- •Содержание
- •Введение
- •Раздел 1. Геометрическая и структурная кристаллографии
- •Тема 1.1. Основные характеристики
- •Кристаллического состояния вещества
- •Тема 1.2. Кристаллографические индексы узлов, узловых рядов и узловых плоскостей
- •Тема 1.3. Кристаллографические проекции
- •Тема 1.4. Элементы симметрии кристаллических многогранников
- •Тема 1.5. Классы симметрии, сингонии и категории кристаллов
- •Классов симметрии кристаллов
- •Тема 1.6. Специфические элементы симметрии кристаллических структур
- •Тема 1.7. Трансляция и системы трансляций (решетки бравэ)
- •Тема 1.8. Условия выбора и характеристики элементарных ячеек
- •Тема 1.10. Пространственные группы симметрии и правильные системы точек
- •Раздел 2. Элементы кристаллохимии и кристаллофизики
- •Тема 2.1.Типы взаимодействия частиц
- •В кристаллах
- •Тема 2.2. Координационные числа и координационные многогранники
- •Тема 2.3. Плотноупакованные слои и многослойные плотнейшие упаковки
- •Тема 2.4. Пустоты в плотнейших упаковках
- •Тема 2.5. Основные структурные типы металлических элементов
- •Тема 2.6. Изоморфизм и полиморфизм
- •Тема 2.7. Структурные типы алмаза и графита
- •Тема 2.8. Симметрия и анизотропия физических свойств кристаллов
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 3. Идеальный кристалл и дефекты строения реальных кристаллических материалов. Точечные дефекты
- •Тема 3.1. Понятие об идеальном кристалле
- •Тема 3.2. Точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты кристаллического строения. Виды точечных дефектов.
- •Тема 3.3. Энергия образования и равновесная концентрация вакансий и межузельных атомов. Миграция точечных дефектов
- •Вакансия 1,5 ± 0,5 1,0 ± 0,5
- •Тема 3.4. Источники и стоки точечных дефектов
- •Тема 3.5. Комплексы точечных дефектов
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 4. Дислокации, их движение и упругие свойства
- •Тема 4.1. Теоретическая и реальная прочность
- •Кристаллов
- •Тема 4.2. Основные типы дислокаций и их движение
- •Тема 4.3. Контур и вектор бюргерса дислокаций
- •Тема 4.4. Плотность дислокаций
- •Раздел 5. Дислокации и дефекты упаковки в типичных металлических структурах тема 5.1. Полные и частичные дислокации
- •Тема 5.2. Дислокационные реакции
- •Тема 5.3. Плотнейшие упаковки и дефекты упаковки
- •Тема 5.4. Стандартный тетраэдр и дислокационные реакции в гцк-решётке
- •Дислокации в упорядоченных сплавах. В сплавах с дальним порядком (сверхструктурой) атомы разного сорта закономерно чередуются в определённых кристаллографических плоскостях и направлениях.
- •Раздел 6. Пересечение дислокаций и их взаимодействие с точечными дефектами
- •Тема 6.1. Пересечение единичных краевых, краевой и винтовой и винтовых дислокаций
- •Пересечение единичных краевой и винтовой дислокаций. Пусть в плоскости, перпендикулярной линии винтовой дислокации ав, движется краевая дислокация dс (рис. 6.3).
- •Пересечение единичных винтовых дислокаций. Если обе дислокации ав и сd винтовые, то при их пересечении также образуются пороги с краевой ориентацией (рис. 6.4).
- •Тема 6.2. Пороги на дислокациях. Движение дислокаций с порогами
- •Пересечение расщепленных дислокаций. При встрече расщепленных дислокаций их головные частичные дислокации из-за упругого взаимодействия прогибаются в сторону хвостовых частичных дислокаций.
- •Тема 6.3. Взаимодействие дислокаций с вакансиями, межузельными и примесными атомами. Атмосферы коттрелла, снука и сузуки.
- •Атмосферы Коттрелла. Поля напряжений вокруг дислокации и вокруг примесного атома упруго взаимодействуют.
- •Раздел 7. Дислокационные системы и границы раздела
- •Тема 7.1. Образование дислокаций при
- •Кристаллизации и последующем охлаждении металлов. Дислокационные сетки и сплетения.
- •7.2. Размножение дислокаций при пластической деформации
- •Тема 7.3. Границы наклона и кручения, границы малоугловые и большеугловые
- •Раздел 8. Строение твердых фаз и диффузия в металлических сплавах
- •Тема 8.1. Система, сплав, компонент, фаза, структура
- •Тема 8.2. Механические смеси, химические соединения, твердые растворы
- •Тема 8.3. Возможные механизмы диффузии, уравнения диффузии. Основные факторы, влияющие на коэффициент диффузии
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 9. Кристаллизация расплавов
- •Тема 9.1. Особенности строения жидких сплавов
- •Тема 9.2. Термодинамика, механизм и кинетика процесса кристаллизации
- •9.3. Влияние степени переохлаждения, примесей и модификаторов на процесс кристаллизации, размер и форму кристаллов затвердевшего сплава
- •Тема 9.4. Строение реальных металлических отливок
- •Тема 9.5. Направленная кристаллизация. Выращивание монокристаллов из расплавов
- •Раздел 10. Наклеп и рекристаллизация
- •Тема 10.1. Упругая и пластическая деформация металлов
- •Тема 10.2. Механизмы пластической деформации
- •Тема 10.3. Деформационное упрочнение и его причины
- •Тема 10.4. Понятие о сверхпластичности металлов
- •Тема 10.5. Процессы, происходящие при отжиге деформированных металлов. Разновидности рекристаллизации
- •Тема 10.7. Горячая и холодная пластическая деформация
- •14.В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией? Опишите особенности обоих видов деформации.
- •Раздел 11. Диаграммы состояния (фазового равновесия) двойных и тройных систем
- •Тема 11.1. Правило фаз
- •Тема 11.2. Важнейшие типы диаграмм состояния двойных сплавов
- •Раздел 12. Структуры, формирующиеся при неравновесной кристаллизации расплавов
- •Тема 12.1. Кристаллизация сплавов в неравновесных условиях
- •Тема 12.2. Аморфизация металлических сплавов
- •Раздел 13. Превращения в металлических сплавах в твердом состоянии
- •Тема 13.1. Основы термодинамики и кинетики полиморфных превращений
- •Тема 13.2.Образование квазиэвтектоида и мартенситных фаз в сплавах с полиморфными превращениями
- •Тема 13.3. Образование пересыщенных твердых растворов и их распад
- •Раздел 14. Диаграммы состояния и структура сплавов железа с углеродом
- •Тема 14.1. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом в равновесном состоянии
- •Тема 14.2. Кристаллизация и превращения в твердом состоянии в железоуглеродистых сплавах различного состава
- •Раздел 15. Строение неметаллических материалов
- •Тема 15.1. Строение, стеклообразное состояние и старение полимеров
- •Тема 15.2. Строение и кристаллизация стекол
- •Тема 15.3. Строение керамических материалов
- •Заключение
- •Библиографический список
Тема 12.2. Аморфизация металлических сплавов
При высоких скоростях охлаждения из жидкого состояния (более 106 С/сек) диффузионные процессы настолько замедляются, что подавляется образование зародышей и рост кристаллов. В этом случае образуется аморфная структура. Материалы с такой структурой получили название аморфные металлические сплавы (АМС), или металлические стёкла. Затвердевание с образованием аморфной структуры принципиально возможно практически у всех металлов.
Для изготовления аморфных сплавов в виде лент обычно используется способ охлаждения, при котором струя жидкого металла с определённой скоростью направляется на поверхность быстро вращающегося цилиндра, изготовленного из материала с высокой теплопроводностью. Микропровод с аморфной структурой изготавливается путём расплавления токами высокой частоты металла, заключённого в стеклянную трубку с коническим дном, с вытягиванием и охлаждением тонкого капилляра, заполненного металлом.
Особенности структуры аморфных сплавов. Структура аморфных сплавов подобна структуре замороженной жидкости и характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении атомов. Аморфное состояние сплавов достигается подбором химического состава и использованием специальной технологии охлаждения из расплава со скоростью выше критической, определённой для каждого состава. Отсутствие дислокаций приводит к тому, что металлические стёкла по прочности превосходят самые лучшие легированные стали. Высокая твёрдость влечёт за собой их великолепную износостойкость. Другое важнейшее преимущество аморфных металлических сплавов - их исключительно высокая коррозионная стойкость. Во многих весьма агрессивных средах (морской воде, кислотах) металлические стёкла вообще не корродируют. По-видимому, основная причина такой высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов состоит в том, что отсутствие в них кристаллической решётки, дислокаций и границ зёрен обеспечивает достаточно равномерную высокую плотность упаковки атомов, в отличие от кристаллических материалов, у которых она резко снижается вблизи дефектов, и вдоль них в металл легко проникают "агрессивные среды".
В настоящее время наибольшее распространение получили магнитомягкие аморфные сплавы, в которых сочетаются высокие магнитные и механические свойства.
Аморфные сплавы при нагревании переходят в кристаллическое состояние. Для стабильной работы изделий из аморфных сплавов необходимо, чтобы их температура не превышала для каждого сплава максимальной рабочей температуры (Траб max).
Вопросы для самопроверки
1. Каковы условия протекания неравновесной кристаллизации?
2. Чем отличается положение равновесного и неравновесного содидуса? От чего завистит положение неравновесного солидуса?
3. Каковы условия формирования квазиэвтектики? Может ли она наблюдаться у до- и заэвтектических сплавов?
4. При каких условиях образуется метастабильный твердый раствор?
5. Каковы условия получения аморфных металлических сплавов?
Каковы особенности их структуры?