Общая характеристика и кристаллическое строение металлов и сплавов. Дефекты строения кристаллических тел: точечные, линейные и поверхностные. Схема межфазных границ. Макродефекты объемного характера: поры, газовые пузыри, лишние включения, микротрещины.
Аннотация к работе
Федеральное агентство по науке Российской Федерации Новгородский государственный университет имени Ярослава МудрогоМеталлы и их сплавы повсеместно используются для изготовления конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д. Несмотря на широкий круг искусственно созданных материалов (керамики, клеев), металлы служат основным конструкционным материалом и в обозримом будущем по-прежнему будут доминировать. В природе металлы встречаются как в чистом виде, так и в рудах, оксидах и солях. Менделеева, 76 являются металлами, Si, Ge, As, Se, Te - промежуточными между металлами и неметаллами, иногда их называют полуметаллами. Все элементы, расположенные левее мысленной линии, проведенной от бора до астата (от № 5 до № 85) относятся к металлам, а правее - в основном, к неметаллам.В кубической объемноцентрированной решетке (ОЦК; А2) атомы расположены в вершинах куба, а один атом - в центре его объема (рис. В гексагональной плотноупакованной решетке (ГП; А3) атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома - в средней плоскости призмы (рис. В решетке ОЦК каждый атом имеет всего 8 ближайших соседей, а в решетках ГЦК и ГП их 12. Если принять, что атомы в решетке представляют собой упругие соприкасающиеся шары, то нетрудно видеть, что в решетке, помимо атомов, имеется значительное свободное пространство. На решетку ОЦК приходится два атома: один центральный и один как сумма от вершин куба, так как ячейке принадлежит 1/8 атома от каждого угла.Для реального металла характерно наличие большого количества дефектов строения, нарушающих периодичность расположения атомов в кристаллической решетке.К точечным дефектам относятся: а) свободные места в узлах кристаллической решетки - вакансии (дефекты Шоттки); б) атомы, сместившиеся из узлов кристаллической решетки в межузельные промежутки - дислоцированные атомы (дефекты Френкеля); в) атомы других элементов, находящиеся как в узлах, так и в междоузлиях кристаллической решетки - примесные атомы. Точечные дефекты образуются в процессе кристаллизации под воздействием тепловых, механических, электрических воздействий, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами. Вакансии и дислоцированные атомы могут появляться вследствие тепловых движений атомов. При комнатной температуре концентрация вакансий сравнительно невелика и составляет около 1 на 1018 атомов, но резко повышается при нагреве, особенно вблизи температуры плавления. Точечные дефекты не закреплены в определенных объемах металла, они непрерывно перемещаются в кристаллической решетке в результате диффузии.Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокацию называют положительной и обозначают знаком « », если в нижней - то отрицательной и обозначают знаком «-». Дислокации одного знака отталкиваются, а противоположного - притягиваются. Помимо краевых дислокаций в кристаллах могут образовываться и винтовые дислокации (рис. Дислокации образуются уже при кристаллизации металлов, а также в ходе пластической деформации и фазовых превращений. Использование теории дислокаций позволило объяснить большое расхождение между теоретической и фактической прочностью металлов.Если угловая разориентировка решеток соседних зерен меньше 5°, то такие границы называются малоугловыми границами. Строение границ зерен оказывает большое влияние на свойства металла. Граница между зернами представляет собой узкую переходную зону шириной 5-10 атомных расстояний с нарушенным порядком расположения атомов. В граничной зоне кристаллическая решетка одного зерна переходит в решетку другого (рис. Напряжения от скопления дислокаций у границ одних зерен упруго распространяются через границы в соседние зерна, что приводит в действие источники образования новых дислокаций (источники Франка-Рида).