Реальное строение металлических кристаллов

Читайте также:

Основные типы кристаллических решеток

Строение кристаллической решетки описывается элементарной ячейкой. Элементарная ячейка– это наименьший объем кристалла, дающий представление о строении всего кристалла. Характеристики ячейки – ребра a,b, c и углы между ними α, β, γ; отрезки a, b, c называются периодами решетки.

В металлах атомы располагаются в строгом порядке, как атомы в плоскости образуют атомную сетку, а в пространстве – атомнокристаллическую решетку (рис. 2). Линии на этих схемах являются условными; в действительности никаких линий не существует, а атомы колеблются возле точек равновесия, т. е. узлов решетки с большой частотой. Типы кристаллических решеток различны. Наиболее часто встречаются следующие решетки: кубическая объемно-центрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная плотноупакованная. Элементарные ячейки таких кристаллических решеток приведены на рис. 3. В ячейке кубической объемно-центрированной решетки атомы расположены в вершинах куба и в её центре; такую решетку имеют хром, ванадий, вольфрам, молибден и др. В ячейке кубической гранецентрированной решетки атомы расположены в вершинах и в центре каждой грани куба; такой решеткой обладают алюминий, никель, медь, свинец и др.



Рис. 3. Элементарные ячейки кристаллических решеток: а – кубическая объемно-центрированная; б – кубическая гранецентрированная; в – гексагональная

В ячейке гексагональной решетки атомы расположены в вершинах шестиугольных оснований призмы, в центре этих оснований и внутри призмы; гексагональную решетку имеют магний, титан, цинк и др. В реальном металле кристаллическая решетка состоит из огромного количества ячеек.

Необходимо знать, что порядок в расположении атомов (упаковка) имеется не по всему объему кристалла (кристаллической решетки).
В реальности кристаллы в структуре металла имеют структурные несовершенства: точечные, линейные иповерхностные.

Точечные несовершенства – это дефекты, которые в трёх пространственных измерениях (X, Y, Z) малы, при этом их размеры не превышают нескольких атомных диаметров. Известно, что атомы находятся в колебательном движении, чем выше температура, тем больше амплитуда этих колебаний. Большинство атомов металла в кристаллической решетке обладает одинаковой (средней)энергией и колеблется с одинаковой амплитудой, а отдельные атомы имеют энергию, значительно превышающую среднюю энергию. Такие атомыобладают не только большей амплитудой колебаний, но и способны перемещаться из одного места расположения в другое. Как правило, наиболее легко передвигаются атомы поверхностного слоя, выходя на поверхность (например, атом 1, рис. 4,а). Участок, где находился такой атом (свободный узел), называется вакансией, которая не остается свободной. Через некоторое время в нее перемещается один из соседних атомов из более глубокого слоя (например, атом 2, рис. 4,б), а покинутый им узел также становится вакансией; затем перемещается, например, атом 3 (рис. 4,в) и т. д. Таким образом, вакансия перемещается в глубь кристалла. Как видно из рис. 4,г,вакансия искажает кристаллическую решетку. Количество вакансий увеличивается с повышением температуры, и они чаще переходят из одного узла в другой. Вакансии играют основную роль в диффузионных процессах, протекающих в металлах.

Точечные несовершенства появляются и как результат присутствия атомов примесей. Атомы примесей или замещают атомы основного металла в кристалле решетки, или располагаются внутри кристаллической решетки искажая её.

Линейные несовершенства называются дислокациями. Они имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем. Имеются различные виды дислокаций, одной из которых является краевая (линейная) дислокация.

В идеальном кристалле происходит сдвиг на одно межатомное расстояние одной части кристалла относительно другой, вдоль какой-либо атомной плоскости на участке ADEF (рис. 5,а). Как видно, влево сдвинулась только часть кристалла, находящаяся правее плоскости ABCD. При таком сдвиге число рядов атомов в верхней части кристалла на один больше, чем в нижней (рис. 5,б). Плоскость ABCD (рис. 5,а) представляет собой в данном случае как бы лишнюю атомную плоскость (называемую экстра-плоскостью), вставленную в верхнюю часть кристалла (АВ, рис. 5,б). Линия AD (рис. 5,а), перпендикулярная направлению сдвига, являющаяся краемэкстраплоскости, называется краевой или линейной дислокацией, длина которой может достигать многих тысяч межатомных расстояний. Особым свойством дислокаций является их подвижность. Объясняется это тем, что кристаллическая решетка в зоне дислокаций упруго искажена, атомы в этой зоне смещены относительно их равновесного положения в кристаллической решетке и поэтому атомы, образующие дислокацию, стремятся переместиться в равновесное положение.

Необходимо знать, что дислокации рождаются в процессе кристаллизации, пластической деформации, термической обработки и т.д.

Они присутствуют в металлических кристаллах в огромном количестве (10⁶–10¹² см^-2). Большое влияние на механические и многие другие свойства металлов и сплавов оказывают не только плотность, но и расположение дислокаций в объёме.

Поверхностными несовершенствамиявляются границы зерен и блоков металла. Они малы только в одном измерении. На границе между зернами атомы имеют менее правильное расположение, чем в объеме зерна. Зернаразориентированы, повернуты друг относительно друга на несколько градусов. По границам зерен скапливаютсядислокации и вакансии. Зерно состоит из большого числа разориентированных на очень небольшие углы (десятые доли градусов) областей, называемых субзернами или блоками (рис. 6). Границы блоков представляют собой дислокации, разделяющие зерно на блоки.

<== предыдущая страница	\|	следующая страница ==>
Точность статистического наблюдения	\|	Физико-механические и технологические свойства

Дата добавления: 2014-03-19; просмотров: 375; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!

lektsiopedia.org - Лекциопедия - 2013 год. | Страница сгенерирована за: 0.005 сек.