Дефекты кристаллических решеток. Влияние плотности дислокаций на прочность . Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. Дефекты кристаллического строения
Точечные дефекты-это такие нарушения периодичности кр. реш., размеры которых во всех трех измерениях малы и сопоставимы с размерами атомов:
-вакансии-узлы кр. реш., не занятые атомами
-межузельные атомы – атомы, расположенные в межатомных пустотах
-примесные атомы: занимают позиции замещения и внедрения
Точечные дефекты определяют возможность диффузии, т.е. перемещения атомов в кр. реш. на расстояния превышающие межатомные
Линейные дефекты – имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении:
-краевая дислокация-фронтальная граница неполной атомной плоскости
-винтовая дислокация-это линия, вокруг которой атомная плоскость образует винтовую поверхность
Плотность дислокаций-суммарная длина всех линий дислокаций в единице объема
Поверхностные дефекты – малы в одном измерении и протяженны в двух других:
-границы зёрен – поверхности раздела между отдельными зернами.
-границы субзерен- состоят из параллельных краевых дислокаций, расположенных друг над другом и дробят зерно на на отдельные субзерна.
-двойниковые границы –это плоскости двойникования, делящие кристалл на две части с зеркально симметричным расположением атомов
- дефекты упаковки- части атомной плоскости, ограниченной дислокациями, в которой нарушено закономерное чередование плотноупакованных слоев атомов.
Объемные дефекты:
-макроскопические дефекты: поры, трещины, частицы инородных фаз.
-тепловые колебания атомов, создающие упругие волны, которые являются причиной локальных непрерывно изменяющихся динамических искажений решетки
-зональные упругие напряжения 1-го рода, возникающие в макрообъемах кристалла при внешних воздействиях(например из-за неравномерности охлаждения).
Плотность дислокаций в кристалле определяется как среднее число линий дислокаций, пересекающих внутри тела площадку площадью 1 м2, или как суммарная длина линий дислокаций в объеме 1 м3
(см-2;
м-2)
Плотность дислокаций изменяется в широких пределах и зависит от состояния материала. После тщательного отжига плотность дислокаций составляет 105…107 м-2, в кристаллах с сильно деформированной кристаллической решеткой плотность дислокаций достигает 1015…10 16 м –2.
Плотность дислокации в значительной мере определяет пластичность и прочность материала
Дислокации влияют не только на прочность и пластичность, но и на другие свойства кристаллов. С увеличением плотности дислокаций возрастает внутреннее, изменяются оптические свойства, повышается электросопротивление металла. Дислокации увеличивают среднюю скорость диффузии в кристалле, ускоряют старение и другие процессы, уменьшают химическую стойкость, поэтому в результате обработки поверхности кристалла специальными веществами в местах выхода дислокаций образуются ямки.
Дислокации образуются при образовании кристаллов из расплава или газообразной фазы, при срастании блоков с малыми углами разориентировки. При перемещении вакансий внутри кристалла, они концентрируются, образуя полости в виде дисков. Если такие диски велики, то энергетически выгодно “захлопывание” их с образованием по краю диска краевой дислокации. Образуются дислокации при деформации, в процессе кристаллизации, при термической обработке.
( Расчет теоретической прочности)
Экспериментальные закономерности пластической деформации.
Механические свойства и их характеристики.
Механические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться действию приложенных к ним нагрузок, а механические характеристики выражают эти свойства количественно. Основными свойствами металлических материалов являются; прочность, пластичность (или вязкость), твердость, ударная вязкость, износоустойчивость, ползучесть и др. Механические характеристики материалов определяются при механических испытаниях, которые в зависимости от характера действия нагрузки во времени делятся на статические, динамические и повторно-переменные. В зависимости от способа приложения внешних сил (нагрузок) различают испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, ударный изгиб и т. п. Основные механические характеристики металлов и сплавов. Временное сопротивление (предел прочности, предел прочности при растяжении— условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца. Истинное сопротивление разрыву (действительное напряжение) — напряжение, определяемое отношением нагрузки в момент разрыва к площади поперечного сечения образца в месте разрыва. Предел текучести (физический) — наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки. Предел текучести (условный) — напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики.