1 .Кристаллическое строение материалов. Элементарная ячейка. Кристаллы – твердые тела, обладающие трехмерной периодической атомной (молекулярной) структурой и имеющие форму правильных симметричных многогранников. Кристаллическая структура – периодически повторяющаяся в пространстве элементарная часть кристаллической решетки (элементарная ячейка).

Элементарная ячейка (примитивная ячейка) — это минимальный воображаемый объём кристалла, параллельные переносы (трансляции) которого в трёх измерениях позволяют построить трёхмерную кристаллическую решётку в целом.

триклинная – косоугольный параллелепипед: a  b  c,       90°;

моноклинная – параллелепипед: a  b  c,  =  = 90°,   90°;

ромбическая – параллелепипед: a  b  c,  =  =  = 90°;

тетрагональная – параллелепипед: a = b  c,  =  =  = 90°;

тригональная – ромбоэдр – куб, вытянутый вдоль пространственной

диагонали: a = b = c,  =  =   90°, < 120°;

гексагональная – состоит из трех призм с основанием в форме ромба:

a = b  c,  =  = 90°,  = 120°;

кубическая – куб со сторонами: a = b = c и углами  =  =  = 90°;

2. Точечные дефекты кристаллического строения.

Дефекты кристаллического строения. В кристаллах всегда имеются дефекты, оказывающие влияние на их свойства.

Точечные дефекты. Вакансии – отсутствие атомов в узлах решетки. Атомы внедрения – внедрение своих или чужих (примесных) атомов в свободное пространство между атомами решетки основы. Атомы замещения – замещение атомов в узлах решетки чужими атомами. Около дефектов всегда возникают локальные искажения решетки.

3. Линейные дефекты кристаллического строения.

Линейные дефекты. Краевая дислокация – лишняя атомная полуплоскость, вставленная в какой-то части кристалла (рис. 1.6,а). Винтовая дислокация (рис. 1.6,б) может быть получена при помощи сдвигающего напряжения , которое нарушает параллельность атомных слоев. Кристалл превращается в плоскость, закрученную по винту. В отличие от краевой, точечные дефекты к винтовой дислокации не стекают.

4. Поверхностные дефекты кристаллического строения.

Поверхностные дефекты – границы зерен, фрагментов и блоков, неметаллические включения, поры.

Границы между зернами одной фазы. Металл состоит из кристаллов (зерен) размером от 1 до 1000 мкм. Если углы разориентации () между зернами составляют несколько десятков градусов, то говорят, что зерна разделяет большеугловая граница (рис. 1.8,б). Она представляет собой зону шириной 5-15 межатомных расстояний с нарушением порядка в расположении атомов. Скопление в этой зоне дислокаций и примесей оказывает существенное влияние на механические свойства металла. Зерна состоят из более мелких (0,1-1 мкм) блоков (субзерен), разориентированных относительно друг друга на небольшие углы (менее пяти градусов). Границу между фрагментами, блоками называют малоугловой (рис. 1.8,а). Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией. Структуру называют блочной или мозаичной.

4. Объемные дефекты кристаллического строения. Объемные дефекты. К объемным дефектам относят микровключения других фаз, поры и трещины. В случае объемных дефектов область кристалла с нарушенным периодическим расположением атомов имеет форму некоторого тела, например эллипсоида, все размеры которого соответствуют нескольким межатомным расстояниям. Объёмные дефекты снижают пластичность, влияют на прочность, на электрические, оптические и магнитные свойства кристалла так же, как и дислокации.

6 .Полиморфные превращения. Полиморфные превращения – превращения в твердом состоянии одного типа кристаллической решетки компонента в другой при изменении температуры или давления. На диаграмме полиморфные превращения проявляются в виде системы линий ниже линии солидус.

4. На рис. 2.10,а показана диаграмма состояния, когда оба компонента обладают полиморфизмом. Компонент А кристаллизуется с образованием -решетки при температуре А_, которая при температуре А_ меняется на -решетку. Аналогичное превращение происходит с компонентом В. На рис. 2.10,б приведена диаграмма состояния для сплава, в которой только компонент А обладает полиморфизмом.

5. Низкотемпературные фазы на диаграммах выделяются из твердого раствора, но закономерности формирования структуры сплава те же, что и при кристаллизации из жидкости. Зародыши новой фазы образуются и растут до полного завершения фазового превращения. Механическая смесь, состоящая из одновременно выделяющихся из -твердого раствора в точке Д кристаллов - и -твердых растворов (рис. 2.10,в), называется эвтектоидом.

7

8 Строение слитка стали, ликвация. Кристаллизация на поверхности происходит в условиях сильного переохлаждения (рис. 1.15,а). Образуется много зародышей, сплав имеет мелкозернистую структуру с произвольно ориентированными кристаллами. Жидкий металл под коркой находится в условиях меньшего переохлаждения. Рост кристаллов происходит в направлении, обратном направлению теплоотвода – перпендикулярно стенкам изложницы. Это оси роста первого порядка. На них под определенными углами формируются поперечные оси роста второго порядка. На них оси третьего порядка и т. д. Так формируются древовидные кристаллы (рис. 1.15,б) – дендриты, образующие зону столбчатых кристаллов. Центральная часть дендрита (оси первого порядка) обогащена тугоплавкими компонентами, периферийная – легкоплавкими. Неоднородность химического состава сплава называют внутрикристаллической (дендритной) ликвацией. Теплоотвод от жидкого металла в центре слитка происходит равномерно, степень переохлаждения минимальна. В этой зоне образуются крупные кристаллы с произвольной ориентацией.

При охлаждении сплав уменьшается в объеме, верхняя корка прогибается, под ней образуется усадочная раковина, заполненная газами. Под раковиной сплав имеет рыхлую структуру, так как жидкий металл стекает вниз для заполнения пустот между кристаллами. Эта часть слитка (около 15-20 % от длины) подлежит отрезке и переплавке.