1 (519212), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

в) объемные дислокации

• микротрещины

• микропоры (возникают из-за слияния нескольких вакансий)

• газовые пузырьки и т.п.

ВЫВОД: наличие деформаций в кристалле сильно изменяет его свойства.

Роль дислокаций в формировании кристалла.

Дислокации облегчают сдвиг атомных плоскостей, создавая эффект «бегущей волны».

У силия перемещения дислокаций смещение атомных плоскостей на один атомный порядок.

В результате усилия по деформации уменьшаются.

1. Общее количество дислокаций в кристалле велико.

2. Под действием усилия дислокации не только двигаются но и возникают.

Под действием значительной пластической деформации число дислокаций может сильно возрасти они мешают движению друг друга возникает дислокационная структура кристалла, которая называется «лес дислокаций » явление упрочнения (см. диаграмму).

1. Упругое деформирование (дислокации неподвижны)

2. Пластическое деформирование (движение дислокаций)

1. Упрочнение (возникновение «леса дислокаций»)

Кривая Одинга

Выражает зависимость σ_в (предел прочности) от количества дислокаций (n, [1/мм³]).

n = 0 – идеальный кристалл

Кристаллизация

• переход из жидкого состояния в твердое с образованием упорядоченной кристаллической решетки.

В дальнейшем будем рассматривать только из расплавов.

Кристаллизация

самопроизвольная несамопроизвольная

Самопроизвольная кристаллизация – кристаллизация, происходящая при понижении температуры за счет естественных механизмов.

Несамопроизвольная кристаллизация – кристаллизация, происходящая в особых условиях (с добавлением специальных веществ, которые называются модификаторы).

При анализе кристаллизации используется термодинамический подход, т.е. вещество рассматривается как система, без рассмотрения поведения отдельных атомов.

Самопроизвольная кристаллизация.

Энергетические условия.

1. Т (термодинамическая) - температура [K]

2. U [Дж/кг] – полная внутренняя энергия системы (удельная)

3. S [Дж/кг] – энтропия – мера упорядоченности системы

ds = dq/dt, q – количество теплоты

1. F_св.= U-TS – свободная энергия системы – часть полной внутренней энергии системы, которой система может обмениваться с окружающей средой без изменения своего агрегатного состояния.

Принцип минимума свободной энергии.

При заданной температуре вещество будет стремиться перейти в то агрегатное состояние, свободная энергия которого минимальна.

Т₀ – теоретическая температура кристаллизации – температура, при которой уровень свободной энергии жидкой и твердой фазы одинаков.

Т_д – действительная температура кристаллизации

ΔТ = Т₀ – Тд - степень переохлаждения.

Механизм самопроизвольной кристаллизации.

1. Число центров кристаллизации Ч.С. [1/мм *с]

• количество зародышей кристаллизации, или центров, образовавшихся за 1 секунду.

1. Скорость роста кристаллизации, скорость роста [мм/сек]

• 1
  объема в секунду.

Т1-малая степень переохлаждения (число зародышей мало С.Р.0)малое количество кристаллов успеет вырасти до большого размера.

Т2-большая степень переохлаждения (число зародышей велико: С.Р. тоже большая).

От размеров и формы кристаллов очень сильно зависят свойства материалов. Мелкие кристаллы – твердость и прочность повышаются, а пластичность уменьшается. Крупные кристаллы – твердость и прочность уменьшается, а пластичность увеличивается.

Степень переохлаждения можно измерить за счет изменения скорости охлаждения.

Vохл1<Vохл2Т1<Т2

Управление процесса кристаллизации возможно только для малых объемов.

При образовании зародышей крист. происходит 2 противоречащих процесса:

1. Fсв.  Vзар.

2. Fсв. За счет возникновения поверхности раздела между кристаллами и жидкостью устойчивым будет только тот зародыш, для которого

Fсв. > чем Fсв.

Критический размер зародышей.

При Т<Т образование зародышей (центров кристаллизации) образовывается двумя способами:

1. Снижение уровня свободной энергии пропорционально объему зародыша.

2 .

r_кр. –минимальный

размер зародыша кристалла дальнейший рост, которого сопровождается уменьшением свободной энергии.

r_кр.2>r_кр.1

r₂>r₁

Критический размер зародыша зависит от температуры. Чем ниже действительная температура кристаллизации, тем меньше критический размер зародыша.

Несамопроизвольная кристаллизация.

Несамопроизвольная кристаллизация – это кристаллизация, происходит под влиянием веществ, оказывающих действие на размер и форму кристалла. Такие вещества называются модификаторы, а сам процесс называется модифицированием.

Модификаторы

Основы теории сплавов.

Сплав – это вещество, состоящее из двух или более химических элементов, по крайней мере, один из которых металл.

Компоненты сплава – это химические элементы, из которых сплав состоит.

В дальнейшем будем рассматривать только двухкомпонентные сплавы, хотя существуют сплавы из большего количества компонентов.

Типы кристаллов в сплавах:

Основные причины, приводящие к возникновению разных типов кристаллов:

1) У основных металлов разных типов кристаллическая решетка при разных температурах различна.

1. Разная растворимость 2-ого компонента в разных кристаллических решетках, при разных температурах.

3) Возможность различного взаимодействия, между атомами основных металлов и атомами 2-ого компонента.

Типы кристаллов:

1. Твердые растворы:

а) внедрения – структура, в которой атомы основного металла образуют собственную кристаллическую решетку, а атомы 2-го компонента располагаются в межатомных промежутках кристаллической решетки.

Твердые растворы внедрения ат. раств. должны иметь малый атомный радиус.

б) замещения – структура, в которой атомы растворимого вещества замещают атомы основного металла в узлах кристаллической решетки.

Пример:

Cu+Au

Твердые растворы - вещества непостоянного состава.

1. Химические соединения - сложная кристаллическая решетка, в которой атомы обоих компонентов располагаются в узлах и связаны друг с другом хим. связью.

Особенность: как правило, это:

1. Соединение типа Ме + не Ме

2. Вещества с постоянным химическим составом

1. Интерметолидные соединения.

Ме + Ме

Сложная кристаллическая решетка, химическая связь между атомами.

Особенность:

Кристалличесткая решетка может служить основой для твердого раствора (т.е. содержит атомы твердых растворов).

Правило Гиббса.

Степень свободы - термодинамический параметр, изменение которого не приводит к изменению фазового состава системы. (изменение числа фаз)

Фаза - часть системы (вещества), ограниченная поверхностью раздела при переходе через которою скачком меняется строение, химический состав, или свойства:

а) f-число фаз; f=1.

б
) f=2

в) f=2

Изменение фазового состава системы может происходить в результате изменения следующих термодинамических параметров:

а) Т-температура =var.

б) Р-давление Const

в)  - химический состав const

Для большинства процессов, происходящих в сплавах, химический состав  и давление Р остаются постоянными.

Все изменения происходят за счет изменения Т.

Правило Гиббса – связывает число степеней свободы, число компонентов и число фаз системы.

• 1) c=0 Два возможных варианта (результата)

• 2) c=1

Где С – число степеней свободы

К –число компонентов

F –число фаз

С=0  Не один параметр не может изменяться без изменения фазы состояния Т=const

С=0  Без изменения фаз состояния меняется только 1 термодинамический параметр Т=var.

Кристаллизация чистого вещества.

1)

Д ва компонента, неограниченно растворимых друг в друге.

2)

Кристаллизация сплавов компонентов.

Неограниченно растворимы друг в друге в твердом состоянии. Происходит при переменной температуре в заданном диапазоне температур. При этом для каждой температуры из этого диапазона соотнош. между количеством жидкой и твердой фазы является строго определенным.

1. Кристаллизация сплава компонентов нераств. друг в друге в твердом состоянии.

К=2

Для таких сплавов кристаллизация идет в два этапа:

1. Образование кристаллов одного из компонентов, является избыточным по отношению к некоторому строго определенному химическому составу сплава данных компонентов.

2. При этом определенном химическом составе сплава происходит одновременная кристаллизация компонентов А и В. Этот состав является физической константой для данных пар компонентов.

Структура, образующаяся при кристаллизации, называется эвтектика и представляет собой мелкодисперсную смесь кристаллов.

Температура плавления сплава данной пары компонентов также является физической константой.

Характеристики

Список файлов лекций