1.3 Реальное строение металлических кристаллов. Анизотропия свойств кристаллов. Методы изучения строения металлов.
Кристаллы металлов обычно имеют небольшие размеры. Поэтому металлическое изделие состоит из очень большого числа кристаллов.
Подобное строение называется поликристаллическим. Кристаллы в поликристаллическом агрегате называются зернами или кристаллитами.
Различие отдельных зерен состоит в различной пространственной ориентации кристаллической решетки.
Ориентация кристаллической решетки в зерне в общем случае является случайной.
Пластическая деформация в холодном состоянии (прокатка, волочение и т.д.) приводит к преимущественной ориентировке зерен (текстура).
При очень медленном отводе тепла при кристаллизации, а также с помощью других специальных способов может быть получен кусок металла, так называемый монокристалл. Монокристаллы больших размеров (массой в несколько сот граммов) изготавливают для научных исследований, а также для некоторых специальных отраслей техники (полупроводники).
Исследования показали, что внутренняя кристаллическая структура зерна не является правильной.
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.
Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей.
Рис. Точечные дефекты
Другим важнейшим видом несовершенства кристаллического строения являются так называемые дислокации.
Дислокация может простираться в длину на многие тысячи параметров решетки, может быть прямой, но может и выгибаться в ту или другую сторону. В пределе она может закрутиться в спираль, образуя винтовую дислокацию.
Вокруг дислокации возникает зона упругого искажения решетки. Согласно современным представлениям в обычных чистых металлах плотность дислокации, т.е. количество дислокаций в 1см3, превышает один миллион.
Механические свойства металлов зависят от количества дислокаций и особенно от способности их к перемещению и размножению.
Таким образом правильность кристаллического строения нарушается двумя видами дефектов:
- точечными (вакансии);
- линейными (дислокации).
Вакансии непрерывно перемещаются в решетке. Повышение температуры, тепловой подвижности атомов увеличивает число вакансий.
Линейные дефекты не двигаются самопроизвольно и хаотически, как вакансии. Однако достаточно небольшого напряжения, чтобы дислокация начала двигаться.
Следует отметить, что атомы на границах зерен (блоков, фрагментов) обладают повышенной энергией. Это обстоятельство приводит к тому, что многие происходящие процессы, о которых речь будет идти в процессе изучения металловедения, осуществляются лишь на границах зерен (фрагментов, блоков) или преимущественно, и, как правило, на них.