Гуляев А.П. - Металловедение 1986 (Гуляев А.П. - Металловедение), страница 7

Различают краевую н винтавую дислокации (рнс. !3), Краевая дмслокация представляет собой границу неполной атомной плоскости (экстра- плоскости). Винтовую дислокацию можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой. Если в идеальной решетке провести контур (контур Бюрвврсо) вокруг любого, произвольного места, т. е. отложить определенное число параметров решетки вокруг этого места, то контур Бюргер са сомкнется. Как видно нз рнс. 13 в реальной решетке, содержащейднслокацин, контур Бюргерса не сомкнется, т.

е. число пара- Рнс. !3. Црввааа (в) в вниеаивв !61 дмвоквавв в крвсгввакческоа рвмвгкв метров решетки по рвзяые стороны дислокации будет отличаться на величину Ь, которая называется ввкяюром Бюргвдса. Для краевой двслонации вентор Бюргерса перпендикулярен линии дислокации (вектору О, а для винтовой параллелен. Пвоскость, проходящая через векторы Ь н 1 называется плоскостью скольжения. В кристаллак встречаются н тая называемые смешанные дислокации, у которык - ° .в угол между Ь н ( произвольный. Дислокации не могут обрываться внутре кри.

сталла — они должны быть либо замкиутымн, либо выходить иа поверхность кристалла. Плотность дислокаций, т. е. число линий дислокаций, пересекающих внутри металла площадку в 1 сма, составляет 1Оз —: 10в в наиболее совершенных монокристаллах до 10'э в сильно деформированных металлах. Дислокации создают в кристалле вокруг себя поля упругих напряжений, убывающих обратно пропорционально расстоянию от них. Упругая энергия, обусловленная полем напряжений, диглокацнй. пропорциональна Ьэ.

Наличае упругих напрюкеиий вокруг дислокаций приводит к нх взаимодействию, которое зависит от типа дислокаций н их векторов Бюргерса. Под действием внешних напряжений дислокации двигаются (скользят), что определяет дислокационный механизм пластической деформации. Перемещение дислокации в плоскости скольжения сопровождается разрывом и образованием вновь межатомных свямй только у линии дислокации (рис. 14), поэтому пластическая деформация может протекать при малых внешних напряжениях, гораздо меньших тех, которые необходимы для пластической деформации идеального кристалла путем разрыва всех межатомных связей в плоскости скольжения.

Обычно дислокации возникают при образовании кристалла из расплава. Основным механизмом размно. щения дислокаций при пластической деформации являются так называемые источ. ники Франка-Рида. Ото отрезки дислокаций, закрепленные на концах, которые под йй действием напряжений могут прогнбаться, испуская прн атом дислокацнн, н вновь восстанавливаться, Так как пластическая деформация в крнсталлнческнх телах осуществляется движенкем днслокацнй з, то упрочненне металла может быть до- ~й Ей ЕДЕШЬ Рнс. 1З.

Диспоквннн в мергвнневоз стеля (смято в просвечнввмщем влектроннам мнкроскапем о — отдельные днслоквпнн; б — плоское скопленне днслокеннз; е — Лмслоненнн спяетення: г — яченстея дмслоквмноннея структура К 20 000 стнгнуто путем создания препятствий для нх продвижения. Обычно упрочненнос состояние достигается прн вззнмодействнн дислокаций друг с другом, с атомами прн. месей н частицами другой фазы. Днслокацнн влияют не только на прочностные н 3 В ряде случаев кристаллы деформируются даойннковзннелг (гм. Вглгг) йй пластические свойства металлов, но также н на нх фнзяческне своАства (увеличи. вают элекгросопротивление, скорость диффузии я т. д.).

Волыпинство методов прямого наблюдения днслонацнА основано на регистрации создаваемых ими в решетке искажений. В результате этого изменяется травимость поверхности кристалла, уело. вня дифракции рентгеновских лучей н электронов. На рис. 15 показаны изображения дислокациА в сплавах, полученные в просвечивающем электронном микроскопе. Под поверхностными (двумерными) дефектами понимают такие нарушения в кристаллической решетке, которые обладают большой протяженносгью в двух измерениях и протяженностью лишь в нескольких межатомных расстояниях в третьем измерении. К ним относятся дефекты упаковки, двойниковые границы, границы зерен и Рес.

И. Деэеетм упаковки з неэгаеегееа стала: е — еаееычяме: а — екоеаееее. хэо Ооз внешние поверхности кристалла. Под дефектами упаковки подразумевают локальные изменения расположения плотноупакованных плоскостей в кристалле. Например в г. ц. к. решетяе плотноупакованяые плоскости (111) расположены так, что каждый четвертый слой находится в той же позипли, что н первый. Однако изменение чередования плоскостей (1! !) таким образом, что каждыА третий слой будет повторяться, т.

е. атомы будут располагаться в тех же позициях, н приведет к образованию дефекта упаковки. Дефект упаковка не создает, подобно точечным нли линейным дефектам поля упругих напряжениА, однако обладает энергиеА, которую обычно относят к единице площади. Для алюминия эта энергия составляет 2 !О з Дж/сма, для меди 0,4 з Дж/смз. Изобрюкення дефектов упаковки в электронном микроскопе показаий на рис. !6.

Одним из видов дефектов являются так называемые двойники. Двойникованием, т. е. образованием двойников, называют симметричную переориентацию областей кристаллической решетки (рис. 17). Решетка внутри двойниковой прослойки является зеркальным отображением решетки в остальной части кристалла. Обычно деформация, двойникованием протекает в тех случаях, когда деформация скольжением, т. е. путем движения дислокаций, затруднена. Электронно- ай микроскопическое изображение двойников показано на рис.

18. Исследования строения металлов показали, что зерна в полн- кристаллах не являются монолитнымн, совершенными монокристзл- Ркс. 17. Дееоркаккя скольагевке» (а) в ввовввкоааивев (б) Рве. 10. Дворвякв отагяга (е) ° аеаорваввоввые. Х)0 000 (б) лами, а состоят из отдельных, так называемых субзррря (блоков), повернутых одно относительно другого на малый угол. Границы субзерен и зерен в металлах принято разделять на ма (оугловые (угол разориентнровки менее 5') и больше- угловые (более б'). Малоугловые границы наблюдаются, как правило, между субзернами и имеют дислокационное строение (рис. 19).

В простейшем случае малоугловую границу можно представить с помощью ряда параллельных краевых дислокаций. Структура большеугловых границ более сложная. К объемным (трехмерным ) дефектам относятся такие, которые имеют размеры в трех измерениях: макроскопические трещины, поры и т. д. Рвс.

нк Дясвокаквоввое строевве калоргловоа тра викк 3! 6. Анизотропня свойств крясталлов Рассматривая различные плоскости, например в о. ц. к. решетке, можно легко заключить, что они заполнены атомами с различной плотностью. Так, в заштрихованном явадрате (рнс. 20, и) о. ц. к. решетян центры атомов располагаются по вершинам.

Посяольку каждый нэ этих атомов принадлежит одновременно четырем квадратам, на долю каждого квадрата с площадью пз прнходнтся полностью одни етом. В заштрихованном прямоугольнике той же решеткн на площадь оз )г й (рнс. 20, б) приходятся два атома, а на долю каждого атома в площадь ае)1ю2, что меньше площади пе, т. е. на этой плоскости атомов расположено больше. 1О! Ркс. Хе. Пиоскосгв и рмисгко объсииопситрпроисииого куба Рис. ть Модель. покссмисющси испсисикс прсдсии прочности крвстелли поди ° испи. самости от испрсиисиеи приложении нагрузки Свойства отдельно взятого кристалла (монокристалла) по данному направлению отличаются от свойств в другом направлении (рис.

2)) и, естественно, зависят от того, сколько атомов встречается в атом направлении. Различие свойств в зависимости от направления испытания носит название анизотроиии. Все кристаллы аннзотропны. Реальный металл состоит из многих кристаллов; размер каждого кристалла измеряется долями миллиметра, и поэтому в ) смз металла содержатся десятки тысяч кристаллов. Произвольность ориентировки каждого кристалла приводит к тому, что в любом направлении располагается примерно одинаковое количество различно ориентированных кристаллов.

В результате получается, что свойства такого поликристаллического тела одинаковы во всех направлениях, хотя свойства каждого кристалла, составляющего зто тело, зависят от направления. Это явление называется клазиизолтропием (ложная изотропия). 7. Методы изучения строения металлов Для ксследованяя внутреннего строения (структуры) ьмталлов н сплавов, а также вх поверхности применяются самые разнообразные методы, подавляющее большннство которых основано на физических прннцкпах. Как правило, нзученне строения металлов н сплавов начинается с помацью наиболее простого п широко распространенного в яаучных н заводских лабораторвях метода — световой мвкроскопнк (часто этот метод называют мнпьалографяче.

22 скнм, хотя это понятие в прянцнпе более широкое). Методом световой мнкроскопин научают размеры, форму, вэанмное расположенне кристаллов (зерен), достаточно крупные включения в ннх, некоторые дефекты кристаллического строения (дзойннкн, днслокацнн). Так как все металлы — вещества непрозрачные (для внднмого света), то форму крястзллов, а также их размер и взаямное расположение научают на спецнально нзготазлнваемых микрошлнфах.

В этом случае делают разрез металла в плоскости, интерес>ющей исследоэателя. Затем полученную плоскость шлифуют н полируют до зеркального состояния. Чтобы выявить структуру, следует создать рельеф нли окраснть в разные цвета струнтурные составляющие, что достнгается обычно химическим травленяем. При травленнн кислота в первую очередь воздействуег нз границы зерна, как места, имеющие наиболее дефектное строение н которые в травленом шлифе станут углублениями; свет, падая ка ннх, будет рассеиваться, н в поле зрения микроскопа онн будут казаться темными, а тело зерна — светлым (см. нс.

!1, б). ля рассмотрення мнкрошлнфов прн нсследованнн микроструктуры металлов прнменяют специальные микроскопы, в которых луч от нсточняка света, отражаясь от шлнфа, проходит через объектив н окуляр г, давая соответствующее увеинченне.

На рнс. 11, б прнведена струхтура металла прн увеличении в 200 раз, так назы. вэемая лияросшрухтура. Иногда требуется рассмотреть более грубые детали структуры — конгломераты отдельных более нлн менее однородных зерен н т. д. В этом случае после глубокого травления шлиф рассматривают глазом (нлн прн помощи лупы). Выявленная такам образом структура называется лаяросврулшуроб (а шлнф — макрошлнфом). Однако оптический мнкросяоп не является аппаратом, который может оба)аружить крнсталляк любого размера. Как известно нз оптики, разрешающая способность микроскопа ез л з>п ф где б — разрешающее расстояние; д — длина волны; л — показатель преломления среды между объективом н предметом; ф — отверстный угол объектнва.