2 Билет.
Несовершенства кристаллического строения металлов и их влияние на свойства.
Дефекты крист. Строения делятся на 3 вида:
Точечный дефекты – Вакансия (узел решетки, где отсутствует атом).
Атомы с большими энергиями выходят на поверхность, а их место занимают атомы, находящиеся дальше от поверхности и в результате образуются узлы, незаполненные атомами.
Образуется в процессе пластической деформации, а так же при бомбардировке металла атомами или частицами высоких энергий.
Межузельные атомы – дефект, образующийся при переходе атома из узла решетки в междоузлие, на его месте образуется вакансия.
Линейные дефекты:
-Дислокация
– дефект полуплоскости нижней или
верхней части кристалла, вызванный его
сдвигом, имеет большую длину, маленькую
ширину и высоту. Измеряется плотностью
дислокации
.
(сумма длин/объем). Плотность увеличивается
при холодной пластической деформации.
Различают краевую и винтовую дислокацию. Линия краевой дислокации перпендикулярна вектору сдвига. Винтовые дислокации параллельны вектору сдвига.
Поверхностные дефекты – имеют маленькую ширину, большую высоту и длину – поверхности раздела между отдельными зернами в поликристаллическом средстве. Граница между зернами – 1-5нм, в ней нарушено правильное расположение атомов.
3 Билет.
Механизм кристаллизации металлов. Самопроизвольная кристаллизация.
При расплавлении в металлах увеличиваются межатомные расстояния и нарушается правильность их строения, что приводит к увеличению объема на 2-6%. В жидком состоянии металлы имеют ближний порядок расположения атомов, т.е. правильность расположения атомов сохраняется на маленьком промежутке. Твердые металлы имеют дальний порядок кристаллической структуры.
Переход металла из жидкого состояния в твердое, называется первичной кристаллизацией и сопровождается образованием кристаллической структуры.
Энергетическое состояние металлической системы характеризуется термодинамической функцией F – свободная энергия.
Чем выше F, тем система менее устойчива.
Самопроизвольная
кристаллизации обусловлена стремлением
металла перейти в более устойчивое
состояние за счет уменьшения свободной
энергии. Зависимость свободной энергии(Оу)
от
температуры (Ох)
Верхняя линия слева - жидкий металл, нижняя слева – твердый металл.
Точка пересечения – температура равновесия (Тс)– температура при которой свободная энергия металла в твердом и жидком состоянии равны.
Выше температуры Тс, меньшей свободной
энергией обладает металл в жидком сост.
При Тс свободные энергии равны. Поэтому для того, чтобы началась кристаллизация, температура должна быть ниже температуры
Равновесия, а для плавления – выше.
Процесс
кристаллизации изображают с помощью
кривой охлаждения в координатах
температура-время.
Температура (Оу), время (Ох).
-В жидком состоянии металл плавно
остывает при понижении температуры (1 участок);
-Процесс охлаждения прекращается на 2 участке (горизонт. площадка) 2 участок показывает, что при охлаждении выделяется скрытая теплота. Т.е. энергия, которую отдают атомы в процессе формирования кристаллической решетки.
-Затем снова участок охлаждения.
На структуру кристаллического вещества влияет степень переохлаждения жидкого вещества перед кристаллизацией. Если охлаждать изложницу в снегу (переохлаждение) то полученные кристаллы будут мелкими. Чем чище металл, тем крупнее кристаллы.
Процесс кристаллизации начинается с зарождения кристаллических зародышей (центров кристаллизации).
Процесс кристаллизации:
Образование устойчивых кристаллич. Зародышей.
Зародыши, достраиваясь, образуют более крупные кристаллы, и появляются новые зародыши.
Кол-во жидкого Ме <50% процесс замедляется, уменьшается число новых кристаллов.
Твердый поликристаллический Металл.
Скорость процесса кристаллизации характеризуется двумя величинами:
-Скоростью зарождения центров кристаллизации.
-Скоростью роста кристаллов.
При медленном охлаждении повысится скорость роста, при резком охлаждении получим много кристаллов малой величины.