Несовершенства в строении металлов

НЕСОВЕРШЕНСТВА В СТРОЕНИИ МЕТАЛЛОВ [c.21]

Опыт эксплуатации ответственных металлических конструкций показывает, что изготовление сварных узлов без трещин еще не устраняет опасности разрушения хрупких материалов при работе в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. Причинами разрушений могут быть конструктивные недостатки — наличие макроскопических концентраторов напряжений, дефекты сварных соединений — раковины, поры, шлаковые включения, подрезы по краю швов, а также различного вида несовершенства кристаллического строения металлов, например скопления дислокаций и вакансий, микротрещины и полости, роль которых как концентраторов напряжений резко возрастает в условиях эксплуатации. [c.175]

Опишите основные виды несовершенств в строении реальных металлов. [c.31]

Процессы, происходящие в металле сварных соединений, могут привести к хрупким разрушениям сварных конструкций. Опыт эксплуатации ответственных металлических конструкций показывает, что изготовление сварных узлов без трещин еще не устраняет опасности разрушения хрупких материалов при работе в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. Причинами разрушений могут быть конструктивные недостатки — наличие макроскопических концентраторов напряжений, дефекты сварных соединений — раковины, поры, шлаковые включения, подрезы по краю швов, а также различного вида несовершенства кристаллического строения металлов, микротрещины и полости, роль которых как концентраторов напряжений резко возрастает в условиях эксплуатации. В зависимости от материалов, применяемых в конструкциях, окружающей среды и вида нагружения исходные дефекты могут развиваться в трещины очень медленно или, наоборот, катастрофически быстро. [c.84]

Характер и степень нарушения правильности или совершенства кристаллического строения определяют в значительной мере свойства металлов. Поэтому необходимо рассмотреть встречающиеся несовершенства кристаллического строения или, что то же самое, строение реальных кристаллов. [c.28]

Одним из видов несовершенств кристаллического строения является наличие незанятых мест в узлах кристаллической решетки, или иначе — вакансий, или атомных дырок (см, рис. 7,а). Такой точечный дефект решетки играет важную роль при протекании диффузионных процессов в металлах (подробнее см. в гл. ХП1. п. 1). [c.28]

Другим важнейшим видом несовершенства кристаллического строения являются так называемые дислокации. Представим себе, что в кристаллической решетке по каким-либо причинам появилась лишняя полуплоскость атомов, так называемая экстраплоскость (рис. 8). Край 3—3 такой плоскости образует линейный дефект (несовершенство) решетки, который называется краевой дислокацией. Краевая дислокация может распространяться на многие тысячи параметров решетки, для нее вектор Бюргерса (см. с. ООО) перпендикулярен экстраплоскости. В реальных металлах дислокации смешанные на некоторых участках — краевые, на других — винтовые. [c.28]

В процессе кристаллизации в твердом металле возникают дефекты кристаллического строения. Закономерность строения кристаллической решетки нарушается наличием несовершенств. Несовершенства кристаллического строения вызывают большие флуктуации внутренней энергии, влияют на прочность, пластичность, деформационную способность металлов, их коррозионную стойкость, склонность к хрупким разрушениям, на технологи--ческую прочность при сварке. [c.467]

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]

Проведенные подсчеты [151 показали хорошее совпадение вычисленных величин с экспериментальными значениями энергии активации процессов пластического течения монокристаллов и ползучести различных металлов (в частности, железа), что прямо указывает на связь несовершенств кристаллического строения типа дислокаций с очагами локального плавления. [c.28]

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]

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]

Границы зерен металла служат местами скопления дефектов строения кристаллической решетки. При переходе от одного зерна к другому меняется ориентировка кристаллической решетки. У границ зерен расположен слой атомов, принадлежащих частично кристаллической решетке одного зерна, частично решетке другого. При этом, чем больше различие в ориентировке соседних зерен, тем больше несовершенств на границе между ними. В чистых металлах толщина пограничного слоя составляет величину порядка двух параметров кристаллической решетки. Атомы примесей в металлах стремятся расположиться преимущественно по границам зерен, где кристаллическая решетка уже имеет несовершенства строения и где появление инородного атома вызывает меньшие дополнительные искажения. [c.15]

Большая часть работы (до 95 %), затрачиваемой на деформацию металла, превращается в теплоту (металл нагревается), остальная часть энергии аккумулируется в металле в виде повышенной плотности несовершенств строения (вакансий и, главным образом, дислокаций), О накоплении энергии свидетельствует также рост остаточных напряжений в результате деформации. В связи с этим состояние наклепанного металла термодинамически неустойчиво. При нагреве такого металла в нем протекают процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации, обусловливающие возвращение всех свойств к свойствам металла до деформации. [c.81]

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]

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]

Упрочнению способствуют и другие несовершенства кристаллического строения, также тормозящие движение дислокаций. К ним относятся атомы растворенных в металле примесей и легирующих элементов, частицы выделений второй фазы, границы зерен или блоков и т. д. На практике препятствие движению дислокаций, т. е. упрочнение, создается введением других элементов (легирование), наклепом, термической или термомеханической обработкой. Снижение температуры также препятствует свободному перемещению дислокаций. При низких температурах прочность растет, а пластичность падает. Металл становится более прочным, но хрупким. [c.13]

Изучение строения металлов с помощью рентгеноструктурного анализа и электронного микроскопа позволило установить, что внутреннее кристаллическое строение зерна не является правильным. В кристаллических решетках реальных металлов существуют различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов, [c.94]

Современные методы исследования строения кристалла позволили установить, что в строении реального кристалла металла имеются дефекты. Дефекты или несовершенства внутреннего кристаллического строения реальных металлов принято делить на точечные, линейные и поверхностные. Точечные дефекты малы во всех измерениях. Линейные дефекты охватывают в длину многие ряды атомов, однако их протяженность в двух других направлениях, поперек линии распространения дефектов, очень мала. Поверхностные дефекты малы лишь в одном измерении. [c.15]

Значительно сложнее, чем в монокристаллах, протекает процесс деформирования в поликристаллических металлах. Процесс скольжения в поликристаллических металлах затрудняется вследствие наличия большого числа зерен, отличающихся размерами и формой и различно ориентированных по отношению друг к другу. Поэтому сопротивление деформированию у поликристаллических металлов значительно выше, чем у монокристаллов, а пластичность их ниже. На повышение сопротивления деформированию в поликристаллах влияет несовершенство их кристаллического строения, особенно на поверхности зерен и блоков мозаики, а также наличие различных примесей, расположенных по границам зерен и блоков мозаики. [c.163]

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]

Изучение строения металлов с помощью рентгеноструктурного анализа и электронного микроскопа позволило установить, что внутреннее кристаллическое строение зерна не является правильным. В кристаллических решетках реальных металлов существуют различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Различают следующие структурные несовершенства точечные, линейные и поверхностные, которые характеризуются малыми размерами в трех, двух и одном измерении соответственно. [c.120]

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]

Так, например, известен ряд случаев, когда сварка вызывает разупрочнение основного металла в зоне термического влияния. Особенно часто разупрочнение наблюдается в области с наиболее высокой температурой металла, вблизи границы сплавления (нагрев до подсолидусных температур). Влияние термодеформационного цикла сварки, создавая те или иные несовершенства в строении металла этой зоны, приводит иногда не только к понижению прочностных характеристик, но и к снижению его деформационной способности. Наличие такой ослабленной зоны с пониженной деформационной способностью представляет определенную опасность в условиях эксплуатации сварных соединений. В качестве примера можно указать на сварные соединения трубопроводов, работающих при достаточно высоких температурах (—600° С) в условиях значительных нагрузок, определяемых внутренним давлением, и термических напряжений, в частности, вызывающих изгиб труб. Работа металла в условиях ползучести хотя также подчиняется влиянию рассмотренного выше контактного упрочнения, но оказывается весьма чувствительной к неравномерности распределения деформаций. Ослабленная даже узкая зона основного металла, заключенная между более прочным швом и неослабленным основным металлом, воспринимая основные деформации, вызывает начальные межзеренные разрушения, которые, развиваясь на расстоянии одного-трех зерен от границы сплавления, приводят к так называемым локальным околошовным разрушениям. Хотя значительного повышения работоспособности таких соединений добиваются последующей после сварки высокотемпературной термической обработкой (типа аустенитизации в случае аустенитных трубопроводов), однако и в этом случае [c.32]

Довольно подробный обзор данных о связи водорода с несовершенствами кристаллического строения металлов имеется в работе [424]. Здесь отметим только, что к настоящему времени рассмотрены практически все возможные механизмы взаимодействия водорода с дислокациями — образование атмосфер Сное-ка, Коттрелла и Судзуки, изучены деформационное старение и возврат пика текучести в водородсодержащих сплавах. Тем не менее некоторые авторы сомневаются даже в принципиальной возможности такого взаимодействия. [c.474]

Установлено, что на практике для одновременного сдвига одной части кристаллита относительно другой требуются напряжения, в сотни раз меньшие теоретически рассчитанных. Это связано с тем, что в реальных металлах имеются дефекты кристаллической струтоуры. Поэтому скольжение в зернах происходит не одновременно по всей плоскости скольжения, а последовательно, путем перемещения этих дефектов, для чего требуются значительно меньшие сдвиговые напряжения. Несовершенства в строении реальных кристаллитов, например отсутствие атомов или их избыток в решетке, называют дислокациями (см. раздел I). При пластической деформации в металле возникают дополнительные дислокации, происходит их пересечение и накопление на границах зерен, в результате чего образуются осколки кристаллитов. [c.283]

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]

Существующие методы производства металлов дают количество дислокаций, боль- Р шее критического, поэтому для упрочне- рис. 22. Кривая зависи-ния металлов пока более доступен путь мости критического напря-увеличения числа дислокаций. Уменьше- жения сдвига от плот-ние числа несовершенств в строении метал- дислокации, ла достигается при многократных его переплавах (электрошлаковом, электронно-лучевом, вакуумном и др.). [c.43]

Следовательно, при старении, как и при выделении карбидов в стали, движущей силой процесса и причиной упрочнения металла является переход химической энергии взаимодействия в другой вид энергии — в упругую энергию несовершенств кристаллического строения, или, другими словами - в энергию А1Удис. [c.183]

Появление ЭТИХ утолщений объясняется упрочнением металла на границах зерен, которое обусловливается рядом причин изменением направлений скольжения от зерна к зерну, несовершенствами строения решетки и присутствием примесей. Помимо этого, образование сплошной плоскости скольжения в поликристаллическом металле затруднено наличием многих различно ориентированных зерен. Поэтому один и тот же металл при мелкозернистом строении имеет повышенную прочность по сравнению с крупнозернистым вследствие упрочняюш,его действия границ и разного направления плоскостей скольжения у различно ориентированных зерен. [c.58]

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]

Возможности проникновения внешней среды в контактные зоны нри резании далеко еще не ясны. Большую роль отводят перепаду давления. При этом учитывают два фактора. Во-первых, дискретный характер контакта нри внешнем трении твердых поликри-сталлических тел, обусловленный микрогеометрией и субмикрогеометрией зоны сопряжения трущихся тел. Микрогеометрия связана с технологией изготовления поверхности и с периодическими торможениями и срывами микрообъемов обрабатывамого металла. Механизм возникновения субмикрогеометрии связан с внутренним строением металла и его несовершенствами. Во-вторых, периодическое возникновение вакуума в замкнутых объемах дискретного контакта трущихся пар. Опыты по внутреннему разрыву металлов показывают, что в полостях разрыва образуется вакуум порядка 10 " Па [24]. Условия образования замкнутых полостей между стружкой и инструментом мало отличаются от условий внутреннего разрыва. Предполагается, что эти полости между собой и средой объединяет сеть пор и капилляров. Рассматривают и другие механизмы проникновения среды, связанные с миграцией по поверхности. В описанных в этой главе опытах по влиянию локально [c.82]

Наличие несовершенств в кристаллическом строении влияет на свойства кристаллических тел и в первую очередь на их прочность. На рис. 23 показан характер из.ме-неиия прочности металлов в зависимости от удельного количества дефектов в кристаллической решетке. [c.60]

Технические металлы состоят из большого количества кристаллов (зерен), т. е. являются поликриста л-л и ч е с к и м и. Кристаллы (зерна) в поликристаллическом металле не имеют правильной формы и идеально правильного расположения атомов. В них встречаются различного рода несовершенства кристаллического строения, которые оказывают большое влияние на свойства. [c.10]

Определяющая роль диффузии водорода в развитии обратимой водородной хрупкости второго рода подтверждается тем фактом, что энергия активации восстановления пластичности при низких температурах для ряда металлов совпадает с энергией активации при термической диффузии водорода. При сравнении этих двух процессов возникают трудности, связанные с тем, что диффузия водорода во многих металлах изучена лишь при высоких температурах. Экстраполяция же высокотемпературных данных по диффузии до низких температур, как показали последние исследования, не вполне законна, так как при низких температурах на диффузию водорода в металлах могут существенно влиять несовершенства кристаллического строения. Об этих трудностях можно судить по данным, полученным для a-f -титано-вого сплава Ti — 140А. Экспериментальные данные, приведенные для пего на рис. 150, можно представить по-иному в координатах логариф.м скорости растяжения — обратная абсолютная температура, как это сделано на рис. 153. На этой диаграмме нанесены точки, соответствующие условиям проведения экспериментов, и около них стоят цифры, дающие значения поперечного [c.328]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...