A valódi fém tulajdonságai

Elméleti számítások az erő a fémek, alapuló klasszikus elmélet képviselő fém ideálisan konstruált konglomerátum, ahol atomok foglalnak jól meghatározott térben a kristályrácsban, azt mutatja, hogy a tényleges erejét a fém a több tíz vagy több száz-szer alacsonyabb, mint az elméleti.

A technikailag tiszta fém erőssége 250-300 MPa, míg elméleti szilárdságának 15 000 MPa-nak kell lennie.

Ennek az erősségcsökkenésnek az oka az atomok elrendezésének rendje a fém kristályrácsjaiban a fent említett ideális helyről. Az igazi fém nem mindig tökéletesen tiszta és a fémben jelen lévő szennyeződések, még nagyon kis mennyiségben is, a fém kristályszerkezetében fellépő hibák megjelenéséhez vezetnek. A szilárd fémek fizikai hibái (hibák) az atomok helyes, ideális elrendezésétől való eltérésnek tudhatók be.

Még egy ideálisan kialakított egykristályos egykristály is hibás; arca van. A felületi feszültség miatt a fémfelület és a szomszédos területek rácsozása torzul. Még torzultabbak a polikristályos testek rácsai a gabonarégiókban. A szemcsehatárok egyike a kristályszerkezeti hibák egyikének.

A fémek szubgráziós struktúrája finomabb a kristályszerkezetben. Ha ideálisan konstruált egykristály vagy polikristályos krisztallit leírható mint egy tökéletes rács, a tényleges kristálytani orientációjától az ideális kristályszemcsék eltér az ideális, alkotó úgynevezett gabona subgrain szerkezet (ábra 1.13).

A valódi fém tulajdonságai

1.13. Ábra. A szubgranulátum szerkezetének rendszere.

Azonos orientációjú helyeket itt nevezik subgrainsnek. Nagyon kis szögben vannak egymáshoz viszonyítva (néhány íves másodperc vagy perc sorrendjében). A szubgranulátumok mérete 10 -4 -10 -5 cm, míg a szubrégiók közötti határvonalak a kristályszerkezeti szerkezet hibái és algrain-határoknak nevezik őket. A szemcsehatárok és a szegmensek határai felületi (kétdimenziós) hibákra utalnak.

Az ötvözet második fázisai, valamint a mikropórusok magukba foglalják a térfogat (háromdimenziós) hibák osztályát.

Ezek a hibák jelentősen befolyásolják a fémek és ötvözetek mechanikai és fizikai tulajdonságait, azonban a pont (nulla-dimenziós) és a lineáris (egydimenziós) hibák meghatározó jelentőséggel bírnak e tekintetben.

A valódi fém tulajdonságai

1.14. Ábra. A fémek atomszerkezetében fellépő ponthibák sémája: a - üresedés; b - diszlokált atom

Ponthibák közé tartoznak az üresedések és a diszlokált atomok (1.14. Ábra). A vacanciák és az interstitiális atomok döntő szerepet játszanak a diffúziós folyamatokban, de befolyásolhatják a mechanikai tulajdonságokat is. Az üres helyek jelenléte a rácsban mobilitást biztosít az atomok számára, azaz lehetővé teszi számukra, hogy mozogjanak a fémek és ötvözetek diffúziójának és öndiffúziójának folyamataiban.

Nyitott helyzetben van kialakítva kilépő atom található, a felső atomi síkja a kristály a felszínre, ezáltal egy megüresedett a felületi rétegben, amelyek válthat bármelyik szomszédos atomok, egy új pozíciót stb Így, hopping atom helyett a meglévő munkahely, az áthelyezésre kerül a kristály mennyiség, jelentési az atomok szükséges mobilitás diffúziós folyamatok. Az egyes fémekben lévő üresedések száma a hőmérséklet függvényében szigorúan meghatározott.

A diszlokált atomok a rendszeres helyzetükből a legközelebbi közbeiktatott helyre történő ugrás következtében alakulnak ki. Ezek az ugrások a helyi hőmérséklet-emelkedésnek és a feszültségeknek köszönhetően keletkezhetnek, amelyek az egyes atomok energiáját továbbadják, ami növeli az összes atom átlagos hőenergiáját. A dislocált atomok kialakulásának valószínűsége az üresedésekhez képest sokkal kisebb, ezért a diszlokált atomok koncentrációja mindig jóval kisebb, mint az üresedések. Az ötvözet mindkét típusú ponthibája jelenlétében előfordulhat kölcsönhatás, amelynek következtében csökken a rácshibák száma.

A lineáris hibák közé tartozik a diszlokációk. A lineáris tökéletlenségeknek két fő típusa van: az él és a csavarodás.

Él diszlokációk a kristályban merülnek fel, ha a részét a kristály az egész síkjára csúszó hatására feszültségek képest eltolható, a másik részéhez összeggel összemérhető az atomközi távolsági vagy annak egy része (1.15).

A valódi fém tulajdonságai

1.15. Ábra. A perem diszlokáció kialakulási sémája

A diszlokáció megjelenése után a stressztevékenység időtartama folytatódik, ami a csúszási síkban a feszültség irányába történő elmozdulást eredményezi, amit a nyíróvektornak neveznek. Grafikailag a perem diszlokáció a kristályrács szerkezeti tökéletlensége, melyet abból fakad, hogy egy "extra" atomos fél-sík (extra sík) jelen van benne. Ez a sík merõleges az ábrán. Az extra sík széléhez közeli területet a diszlokáció magjának nevezik. A diszlokáció magjában megfigyelhető a kristályrács legnagyobb torzulása: az extra sík szélénél a rács összenyomódott, alacsonyabb nyújtású és oldalirányban elmozdul. A diszlokációs vonal hossza a mintára merőleges síkban ugyanolyan sorrendben van, mint a kristály makroszkopikus méretei. Gyakran eltolódtak az egész kristályon. A diszlokáció keresztirányú méretei nagyon kicsiek (tíz interatomikus távolságtartományban).

A szegélyek diszlokációja pozitívnak tűnik, ha a kristály felső része elmozdul és negatív elhajlást végez, ha az alsó része elmozdul (1.16. Ábra).

A valódi fém tulajdonságai

1.16. Ábra. Pozitív és negatív szélek diszlokációk kristályban

Az azonos csúszási síkon mozogó eltérõ eltérések kölcsönhatása a diszlokációk megrongálódásához, a rácshibák számának megváltozásához vezethet.

A diszlokációk főbb jellemzői:

a) az eltolódott vektor, a Burgers vektor,

b) a diszlokációs vonal irányát.

A burger vektor a diszlokáció fő mennyiségi energia jellemzője. Burgers vektor egyrészt kifejezi a képességét, a diszlokációk mozgása alatt, hogy hatására a műanyag a korrekciós érték és irányát és, másrészt, olyan intézkedés a torzítás a kristályrács tartalmazó diszlokáció. A szélek diszlokációs vonala merőleges az elmozdulási vektorra. És ezért, képződik a fém az intézkedés alapján belső keletkező feszültségek szélén diszlokáció mozoghat önmagával párhuzamosan egy csúszó síkban merőleges irányban, hogy a diszlokáció vonalat.

Egy csavaros diszlokáció akkor keletkezik, amikor a kristály egy része a másikhoz képest eltolódik a másikhoz, nem egy időben a teljes csúszó sík mentén (1.17. Ebben az esetben a leginkább torzított kristályrács a fém mikrovolumuma a nyíróvektorral párhuzamos vonalon. Ebben az esetben, ezen a vonalon belül az atom síkok görbülnek a hélix mentén.

A diszlokáció sugara ezen a síkon belül néhány tíz interatomikus távolságon belül van.

A csavaros diszlokációban, szemben a perem diszlokációval, a diszlokációs vonal párhuzamos a Burgers vektorral, és a diszlokáció elmozdulási irány merőleges rá. A csavarodásoknak különböző jelzései is lehetnek, ebben az esetben jobb és baloldali eltéréseknek nevezik őket. Ha eltérõ csavaros eltéréseket tapasztal, megsemmisülhet.

1.17. Ábra. Az él (a) és a csavar (b) közötti eltérések összehasonlítása

Mind a spirális, mind a szélei eltérések az ideális esetben egyenességi hiányosságok. Azonban a különböző szél- és csavaros diszlokációkból álló görbületes diszlokációk valós fémben fordulhatnak elő. Az ilyen diszlokációt vegyesnek nevezik.

Miért szükséges ismerni a kristályos szerkezet hibáit, és különösképpen a különféle szakemberek diszlokációját? Kiderül, hogy a diszlokációk közvetlen szerepet játszanak a fémek és ötvözetek összes szerkezeti és fázisátalakításában, és jelentős hatást gyakorolnak tulajdonságaikra. A szubgranciahatárok és a szemcsehatárok alapos vizsgálata azt mutatja, hogy a kristályos szerkezetben és a legtöbb diszlokációban a tökéletlenségek klaszterei (1.18.

A valódi fém tulajdonságai

1.18. Ábra. Az aljzat határának rendszere

Az ábra a szegmens határának a sémáját mutatja. Nyilvánvaló, hogy az bármely módon a száma diszlokációk növelheti a fokát misorientation aiszemcsékbe csökkentheti a méretüket vagy szemcseméret, ezáltal közvetlen hatással a fizikai és mechanikai tulajdonságait fémek és ötvözetek. A fémek diszlokációjának elmozdulási mechanizmusának szabályozása, amely befolyásolja a mobilitásukat, az ötvözetek kikeményedését vagy lágyulását okozhatja. Másrészt az anyagban fellelhető eltérések száma, azok kölcsönhatása és eloszlása ​​határozza meg a termékben lévő anyag viselkedését a működési terhelések és a hőmérséklet hatások hatására. A kristály felületén elhelyezkedő diszlokációk kimenete és a termék külső felülete növeli az anyag kémiai aktivitását, csökkenti a korrózióállóságát. A diszlokációk katalizátorként szolgálnak az ötvözetek felesleges fázisainak felszabadítására, amelyek befolyásolják a túltelített szilárd oldatok és egyéb fázisátalakítások folyamatát.

A kristályrács tekintett hibái - amint látjuk - torzuláshoz vezetnek. Ezek a torzulások a kristály energiájának növekedését okozzák. Általában ez a kiegészítő energia feltételesen expresszált feszültségek formájában. A NN által javasolt belső feszültségek osztályozásának megfelelően. Davidenkov, az I., II. És III. A második fajta mikrosztrátok közé tartoznak a maradék feszültségek, amelyek kiegyensúlyozottak az egyes szemcsék vagy részecskék térfogatában. Ezek a feszültségek a megfelelő szemcsék vagy alrétegek térfogatát alkotó kristályrácsok átlagos deformációjának következtében keletkeznek. A második feszültség jelenléte a roentgenogrammban lévő röntgenvonalak elmosódásához vezet. A vonal homályosságának nagysága határozza meg a második feszültség nagyságát.

Azáltal Microstresses III típusú tartalmaznak maradék feszültségek eredő eltérések a kristályrácsban atomok az ideális helyzetben körül egyetlen kristályrács hiba (pont vagy vonal). Ezek a feszültségek térfogatokban vannak kiegyensúlyozva, a kristályrács egy vagy több interatomikus távolságával arányos sugárral.

A mikroszkópok nagy része koncentrálódik a határoló zónákba: a blokkok, a kristályok, valamint a kristályok zónáiban, amelyekben megnövekszik a diszlokációk sűrűsége.

Az első fajta hangsúlyok makroszkopikusak, a fémek legnagyobb hibáiból erednek. Ezek a feszültségek kiegyensúlyozottak a test vagy a makroszkopikus zónák térfogatával arányban. A leginkább felelős a változás a fizikai-mechanikai tulajdonságait fémek és ötvözetek feszültség II és III típusú és elsősorban III fajtája, mivel macrostresses (I típusú) felelősek a képességét termékek, hogy megbízhatóan működjenek hiba nélkül működik dinamikus terhelések, fáradásos törése és más nehéz helyzetekben.

Az öntött struktúra kialakulását befolyásolja a fémes folyadék szerkezete és tulajdonságai, a kristályosodás előtti túlmelegedési hőmérséklete, szennyeződésének szennyezettsége és egyéb jellemzői.

A legtöbb rácshiba folyadékfémekkel rendelkezik. A közelmúltig azt hitték, hogy a folyékony állapotban a fém atomok véletlenszerűen vannak elosztva. Ez a folyékony fém azonosításához vezetett, amely gázállapotú.

Azonban, alapján a finomított vizsgálati módszerek folyékony fémek kimutatták, hogy a szerkezet a folyékony fém sokkal közelebb van a szilárd állapotban, mint a gáz. A folyékony állapotban, mint a szilárd fémben, az atomok helyes elrendezésére hajlamosak. Minden atom körül egy bizonyos számú legközelebbi atom van, a fém és a hőmérséklet függvényében. Azonban, mivel az intenzív hő holtjáték az atomok a atomcsoport (cluster), és csatlakozik a másik, a csere folyamatát atomok válása folyamatosan csoportok között, és a atomjaik térbeli csoportok folyamatosan változik, és engedelmeskedik olyan törvényeket.

Amikor a fém megolvad, a térfogat növekedése (2-6%) észrevehető. Ez a növekedés azonban nem csupán az interatomikus távolságok egységes növekedésének következménye. Mint Ya.I. Frenkel ", a folyadék olyan régiókból áll, amelyek viszonylag közel állnak a szilárd anyaghoz és a kiterjesztett régiókhoz, azaz szakadások vagy repedések keletkeznek itt és ott, és azonnal gyógyulnak.

A folyékony fém teljes csoportjainak csoportosítását és a bennük lévő geometriailag helyes struktúrát rövidtávú rendnek nevezzük. Az atomok rendszeres elrendezését a fém teljes térfogatában, amely egy szilárd testben rejlik, hosszú távú rendnek nevezzük.

Így a megolvadt fémek kristályos szerkezetének defektus-állapotának megítélésekor azt mondhatjuk, hogy a folyadékban csak rövid hatótávolságú rend konzerválódik. és a hosszú távú rend teljes mértékben megszakad az olvasztási folyamatban.

Kapcsolódó cikkek