подчиняется законам упругости твердого тела. Таким образом, в местах дефектов структуры типа дислокаций возможно равенство т = Р. Например, в работе [16] при вычислении свободной энергии вакансий постулируется справедливость этого соотношения для некоторых областей материалов . [c.28]

Участок Ьс представляет упрочнение металлов и сплавов вследствие увеличения числа несовершенств в кристаллической структуре. С увеличением плотности дислокаций уменьшается расстояние между дислокациями, а это приводит к усилению взаимодействия дислокаций между собой и с другими дефектами решетки. При этом сопротивление движению дислокаций возрастает, а следовательно, возрастает и сопротивление деформации (упрочнение), прочность металла увеличивается. [c.10]

Лет 25 назад, в 30-х годах, ученые высказали гипотезу о том, что действительная структура кристаллической решетки металлов не соответствует теоретической, что в ней имеются отклонения и несовершенства, которыми и объясняется малая величина практической прочности. Эти несовершенства назвали дислокациями Ч [c.143]

Дробеструйная обработка применяется для восстановления жесткости пружин, торсионов и рессорных листов. Сущность ее заключается в том, что поток дроби (стальной, чугунной, стеклянной) диаметром 0,6... 1,2 мм направляется на обрабатываемую деталь со скоростью до 100 м/с, в результате чего поверхностный слой наклепывается. Вследствие пластической деформации в поверхностном слое детали возникают не только параллельные, но и ориентированные в разных плоскостях и. направлениях несовершенства кристаллического строения - дислокации. Повышение плотности дислокаций служит препятствием к их перемещению, от этого возрастает реальная прочность материала. Кроме того, образуется большое количество линий сдвига, дробятся блоки мозаичной структуры, что упрочняет поверхностный слой металла на глубину 0,2...0,6 мм. Шероховатость поверхности при этом достигает значений Rz 40...20 мкм. Предварительная химико-термическая обработка и закалка ТВЧ повышают глубину наклепа в 2,0...2,5 раза, что обеспечивает объемное воздействие механической обработки на материал детали. [c.544]

Структура тонких поверхностных слоев металлов и сплавов прл нагружении трением характеризуется значительной плотностью несовершенств кристаллической решетки. При скольжении в поверхностном слое достигаются значения плотности дислокаций на один-два порядка выше, чем при известных видах напряженного состояния для той же степени остаточной деформации. Характеристики структуры поверхностных слоев при трении Определяются соотношением нормальной и тангенциальной составляющих нагрузок и свойствами граничного слоя смазки. [c.51]

Важность процессов зарождения, размножения и перераспределения дислокаций (и вообще дефектов атомно-кристаллической структуры) при трении не вызывает сомнений. Роль дислокационных процессов наглядна проявляется в изменении характеристик трения и износа различных материалов (стм. п. 3 данной главы). Основная сложность интерпретации непосредственной роли изменений плотности несовершенств структуры металлов и сплавов в механизме трения и изнашивания определяется труд-ностью анализа деформационных процессов вследствие их локализации В ТОнких поверхностных слоях и высокой неоднородности деформации вдоль профиля поверхности. [c.52]

Нужно признать, что в развитии проблемы трения, смазки и износа наблюдается отставание в смысле использования фундаментальных результатов классических наук. Именно это отставание приводит к отсутствию или противоречивости объяснений явлений, наблюдаемых при трении и износе новых материалов, при работе в сложных режимах нагружения, в новых рабочих средах. Например, в большинстве теоретических работ по трению и износу явления деформации и разрушения рассматриваются с позиций макроскопических представлений. В классических дисциплинах (физика металлов, металловедение и др.) давно доказано, что для успешного решения этих явлений их необходимо рассматривать с точки зрения тонкой структуры с учетом несовершенств кристаллического строения — теории дислокаций. Еще большее отставание наблюдается при рассмотрении вопросов, связанных с физикой и химией поверхностных явлений. Эти обстоятельства приводят к недооценке использования современных методов металловедения, физики твердого тела, химии поверхностных явлений и других наук и в результате — к понижению теоретического уровня исследований по трению, смазке и износу и разрыву с задачами практики. [c.9]

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]

В реальных металлах и сплавах образование зародышей облегчается благодаря наличию примесей и различного вида несовершенств в кристаллической структуре, а также напряжений. Одновременно возрастают скорость превращения и неравномерность его протекания в различных участках. В поликристаллах преимущественными местами образования зародышей новой фазы могут служить границы зерен, свободные поверхности, инородные включения, плоскости сдвига, двойники, границы субзерен и блоков, а также отдельные дислокации. [c.15]

Кристаллические тела не идеальны в них всегда в огромном количестве суш,ествуют нарушения структуры, называемые несовершенствами (или дефектами). В силу ряда- причин отдельные кристаллы в реальном металле не имеют возможности принять правильную форму. Кристаллы неправильной формы называются зернами или кристаллитами. Их размер от 0,1 до 10 мкм. Напомним, что разрешающая способность микроскопа равна длине волны све- [c.31]

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]

Изменение механических свойств металлов и сплавов при снижении температуры зависит от вида кристаллической решетки и несовершенства ее строения, размера зерен, включений атомов легирующих элементов, фазового состава сплавов. На прочность и пластичность кристаллических тел особое влияние оказывают число действующих в кристаллической решетке систем скольжения, количество и распределение примесей, упорядоченность дислокационной структуры. [c.7]

В действительности поверхность реального сплава всегда электрохимически гетерогенна, т. е. имеет участки, существенно различающиеся по величине электрохимического потенциала. Поверхность металла может отличаться не только микронеоднородностью структуры (различие в составе и ориентации кристаллитов, наличие включений, границ зерен и т. д.), но и субмикронеоднородностью (несовершенства кристаллической структуры, инородные атомы в кристаллической решетке и т.д.). Эти причины вызывают локализацию анодного и катодного процессов и обусловливают развитие местной коррозии. [c.33]

Анализ данного уравнения начнем с экстремального случая, когда структура металла близка к идеальному кристаллическому строению. Прочность такого металла, примером которого являются нитевидные кристаллы (усы), есть максимально возможная для кристаллического тела, как такового, и близка к теоретической прочности. Малое количество несовершенств кристаллического строения приводит к тому, что при нагружении такою металла практически весь его объем будет равномерно поглонщть энергию искажен.1я и к определенному моменту каждый единичный объем во всем кристалле будет насыщен [c.20]

Таким образом, причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Получение бездисло-кационных кристаллов приводит к резкому повышению прочности материалов (рис. 1.10). [c.13]

Причины возникновения электрохимической гетерогенности могут быть самыми различными. По современным воззрениям электрохимическая гетерогенность поверхности металла может быть вызвана не только микронеоднородностью структуры металла как, например, различием в составе или ориентации отдельных кристаллов и наличием границ зерен или инородных включений [7,13]. Даже субмикронеоднородность металла как, например, местные несовершенства кристаллической решетки вследствие дислокаций или включения других атомов в решетку основного металла, а также различное энергетическое состояние атомов, зависящее от их полол<ения в решетке на поверхности, следует рассматривать как причины, вызывающие появление электрохимической гетерогенности металла. В предположении, что электрохимическая гетерогенность сплава существует даже на атомном уровне, нет необоснованных допущений, как это иногда высказывается, так как вполне очевидно, что элементарные анодные и катодные процессы относятся к отдельным дискретным атомам кристаллической решетки. Признание того, что электрохимическое растворение металла идет в виде двух независимых, но сопряженных процессов (анодного и катодного), влечет за собой и признание их дифференции в пространстве или во времени. Накопление на поверхности атомов более устойчивого компонента при растворении твердых металлических растворов может служить самым прямым доказательством того, что анодный процесс вполне реально (а не условно) относится к отдельным атомам более активного компонента твердого раствора. [c.23]

В настоящее время из сплава М40 получены все основные виды промышленных полуфабрикатов фольга толщиной до 50 мкм, листы, прессованные полуфабрикаты [61, с. 331], поковки (в том числе кольца диаметром до 2000 мм), штамповки и т. д. При изготовлении этих полуфабрикатов выявляются некоторые особенности сплава, обусловленные его природой. Так, в процессе деформации (особенно холодной) сплав быстро упрочняется, что приводит к увеличению числа промежуточных отжигов. Припро-ведении прессования, ковки, штамповки и других операций требуются повышенные усилия деформации. Не желателен нагрев металла перед деформацией выше 440° С, так как это уменьшает степень дробления литых фаз, присутствующих в сплаве в большом количестве, что может ухудшить качество полуфабрикатов. Для получения хорошей поверхности полуфабрикатов необходимо применение пониженных скоростей горячей деформации (подобно сплаву АМгб). В этом случае в процессе горячей деформации в металле успевает пройти частичный отжиг, способствующий исчезновению части образовавшихся несовершенств кристаллической решетки, что повышает пластичность металла. Так, например, при ковке на прессе литой нагретой заготовки первая осадка осуществляется с умеренной скоростью, при этом после небольшой осадки по высоте заготовки делается непродолжительная остановка (происходит частичный отжиг), после чего деформация продолжается. Для более полного дробления литых интерметаллидных фаз при ковке деформацию проводят с тройной сменой осей (не менее), но уже при второй и более осадках увеличивают процент деформации до обычного. Отличительная особенность полуфабрикатов и слитков сплава М40 — наличие мелкозернистой структуры. Изменение температурного режима и степени деформации, а также проведение нагревов полуфабрикатов прн высоких температурах незначительно изменяют размеры зерен. [c.131]

Физические свойства. В общем случае окислы обладают достаточно высокой теплопроводностью и вместе с тем малой электропроводностью. Некоторые из них являются изоляторами при обычной и средней температурах, но имеют очень малое сопротивление при высоких. Коэффициенты линейного расширения окислов обычно меньше, чем металлов [5]. Пленки окислов, как правило, содержат большое количество физических несовершенств микроскопических трещины, поры) и тонкой структуры (дислокации, вакансии). По внешнему виду одни окислы имеют блестящую поверхность, другие— матовую [5]. Почти все они имеют кристаллическую структуру. Однако окислы некоторых металлов могут находиться в аморфном, стеклообразном состоянии (например А12О3). Большое значение имеет вопрос о способности пленок к адгезии. Было установлено, что присутствие окислов на поверхности металла является препятствием для прилипания покрытий [5]. [c.293]

Радиационное облучение ядерными частицами оказывает влияние на структуру и свойства металлов и сплавов, особенно быстрыми нейтронами, не взаимодействующими с электронами и потому глубоко проникающими в кристаллическую решетку металла. Под влиянием облучения быстрыми нейтронами в металле происходит ионизация атомов и образуется большое число кристаллических несовершенств и областей с локально высоким выделением тепла. Ядерное облучение оказывает значительное влияние на атомнокристаллическое строение металлов, в результате чего меняются их физико-механические свойства твердость и прочность повышаются, а пластичность и вязкость снижаются. Например, по данным С. Т. Конобеевского, Н. Ф. Правднэка и В. И. Кутайцева, сильное облучение быстрыми нейтронами повышает твердость и предел прочности при растяжении железа-армко, алюминия, никеля и меди особенно заметен рост Ов у железа-армко и никеля. У нержавеющей стали сильно возрастает величина предела текучести, приближаясь [c.208]

В последние годы в промышленности получили распространение низколегированные стали, прошедшие термомеханическую обработку (ТЛЮ). Характерной особенностью ТМО является пластическое деформирование металла до или в процессе полиморфного 7 -> а-превращения с целью резкого повышения плотности несовершенств кристаллического строения — дислокаций, вакансий, дефектов упаковки, мало- и высокоугловых границ, способствующих соответствующему увеличению дисперсности конечной структуры и субструктуры металла. Разновидностью ТМО является контролируемая прокатка (КП) — высокотемпературная обработка низколегированной стали, отличающаяся тем, что нагрев под обработку давлением и режим пластического деформирования выбирают такими, чтобы получить высокодисперсные рекристаллизованные зерна аустенита. При дальнейшем охлаждении металла из аустенитного состояния образуются многочисленные зародыши а-фазы, а дисперсные карбиды препятствуют росту ферритных кристаллов. Ферритные зерна полигонизируются и упрочняются в результате выделения сверхмелких карбонитридов. [c.226]

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]

Современными методами легирования (т.е. внесения в решетку чужеродных атомов), создающими всякого рода несовершенства и искажения кристаллической решетки, являются методы создания препятствий для свободного перемещения дислокаций (блокирюва-ния дислокаций). К данной технологии относятся способы образования структур с так называемыми упрочняющими фазами, вызывающими дисперсионное твердение, и др. Известны следующие методы п]юизводства дисперсионно-упрочненных сплавов порошковые методы, методы взаимодействия твердого металла с газовой средой (метод окисления и азотирования) и металлургические методы- (плавка и легирование тугоплавкими металлами). [c.27]

Структура образцов или деталей из металлов и сплавов обычно состоит не из одного, а из многих кристаллических зерен, по-разному ориентированных. Пластическая деформация в пбликристалличе-ских телах осложняется разным направлением возможных плоскостей скольжения в разных зернах, несовершенствами строения кристаллической решетки и присутствием примесей на границах зерен. Кроме уже описанных скольжений, двойникований, перемещений атомов и разрушений в каждом зерне, зерна поворачиваются и скользят относительно друг друга. [c.57]

Процесс рекристаллизации можно изучать путем исследования микроструктуры, однако наиболее точными и совершенными методами его исследования являются физические и рентгенографические. Наклепанный металл содержит большое количество несовершенств в воей кристаллической решетке — дислокаций, вакансий и смещений. Количество свободной энергии после наклепа возрастает. Стремление к уменьшению запаса свободной энергии у наклепанного мёталла и является основной движущей силой рекристаллизации, состоящей из ряда процессов, происходящих в его структуре во время отжига. В продолжение рекристаллизационного отжига происходят следующие, накладывающиесй друг на друга, процессы возврат первого рода, возврат второго рода или полигонизация, рекристаллизация первого рода или рекристаллизация обработки, рекристаллизация второго рода или собирательная. [c.67]

Если подвергнуть деформации аустенит в межкритическом интервале (вблизи точки Агз), то увеличится число структурных несовершенств, в частности дислокаций, что, как показали расчеты, повысит термодинамический потенциал у-фазы, а следовательно, и температуру начала превращения у- - а-деформированного аустенита до величины Л/ з(дин) = Агз + А7 ь где Лгз(днн) — температура начала у- сх-превращения деформированного аустенита (под а-фазой здесь понимают ферритно-цементитную смесь). Сразу же в объемах металла с температурой ниже Лгз(дин) начнется у- а-превращение, степень развития которого будет зависеть как от параметров процесса деформирования, так и от локального изменения температуры. После первого термопластического воздействия имеет место пауза, во время которой температуру раската необходимо сознательно снизить. За время этой паузы нераспавшийс1я аустенит лишь частично освобождается от искажений кристаллической решетки за счет процессов полигонизации, а то время как фазовая V -> а-перекристаллизация существенно уменьшит дефектность структуры образующейся а-фазы (ферритно-цементитной смеси), что приведет к некоторому снижению температуры начала у -превращения по сравнению с достигнутым значением в момент деформации. [c.179]

Поэтому регулирование процесса полигонизации металла приобретает важное значение. Плохо растворимые примеси — сера, фосфор и др. — сильно искажают кристаллическую решетку, в результате чего увеличивается плотность несовершенств. При уменьшении содержания этих примесей плотность дислокаций уменьшается, а процесс полигонизации замедляется [4]. Полностью подавить процесс полигонизации удается путем образования второй высокотемпературной фазы, равномерно распределенной по сечению шва. Процессом полигонизации в условиях сварки можно управлять, регулируя скорость охлаждения в сочетании с дополнительным легированием элементами, повышающими энергию активации полигонизации. При этом удается сохранить однофазную структуру и затормозить развитие полигонизационных границ. [c.544]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...