Реальное строение металлов Дефекты кристаллического строения и их влияние на свойства металлов (стр. 2 из 2)
Металлы, используемые в технике, состоят из большого числа кристаллов неправильной формы, называемых зернами или кристаллитами. По границам между зернами металла нарушается правильность строения кристаллической решетки. Обычно зерна повернуты произвольно. Разориентация между соседними зернами составляет от нескольких градусов до десятков градусов (обычно более 50) (рис.11). Граница между зернами называется – большеугловой.
Рисунок 11. Схема поликристаллического строения металла
Каждое зерно металла состоит из отдельных блоков, субзерен (рис.12). Разориентировка между соседними субзернами составляет от нескольких секунд до нескольких минут (малоугловые границы). Малоугловые границы имеют дислокационное строение (ряд параллельно краевых дислокаций). В пределах каждого субзерна (блока) решетка почти идеальна.
Рисунок 12. Схема блочной структуры (дислокационное строение малоугловой границы)
Границы между отдельными кристаллитами (зернами) представляют собой переходную область шириной в 5 – 10 атомных размеров, в которой решетка одного кристалла, имеющего определенную кристаллографическую ориентацию, переходит в решетку другого кристалла, имеющего иное кристаллографическое направление. Поэтому на границе зерна атомы имеют менее правильное расположение, чем в объеме зерна (рис. 13).
Рисунок 13. Модель размещения атомов в объеме и на границе зерна
Двойники (границы двойников).
Двойникованием называют симметричную переориентацию областей кристаллической решетки. Решетка внутри двойниковой прослойки является зеркальным отображением решетки в остальной части кристалла (рис. 14)
Рисунок 14. Схема двойника
К поверхностным дефектам относятся также дефекты упаковки. Под ними подразумевают локальные изменения расположения плотно упакованных плоскостей в кристалле (нарушена последовательность упаковки слоев).
Порядок упаковки слоев атомов в решетке обозначается буквами А, В, С.
Порядок укладки для:
ГЦК решетки: АВС АВС АВС …
ГПУ решетки: АВ АВ АВ АВ …
Дефект упаковки: АВС АВС АВ АВ АВС АВС …дефект
Нульмерные, двухмерные, одномерные дефекты относятся к микродефектам т. е. которые нельзя наблюдать невооруженным глазом.
5. К объемным (трехмерным) дефектам относят такие, которые имеют размеры в трех измерениях: неметаллические включения, царапины, макроскопические трещины, поры и т. д.
6. Диффузия – под ней понимают перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния данного вещества.
Процессы связанные с диффузией: процесс кристаллизации, фазовые превращения, рекристаллизация, процессы насыщения поверхности другими компонентами.
Самодиффузия – процесс перемещения атомов не связанный с изменением концентрации и отдельных объемах.
Диффузия (гетеродиффузия) – перемещение атомов сопровождается изменением концентрации (происходит в металлах с повышенным содержанием примесей и в сплавах).
Диффузия может иметь циклический (рис. 15, а), обменный (рис. 15, б), вакансионный (рис. 15, в), межузельный характер (рис. 15, г). В металлах диффузия преимущественно осуществляется по вакансионному механизму. Может наблюдаться межузельный механизм диффузии (при диффузии в металле элементов с малым атомным радиусом) (рис. 15).
Рисунок 15. Механизм перемещения атомов в кристаллической решетке металла
Наиболее легко диффузия протекает по поверхности и границам зерен, где сосредоточены дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации и т.д.).
Литература
1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980.
2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.
3. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М., 1983.
4. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972.