Лекция №1 Основы строения металлов План лекции Введение Атомно-кристаллическое строение металлов

3. Реальное строение металлических кристаллов

В отличие от рассмотренного идеального строения металлов в любом реальном кристалле всегда имеются дефекты строения. Они подразделяются на точечные, линейные и поверхностные.

Точечные дефекты. Как указывалось, атомы находятся в колебательном движении возле узлов решетки. Чем выше температура, тем больше амплитуда этих колебаний. Хотя большинство атомов металлов в данной кристаллической решетке обладает одинаковой (средней) энергией и колеблется при данной температуре с одинаковой амплитудой отдельные атомы имеют энергию значительно превышающую среднюю энергию. Такие атомы могут перемещаться из одного места в другое. Наиболее легко перемещаются атомы поверхностного слоя, выходя на поверхность. рис. 1.3. Место, 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, а покинутый им узел становится вакансией, затем перемещается атом 3. Таким образом, вакансия перемещается вглубь кристалла. Вакансия искажает кристаллическую решетку. С повышением температуры увеличивается количество вакансий и они чаще переходят из одного узла в другой. Вакансии играют определяющую роль в диффузионных процессах, протекающих в металлах.

Рис. 1.3. Вакансии в кристаллической решетке

Линейные несовершенства называются дислокациями. Существуют различные виды дислокаций, одним из которых является краевая (линейная) дислокация, сущность которой поясним следующим примером.

Произведем в идеальном кристалле сдвиг на одно межатомное расстояние одной части кристалла относительно другой вдоль какой-либо атомной плоскости на участке ADEF рис. 1.4 а. Как видно, влево сдвинулась только часть кристалла, находящаяся правее ABCD. При таком сдвиге число рядов атомов в верхней части кристалла на один больше, чем в нижней рис. 1.4 б. Плоскость ABCD рис. 1.4 а представляет собой в данном случае как бы лишнюю атомную плоскость (называемую экстраплоскостью) вставленную в верхнюю часть кристалла (АВ, рис 1.4.,б) Линия AD (рис. 1.4, а) перпендикулярная направлению сдвига, являющаяся краем экстраплоскости, называется краевой или линейной дислокацией, длина которой может достигать многих тысяч межатомных расстояний.
Характерным для дислокаций является их легкая подвижность. Это объясняется 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.
Образование дислокаций может происходить в процессе кристаллизации, при пластической деформации, термической обработке и других процессах. Дислокации оказывают весьма существенное влияние на все процессы, протекающие в металлах. Они очень сильно влияют на механические свойства, резко снижая прочность металлов.

Рис.1.4. Краевая дислокация (схемы):

а - образования; б - расположения атомов в плоскости, перпендикулярной линии дислокации AD


Поверхностные несовершенства. Этими несовершенствами являются границы зерен и блоков металла, на границе между зернами атомы имеют менее правильное расположение чем в объеме зерна. Зерна разориентированы относительно друг друга на несколько градусов. По границам зерен скапливаются дислокации и вакансии. Само зерно в свою очередь состоит из большого числа разориентированных на очень небольшие углы (десятые доли градусов) областей, называемых субзернами или блоками рис. 1.5, границы которых представляют собой дислокации, разделяющие зерно на блоки.

Рис.1.5. Макроструктура:

а – излом слитка сурьмы; б – макроструктура сварного соединения.