строение (557054), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Полная энергия рассчитывается интегрированием упругой энергии по всему объему между г, (радиусом ядра дислокации, г, ж ЗЬ, порядок 10-' м), и радиусом кристалла г (- 10-' м). Энергия единицы длины краевой и винтовой дислокации определяются по формулам: бьа Ойа Ек= 1и (г/ге); Ев = — !и (г/га). (2) 4«с (! — р) 4н //овврхиостныг (двух«врныв) дефекты, К ним можно отнести: свободную поверхность кристалла; внутреннюю граничную поверхность, образующуюся между кристаллитами той же фазы, отличающимися взаимной ориентацией (границы зерен, блоков, фрагментов, двойников) и между кристаллитами с различной структурой (межфазные границы).
Наличие внутренних граничных поверхностей существенно влияет на такие свойства, как прочность, пластичность, хрупкость, ползучесть, возникновение трещин и коррозию. ' Излагаи»тса наиболее распространенные трактовки. е! Рнс. !9. О ! . Островновая модель высакоуглавой границы. атомы Белые кружка — вакаясня, яер рные— Р /Р» Ж» Ю уууо гуе ЛГо .1 .1 ! 1 ! 1 .1 ! 1 .ь ! 1 ь ь ~О ООО Рнс. 29. Модель ядер днслокацнй Ряс. »Ь Двойккковая граввца Для объяснения структуры гра зе на ши аницы ные п р роко используются дислокаци ц онп редставления, поскольку границы з редставляют собой определенное состояние .1. структурного несоответствия.
В зависимости от величины угла разориентировки 8 (см. рис. 18) различают мало-, средне- и высокоугловые границы. Малоугловая граница (6 = 0,3 ... 4') представляет собой вертикальную группнровл. ку (стенку) из одинаковых и параллельных краевых дислокаций. С увеличением угла разориентации уменьшается расстояние между дислока и [ = ( з!п О/2)), что эквивалентно уве- личению плотности р дислокаций (р = !/й). .ь При этом трудно различить отдельные дислокации. При 8 = 5... 10' границы считают среднеугловыми, а при 8 )1О' — выРнс. 1В. Малоугловая СОКОуГЛОВЫМИ. гРаница раадела Высо ысокоугловые границы. Островковая мо дель границы предполагает наличие на ней «островков» хорошего соответствия решеток обоих б границу зе ен, ок р, руженных областями плохого соответствия. Эти области разориентацни состоят из линейных систем вакансий, а- положенных в плоскости гра- м вакансий, расницы (рис.
19). Ф Дальнейшим развитием ОООО О О ОООО О О О островковой модели высоко- ФО ФФФ ЭФО Ф $$ ФЭО Э угловых границ на основе ОФ $$ $$ О $ $ Ф $$ О применения дислокационных О Ф Ф Ф Ф Ф О Э Ф Э Э Ф О 0$$$$$0$$$$$0 $0$$$$$0$$$$$0$ ООООООООООООО Ф представлений являются модели ядер дислокаций (рис.
20) и мест совпадения (рис. 21). Ядром дислокации называют область с несовершенной кристаллической структурой, условно заключенную в цилиндр, осью которого является край экстраплоскости А — см. рис. 17, а. Согласно первой модели ядро дислокации сохраняет свою индивидуальность при условии пго/Ь .,1, где го — начальный радиус ядра дислокации (гв = Ы2). При про/Ь = 1 цдра соприкасаются и образуют непрерывный слой, становящийся «ядром» (пористостью) границы (см. рис. 20).
Модель мест совпадения предполагает, что два зерна, образую- иметь щие границу и разориентированные на определенные углы, б значительное количество атомов, расположенны на общей трехмерной «сверхрешетке» с большими размерами ячеек, чем кристаллическая решетка данного металла. Примером такой высокоугловой границы является двойниковая граница (см. рис. 2!). Энергия такой когерентной двойниковой границы невелика и составляет 3...
10 % от энергии любых .произвольных границ зерен в металле. Двойники могут возникать, например, во время роста кристали лов (двойники роста), при механическом воздействии (деформц онные двойники), а также в процессе рекристаллизации. По- аскольку когерентные границы (сопряженные границы с высокой степенью совпадения) имеют малую энергию, они с трудом выявляются травлением. 5 5. Диффузия и ее закономерности Внутреннее строение твердого тела не является чем-то статичным, неподвижным, а изменяется во времени вследствие скачкооб азного перемещения атомов. Такие перемещения обусловлены тем, что атомы находятся в состоянии постоянного хаотического колебания около положения равновесий (в кристаллах — вокруг воображаемых узлов кристаллической решетки с частотой — !019 с — 11 — ). Согласно статистической теории распределения атомов по энергиям, термодинамически возможен переход части атомов из одного равновесного положения в другое равновесное (либо метастабильное) положение, поскольку в результате столкновений с соседними атомами эта статистически важная доля атомов приобретает на время (- 10 —" с) необходимую для преодоления энергетического барьера (ЬЕ или АЕ1 на рис.
22) кинетическую энергию. На рис. 22 схематически представлена зависимость потенциальной энергии атома от положения его в кристаллической решетке. Положения атомов в узлах кристаллической решетки (1, 2) характеризуются как равновесные (стабильные), поскольку соответствуют минимуму потенциальной энергии (Е ~). Атомы, занимающие смещенные относительно узлов кристаллической решетки поло- е жения (3), находятся в й неравновесном (метаста- З бильном) состоянии, так как обладают повышенной потенциальной энерф~ ь' и) ~ гней, равной кинетичес- 6 кой энергии, затраченной на это смещение,— энергии образования дефекта ЛЕ,. Для перехо- 1 г да атома из одного стаПазгазгшгие етама г) лежтчшии бильного положения (1) в другое стабильное парис. 22.
Заэнсимость потенциальной энергии атома от положения его а кристаллической решетке: ложение (2) необходимо ЬŠ— энергетический барьер дои перекода атома из ПрводоявтЬ ЭНЕРГЕТИЧЕС- одного стабильного положения (2) а другое стабильное ()) иии метзстабильное (3) поношение; ье, — КИИ баРьеР ОЕ ВЕ")И энергия образоаания дефекта; ЕЕ, — энергетический ЧИНЫ ЭНЕРГнй Обраэанабарьер дая перехода атома иэ метастабиаьного (П а стабильное (2) поиожеиие ния дефекта АЕ) и энер- гетического барьера ЛЕз для перехода атома из метастабильного (3) в стабильное (2) положение зависят от величины смещения метастабильного атома от равновесного состояния.
Процесс переноса атомов мапалла в твердом (или жидком) теле, Обусловленный их тепловым движением и Осущесп(вяленый перемещением скачками индивидуальных атомов (некооперативным перемещением), называют диффузией. То есть диффузию в кристаллах можно определить как миграцию атомов в кристаллической решетке. Элементарный акт диффузии состоит в скачке атома на расстояние, соизмеримое с межатомным.
При наличии какого- либо градиента (концентрации, напряжения, температуры) перемещение атомов приобретает направленность в сторону, уменьшающую этот градиент, так как появляется движущая сила (разность свободных энергий), стремящаяся привести систему в равновесие (с минимумом свободной энергии), в частности выравнить концентрацию, напряжения, температуру. Таким образом, направленность перескоков единичных атомов вызывает макроскопический диффузионный перенос вещества, который может быть значительно ускорен повышением температуры за счет увеличения теплового движения атомов, приводящего к их дополнительной активации.
Перемещение атомов приводит к изменению строения металлов, к появлению одних и исчезновению других дефектов кристаллического строения, образованию и росту пор, трещин или их залечиванию. Процессы диффузии очень распространены и лежат в основе многих структурных и фазовых превращений, наблюдаемых в металлах и сплавах (рост зерна, перекрнсталлизацня, выделение, коагуляция н растворение частиц дисперсных фаз, образование 34 примесных атмосфер, се- О О О О О О (1 О О О грегаций, промежуточных О(~(~~ О О О,ЛЭ)О О фаз и т.
д.), Поэтому О О О О (ш" О процессы диффузии име- О'~тООООО ОООООООО( ) ют большое практическое О значение. Ее закономерности лежат в о'нове мно О О О О О О г "О О ( гих важнейших техноло- О айй О О О~~-~ () 1О гических процессов полу- О) ~(ДЕц О О О' ("ГгО,е( 1 О чения и обработки метал- ( О О О О ОУО О лов и сплавов (кристал- О О О О О О О О О О лнзация, спекание метал- Ф Ф' ЛИЧЕСКИХ 'ПОРОШКОВ, тЕр- рн 22 М аннзмы перемегцеаин атомов э криМИЧЕСКая И ХИМИКО-тврМИ- стааиической решетке металла: а — кольцевой; б — обменный: а — эакансиои. ДИЧ' ный с — межузеиьиый фузионная сварка, нанесение покрытий и др.).
Различают самодиффузию и гетеродиффузию. Перемещение атомов основного вещества в собственной кристаллической решетке при отсутствии градиента концентраций называют самодиффузией, а диффузию инородных атомов (примесей, легирующих элементов„ атомов окружающей среды или контактирующего металла) при наличии градиента концентрации — гетеродиффузией. Гетеродиффузия в твердых растворах проходит с изменением градиента концентрации. Если гетеродиффузия сопровождается возникновением новых фаз, ее называют реакционной диффузией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
