150231 (621243)

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

Текст из файла

Зміст:

Втуп

1. Дефекти в кристалах та їх класифікація

2. Коливання кристалічної решітки

3. Виникнення дефектів. Кристалізація

4. Точкові дефекти

   1. Вакансії

   2. Центри забарвлення

   3. Іонні кристали

5. Лінійні дефекти

5.1 Дислокації

1. Двовимірні дефекти

   1. Двійкування

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Назва моєї курсової роботи «дефекти в металах і сплавах».

Метали – кристалічні тіла, які характеризуються певними комплексними властивостями (пластичність, електропровідність, ковкість, теплопровідність та позитивний температурний коефіцієнт). Вивчаючи метали, важко не згадати про елементарну кристалічну решітку, яка є найменшим комплексом атомів при багаторазовому повторенні його в просторі можна повністю відновити будову кристалічного тіла.

А дефекти в кристалах є порушення кристалічної структури в реальних монокристалах. Дефекти металів погіршують їх фізико-механічні властивості.

Висока якість металу і виробів з нього, може забезпечуватися двома шляхами: вдосконаленням технології з метою виключення можливості появи дефектів і вдосконаленням методів контролю якості металу з метою виявлення дефектів і відбракування дефектних заготовок, напівфабрикатів і виробів.

Отже, розкриття даної теми є не лише актуальним, але й сучасним, оскільки застосування металів і сплавів є досить поширеним у різних галузях народного господарства. Саме від якості матеріалів залежить і ефективність виробництва.

У розкритті даної теми мені допомогло використання великої кількості літературних джерел.

1. Дефекти в кристалах та їх класифікація

Дефекти в кристалах (від лати. defectus — недолік, вада), порушення періодичності кристалічної структури в реальних монокристалах. У структурах кристалів, що ідеалізуються, атоми займають строго певні положення, утворюючи правильні тривимірні грати (кристалічні решітки). У реальних кристалах (природних і штучно вирощених) спостерігаються зазвичай різні відступи від правильного розташування атомів або іонів (або їх груп). Такі порушення можуть бути або атомарного масштабу, або макроскопічних розмірів, помітні навіть неозброєним оком.

Дефекти металів, недосконалість будови металів і сплавів. Дефекти металів погіршують їх фізико-механічні властивості (наприклад, електропровідність, магнітну проникність, міцність, щільність, пластичність). Розрізняють дефекти металів тонкої структури (атомарного масштабу), наприклад, вакансії і ін., грубіші — субмікроскопічні тріщини, що утворюються по межах блоків кристала і на його поверхні. Ще грубіші дефекти металів — мікро- і макроскопічні дефекти, що є порушеннями суцільності або однорідності, утворюються в металі внаслідок недосконалості технології і низької технологічності багатокомпонентних сплавів, що вимагають особливо точного дотримання режимів на кожному етапі їх виготовлення і обробки.

Дефекти, що зустрічаються в металевих виробах і напівфабрикатах, розрізняються за розмірами і розташуванням, а також за своєю природою і походженням. Вони утворюються при плавленні металу і отриманні виливки (неметалічні і шлакові вкраплення, усадочні раковини, рихлість, газова пористість, плівки і т.д.), при обробці тиском , в результаті термічної, хіміко-термічної, електрохімічної і механічної обробки (тріщини, зневуглецювання і т.д.), в процесі з'єднання металів — при зварці, паянні, клепанні і т.д. (непроварення, непропай, тріщини, корозія і т.д.). Крім того, дефекти в напівфабрикатах і готових виробах можуть виникати при їх зберіганні, транспортуванні і експлуатації (корозійні дефекти і ін.).

За характером дефекти можуть бути: місцевими (різні порушення щільності — пори, раковини, тріщини, розшарування, флокени, та ін.); розподіленими в обмежених зонах (ликваційні скупчення, зони неповного гартування, зони корозійного ураження, місцеве наклепування); розподіленими за всім обсягом виробу або по його поверхні (невідповідність хімічного складу, структури, якості механічної обробки).

Місцеві дефекти, локалізовані в обмеженому об'ємі, можуть бути точковими, лінійними, площинними і об'ємними. По розташуванню вони розділяються на зовнішні (поверхневі і підповерхневі) і внутрішні (глибинні).

Дефектами в прикладному, технічному розумінні слід рахувати такі відхилення від нормальної, передбаченої стандартами якості, які погіршують робочі характеристики металу або виробу і призводять до зниження сортності або бракування виробів. Проте не кожний дефект металу вважається дефектом виробу; відхилення від нормальної якості металу, які не істотні для роботи даного виробу, не повинні вважатися для нього дефектами. Відхилення від нормальної якості, що є дефектами для виробів, що працюють в одних умовах (наприклад, при втомному навантаженні), можуть не мати значення при інших умовах роботи (наприклад, при статичному вантаженні). Якість металу і раціонально виготовленого з нього виробу може бути підвищена при повному виключенні найбільш небезпечних дефектів (тріщин, раковин, розшарувань, флокенів і ін.) і зниженні до деякого мінімуму інших дефектів, що являють меншу небезпеку в конкретних умовах експлуатації даного виробу. Висока якість металу і виробів, що виготовляються з нього, може забезпечуватися двома шляхами: вдосконаленням технології з метою виключення можливості появи дефектів і вдосконаленням методів контролю якості металу з метою виявлення дефектів і відбракування дефектних заготовок, напівфабрикатів і виробів. Контроль якості металу здійснюється методами хімічного, спектрального, рентгеноструктурного і металографічного аналізу, що дозволяють виявити відхилення від заданого складу і структури. Ці методи, як правило, вимагають зняття спеціальних проб металу, які приводять до пошкодження або руйнування контрольованих виробів і тому використовуються виключно для вибіркового контролю їх якості. Надійніший контроль дефектів металу, що є порушенням його суцільності або однорідності, здійснюється за допомогою фізичних методів контролю, який не руйнує заснованих на дослідженні змін фізичних характеристик металу. При остаточному рішенні питання про відповідність якості заготовки або виробу заданому необхідно враховувати не лише кількість, розміри, розташування і характер виявлених дефектів, але і конкретні умови вантаження виробу і окремих його зон в експлуатації.

Крім статичних дефектів, існують відхилення від ідеальних решіток іншого роду, пов'язані з тепловими коливаннями частинок, складових решіток (динамічні дефекти).

2. Коливання кристалічної решітки

Коливання кристалічної решітки, один з основних видів внутрішніх рухів твердого тіла, при якому складові його частини (атоми або іони) коливаються біля положень рівноваги — вузлів кристалічної решітки. Коливання кристалічної решітки, наприклад, у вигляді стоячих або таких, що біжать звукових хвиль виникають щоразу, коли на кристал діє зовнішня сила, що змінюється з часом. Проте і у відсутності зовнішніх дій в кристалі, що перебуває в тепловій рівновазі з навколишнім середовищем, встановлюється стаціонарний стан коливань, подібно до того як в газі встановлюється стаціонарний розподіл атомів або молекул за швидкістю їх поступальної ходи.

Характер цих коливань залежить від симетрії кристала, числа його атомів, типу, а також від виду і концентрації дефектів у кристалах. Зміщення у атомів в процесі коливання тим більші, чим вища температура, але вони значно менші постійних решіток аж до температури плавлення, коли тверде тіло перетворюється на рідину. Сили, які прагнуть утримати атоми в положенні рівноваги, пропорційні їх відносному зміщенню, таким чином ніби пов'язані один з одним пружинками (рис. 1). Представлення кристала у вигляді сукупності частинок, зв'язаних ідеально пружними силами, називається гармонійним наближенням.

У кристалі, що складається з N елементарних комірок по n атомів в кожній, існує 3nN — 6 типів простих коливань, які називають нормальними (або власними) коливаннями, або модами. Їх число рівне числу мір вільності сукупності частинок кристала без урахування трьох ступеней вільності, що відповідають поступальному, і три — обертальному руху кристала як цілого. Числом 6 можна нехтувати, оскільки 3nN — величина ~ 1022—1023 для 1 кристала.

В процесі нормального коливання всі частинки кристала коливаються біля своїх положень рівноваги з однією і тією ж постійною частотою згідно із законом подібно до простого гармонійного осцилятора. У кристалі одночасно можуть бути присутніми всі можливі нормальні коливання, причому кожне протікає так, ніби інші зовсім відсутні. Будь-який рух атомів в кристалі, що не порушує його мікроструктури, може бути представлений у вигляді суперпозиції нормальних коливань кристала.

Кожну стоячу хвилю нормального коливання можна, у свою чергу, представити у вигляді двох пружних плоских хвиль, що біжать, розповсюджуючись в протилежних напрямах (нормальні хвилі). Плоска хвиля, що біжить, крім частоти характеризується хвилевим вектором , який визначає напрям руху фронту хвилі і довжину хвилі , а також поляризацією, яка визначає характер індивідуального руху частинок. У загальному випадку має місце еліптична поляризація, коли кожен атом описує еліпс біля свого положення рівноваги (рис. 2), при цьому нормаль до площини еліпса не співпадає по напряму з .

Еліптичні орбіти однакові для ідентичних атомів, що займають еквівалентні положення в решітці. У тих кристалах, де кожен вузол є центром симетрії, всі нормальні хвилі плоскополяризовані: атоми в будь-якому нормальному коливанні здійснюють зворотно-поступальні рухи біля своїх положень рівноваги.

Дисперсія нормальних хвиль. При кожному значенні існує 3n типів нормальних хвиль з різною поляризацією. Вони нумеруються цілочисельною змінною і називаються гілками нормальних коливань. Для хвиль даного типу величини і не можуть бути довільними, а зв'язані між собою певним співвідношенням , називається законом дисперсії. Наприклад, якщо представити кристал у вигляді сукупності однакових атомів маси т, розташованих на рівних відстанях а один від одного і зв'язаних попарно пружинами з жорсткістю так, що вони утворюють нескінченний ланцюжок і можуть зміщуватися тільки уздовж її осі (рис. 3, а), то елементарна комірка складається з однієї частинки і існує одна гілка частоти нормальних коливань із законом дисперсії:

.

У двоатомного лінійного ланцюжка (рис. 3, б) комірка містить 2 частинки з масами т і М і є 2 галузь з складнішим законом дисперсії (рис. 4):

_, , (M > m).

Пружні хвилі в кристалі завжди володіють дисперсією. Зокрема, їх фазова швидкість, як правило, відрізняється від групової, з якою по кристалу переноситься енергія коливань. Тоді як частота пружних хвиль, що розповсюджуються в безперервному середовищі, необмежено зростає із зростанням , в кристалі завдяки періодичному розташуванню атомів і кінцевій величині сил, що зв'язують їх, існує деяка максимальна частота коливань (зазвичай ~10¹³ гц). Власні частоти можуть не суцільно заповнювати інтервал від до , в нім можуть бути порожні ділянки (заборонені зони), що розділяють дві наступні один за одним галузь. Забороненої зони між сусідніми гілками немає, якщо гілки перекриваються. Коливання, відповідні забороненим зонам і з частотою , не можуть поширюватися в кристалі, вони швидко затухають.

Вплив коливань кристалічної решітки на властивості кристалів. Атоми осцилюють біля положення рівноваги тим інтенсивніше, чим вище температура кристала. Коли амплітуда коливань перевищує деяке критичне значення, настає плавлення і кристалічна структура руйнується. З пониженням температури амплітуда зменшується і стає мінімальною при Т = 0 К. Повна зупинка атомів з перетворенням їх енергії на нуль, через закони, неможлива, і вони при Т = 0 До здійснюють «нульові» коливання. Оскільки енергія «нульових» коливань зазвичай недостатня, щоб тверде тіло розплавилося, то із зниженням температури всі рідини рано чи пізно тверднуть. Єдиним виключенням є гелій, який залишається рідким аж до температури 0 К і твердне лише під тиском.

Кількісною характеристикою здатності кристала запасати тепло у вигляді енергії коливань служить гратчаста теплоємність. Будучи віднесеною до одного атома, вона виявляється приблизно рівною ( — стала Больцмана) при високих температурах (закон Дюлонга і Пті) і пропорційною , коли Т наближається до 0 К.

У металах крім атомів або іонів, є також вільні електрони, які у присутності електричного поля створюють електричний струм. Закони їх руху такі, що вони безперешкодно проходять крізь ідеальний кристал з іонів, що знаходяться в стані «нульових» коливань. Тому опір електричному струму при Т =0 К виникає лише тому, оскільки в кристалах завжди є дефекти, які розсіюють електрони. Проте при температурах Т > 0 К коливання хаотично порушують ідеальну періодичність решітки і створюють додатковий — гратчастий, або фононний, електроопір. Стикаючись з осцилюючими атомами, електрони передають кристалічному остову частину енергії своєї направленої поступальної ходи, яка виділяється у вигляді джоулевої теплоти.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы