1.3. Полиморфизм (аллотропия)

Некоторые Me (Fe, Sn, Ti, Co и др.) способны испытывать превращение кристаллической решетки при изменении t°.

Существование одного Me в нескольких кристаллических формах с различным расположением атомов в элементарной ячейке называется аллотропией, а процесс изменения кристаллической решетки – аллотропическим или полиморфным превращением. Точки полиморфного превращения называют критическими и обозначают буквой А. Для отличия критических точек нагрева от охлаждения добавляют индекс Ас или Аr, соответственно. Аллотропичные формы называют модификациями и обозначают буквами греческого алфавита (α, β, γ, δ) (рисунок 11). Как отмечалось ранее существуют отклонения фактический от теоретической температуры превращения металла при охлаждении или нагреве.

Рисунок 11 – Кривая охлаждения и нагрева железа

1.4. Реальное строение металлов

Дефекты кристаллического строения Me. Кристалл металла, состоящий, из нескольких элементарных ячеек называют монокристаллом. Монокристалл имеет небольшие размеры (несколько десяток или сотен ангстрем) 1А=1·10^-10 м.

На практике ученым, теперь космонавтам удается выращивать уже ”огромные” монокристаллы (несколько mm длинной).

Как правило, металлы состоят из большого количества монокристаллов, т.е. являются поликристаллическими. В силу ряда причин (о которых будем еще говорить в сегодняшней лекции) кристаллы в поликристаллическом агрегате имеют неправильную форму и называются чаще всего зернами или кристаллитами. В различных зернах кристаллическая решетка по разному сориентирована в пространстве (см. рисунок 8).

Применив очень тонкие методы исследования, удалось установить, что и монокристалл не является таким идеальным, как кажется на первый взгляд. Он имеет нарушение в строении кристаллической решетки, иначе говоря, дефекты кристаллической решетки.

Различают:

- точечные (нульмерные);

- линейные (одномерные);

- двумерные (поверхностные) дефекты;

- объемные (трехмерные).

1.4.1.Точечные дефекты

К точечным дефектам относятся:

а) вакансии (атомные дырки) их количество обычно составляет ~ 1 вакансия на 10¹⁸атомов. С увеличением температуры материала их количество резко увеличивается.

	а
	б
	в

Рисунок 12 – Схематическое изображение точечных дефектов

б) примесные атомы замещения или внедрения

в) дислоцированный (межузельный) атом

1.4.2. Линейные дефекты

К линейным дефектам относятся

Дислокации – линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла.

Рисунок 13 – Дислокация в кристаллической решетке

Краевые (линейные) дислокации возникают вследствие появления в кристалле неполной атомной плоскости, которая называется экстраплоскостъю. Линия 3–3', т.е. край экстраплоскости, и будет краевой дислокацией. Длина дислокаций может достигать размера всего кристалла, в поперечном же сечении размеры дефекта невелики и не превышают нескольких межатомных расстояний. Она может быть прямой, изгибаться или быть винтовой дислокацией. Обозначается дислокация (рисунок 13) ┴ и называется положительной, а ┬ – отрицательной.

Образование дислокаций происходит обычно в процессе первичной кристаллизации. Однако при пластической деформации, термической обработке и других процессах плотность дислокаций может существенно изменяться, оказывая очень сильное влияние на механические свойства металлов и сплавов. Наиболее простой и наглядный способ образования дислокаций в кристалле — сдвиг (см. рисунок 13). Если верхнюю часть кристалла сдвинуть относительно нижней на одно межатомное расстояние и зафиксировать положение, когда сдвиг охватил не всю плоскость скольжения, а только ее часть, то граница 3–3' между участком, где скольжение уже произошло, и участком в плоскости скольжения, в котором скольжение еще не произошло, и будет линейной дислокацией.

Поверхностные дефекты (рисунок 8) представляют собой поверхности раздела (границы) между отдельными зернами и субзернами в поликристаллическом металле. Зерна разориентированы, повернуты относительно друг друга на несколько градусов. По границам зерен скапливаются дислокации и вакансии, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов. К поверхностным дефектам относятся двойники (симметрично переориентированные области кристаллической решетки) и дефекты упаковки (локальные изменения расположения плотно упакованных плоскостей в кристалле).

Объемные дефекты представляют собой поры, макротрещины и другие подобные несплошности металла.

Следует отметить важное свойство дислокаций и вакансий – способность мигрировать. Это играет весьма важную роль при протекании процессов обработки металлов давлением. В технически чистых металлах плотность дислокаций, т.е. количество их в 1см³ колеблется около 1 млн. Если вакансии могут мигрировать самопроизвольно, то для перемещения дислокаций необходимы внешние напряжения.

Суммарная длина дислокаций в единице объема (в 1см³) именуется плотностью дислокаций:

Совершенство кристаллического строения нарушается точечными и линейными дефектами.