3. Анизотропия кристалла и изотропия кристаллических тел.

Рассматривая различные плоскости решетки, видно, что они заполнены атомами с различной плотностью.

Анизотропия – различие свойств по различным направлениям (по разным направлениям в одной плоскости решетки или по разным направлениям кристаллографическим плоскостям). Она характерна для только для кристаллических тел и связана с правильным распространением атомов в пространстве. =>плотность упаковки различна =>свойства различны.

Причина: упорядоченность атомов.

Изотропия - одинаковость свойств по всем направлениям, присуща аморфным веществам. В них атомы располагаются хаотично.

4. Идеальное строение металла. Отклонение в строении реальных (технических) металлах и влияние на их свойства.

5. Дефекты кристаллического строения. Кристалл, зерно.

Мет. идеального строения имеет совершенную кристаллическую решетку. В реальном мет. встречаются многочисленные дефекты, кот. сильно влияют на свойства этих мет..

Реальное строение кристаллов: Обычно кусок мет. состоит из скопления большого числа маленьких кристаллов неправильной формы- зерен. Поверхности раздела зерен- границы зерен. Неоднородный химический состав и внешние условия вызывают дефекты кристаллической решетки.

Выделяют дефекты трех типов:

1. Точечные дефекты: наруш. периодичн. решетки, разм. кот. во всех изм. сопоставимы с разм. атома.

1) Вакансия – отсутствие атома в узле кристаллической решетки. Без вакансий не возможно объяснить процессы диффузии (перемещения атомов в крист. реш.).

2 ) Внедренные атомы: а) чужеродный атом в узле кристаллической решетки (примеси); б) атом вне узла, в межузельном пространстве.

2. Линейные дефекты: поперечн. разм. не превыш. неск. межат. расст., а длина до размера кристалла.

1 ) краевые дислокации – оборванный край атомной плоскости внутри кристаллической решетки

2 ) винтовые дисл.– условная ось внутри кристалл, относительно которой закручиваются атомные плоскости в процессе кристаллизации.

3. Объемные дефекты: (микропоры, трещины, газовые пузырьки). Возникают из-за влияния внешних условий кристаллизации или под действием внешних нагрузок. В результате несколько вакансий дают пору; несколько линейных дислокаций – трещину.

Влияние дислокаций на процесс деформирования кристалла:

Н аличие дислокаций значительно облегчают движение атомных плоскостей друг относительно друга и способствует уменьшению предела прочности. В результате деформирования дислокации могут выходить за грани кристалла. Под действием значительных усилий в кристалле могут возникать новые дислокации, облегчающие деформирование кристалла (площадка текучести). Дислокации переплетаются.

Если дислокаций нет, то требуется значит. усилие, чтобы деф. материал. Чем больше дислокаций, тем меньше усилие необх. для деф. образца. Начиная с некот. конц. дислокаций деф. затрудн., дислокации мешают движению друг друга. Возникает эффект упрочнения. Структура, возник. при большом кол-ве мешающих друг другу дислокаций.

n – плотность дислокаций.

6. Первичная кристаллизация. Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства металлов. Модификация.

Первичная кристаллизация- процесс превращения жидкого мет. в твердый.

Из 4-х агрегатных состояний (ТВ., жидк., газообр., аморфн.) в-во будет находиться в одном из них при заданных температуре и давлении, в кот. это в-во будет иметь мин. свободную эн. (Гиббса ).

Процесс кристаллизации:

1) Образование центров кристаллизации (мельчайших частиц кристаллов): Возникают в жидком мет. по мере охл. и при приближении к Tкрист, располагаются беспорядочно.

2) Рост центров с образованием зерен мет..

С амопроизвольная кристаллизация – процесс, кот. происходит в в-вах под действием естеств. механизмов без посторонних вмешательств. Формула F_св = U – TS . При высоких темп. по принципу мин. свободной энергии энергетически более выгодно жидкое агрегатное состояние, при низких – твердое.

T ₀ – теор. темп. крист. – темп., при кот. уровни своб. эн. жидк. и ТВ. сост. одинаковы. При темп. крист. в-во нах. в безразличном состоянии. Для начала крист. необходимо, чтобы T_д<T₀, где T_д – действ. темп. начала крист..

Основные параметры проц. крист. зав. от степени переохлаждения: T = T₀ – T_д.

При образ. крист. реш. процессы: 1) Уменьш. своб. эн. при T<T₀ за счет образ. кристаллич. реш., это сост. более выгодно.

2) Увелич. своб. эн. за счет образ. пов-ти раздела между жидк. и крист.. Обр. пов-ти натяжения. Уст. будет тот кристалл, для кот. уменьш. своб. эн. больше чем ее увелич.. Чем меньше степень переохл., тем меньше зародышей крист. образ. в единице объема жидкости за единицу времени. ЧЦК [1/м³с]; СК [м/с].

Ч ем мельче кристаллы в структуре металла, тем выше прочность и твердость, меньше пластичность. Для малых объемов металла T можно изменять за счет изменения скорости охлаждения.

Виды охлаждения:

1. Замедленное: ЧЦК-> min; СК-> max;

2. Быстрое: ЧЦК->max; СК->min; Мелкозерн. мет. (повыш. мех. св-ва мет., сопротивл. дислокациям);

3. Параметр=0: Мет. стекло (не раствор., выс. прочн., не отраж. радиоволны);

Несамопроизвольная кристаллизация – происходит при температурах ниже T₀ с участием специальных веществ. Они влияют на размер и форму кристалла и называются модификаторы. Процесс влияния – модифицирование.

Выделяют два вида модификаторов объемные и поверхностные. Объемные модификаторы создают дополнительные центры кристаллизации. Тугоплавкие металлы в виде мелкодисперсного порошка. Необходимо, чтобы металл имел аналогичные кристаллические решетки и атомные параметры. Для железа модификатор – вольфрам. Поверхностные модификаторы уменьшают скорость роста кристаллов, изменяют поверхностную энергию на границе кристалл-жидкость. Атомы модификатора прилипают к поверхности кристалла, новые кристаллы не растут. В качестве модификатора используются неметаллы с малой атомной массой. Для железа модификатор – бор. Модификаторы позволяют улучшить структуру металла и управлять размерами и формой кристаллов.