Дефекти в металах і сплавах (стр. 1 из 6)

Зміст:

Втуп

1. Дефекти в кристалах та їх класифікація

2. Коливання кристалічної решітки

3. Виникнення дефектів. Кристалізація

4. Точкові дефекти

5. Лінійні дефекти

5.1Дислокації

6. Двовимірні дефекти

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Назва моєї курсової роботи «дефекти в металах і сплавах».

Метали – кристалічні тіла, які характеризуються певними комплексними властивостями (пластичність, електропровідність, ковкість, теплопровідність та позитивний температурний коефіцієнт). Вивчаючи метали, важко не згадати про елементарну кристалічну решітку, яка є найменшим комплексом атомів при багаторазовому повторенні його в просторі можна повністю відновити будову кристалічного тіла.

А дефекти в кристалах є порушення кристалічної структури в реальних монокристалах. Дефекти металів погіршують їх фізико-механічні властивості.

Висока якість металу і виробів з нього, може забезпечуватися двома шляхами: вдосконаленням технології з метою виключення можливості появи дефектів і вдосконаленням методів контролю якості металу з метою виявлення дефектів і відбракування дефектних заготовок, напівфабрикатів і виробів.

Отже, розкриття даної теми є не лише актуальним, але й сучасним, оскільки застосування металів і сплавів є досить поширеним у різних галузях народного господарства. Саме від якості матеріалів залежить і ефективність виробництва.

У розкритті даної теми мені допомогло використання великої кількості літературних джерел.

1. Дефекти в кристалах та їх класифікація

Дефекти в кристалах (від лати. defectus — недолік, вада), порушення періодичності кристалічної структури в реальних монокристалах. У структурах кристалів, що ідеалізуються, атоми займають строго певні положення, утворюючи правильні тривимірні грати (кристалічні решітки). У реальних кристалах (природних і штучно вирощених) спостерігаються зазвичай різні відступи від правильного розташування атомів або іонів (або їх груп). Такі порушення можуть бути або атомарного масштабу, або макроскопічних розмірів, помітні навіть неозброєним оком.

Дефекти металів, недосконалість будови металів і сплавів. Дефекти металів погіршують їх фізико-механічні властивості (наприклад, електропровідність, магнітну проникність, міцність, щільність, пластичність). Розрізняють дефекти металів тонкої структури (атомарного масштабу), наприклад, вакансії і ін., грубіші — субмікроскопічні тріщини, що утворюються по межах блоків кристала і на його поверхні. Ще грубіші дефекти металів — мікро- і макроскопічні дефекти, що є порушеннями суцільності або однорідності, утворюються в металі внаслідок недосконалості технології і низької технологічності багатокомпонентних сплавів, що вимагають особливо точного дотримання режимів на кожному етапі їх виготовлення і обробки.

Дефекти, що зустрічаються в металевих виробах і напівфабрикатах, розрізняються за розмірами і розташуванням, а також за своєю природою і походженням. Вони утворюються при плавленні металу і отриманні виливки (неметалічні і шлакові вкраплення, усадочні раковини, рихлість, газова пористість, плівки і т.д.), при обробці тиском , в результаті термічної, хіміко-термічної, електрохімічної і механічної обробки (тріщини, зневуглецювання і т.д.), в процесі з'єднання металів — при зварці, паянні, клепанні і т.д. (непроварення, непропай, тріщини, корозія і т.д.). Крім того, дефекти в напівфабрикатах і готових виробах можуть виникати при їх зберіганні, транспортуванні і експлуатації (корозійні дефекти і ін.).

За характером дефекти можуть бути: місцевими (різні порушення щільності — пори, раковини, тріщини, розшарування, флокени, та ін.); розподіленими в обмежених зонах (ликваційні скупчення, зони неповного гартування, зони корозійного ураження, місцеве наклепування); розподіленими за всім обсягом виробу або по його поверхні (невідповідність хімічного складу, структури, якості механічної обробки).

Місцеві дефекти, локалізовані в обмеженому об'ємі, можуть бути точковими, лінійними, площинними і об'ємними. По розташуванню вони розділяються на зовнішні (поверхневі і підповерхневі) і внутрішні (глибинні).

Дефектами в прикладному, технічному розумінні слід рахувати такі відхилення від нормальної, передбаченої стандартами якості, які погіршують робочі характеристики металу або виробу і призводять до зниження сортності або бракування виробів. Проте не кожний дефект металу вважається дефектом виробу; відхилення від нормальної якості металу, які не істотні для роботи даного виробу, не повинні вважатися для нього дефектами. Відхилення від нормальної якості, що є дефектами для виробів, що працюють в одних умовах (наприклад, при втомному навантаженні), можуть не мати значення при інших умовах роботи (наприклад, при статичному вантаженні). Якість металу і раціонально виготовленого з нього виробу може бути підвищена при повному виключенні найбільш небезпечних дефектів (тріщин, раковин, розшарувань, флокенів і ін.) і зниженні до деякого мінімуму інших дефектів, що являють меншу небезпеку в конкретних умовах експлуатації даного виробу. Висока якість металу і виробів, що виготовляються з нього, може забезпечуватися двома шляхами: вдосконаленням технології з метою виключення можливості появи дефектів і вдосконаленням методів контролю якості металу з метою виявлення дефектів і відбракування дефектних заготовок, напівфабрикатів і виробів. Контроль якості металу здійснюється методами хімічного, спектрального, рентгеноструктурного і металографічного аналізу, що дозволяють виявити відхилення від заданого складу і структури. Ці методи, як правило, вимагають зняття спеціальних проб металу, які приводять до пошкодження або руйнування контрольованих виробів і тому використовуються виключно для вибіркового контролю їх якості. Надійніший контроль дефектів металу, що є порушенням його суцільності або однорідності, здійснюється за допомогою фізичних методів контролю, який не руйнує заснованих на дослідженні змін фізичних характеристик металу. При остаточному рішенні питання про відповідність якості заготовки або виробу заданому необхідно враховувати не лише кількість, розміри, розташування і характер виявлених дефектів, але і конкретні умови вантаження виробу і окремих його зон в експлуатації.

Крім статичних дефектів, існують відхилення від ідеальних решіток іншого роду, пов'язані з тепловими коливаннями частинок, складових решіток (динамічні дефекти).

2.Коливання кристалічної решітки

Коливання кристалічної решітки, один з основних видів внутрішніх рухів твердого тіла, при якому складові його частини (атоми або іони) коливаються біля положень рівноваги — вузлів кристалічної решітки. Коливання кристалічної решітки, наприклад, у вигляді стоячих або таких, що біжать звукових хвиль виникають щоразу, коли на кристал діє зовнішня сила, що змінюється з часом. Проте і у відсутності зовнішніх дій в кристалі, що перебуває в тепловій рівновазі з навколишнім середовищем, встановлюється стаціонарний стан коливань, подібно до того як в газі встановлюється стаціонарний розподіл атомів або молекул за швидкістю їх поступальної ходи.

Характер цих коливань залежить від симетрії кристала, числа його атомів, типу, а також від виду і концентрації дефектів у кристалах. Зміщення у атомів в процесі коливання тим більші, чим вища температура, але вони значно менші постійних решіток аж до температури плавлення, коли тверде тіло перетворюється на рідину. Сили, які прагнуть утримати атоми в положенні рівноваги, пропорційні їх відносному зміщенню, таким чином ніби пов'язані один з одним пружинками (рис. 1). Представлення кристала у вигляді сукупності частинок, зв'язаних ідеально пружними силами, називається гармонійним наближенням.

У кристалі, що складається з N елементарних комірок по n атомів в кожній, існує 3nN — 6 типів простих коливань, які називають нормальними (або власними) коливаннями, або модами. Їх число рівне числу мір вільності сукупності частинок кристала без урахування трьох ступеней вільності, що відповідають поступальному, і три — обертальному руху кристала як цілого. Числом 6 можна нехтувати, оскільки 3nN — величина ~ 1022—1023 для 1

кристала.

В процесі нормального коливання всі частинки кристала коливаються біля своїх положень рівноваги з однією і тією ж постійною частотою

згідно із законом подібно до простого гармонійного осцилятора. У кристалі одночасно можуть бути присутніми всі можливі нормальні коливання, причому кожне протікає так, ніби інші зовсім відсутні. Будь-який рух атомів в кристалі, що не порушує його мікроструктури, може бути представлений у вигляді суперпозиції нормальних коливань кристала.

Кожну стоячу хвилю нормального коливання можна, у свою чергу, представити у вигляді двох пружних плоских хвиль, що біжать, розповсюджуючись в протилежних напрямах (нормальні хвилі). Плоска хвиля, що біжить, крім частоти

характеризується хвилевим вектором , який визначає напрям руху фронту хвилі і довжину хвилі , а також поляризацією, яка визначає характер індивідуального руху частинок. У загальному випадку має місце еліптична поляризація, коли кожен атом описує еліпс біля свого положення рівноваги (рис. 2), при цьому нормаль до площини еліпса не співпадає по напряму з .