3.3. Поверхностные дефекты

Наиболее важными поверхностными дефектами являются большеугловые и малоугловые границы, дефекты упаковки, границы двойников.

Поликристаллический сплав содержит огромное число мелких зерен. В соседних зернах решетки ориентированы различно и границы между зернами представляют собой переходный слой шириной 1—5 нм (рис. 3.6 а). В нем нарушена правильность расположения атомов, имеются скопления дислокаций, повышена концентрация примесей. Границы между зернами называются большеугловыми, т. к. соответственные кристаллографические направления в соседних зернах образуют углы в десятки градусов (рис. 3.6 б).

а

б

Рис. 3.6. Большеугловые границы

Каждое зерно, в свою очередь, состоит из субзерен (рис.3.7). Субзерно представляет собой часть кристалла относительно правильного строения, а его границы- стенки дислокаций, которые разделяют зерно на субзерна. Угол между соседними зернами невелик, поэтому такие границы называют малоугловыми. Здесь также накапливаются примеси.

а б

Рис.3.7. Зерно разделенное на субзерна имеющимися дислокациями (а)

и схема малоугловой границы (б)

Дефекты упаковки представляют собой часть атомной плоскости, ограниченную дислокациями, в пределах которой нарушен нормальный порядок чередования атомных слоев. Это как бы тонкая пластинка другой решетки (например, ГП в ГЦК - решетке).

Поверхностные дефекты влияют на механические и физические свойства материалов. Особенно большое значение имеют границы зерен. Чем мельче зерно, тем выше придел текучести, вязкость и меньше опасность хрупкого разрушения.

Вдоль границ зерен и субзерен быстро протекает диффузия (во много раз быстрее, чем сквозь кристалл), особенно при нагреве. Взаимодействие между дефектами, перемещение их в кристаллах, изменение концентрации дефектов - все это отражается на свойствах и имеет большое практическое значение.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое точечные дефекты?

2. Что такое дислокации?

3. Какие дефекты относятся к поверхностным?

4. Объясните пожалуйста, почему скопления примесных атомов вокруг дислокаций мешают их дальнейшему передвижению?

5. Почему дефекты упрочняют металл?

6. Как вы понимаете предложение: «…со временем происходит снижение концентрации дефектов за счет их взаимного уничтожения».

7. Как вы понимаете предложение: « Подвижность дефектов контролируется диффузией. Но передвижение дислокаций не связано с массопереносом».

Глава 4. Свойства материалов.

4.1. Критерии выбора материала

Свойства - количественная или качественная характеристика материала, определяющая его общность или различие с другими материалами.

Выделяют 3 основных группы свойств: эсплуатационные, технологические, стоимостные. Эти свойства лежат в основе выбора материала.

Эксплуатационными называют свойства материала, которые определяют работоспособность деталей машин, приборов или инструментов, их силовые, скоростные, стойкостные и другие технико-эксплуатационные показатели.

Работоспособность вещества деталей машин обеспечивает уровень механических свойств. Механические свойства характеризуют поведение материала под действием внешней нагрузки.

Работоспособность отдельной группы деталей машин зависит от сопротивления воздействию химически активной рабочей среды. В этом случае определяющими становятся физико-химические свойства материала - жаростойкость и коррозионная стойкость. Жаростойкость - это способность материала противостоять химической коррозии в атмосфере сухих газов при повышенной температуре. Коррозионная стойкость - это способность материала противостоять электрохимической коррозии при наличии жидкой среды на поверхности металла.

Для некоторых деталей машин, важное значение, имеют физические свойства, характеризующие поведение материалов в магнитных, электрических и тепловых полях. Их подразделяют на магнитные, электрические, теплофизические и радиационные.

Среди технологических свойств главное место занимает технологичность материала - пригодность его для изготовления деталей машин требуемого качества при минимальных трудовых затратах.

Она оценивается обрабатываемостью резанием, давлением, свариваемостью, способностью к литью, прокаливаемостью, склонностью к деформации и короблению при термической обработке.

От технологичности материала зависит производительность и качество изготовления деталей.

Стоимостные свойства - это экономичность использования материала. Количественным показателем стоимости является оптовая цена.