Calculele teoretice ale rezistenței metalelor, bazate pe teoria clasică ce reprezintă de metal conglomerat construit în mod ideal, în care atomii ocupă spațiu bine definit în rețeaua cristalină, se arată că rezistența reală a metalului în zeci sau sute de ori mai mici decât cele teoretice.
Rezistența unui metal tehnic pur este de 250-300 MPa, iar rezistența teoretică ar trebui să fie de ordinul a 15 000 MPa.
Motivul pentru această scădere a rezistenței este devierea ordinii de aranjare a atomilor din laturile cristaline ale metalului de la locația ideală discutată mai sus. Metalul real nu este întotdeauna perfect curat, iar impuritățile prezente în metal, chiar și în cantități foarte mici, duc la apariția defectelor în structura cristalului metalului. Defectele fizice (defectele) metalelor solide se datorează deviației de la aranjamentul ideal corect al atomilor din metalul metalic.
Chiar și un monocristal cristal monocristal construit ideal are defecte; are o față. Datorită tensiunii de suprafață, grătarul de pe suprafața metalică și în zonele adiacente este distorsionat. Chiar mai distorsionate sunt grilele de corpuri policristaline din zonele de graniță a cerealelor. Limitele granulelor reprezintă unul dintre tipurile de defecte ale structurii cristalului.
Structura subgrainului metalelor este mai subtilă în structura cristalină. Dacă monocristal ideal, construite sau cristalitelor policristalină poate fi reprezentat ca o grilă perfectă, orientarea cristalografică efectivă în boabele de cristal ideale diferă de ideal, care formează așa numita structură subgrain cereale (figura 1.13).
Figura 1.13. Schema de structură a cerealelor subgraine.
Site-urile cu aceeași orientare se numesc subgraine aici. Ele sunt orientate relativ una de alta la un unghi foarte mic (de ordinul a cateva secunde sau minute). Dimensiunea subgrainului este de 10 -4 - 10 -5 cm. Limitele dintre subgraine sunt defecte ale structurii cristalografice și se numesc granițe subgraine. Limitele granulelor și granițele subgraine se referă la defecte de suprafață (bidimensionale).
Includerea fazelor a doua în aliaj, precum și a microporelor, reprezintă o clasă de defecte de volum (tridimensionale).
Aceste defecte au un impact semnificativ asupra proprietăților mecanice și fizice ale metalelor și aliajelor, cu toate acestea, este esențială în acest sens are punctul (zero-dimensional) și (unidimensionale) defecte liniare.
Figura 1.14. Schema de defecte de punct în structura atomică a metalelor: a - vacant; b - atom dislocat
Defectele de puncte includ posturile vacante și atomii dislocați (Figura 1.14). Locurile vacante și atomii interstițiali joacă un rol decisiv în procesele de difuzie, dar pot afecta și proprietățile mecanice. Prezența posturilor vacante în rețea conferă mobilitate atomilor, adică le permite să se miște în procesele de difuzie și auto-difuzie în metale și aliaje.
Poziția deschisă este formată părăsind atom situat în planul atomic superior al cristalului la suprafață, formând astfel un post vacant în stratul de suprafață, care poate comuta oricare dintre atomii învecinate, formează o nouă poziție, etc. Astfel, prin săparea unui atom în locul unui post vacant existent, acesta se mișcă în volumul cristalului, informând atomii despre mobilitatea necesară în procesele de difuzie. Numărul de posturi vacante din fiecare metal este strict definit, în funcție de temperatură.
Atomii dislocați sunt formați ca rezultat al salturilor de la poziția lor obișnuită până la cel mai apropiat loc interstițial. Aceste sărituri pot apărea ca urmare a creșterilor locale ale temperaturii și tensiunilor, care conferă energie atomilor individuali, ceea ce mărește energia termică medie a tuturor atomilor. Probabilitatea formării atomilor dislocați în comparație cu locurile vacante este mult mai mică și, prin urmare, concentrația atomilor dislocați este întotdeauna mult mai mică decât vacanțele. În prezența ambelor tipuri de defecte de punct în aliaj, interacțiunea lor poate să apară, ca urmare a scăderii numărului de defecte de zăbrele.
Defectele liniare includ dislocări. Există două tipuri principale de imperfecțiuni liniare: dislocări de muchii și șuruburi.
dislocații Edge în cristal apar dacă porțiunea de cristal pe toată planul de alunecare sub acțiunea tensiunilor este deplasată în raport cu o altă porțiune a acesteia cu o valoare proporțională cu distanța interatomică sau o porțiune a acestuia (figura 1.15).
Figura 1.15. Schema de formare a unei dislocări de margine
După apariția dislocațiilor continuare a duratei de stres deplasează dislocarea margine în planul de alunecare în direcția etapelor de tensiune, numit un vector de schimbare. reprezintă grafic margine dislocare imperfecțiunilor structurale ale rețelei cristaline cauzate de prezența în ea în ea „de prisos“ atomic semiplanului (de extra). Acest plan este perpendicular pe planul figurii. Regiunea de lângă marginea extra-planului se numește miezul dislocării. Nucleul dislocare observată cea mai mare denaturare a rețelei cristaline: marginea superioară a grilajului suplimentar este comprimată de mai jos - întinsă și lateral mutat. Lungimea liniei de dislocare în planul perpendicular pe model este de aceeași ordine ca dimensiunile macroscopice ale cristalului. Adesea, dislocările s-au răspândit prin întregul cristal. Dimensiunile transversale ale dislocării sunt foarte mici (pe o rază de ordinul a zece distanțe interatomice).
Distorsiunile marginilor disting pozitiv dacă partea superioară a cristalului schimbă și dislocă negativ dacă partea sa inferioară se schimbă (Figura 1.16).
Figura 1.16. Pozitiv și negativ margini dislocări într-un cristal
Interacțiunea dintre schimburi luxații opuse într-un singur plan de alunecare poate duce la anihilarea luxații la o cantitate schimbare de defecte zăbrele.
Principalele caracteristici ale dislocărilor sunt:
a) vectorul de schimbare, numit vectorul Burgers,
b) direcția liniei de dislocare.
Vectorul Burger este principala caracteristică energetică cantitativă a unei dislocări. vector burgerii pe de o parte exprimă capacitatea dislocărilor în timpul mișcării sale de a provoca plasticul valorii de deplasare și direcție și, pe de altă parte, este o măsură a denaturării rețelei cristaline care conțin dislocare. Linia de dislocare a muchiei este perpendiculară pe vectorul de deplasare. Și, de aceea, format în metal sub acțiunea tensiunilor interne care rezultă dislocare margine se poate deplasa paralel cu ea însăși într-un plan de alunecare, în direcția perpendiculară pe linia de dislocare.
O dislocare a șuruburilor este formată atunci când o parte a cristalului este deplasată relativ față de cealaltă, nu simultan de-a lungul întregului plan de alunecare (figura 1.17). În acest caz, cea mai distorsionată rețea de cristal este microvolimii metalului pe o linie paralelă cu vectorul de forfecare. În acest caz, în jurul acestei linii, avioanele atomice se dovedesc a fi curbate de-a lungul helixului.
Raza de acțiune a dislocării pe aceste planuri se află în câteva zeci de distanțe interatomice.
Într-o dislocare cu șurub, spre deosebire de dislocarea marginii, linia de dislocare este paralelă cu vectorul Burgers, iar direcția deplasării dislocării este perpendiculară pe aceasta. Displațiile cu șuruburi pot avea de asemenea semne diferite, în acest caz se numesc dislocări la dreapta și la stânga. Când se întâlnesc dislocări diferite ale șuruburilor, poate avea loc anihilarea lor.
Figura 1.17. Comparație între marginile (a) și șuruburile (b)
Atât dislocările elicoidale, cât și marginile sunt, în cazul ideal, imperfecțiuni rectilinie. Cu toate acestea, pot apărea dislocări curvilineare compuse din mai multe dislocări de muchii și șuruburi într-un metal real. O astfel de dislocare se numește mixtă.
De ce este necesar să cunoaștem defectele structurii cristaline și, în special, dislocările specialiștilor de diferite specialități? Se pare că dislocările au un rol direct în toate transformările structurale și de fază ale metalelor și aliajelor și au un efect semnificativ asupra proprietăților lor. Un studiu atent al granițelor subgrainului și granițelor granulelor arată că acestea sunt grupuri de imperfecțiuni în structura cristalină și cele mai multe dislocări (Figura 1.18).
Figura 1.18. Schema de graniță subgrain
Figura arată schema delimitării subgraiului, alcătuită din dislocări de margine. Este evident că acționând în niciun fel numărul dislocațiilor poate crește gradul de subgrains misorientation reduce dimensiunea sau dimensiunea granulelor, oferind astfel un impact direct asupra proprietăților fizice și mecanice ale metalelor și aliajelor. Controlul mecanismului de deplasare a dislocărilor în metale, care afectează mobilitatea acestora, este posibil să provoace întărirea sau înmuierea aliajelor. Pe de altă parte, numărul de dislocări în material, interacțiunea și distribuția acestora determină comportamentul materialului din produs sub influența sarcinilor operaționale și a efectelor de temperatură. Ieșirile de dislocări pe suprafața cristalului și suprafața exterioară a articolului sporesc activitatea chimică a materialului, reducând rezistența la coroziune. Dislocările sunt catalizatori pentru eliberarea fazelor în exces în aliaje, care afectează decăderea soluțiilor solide suprasaturate și alte procese de transformări de fază.
Defectele considerate ale rețelei de cristal, după cum vedem, duc la distorsiuni. Aceste distorsiuni determină o creștere a energiei cristalului. De obicei, această energie suplimentară este exprimată condițional sub formă de solicitări. Conform clasificării stresurilor interne propuse de N.N. Davidenkov, acestea sunt clasificate ca tensiuni I, II și III. Microstrele de tipul celui de-al doilea includ tensiuni reziduale, care sunt echilibrate în volumele de boabe individuale sau subgraine. Aceste tensiuni apar ca urmare a prezenței unei deformări medii a grilelor cristaline care compun volumele de boabe sau subgraini corespunzătoare. Prezența tensiunilor de tipul celui de-al doilea duce la o estompare a liniilor cu raze X pe roentgenograma. Amplitudinea dimensiunii liniei determină amploarea tensiunilor celui de-al doilea tip.
Prin Microstresses III includ un fel tensiuni reziduale care rezultă din variațiile în rețeaua cristalină a atomilor din poziția ideală în jurul defectului de cristal cu zăbrele singur (punct sau linie). Aceste tensiuni sunt echilibrate în volume cu o rază corespunzătoare unei sau mai multor distanțe interatomice în rețeaua cristalină.
Cele microstresses în vrac sunt concentrate în zonele de frontieră: la bloc Granițele, cristalele și cristalele în zonele în care se mărește densitatea dislocațiilor.
Stresurile de primul tip sunt macroscopice, care rezultă din cele mai grave defecte ale metalelor. Aceste tensiuni sunt echilibrate în volume proporționale cu volumul corpului sau a zonelor sale macroscopice. Cel mai responsabil pentru schimbarea proprietăților fizico-mecanice ale metalelor și aliajelor sunt de tensiune II și III fel și în primul rând III fel, în timp ce macrostresses (I natură) sunt responsabile pentru capacitatea produselor de a opera în mod fiabil fără eșec în timpul funcționării sub sarcini dinamice, fractură de oboseală și în alte situații dificile.
Formarea structurii turnate este afectată de structura și proprietățile lichidului metalic, de temperatura supraîncălzirii sale înainte de cristalizare, de gradul de contaminare a impurităților și de alte caracteristici.
Cel mai mare număr de defecte de zăbrele este posedat de metale lichide. Până de curând, se credea că în stare lichidă, atomii de metal sunt distribuiți aleatoriu. Aceasta a condus la identificarea metalelor lichide cu starea gazoasă.
Cu toate acestea, pe baza metodelor subțiri de studiere a metalelor lichide, sa arătat că structura unui metal lichid este mult mai aproape de o stare solidă decât de un gaz. În stare lichidă, ca și în metalul solid, există o tendință de aranjare corectă a atomilor. Fiecare atom este înconjurat de un anumit număr de atomi apropiați, în funcție de natura metalului și de temperatura. Cu toate acestea, din cauza căldurii intense pierdut mișcarea atomilor din grupul atomic (grup) și se alătură cealaltă, cu procesul de schimb de atomi are loc în mod continuu între grupuri, și orientarea atomilor lor în grupuri de spațiu variază continuu și se supune oricăror legi.
Când metalul se topește, se înregistrează o creștere considerabilă a volumului (cu 2-6%). Cu toate acestea, această creștere nu este doar o consecință a unei creșteri uniforme a distanțelor interatomice. Ca Ya.I. Frenkel ", lichidul constă din regiuni care sunt de ordin relativ apropiate de cele din solid și regiuni expandate, adică rupturi sau fisuri care apar aici și se vindecă imediat.
Această împărțire a întregului volum de metal lichid în grupuri și o structură geometrică corectă în cadrul acestora se numește ordinea cu rază scurtă de acțiune. Aranjamentul regulat de atomi în întregul volum al metalului, inerent într-un corp solid, se numește ordine pe termen lung.
Astfel, în evaluarea naturii stării defectelor din structura cristalină a metalelor topite putem afirma că în lichid se conservă doar ordinea cu rază scurtă de acțiune. iar comanda pe distanțe lungi este complet defectă în procesul de topire.
Articole similare
-
Real strength - metal - o enciclopedie mare de petrol și gaze, articol, pagina 2
-
Lucrări de control al tehnologiilor metalice și sudură - încercare, pagina 2
Trimiteți-le prietenilor: