Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
2)Крист.реш. Элементарн.яч.Параметры решётки. Базис реш. Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определённым порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решётка. Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело. Элементарная ячейка – элемент объёма из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл. Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются: ·размеры рёбер элементарной ячейки. a, b, c – периоды реш¨тки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определ¨нными. ·углы между осями ( ). ·координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке. ·базис решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки. ·плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной кубической решетки – 0,74) Схема кристаллической решетки
|
3)Типы кристалических решеток. Полиморфизм. Анизотропия. Основными типами кристаллических решёток являются: 1.Простая кристаллическая решетка представляется в виде куба, в узлах которой располагаются атомы. Простейшая решетка описывается одним параметром, которым является ребро куба а. 2.(Рис а) Объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК) представляет собой также куб, внутри которого дополнительно расположен еще один атом. Параметры решетки определяются длиной ребра куба а. 3.(Рис б) Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК) представляет собой куб, В центре каждой грани которого расположены дополнительно по одному атому. 4. Гексагональная плотно упакованная решетка. В отличие от кубической характеризуется двумя параметрами а и с. -простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита); -плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк). (Рис в) Полиморфизм (многообразие формы). Некоторые М в зависимости от t° могут изменять тип кристаллической решётки. Полиморфизм (аллотропия) – явление, когда 1 и тот же М при разных t° имеет разные кристаллические решётки. Принято обозначать полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой t°, индексом a, при более высокой b, затем g и т.д. Н-р, Fe: до 910°: ОЦК aFe; 910°-1392°: ГЦК gFe; >1392°: ОЦК aFe. t° полиморфного превращения - t° превращения одной кристаллической модификации в другую. На явлении полиморфизма основана термическая обработка. При переходе из одной полиморфной формы в др меняются св-ва, в частности r и соответственно V вещ-ва. Н-р, r gFe на 3% больше r aFe, а удельный V соответственно меньше. Эти изменения V необходимо учитывать при термообработке. (Олово: при низкой t° происходит полиморфное превращение пластичного белого олова с образованием хрупкого серого порошка серого олова – «оловянная чума»). Анизотропия – это зависимость св-в кристалла от направл., возник.. в результате упорядоченного располож. атомов (ионов, молекул) в пространстве. Все физические, включая и прочностные, св-ва Ме вдоль различ. кристаллографических направл. зависят от числа атомов, располож. на упомянутых направл.. В действительности в КР на различ. направл. наход. разное число атомов. Наглядным подтверждением наличия анизотропии является опыт с медным шаром, изготовленным из монокристалла. Если его нагреть, то вследствие неодинаковость коэффициентов лин. расширения по различ. Направл. он зримо утратит геометрич. Правильную форму и превратится в эллипсоид. Не всем св-вам кр-их тел присуще явление анизотропии (Теплоемкость). Однако, реальные маты являются телами поликристаллическими, сост. Из огромного числа зерен, произвол. Ориентир. Друг к другу своими кристаллограф. Направ. И плоск. В св. с этим недостаток какого-либо св-ва по одному направл. Компенсируется избытком св-ва по этому же направл. В других зернах. Поэтому реал. Ме являются квазитропными или псевдотропными. |
5) Дислокации - линейные дефекты кристаллической решетки. Краевая дислокация. В кристалле имеется оборванная плоскость - экстраплоскость. Вблизи обрыва экстраплоскости остальные плоскости кристаллической решетки изгибаются. Таким образом, вблизи края экстраплоскости кристаллическая решетка искажена. Величина искажений кристаллической решетки быстро снижаются при удалении от края экстраплоскости, но сохраняется при движении вдоль линии обрыва. Винтовая дислокация: Особенности вектора Бюргерса: вектор Бюргерса нонвариантен, то есть неизменен. Следовательно, дислокация не может оборваться в кристалле; энергия упругих искажений решетки пропорциональна квадрату модуля вектора Бюргерса; при движении решеточной дислокации с вектором Бюргерса, равным периоду трансляции решетки, кристаллическая решетка не изменяется. При приложении внешних напряжений дислокации смещаются и выходят на поверхность кристалла, и таким образом осуществляется пластическая деформация. Влияние дислокаций на свойства: При полном отсутствии дислокаций прочность кристаллов была бы равна теоретической. Важно отметить, что при повышении плотности дислокаций в обычных материалах их прочность возрастает. Повышение прочности металлов в ходе холодной пластической деформации называют наклепом, или нагартовкой. Наличие в материале дислокаций резко повышает скорость диффузии. Искажение кристаллической решетки за счет присутствия дислокаций повышает удельное электрическое сопротивление металлических материалов и снижает удельное электрическое сопротивление неметаллических материалов. При реализации механизма скольжения часть кристалла смещается по отношению к другой под воздействием напряжений, превышающих критическую величину. Причем это скольжение осуществляется по так называемым плоскостям скольжения. Каковыми являются плоскости наиболее упакованные атомами. |
|
4) Классификация дефектов кристаллических решеток. Всякая система стремится к минимуму свободной энергии (F), где F является разностью между внутренней энергией системы U и связанной энергией системы Т·S: F = U – T·S Внутренняя энергия системы является разностью между энергией атомов в дне потенциальной ямы и истинной энергией системы. Повышение температуры материала или появление упругих напряжений вследствие смещения атомов из равновесного состояния повышает энергию системы. Связанная энергия системы является произведением температуры (Т) на энтропию (S) системы (меру ее беспорядка). При смещении атома из равновесного положения, с одной стороны, возрастает внутренняя энергия системы, а с другой стороны, растёт связанная энергия, поэтому появление в кристаллической решетке дефектов может оказаться энергетически выгодным. Все дефекты кристаллической решетки принято делить на две большие группы: геометрические дефекты и энергетические дефекты. При появлении в решетке геометрических дефектов кристаллическая решетка локально искажается. При наличии энергетических дефектов атомы остаются на своих местах, но энергия одного или группы атомов оказывается повышенной. В свою очередь, геометрические дефекты принято делить на точечные, линейные, поверхностные и объемные. Протяженность точечных дефектов во всех направлениях мала. Протяженность линейных дефектов велика в одном направлении и мала в двух других направлениях. Поверхностные дефекты имеют большую протяженность по двум направлениям и малую по одному, и объемные дефекты имеют большую протяженность по всем направлениям. Дефекты кристаллах. В кристаллах всегда имеются дефекты (несовер шенства) строения, обусловленные нару шением правильного расположения атомов кристаллической решетки.. Дефекты в кристаллах: а — вакансия, б — внедренный атом, в — краевая линейная дислокация, г — непра вильное расположение атомов на границе зерен 1 и 2 Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на точечные, линейные и поверхностные. Атомы совершают колебательные движения возле узлов решетки, а с повышением температуры амплитуда этих колебаний увеличива ется. Большинство атомов данной кристаллической решетки имеют одинаковую (среднюю) энергию и колеблются при данной темпера туре с одинаковой амплитудой. Однако отдельные атомы обладают энергией значительно большей средней энергии и перемещаются из одного места в другое. Наиболее легко перемещаются атомы поверх ностного слоя, выходя на поверхность. Место, где находился такой атом, называется вакансией (рис. 2, а). На это место через некоторое время перемещается один из атомов соседнего слоя и т. д. Таким об разом вакансия перемещается в глубь кристалла. С повышением тем пературы количество вакансий увеличивается и они чаще перемеща ются из одного узла в другой. В диффузионных процессах, протека ющих в металлах, вакансии играют определяющую роль. К точечным дефектам относят также атом, внедренный в междоузлие кристал лической решетки (рис. 2, б), и замешенный атом, когда место атома одного металла замещается в кристаллической решетке другим, чуже родным атомом. Точечные дефекты вызывают местное искажение кристаллической решетки. Линейные дефекты являются другим важнейшим видом несовер шенства кристаллической решетки, когда в результате сдвига на одно межатомное расстояние одной части решетки относительно другой вдоль какой-либо плоскости число рядов атомов в верхней части решетки на один больше, чем в нижней. В данном случае в верхней части решетки появилась как бы лишняя атомная плоскость (экстра-плоскость). Край экстраплоскости, перпендикулярный направлению сдвига, называется краевой или линейной дислокацией (рис. 2, в), длина которой может дос тигать многих тысяч межатомных расстояний. Ширина дислокации мала и составляет несколько атомных расстояний. Кристаллическая решетка в зоне дислокации упруго искажена, по скольку атомы в этой зоне смещены относительно их равновесного со стояния. Для дислокации характерна их легкая подвижность. Это объяс няется тем, что атомы, образующие дислокацию, стремятся перемес титься в равновесное состояние. Дислокации образуются в процессе кри сталлизации металлов (см. гл. 1, 2), а также при пластической деформа ции, термической обработке и других процессах. Поверхностные дефекты представляют собой границы раздела между отдельными кристаллами (рис. 2, г ).На границе раздела атомы располо жены менее правильно, чем в его объеме. Кроме того, по границам раздела скапливаются дислокации и вакансии, а также концентрируются при меси, что еще больше нарушает порядок расположения атомов. При этом сами кристаллы разориентированы, т. е. могут быть повернуты относи тельно друг друга на десятки градусов. Прочность металла может либо увеличиваться в следствии искажений кристаллической решетки вблизи границ, либо уменьшаться из-за наличия примесей и концентрации дефектов. Дефекты в кристаллах существенно влияют на свойства ме таллов. Идеальный кристалл Является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани. Идеальная кристаллическая решетка представляет собой многократное по вторение элементарных кристаллических ячеек. Для реального металла ха рактерно наличие большого количества де фектов строения, нарушающих периодичность расположения атомов в кристаллической решетке. Эти де фекты оказывают существенное влияние на свойства материала. |
6)Кристаллизация. Определение. Термодинамические условия кристаллизации. Понятия равновесной и фактической температуры кристаллизации. Кристаллизация – это переход жидкости в тв. (К) состояние. Как всякий спонтанный процесс, кристаллизация протекает при термодинамических условиях, обеспечивающих снижение энергии Гиббса системы. Переход метал.ла из жидкого или парообразного состояния в тв. с образованием К структуры наз. первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в тв. кристаллическом в-ве наз. вторичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процессов – зарождения и роста кристаллов. Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно – самопроизвольная кристаллизация – или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации – несамопроизвольная кристаллизация. Скорость каждого из процессов (зарождения и роста кристаллов) зависит от степени переохлажд. (n) жидкости относительно равновесной t, т.е t, при которой энергии Гиббса жидкого и кристаллического состояния равны. При n=0 образование зародышей кристаллов (центров кристаллизации) невозможно, поскольку равен нулю движущий фактор процесса (разность энергий Гиббса жидкого и тв. состояний). С увеличением переохлажд. эта разность растет, вызывая увеличение скорости возник.новения центров (Числа центров – ч.ц.) и скорости роста кристаллов (с.к.). Однако, с увеличением n снижается дифф. подвижность атомов, что вызывает торможение обоих элементарных процессов. При значительном переохлажд. атомы становятся столь малоподвижными, что кристаллизация полностью подавляется. При небольших знач.х n (при малых величинах ч.ц. и больших с.к.) образуются крупнозернистые структуры. С увеличением переохлажд. структуры измельчаются (ч.ц. возрастает быстрее, чем с.к.). От степени переохлажд. зависит критический размер зародыша, т.е такой минимальный размер, при котором рост зародыша сопровождается снижением энергии Гиббса системы. Зародыши мельче критического к росту не способны и растворяются в жидкости. Чем больше степень переохлажд. жидкости, тем мельче критическая величина зародыша. На кривой охлажд. полученной при кристаллизации метал.ла в момент появления 1-го кристалла в жидкости t стабилизировалась. Площадка на кривой охлажд. имеет место до тех пор, пока последняя капля жидкости не исчезнет. Последующее охлажд. осуществляется уже в тв. состоянии за счет конвективного теплообмена. Кривая 1 имеет t TS, однако в реальных условиях для протекания процесса кристаллизации метал.л необходимо переохладить ниже TS. Tкр - фактическая t. TS - TК - переохлажд.. Появление площадки на кривой охлажд. обусловлено тем, что в момент появления первых кристаллов выделяется скрытая теплота кристаллизации, которая и компенсирует охлаж Температура, при которой термодинамические потенциалы вещества в твердом и жидком состояниях равны, называется равновесной температурой кристаллизации. Кристаллизация происходит в том случае, если термодинамический потенциал вещества в твердом состоянии будет меньше термодинамического потенциала вещества в жидком состоянии, т.е. при переохлаждении жидкого металла до температуры ниже равновесной. Температура, при которой практически начинается кристаллизация, может быть названа фактической температурой кристаллизации. |
7) Равновесная и действ. t кристаллизации.Степень переохлаждения. Переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической струк туры - первичная кристаллизация. Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе -вторичная кристаллизация. Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процессов - зарождения и роста кристаллов. Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно (самопроизвольная кристалли зация) или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации (несамопроизвольная кристаллизация). Самопроизвольная кристаллизация обусловлена стремлением вещества иметь более устойчивое состояние, характеризуемое уменьшением термодинамического потенциала G. С повышением температуры термодинамический потенциал вещества как в твердом, так и в жидком состоянии уменьшается. Температура, при которой термодинамические потенциалы вещества в твердом и жидком состояниях равны, - равновесная температура кристаллизации. Кристаллизация происходит , если термодинамический потенциал вещества в твердом состоянии меньше, чем в жидком состоянии, т.е. при охлаждении жидкого металла до температур ниже равновесной. Так как при равновесной температуре кристаллизации термодинамические потенциалы в жидком и твердом состояниях равны, то Параметр ΔS=Q/TK характеризует упорядоченность в расположении атомов при кристаллизации. Когда кристаллизуется чистый элемент, отвод теплоты, происходящий вследствие охлаждения, компенсируется теплотой кристаллизации. Процессу кристаллизации соответствует горизонтальный участок: При большом объеме жидкого металла выделяющаяся при кристаллизации теплота повышает температуру практически до равновесной (а); при малом объеме металла выделяющейся теплоты недостаточно и кристаллизация происходит с переохлаждением по сравнению с равновесной температурой (б). Разница между равновесной (Ts) и реальной (Тn) температурой кристаллизации - степень переохлаждения ΔT (зависит от природы металла, увеличивается с повышением чистоты металла и с ростом скорости охлаждения). |
|
9)Строение слитка при затвердевании в нормальных условиях. Гомогенное и гетерогенное зарождение центров кристаллизации. Понятие о модифицировании. Процесс затвердевания начинается при соприкосновении разливаемого металла с поверхностью изложницы, при этом происходит очень быстрое, практически мгновенное и глубокое переохлаждение расплава ниже точки ликвидуса. В результате этого на поверхности изложницы из жидкого металла формируется большое число зародышей кристаллизации, которые в дальнейшем растут, мешая друг другу, образуя множество мелких неориентированных ревностных кристаллов. Так образуется внешний слой слитка, называемый корковой зоной (первая зона слитка). По мере нарастания толщины твердого слоя тепловое сопротивление увеличивается, что затрудняет отвод тепла и тем самым снижает скорость продвижения фронта кристаллизации. Кроме того, этому способствует возникновение воздушного зазора между стенками изложницы и поверхностью слитка вследствие усадки затвердевающего металла. Когда переохлаждение жидкости вблизи фронта кристаллизации становится близким к нулю, новые зародыши кристаллизации уже не могут образовываться и поэтому продолжается лишь рост кристаллов, которые образовывались раньше, т.е. кристаллов, уже составляющих фронт кристаллизации. Такие кристаллы вообще могут расти в произвольном направлении, однако, у тех кристаллов, которые растут под произвольным углом к стенке, скорость отвода теплоты меньше, чем скорость отвода тепла от кристаллов, растущих перпендикулярно стенке. Это объясняется тем, что длина пути теплоотвода по оси кристаллов, растущих наклонно к стенке больше, чем у растущих перпендикулярно к ней. Поэтому наклонные кристаллы растут медленно и постепенно выклиниваются быстрорастущими кристаллами, ориентированными в направлении, противоположному отводу тепла. Так образуется слой крупных, ориентированных кристаллов, называемых столбчатыми (вторая зона слитка). Толщина зоны столбчатых кристаллов в значительной мере зависит от перегрева металла, так как чем больше перегрев металла, тем дольше градиент температур сохраняется от оси слитка к периферии и соответственно, тем дольше сохраняется направленность теплоотвода и тем больше протяженность зоны столбчатых кристаллов. Иллюстрация данного положения приведена на рисунке ниже
Кристаллы могут зарождаться по гомоген. и гетероген. механизмам. Теория гомоген. зарождения базир. на термодинамич. представлениях, согласно к-рым чистый металл в тв. сост. может находиться в равновесии с жид-.ким металлом только при темп-ре, соответст. равенству своб. энергий тв. и жидкой фаз. Для начала процесса кристаллизации необх. переохладить жидкий расплав до определ. величины, чтобы получить выигрыш в своб. энергии и компенсировать работу образования кристаллич. зародыша (см. Переохлаждение). Существует критич. величина (0,5-5 нм) зародыша (критич. зародыш), при достижении и превышении к-рой зародыш термодинамич. устойчив и м. б. центром кристаллизации. Размер критич. зародыша в сильной степени зависит от переохлаждения расплава: с увелич. переохлаждения величина критич. зародыша резко уменьшается. Согласно теории гомоген. зарождения кинетика кристаллизации определ. двумя параметрами: скоростью зарождения центров (с. з. ц.) кристаллизации и линейной скоростью роста (л. с. р.) кристаллов. С увелич. переохл. оба параметра проходят че- В реальных условиях расплавы технических металлов всегда содержат растворенные примеси и (или) твердые частицы различного происхождения. Эти объекты, являясь центрами кристаллизации, облегчают образование зародышей, увеличивают их количество и, следовательно, уменьшают размер зерна. Такое образование зародышей называется гетерогенным, поскольку существует готовая граница раздела двух разнородных фаз - жидкой и кристаллической. Гетерогенный механизм образования зародышей позволяет управлять величиной (и формой) зерна в отливке путем введения в расплав специальных примесей - модификаторов. Этот процесс называется модифицированием и применяется для улучшения структуры (главным образом измельчения зерна) и механических свойств металла. Наиболее эффективными модификаторами являются примеси тугоплавких элементов (не растворяющихся в расплаве), имеющих одинаковый тип решетки с основным металлом - эти факторы наилучшим образом способствуют образованию и росту зародышей. Важно подчеркнуть, что модифицирование фактически не влияет на химический состав металла, так как модификаторы вводятся в очень небольших количествах (сотые доли процента от массы расплава). Модифицирование позволяет на порядок уменьшить размер зерна в металле, что приводит к значительному улучшению его механических свойств. Введение модификаторов может вызвать и более сложные изменения в структуре сплавов. Это используется, например, для эффективного повышения прочности и пластичности литейных алюминиевых сплавов - силуминов. |
10) Влияние холодной пластической деформации на структуру и свойства М и сплавов. Наклеп. Пластическая деформация - сложный физико-химический процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного металла изменяются его механические и физико-химические свойства. Наклёп упрочнение М под действием пластической деформации. После снятии нагрузки, превышающей предел текучести, в образце останется остаточная деформация. При повторном нагружении предел текучести М и его способность к пластической деформации, т.е. происходит упрочнение М. При деформации зёрна меняют свою форму и ориентировку, образуя волокнистую структуру с преимущественной ориентировкой кристаллов. Происходит разворот беспорядочно ориентированных зёрен осями наибольшей прочности вдоль направления деформации. Зёрна деформируются и сплющиваются, вытягиваясь в направлении действующих сил F, образуя волокнистую или слоистую структуру. Преимущественная кристаллографическая ориентировка зёрен вдоль направления деформации наз-ся текстурой М. Чем степень деформации, тем зёрен получает преимущественную ориентировку. Образование текстуры способствует появлению анизотропии свойств вдоль и поперёк направления волокон. С степени деформации механические св-ва, характеризующие сопротивление деформации, , происходит деформационное упрочнение, а способность к пластической деформации . Предел текучести растёт интенсивнее, чем временное сопротивление, и по мере степени пластической деформации значения обеих характеристик сближаются. В рез-те наклёпа механич св-ва меняются существенно. Упрочнение при наклёпе объясняется существенным плотности дислокаций, характерным для процесса пластической деформации. Плотность дислокаций после холодной деформации на несколько порядков по сравнению с плотностью дислокаций отожжённого М. Одновременно в процессе пластической деформации кол-во точечных несовершенств – вакансий и дислоцированных атомов. С плотности дислокаций и несовершенств кристаллического строения затрудняется свободное перемещение дислокаций. Все эти факторы способствуют упрочнению М при наклёпе. Одновременно в рез-те пластической деформации изменяются физико-механич св-ва М. Наклёпанный М имеет меньшую плотность, более высокое электросопротивление, меньшую теплопроводность, у него падает устойчивость против коррозии. М с ГЦК решёткой при наклёпе упрочняются более сильно, чем М с ОЦК решёткой. |
12)Механические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться действию приложенных к ним нагрузок, а механические характеристики выражают эти свойства количественно. Основными свойствами металлических материалов являются; прочность, пластичность (или вязкость), твердость, ударная вязкость, износоустойчивость, ползучесть и др. Образцы круглого сечения, как правило, имеют рабочую длину, равную четырём или пяти диаметрам — т. н. короткие образцы или десяти диаметрам — т. н. нормальные образцы. Перед началом испытания замеряется диаметр образца (обычно 6, 10 или 20 мм) для вычисления напряжения σ и для расчёта относительного остаточного сужения после разрушения образца. В случае использования экстензометра, длина рабочей части образца не замеряется, а деформация ε и относительное удлинение при разрушении регистрируются автоматически с помощью компьютера или измеряются по диаграмме σ - ε. При отсутствии экстензометра (не рекомендуется стандартом), отмечается рабочая длина образца, деформация ε рассчитывается по перемещениям конца образца (захвата), а относительное удлинение при разрушении рассчитывается путём замера разрушенного образца. Диаграмма растяжения пластичного материала Затем начинается область пластическойдеформаци. Эта деформация остаётся и после снятия приложенной нагрузки. Переход в пластическую область обнаруживается не только по проявлению остаточных деформаций, но и по уменьшению наклона кривой с увеличением степени деформации. Данный участок диаграммы обычно называют площадкой (зоной) общей текучести, так как пластические деформации образуются по всей рабочей длине образца. С целью изучения и точного анализа диаграммы деформации, современные испытательные машины оснащены компьютеризированной записью результатов. По наклону начального участка диаграммы рассчитывается модуль Юнга. Для малоуглеродистой стали наблюдается т. н. «зуб текучести» и затем площадка предела текучести. Явление «зуба» текучести связано с дислокационным механизмом деформации. На начальном участке плотность дислокаций является недостаточной для обеспечения более высокой степени деформации. После достижения точки верхнего предела текучести начинается интенсивное образование новых дислокаций, что приводит к падению напряжения. Дальнейшая деформация при пределе текучести происходит без роста напряжения . Зависимость предела текучести, от размера зерна, d, выражена соотношением Петча-Холла: После достижения конца площадки текучести (деформация порядка 2 — 2,5 %) начинается деформационное упрочнение (участок упрочнения), видимое на диаграмме, как рост напряжения с ростом деформации. В этой области до достижения максимальной нагрузки (напряжения (σВ) макродеформация остаётся равномерной по длине испытуемого образца. После достижения точки предела прочности начинает образовываться т. н. «шейка» — область сосредоточенной деформации. Расположение «шейки» зависит от однородности геометрических размеров образца и качества его поверхности. Как правило, «шейка» и, в конечном счёте, место разрушения расположено в наиболее слабом сечении. Кроме того, важное значение имеет одноосность напряжённого состояния (отсутствие перекосов образца в испытательной машине). Для пластичных материалов при испытании на статическое растяжение одноосное напряжённое состояние сохраняется лишь до образования т. н. «шейки» (до достижения максимальной нагрузки и начала сосредоточенной деформации). Микроструктура заэвтектоидной стали (1,7 % углерода) Вид диаграммы деформации, приведённый на рис. 1 является типичным для О.Ц.К.материалов с низкой исходной плотностью дислокаций. Для многих материалов, например, с Г. Ц. К. кристаллической решёткой, а также для материалов с высокой исходной плотностью дефектов, диаграмма имеет вид, показанный на рис. 2. Основное отличие — отсутствие явно выраженного предела текучести. В качестве предела текучести выбирается значение напряжения при остаточной деформации 0,2 % (σ0.2). После достижения максимума нагрузки происходит падение нагрузки (и, соответственно, напряжения σ) за счёт локального уменьшения площади поперечного сечения образца. Соответствующий (последний) участок диаграммы называют зоной местной текучести, так как пластические деформации продолжают интенсивно развиваться только в области шейки. Иногда используется диаграмма истинных напряжений, S — e (истинное напряжение S = P/A, где A — текущая площадь поперечного сечения образца; истинная деформация e = Δl/l, где l — текущая длина образца). В этом случае, после достижения максимальной нагрузки не происходит падения напряжения, истинное напряжение растёт за счёт локального уменьшения сечения в «шейке» образца. Поэтому различие между диаграммами истинных и условных напряжений наблюдается только после предела прочности — до точки 1 они практически совпадают друг с другом. Образцы из пластичного материала разрушаются по поперечному сечению с уменьшением диаметра в месте разрыва из-за образования «шейки». Влияние скорости деформации и температуры на прочностные характеристики Стандарты на проведение испытаний на статическое растяжение, как правило, ограничивают скорость деформации или скорость приложения нагрузки. Так, стандарт ASTM E-8 ограничивает скорость деформации величиной 0,03 — 0,07 мм/мм/мин. Такое ограничение вызвано искажением результатов за счёт повышения прочности металлов с ростом скорости деформации (при постоянной температуре). При скоростях деформации до 1 сек − 1 скорость деформации практически не влияет на пр\очностные характеристики (в частности, на предел текучести). В общем виде можно выразить формулу влияния скорости деформации на предел текучести в виде: где — скорость деформации; — астотный фактор, — активационный объём; — напряжение течения; — экстраполяция напряжения течения на нулевую скорость деформации. Эта же зависимость даёт и зависимость напряжения течения от температуры. В области низких температур и при отсутствии фазовых превращений прочность кристаллических материалов повышается. Вклад в повышение прочности даёт и переход от термически активируемого процесса деформации за счёт движения дислокаций к механизму деформации путём двойникования. |
|
11) Структурные изменения при нагреве холоднодеформированного металла. Возврат. Стадия возврата, структурные изменения, их влияния на свойства. Возврат металлов, процесс частичного восстановления структурного совершенства и свойств деформированных металлов и сплавов при их нагреве ниже температур рекристаллизации (см.Рекристаллизация металлов). В. осуществляется перераспределением и уменьшением концентрации точечных дефектов и дислокаций (См. Дислокации), не связанных с образованием и движением границ зёрен (кристаллитов). В. включает элементарные процессы с разной энергией активации Q, протекающие в различных температурных интервалах. Это связано с большим разнообразием типов и характера распределения дефектов кристаллического строения, вносимых Наклёпом при деформации. Различают 2 стадии В. Первая стадия — отдых — уменьшение концентрации точечных дефектов, их аннигиляция (см. Аннигиляция и рождение пар) и сток к границам и дислокациям, а также перераспределение дислокаций скольжением в своих плоскостях без образования новых границ. Процесс идёт при нагреве до температуры (0,05—0,2) tпл, при этом Q отдыха равна 0,1—0,7 эв. Вторая стадия — полигонизация, т. е. перераспределение дислокаций скольжением и диффузионным путём, сопровождающееся их частичной аннигиляцией и образованием областей (полигонов) внутри кристаллитов, свободных от дислокаций и отделённых друг от друга дислокационными малоугловыми границами. Процесс идёт при нагреве до (0,3—0,4) tпл, при этом Q полигонизации составляет 160,210·10-21 — 240,315·10-21 дж (1,0—1,5 эв). При нагреве после больших деформаций полигонизация, как правило, является начальной стадией рекристаллизации. Структурные изменения при В. наблюдаются на стадии полигонизацииэлектронномикроскопическим анализом тонких фольг «на просвет», а в отдельных случаях и в оптическом микроскопе после травления. Важную информацию о В. даёт анализ уменьшения ширины линий на рентгенограммах и формы рентгеновских рефлексов. При В. уменьшаются твёрдость, прочность, электросопротивление, коэрцитивная сила, растворимость в кислотах, повышается пластичность. Степень восстановления свойств при В. различна: электросопротивление заметно восстанавливается уже на стадии отдыха, тогда как механические свойства и коэрцитивная сила — при полигонизации. В металлах и сплавах с высокой энергией дефектов упаковки степень восстановления свойств при В. больше, чем у материалов с низкой энергией этих дефектов. Степень восстановления свойств тем больше, чем выше температура нагрева и больше его продолжительность. Скорость процесса В. при каждой данной температуре затухает во времени по закону, выражаемому показательной функцией. Структурные изменения при нагреве холоднодеформированного металла. Рекристаллизация. Стадии рекристаллизации,структурные изменения,из влияния на свойства. РЕКРИСТАЛЛИЗА́ЦИЯ, один из видов термической обработки материалов (металлов и сплавов), приводящий к повышению структурного совершенства и уменьшению свободной энергии материала в пределах данной фазы. Процесс рекристаллизации происходит за счет возникновения, движения и исчезновения или только движения и исчезновения границ с большими углами разориентировки. Как правило, используется для снятия эффекта упрочнения, возникшего в результате деформации. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. Скорость рекристаллизации экспоненциально возрастает с повышением температуры. Температура рекристаллизации зависит от состава сплава. Температура начала рекристаллизации определяет температурный уровень разупрочнения металлов и сплавов и убывает с увеличение степени деформации и продолжительности отжига. В поликристаллических материалах, не испытывающих фазовой перекристаллизации, деформация и последующая рекристаллизация являются средством изменения структуры, и, следовательно, структурно чувствительных, механических и физических свойств и их анизотропии. Различают 3 стадии рекристаллизации: первичная, собирательная и вторичная. Первичная рекристаллизация, сопровождается образованием новых неискаженных кристаллитов в деформированном материале. Происходит формирование областей, свободных от дислокаций или значительно более совершенных, чем окружающая матрица (зародышей или центров рекристаллизации), и отделенных от нее границами с большими углами разориентировки. Зародыши рекристаллизации растут за счет окружающей деформированной матрицы. Зародыши формируются, как правило, при росте субзерен, оформившихся при полигонизации. При первичной рекристаллизации происходит наиболее радикальное восстановление структуры и свойств недеформированного материала. Собирательная рекристаллизация, сопровождается увеличением средней величины зерна за счет роста неискаженных зерен за счет друг друга. Основной движущей силой собирательной рекристаллизации является стремление к уменьшению энергии границ зерен за счет уменьшения их протяженности. Вторичная рекристаллизация, при которой только отдельные зерна оказываются способными расти со значительно большей скоростью, чем другие, т. е. играть роль вторичных центров, тогда как при собирательной рекристаллизации таких зерен нет. В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зерен (разнозернистость). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации это происходит за счет уменьшения искажений, внесенных деформацией, при собирательной и вторичной рекристаллизации - за счет уменьшения суммарной поверхности границ между зернами. Рекристаллизация устраняет структурные дефекты, изменяет размеры зерен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). С помощью рекристаллизации текстурой можно управлять. Ориентировка рекристаллизированных зерен может повторять текстуру исходного деформированного материала или закономерно от нее отличаться. С помощью рекристаллизации можно также устранить текстуру деформации и сделать материал изотропным. Текстурные изменения происходят на стадиях первичной и вторичной рекристаллизации. Огромное значение имеет текстурообразование при рекристаллизации трансформаторной и электротехнической стали. После рекристаллизационного отжига текстура деформации меняется на текстуру рекристаллизации. Как правило, это сопровождается резким направленным ростом зерна. Увеличение размеров зерна, т. е. снижение механических свойств, может вызвать также слишком большая температура отжига или большая выдержка. Поэтому при назначении режимов отжига необходимо использовать диаграмму рекристаллизации, показывающей зависимость величины зерна от технологических параметров. Магнитотвердые ферриты и металлические сплавы должны быть мелкозернистыми, а магнитомягкие — крупнозернистыми. Рекристаллизационный отжиг может применяться как предварительная, промежуточная или окончательная термообработка. Как предварительная термообработка он применяется перед холодной деформацией, если исходное состояние металла неравновесное и имеет какую-то степень упрочнения. Как промежуточная операция рекристаллизационный отжиг применяется между операциями холодной деформации. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства. Иногда структура и текстура после рекристаллизации отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства. |
13)Механические свойства М.Схема проведения динам. Испытаний,вид образцов. Механические характеристики, определяемые при динамических испытаниях. Механические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться действию приложенных к ним нагрузок, а механические характеристики выражают эти свойства количественно. Основными свойствами металлических материалов являются; прочность, пластичность (или вязкость), твердость, ударная вязкость, износоустойчивость, ползучесть и др. Хар-ки: вязкость – способность материала сопротивляться ударному воздействию; хладноломкость – св-ва материала терять вязкость при понижении температуры. KCV,KCU,KCT. KC=K/S0. K- работа, затраченная на разрушение, S0-площадь поперечного сечения образца в месте разреза. СХЕМА!!! |
|
|
8) Переход Ме из газообразного или жидкого состояний в твердое с кристаллическим строением называют кристаллизацией. Этот переход происходит при определенных условиях (температура и плотность). Процесс кристаллизации состоит из 2-х одновременно протекающих процессов это зарождение и рост кристаллов. При переохлаждении жидкости группы атомов с правильным расположением (флуктуации) становятся устойчивыми и способными к росту такие группы атомов являются центрами кристаллизации вокруг образовавшегося центра кристаллизации начинается рост кристалла, одновременно образуются новые центры кристаллизации. Минимальный размер зародыша R, способного к росту при данных температурных условиях, называется критическим размером зародыша, а сам зародыш критическим, или равновесным: R=4*σ/ΔGv. Рост зародышей возможен только при условии, если они до стигли определенной величины, начиная с которой их рост ведет к уменьшению энергии Гиббса. В процессе кристаллизации энер гия Гиббса системы, с одной стороны, уменьшается на VΔGv вследствие перехода некоторого объема жидкого ме талла в твердый, а с другой стороны, возрастает в результате образования поверхности раздела с избыточной поверхностной энергией, равной Sσ. Общее изменение энергии Гиббса можно определить из следующего выражения: ΔGобщ.=- VΔGv+ Sσ, где V — объем зародыша, ΔGv — разность энергий Гиббса жид кого и твердого металла, S —- суммарная площадь поверхности кристаллов; σ — удельное поверхностное натяжение на границе жидкость—кристалл. (рис). С увеличением степени переохлаждения поверхностное напряжение меняется слабо, а разность термодинамического потенциала (ΔGv) значительно, следовательно критический размер зародыша уменьшается и появляется больше зародышей способных к росту. Процесс кристаллизации характеризуется 2-мя кинетическими параметрами – это скорость зарождения центров кристаллизации и число зародышей образовавшихся в единицу времени в единице объема., линейная скорость роста кристаллов – линейное увеличение растущего кристалла в единицу времени. Оба параметра связаны с перемещением атомов и зависят от температуры. (рис). При небольших степенях переохлаждения скорость зарождения центров кристаллизации мала, скорость роста – большая: в этом случае размер зерен будет большой. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей возрастает, количество их увеличивается и размер зерен в затвердевшем металле уменьшается. |
9) Строение слитка. Модифицирование. Переход Ме из газообразного или жидкого состояний в твердое с кристаллическим строением называют кристаллизацией. Этот переход происходит при определенных условиях (температура и плотность). Процесс кристаллизации состоит из 2-х одновременно протекающих процессов это зарождение и рост кристаллов. Самопроизвольное образование зародышей на основе фазовых и энергетических флуктуации может происходить только в высокочистом жидком металле при больших степенях переох лаждения. Чаще источником образования зародышей являются всевоз можные твердые частицы (неметаллические включения, оксиды и т. д.), которые всегда присутствуют в расплаве. Если частицы примеси имеют одинаковую кристаллическую решетку с решеткой затвердевающего металла (так называемые изоморфные примеси) и параметры, сопрягающихся решеток примеси и кристаллизую щегося вещества примерно одинаковы (отличие не превышает 9 %), то она играют роль готовых центров кристаллизации. Структурное сходство между поверхностями сопряжения зародыша и частицы посторонней примеси приводит к уменьшению размера критического зародыша, работы его образования, и зат вердевание жидкости начинается при меньшем переохлаждении, чем при самопроизвольном зарождении. Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно. Такое образование зародышей на зывают гетерогенным. При небольших степенях переохлаждения (малой скорости охлаждения) скорость зарождения центров кристаллизации мала, скорость роста – большая: в этом случае размер зерен будет большой. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей возрастает, количество их увеличивается и размер зерен в затвердевшем металле уменьшается. Модифицирование — использование специально вводимых в жидкий металл примесей (модификаторов) для получения мелкого зерна по описанному выше механизму. Эти примеси, практически не изменяя химического состава сплава, вызывают при кристал лизации измельчение зерна и в итоге улучшение механических свойств. Выделяясь в виде мельчайших частиц, эти соединения служат зародышами образующихся при затвердева нии кристаллов (модификаторы I рода). В качестве модификаторов при модифицировании алюминиевых сплавов применяют Ti, V, Zr; стали — Al, V, Ti, Иногда используют растворимые в жидком металле модификаторы (модификаторы II рода), избирательно адсорбирующиеся на кристаллическом зародыше, которые сни жают межфазовое поверхностное натяжение и затрудняют рост кристаллитов. Для алюминиевых сплавов в качестве модифика торов II рода используют Li, Ma, К, для стали — редкоземель ные элементы. |
12) Статическими называют испытания, при которых при лагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно. Чаще применяют испытания на растяжение, позволяющие по резуль татам одного опыта установить несколько важных механических характеристик металла или сплава. Для испытания на растяжение используют стандартные об разцы (ГОСТ 1497—84), Машины для испытаний снабжены прибором, записывающим диаграмму растяжения. Напряжение, соответствующее точке А, называют пределом пропорциональности (σпц.). Обычно определяют условный предел пропорциональности, т. е. напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между нагрузкой и удлинением достигает такой величина, что тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой деформации е осью напряжений, увеличи вается на 50 % своего значения на линейном (упругом) участке. Предел упругости определяется как напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,05 % (или еще меньше) первоначальной длины образца: σ0,05%=Р0,05/F0. Напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2 %, называют условным пределом текучести: σ0,2%=P0,2/F0. Напряжение, при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки, на зывается физическим пределом текучести: σт=Pт/F0. Дальнейшее повышение нагрузки вызывает более значитель ную пластическую деформацию во всем объеме металла. Напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей раз рушению образца, называют временным сопротивлением, или пре делом прочности: σв=Рmax/F0. У пластичных металлов, начиная с напряжения σв, деформа ция сосредоточивается в одном участке образца, где появляется местное сужение поперечного сечения, так называемая шейка. В результате развития множественного скольжения в шейке об разуется высокая плотность вакансий и дислокаций, возникают зародышевые несплошности, укрупнение которых приводит к воз никновению пор. Сливаясь, поры образуют трещину, которая распространяется в направлении, поперечном оси растяжения, и в некоторый момент образец разрушается (точка С на рис). Кроме того, при испытании на растяжение определяют ха рактеристики пластичности. К ним относится относительное удлинение: δ=(lк-l0)100/l0, и относительное сужение: ψ=(F0-Fк)100/F0, где l0 и lк – длина образца, а F0 и Fк – площадь поперечного сечения образца до и после разрушения. Отношение изменения длины к начальной длине определяет условное удли нение. Отношение в каждый данный момент изменения длины к длине в этот момент дает истинное удлинение: lк=инт(от l0 до lк)(dl/l)=ln(lк / l0)=ln(F0/ Fк)=ln(1/(1- ψ)). |
|
11) Структурные изменения при нагреве холоднодеформированного металла. Возврат. Возврат металлов, процесс частичного восстановления структурного совершенства и свойств деформированных металлов и сплавов при их нагреве ниже температур рекристаллизации (см.Рекристаллизация металлов). В. осуществляется перераспределением и уменьшением концентрации точечных дефектов и дислокаций (См. Дислокации), не связанных с образованием и движением границ зёрен (кристаллитов). В. включает элементарные процессы с разной энергией активации Q, протекающие в различных температурных интервалах. Это связано с большим разнообразием типов и характера распределения дефектов кристаллического строения, вносимых Наклёпом при деформации. Различают 2 стадии В. Первая стадия — отдых — уменьшение концентрации точечных дефектов, их аннигиляция (см. Аннигиляция и рождение пар) и сток к границам и дислокациям, а также перераспределение дислокаций скольжением в своих плоскостях без образования новых границ. Процесс идёт при нагреве до температуры (0,05—0,2) tпл, при этом Q отдыха равна 0,1—0,7 эв. Вторая стадия — полигонизация, т. е. перераспределение дислокаций скольжением и диффузионным путём, сопровождающееся их частичной аннигиляцией и образованием областей (полигонов) внутри кристаллитов, свободных от дислокаций и отделённых друг от друга дислокационными малоугловыми границами. Процесс идёт при нагреве до (0,3—0,4) tпл, при этом Q полигонизации составляет 160,210·10-21 — 240,315·10-21 дж (1,0—1,5 эв). При нагреве после больших деформаций полигонизация, как правило, является начальной стадией рекристаллизации. Структурные изменения при В. наблюдаются на стадии полигонизацииэлектронномикроскопическим анализом тонких фольг «на просвет», а в отдельных случаях и в оптическом микроскопе после травления. Важную информацию о В. даёт анализ уменьшения ширины линий на рентгенограммах и формы рентгеновских рефлексов. При В. уменьшаются твёрдость, прочность, электросопротивление, коэрцитивная сила, растворимость в кислотах, повышается пластичность. Степень восстановления свойств при В. различна: электросопротивление заметно восстанавливается уже на стадии отдыха, тогда как механические свойства и коэрцитивная сила — при полигонизации. В металлах и сплавах с высокой энергией дефектов упаковки степень восстановления свойств при В. больше, чем у материалов с низкой энергией этих дефектов. Степень восстановления свойств тем больше, чем выше температура нагрева и больше его продолжительность. Скорость процесса В. при каждой данной температуре затухает во времени по закону, выражаемому показательной функцией. Структурные изменения при нагреве холоднодеформированного металла. Рекристаллизация. , один из видов термической обработки материалов (металлов и сплавов), приводящий к повышению структурного совершенства и уменьшению свободной энергии материала в пределах данной фазы. Процесс рекристаллизации происходит за счет возникновения, движения и исчезновения или только движения и исчезновения границ с большими углами разориентировки. Как правило, используется для снятия эффекта упрочнения, возникшего в результате деформации. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. Скорость рекристаллизации экспоненциально возрастает с повышением температуры. Температура рекристаллизации зависит от состава сплава. Температура начала рекристаллизации определяет температурный уровень разупрочнения металлов и сплавов и убывает с увеличение степени деформации и продолжительности отжига. В поликристаллических материалах, не испытывающих фазовой перекристаллизации, деформация и последующая рекристаллизация являются средством изменения структуры, и, следовательно, структурно чувствительных, механических и физических свойств и их анизотропии. Различают 3 стадии рекристаллизации: первичная, собирательная и вторичная. Первичная рекристаллизация, сопровождается образованием новых неискаженных кристаллитов в деформированном материале. Происходит формирование областей, свободных от дислокаций или значительно более совершенных, чем окружающая матрица (зародышей или центров рекристаллизации), и отделенных от нее границами с большими углами разориентировки. Зародыши рекристаллизации растут за счет окружающей деформированной матрицы. Зародыши формируются, как правило, при росте субзерен, оформившихся при полигонизации. При первичной рекристаллизации происходит наиболее радикальное восстановление структуры и свойств недеформированного материала. Собирательная рекристаллизация, сопровождается увеличением средней величины зерна за счет роста неискаженных зерен за счет друг друга. Основной движущей силой собирательной рекристаллизации является стремление к уменьшению энергии границ зерен за счет уменьшения их протяженности. Вторичная рекристаллизация, при которой только отдельные зерна оказываются способными расти со значительно большей скоростью, чем другие, т. е. играть роль вторичных центров, тогда как при собирательной рекристаллизации таких зерен нет. В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зерен (разнозернистость). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации это происходит за счет уменьшения искажений, внесенных деформацией, при собирательной и вторичной рекристаллизации - за счет уменьшения суммарной поверхности границ между зернами. Рекристаллизация устраняет структурные дефекты, изменяет размеры зерен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). С помощью рекристаллизации текстурой можно управлять. Ориентировка рекристаллизированных зерен может повторять текстуру исходного деформированного материала или закономерно от нее отличаться. С помощью рекристаллизации можно также устранить текстуру деформации и сделать материал изотропным. Текстурные изменения происходят на стадиях первичной и вторичной рекристаллизации. Огромное значение имеет текстурообразование при рекристаллизации трансформаторной и электротехнической стали. После рекристаллизационного отжига текстура деформации меняется на текстуру рекристаллизации. Как правило, это сопровождается резким направленным ростом зерна. Увеличение размеров зерна, т. е. снижение механических свойств, может вызвать также слишком большая температура отжига или большая выдержка. Поэтому при назначении режимов отжига необходимо использовать диаграмму рекристаллизации, показывающей зависимость величины зерна от технологических параметров. Магнитотвердые ферриты и металлические сплавы должны быть мелкозернистыми, а магнитомягкие — крупнозернистыми. |
14) сплавами называют макроскопические однородные вещ-ва сост из 2-ух или более металлов или металла и неметалла и эти металлические сплавы сохраняют характерные ме св-ва. По характеру распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы:замещения;внедрения;вычитания. В растворах замещения в кристаллической решетке растворителя часть его атомов замещена атомами растворенного элемента (рис. 4.4 а). Замещение осуществляется в случайных местах, поэтому такие растворы называют неупорядоченными твердыми растворами. При образовании растворов замещения периоды решетки изменяются в зависимости от разности атомных диаметров растворенного элемента и растворителя. Если атом растворенного элемента больше атома растворителя, то элементарные ячейки увеличиваются, если меньше – сокращаются. В первом приближении это изменение пропорционально концентрации растворенного компонента. Изменение параметров решетки при образовании твердых рстворов – важный момент, определяющий изменение свойств. Уменьшение параметра ведет к большему упрочнению, чем его увеличение. Твердые растворы внедрения образуются внедрением атомов растворенного компонента в поры кристаллической решетки растворителя (рис. 4.4 б). Образование таких растворов, возможно, если атомы растворенного элемента имеют малые размеры. Такими являются элементы, находящиеся в начале периодической системы Менделеева, углерод, водород, азот, бор. Размеры атомов превышают размеры межатомных промежутков в кристаллической решетке металла, это вызывает искажение решетки и в ней возникают напряжения. Концентрация таких растворов не превышает 2-2.5% Твердые растворы вычитания или растворы с дефектной решеткой. образуются на базе химических соединений, при этом возможна не только замена одних атомов в узлах кристаллической решетки другими, но и образование пустых, не занятых атомами, узлов в решетке. К химическому соединению добавляют, один из входящих в формулу элементов, его атомы занимают нормальное положение в решетке соединения, а места атомов другого элемента остаются, незанятыми. Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.Сплавы твердые растворы – это твердые фазы, в которых соотношения между компонентов могут изменяться. Являются кристаллическими веществами. Характерной особенностью твердых растворов является:наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя. Твердый раствор состоит из однородных зерен (рис. 4.3).
|
|