Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
художественная деформация1_variant.docx
Скачиваний:
136
Добавлен:
02.04.2015
Размер:
2.26 Mб
Скачать

3.2. Типы дефектов кристаллического строения и их основные свойства

Для классификации дефектов кристаллического строения удобно пользоваться отношением линейного размера дефекта L1, L2, L3 вдоль осей координат к параметру решетки металла а1, а2, а3 в тех же направлениях.

Точечные дефекты: L1/а1 L2/а2 L3/а31. Для этих дефектов область искажений кристаллической решетки имеет размер порядка атомного. К этому типу дефектов относятся (рис. 3.4): вакансии – отсутствие какого-либо атома в узле решетки; внедренные атомы – атомы того же типа, что и в решетке, но расположенные между узлами решетки; два атома вблизи пустого места в узле решетк;, примесные атомы в положении замещения; примесные атомы в положении внедрения.

Рис. 3.4. Точечные дефекты: 1 – вакансия; 2 – внедренный атом; 3 – два атома вблизи вакансии; 4 – примесный атом замещения; 5 – примесный атом внедрения

Линейные дефекты:L1/а1 L2/а2 ≈ 1; L3/а3 >>1. Такие дефекты называют дислокациями. Их влияние на свойства металла и механизм его деформации очень велико. На рис. 3.5 схематически изображена «дислокационная трубка», т. е. область диаметром 3÷4 а, где нарушен ближний порядок чередования атомов из-за искажений, вносимых дислокацией. Такие трубки в металле идут по всем направлениям, разветвляясь, сливаясь и образуя сложные переплетения. Обычно такую развитую дислокационную структуру характеризуют плотностью __, которая определяет количество дислокационных трубок, пересекающих единицу площади металла, ее размерность (м-2). Плотность дислокаций ρ можно определить также как общую протяженность дислокационных трубок в единице объема (м/м3).

Рис. 3.5. Дислокационная трубка в кристалле

В хорошо отожженном металле плотность дислокаций может быть невысокой и достигать 104 см/см3, т. е. в 1 см3 общая протяженность дислокационных трубок может составить 100 м.

Во время пластической деформации дислокации интенсивно размножаются и их плотность возрастает в миллионы раз, а в сильнодеформирусмом металле ρ может достигать 5·1011 см/см3, что равняется нескольким расстояниям от Земли до Луны.

Плоские дефекты: L1/а1 L2/а2 ≈ 1; L3/а≈ 1. Область нарушений ближнего порядка представляет собой плоскость. Среди плоских дефектов прежде всего необходимо назвать свободную (внешнюю) поверхность металла. Действительно, поверхностные атомы не имеют примерно половины ближайших соседей, а влияние состояния поверхности на свойства металла, как показывают исследования, очень велико.

К плоским дефектам относятся границы зерен и отдельных фаз в метал­ле, плоские трещины и плоские выделения примесных атомов или леги­рующих элементов.

Объемные дефекты: Li/ аi ≈ 1. К ним относятся поры, а также выделения второй фазы.

3.3. Структурообразования при пластической деформации металлов

В любой термодинамической системе внутренние напряжения, на пер­вый взгляд, распределены случайным образом, стохастически. В металлах эти напряжения создаются дефектами кристаллического строения – вакансиями, дислокациями, границами и их совместными образованиями. Эти напряжения могут быть выявлены экспериментально, например – при взаимодействии поверхности металла с химическими реактивами или тонкой фольги с потоком ускоренных электронов. Результатом этого взаимодействия, которое происходит с разной интенсивностью для субмикрообъемов, различно «заряженных» упругой энергией присутствующих там де­фектов кристаллического строения, являются избирательное травление или дифракция электронов. В итоге на поверхности металлографического шлифа или на экране электронного микроскопа формируется картина распределения этих дефектов на поверхности либо в объеме фольги. Эту кар­тину мы называем структурой, даем ей определенные названия, трактовки и тщательно изучаем, выводя корреляционные зависимости структуры и свойств металла.

Таким образом, структура металла – это упорядоченное расположе­ние субмикрообъемов металла или атомов (элементов системы), каждый из которых обладает своим запасом упругой энергии присутствующих там дефектов кристаллического строения. Следовательно, если дать численную характеристику упорядоченности этих напряжений, то это означает, что любой структуре можно поставить в соответствие ее численную характе­ристику.

Из экспериментальных работ известно, что структура металлов во вре­мя процессов их обработки формируется на нескольких масштабных уров­нях. При этом следует иметь в виду, что структуры металлов не возникают сами по себе, для их формирования требуются определенные условия и энергозатраты.

Если напряжения не превышают предела текучести, никаких изменений в структуре не происходит, а структурообразование начинается только при пластической деформации.

Анализ многочисленных экспериментальных данных по формированию структур деформированных металлов позволяет сделать вывод, что процессы структурообразования в различных металлах имеют весьма сходную последовательность явлений, или сценарность, – этапы формирования структуры одни и те же. Отличия, конечно же, существуют. Однако они невелики и проявляются, как правило, в начальной стадии деформации, когда сказываются индивидуальные особенности металла.

Особенности могут состоять и в наличии еще одного дополнительного механизма деформации, например, за счет обратимых мартенситных превращений могут проявляться и на окончательной стадии – при разрушении. И тем не менее сценарий един – чем дальше от равновесия, чем больше степень пластической деформации, тем сложнее структура и выше деформационное упрочнение.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.