На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Дефекты кристаллических решеток

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 18.07.2012. Сдан: 2011. Страниц: 6. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Дефекты кристаллических  решеток.
Дефекты: точечные, линейные, поверхностные, объёмные. Точечные: внедрение, вакансия, вызывают искажения. Линейные: дислокации, определяют высокую пластичность материала, эффект имеет длину. Поверхностные: границы  зёрен, резко повышают пластичность и снижают прочность материала. Объёмные – порог в металле, дефекты  имеют объём.  

Из термодинамики  Дефекты известно, что всякая система  стремится к минимуму свободной  энергии (F), где F является разностью  между внутренней энергией системы U и связанной энергией системы  ТS. F = U - TS  
Поэтому появление  в кристаллической решетке дефектов может оказаться энергетически выгодным.
Все дефекты  кристаллической решетки принято  делить на две большие группы: геометрические дефекты и энергетические дефекты. При появлении в решетке геометрических дефектов кристаллическая решетка локально искажается. При наличии энергетических дефектов атомы остаются на своих местах, но энергия одного или группы атомов оказывается повышенной.
Точечные дефекты  решетки
К ним относятся  атомы инородных элементов (легирующих элементом или примесей), межузельные атомы (атомы основного элемента, по каким-либо причинам покинувшие узлы кристаллической решетки и застрявшие в междоузлиях), вакансии или не занятые атомами узлы кристаллической решетки. При наличии в кристаллической решетки вакансии атом может перескочить из узла решетки в вакантное место. Тем самым вакансия смещается, и процесс диффузии можно описывать как последовательное перемещение атомов или как движение вакансий. Атом выходит на поверхность кристалла, и образующаяся вакансия мигрирует (перемещается) в глубь кристалла. Появление в кристаллической решетке дефектов приводит к смещению некоторых ионов из равновесных положений, и дифрагированные волны становятся некогерентными. С ростом температуры концентрация вакансий растет, а, следовательно, увеличивается удельное электросопротивление.  

Деформация происходит путем послойного смещения одной  части кристалла относительно другой.
Под действием  механических напряжений атомы в  узлах кристаллической решетки  одновременно смещаются вдоль плотноупакованных плоскостей в плотноупакованных направлениях. Это обстоятельство позволяет предположить, что в металлах имеются легко подвижные дефекты - дислокации.
Согласно этой модели, в кристалле имеется оборванная плоскость - экстраплоскость. Вблизи обрыва экстраплоскости остальные плоскости кристаллической решетки изгибаются. Таким образом, вблизи края экстраплоскости кристаллическая решетка искажена. Величина искажений кристаллической решетки быстро снижаются при удалении от края экстраплоскости, но сохраняется при движении вдоль линии обрыва. Поэтому такую дислокацию называют краевой.
Материалы с  плотноупакованными кристаллическими решетками - металлы - обладают высокой пластичностью.
 Поверхностные  дефекты кристаллической решетки.
К поверхностным  дефектам решетки относятся дефекты  упаковки и границы зерен.


Обозначим первый слой атомов буквой А. Для создания следующей плотноупакованной плоскости  необходимо поместить атомы во впадины между атомами первого слоя. Как видно из рисунка 17, имеются два вида впадин: впадины типа В и впадины типа С. Очевидно, что одновременно во впадины обоих типов атомы расположить невозможно. Предположим, что второй слой атомов расположен во впадинах типа В, обозначим этот слой атомов В. Третий слой атомов можно расположить либо во впадины, совпадающие с центрами атомов первого слоя, либо во впадины второго типа не совпадающие с атомами первого слоя. В первом случае получается чередование слоев:
АВАВАВАВАВАВАВАВАВ...,
Во втором случае чередование слоев типа:
АВСАВСАВСАВСАВСАВС...,
Чередование слоев  типа  АВАВАВ  типично для гексагональной плотноупакованной решетки, чередование  слоев типа АВСАВСАВС – для  гранецентрированной кубической решетки.
При нарушении  чередования слоев внутри одной  решетки появляется прослойка другой решетки: АВСАВСАВСАВАВСАВС. При этом кристаллическая решетка искажается, и ее энергия возрастает.
Появление дефектов упаковки связано с движением  частичных дислокаций. Как отмечалось выше, при появлении дислокаций кристаллическая  решетка искажается, и энергия  системы возрастает на величину, пропорциональную квадрату вектора Бюргерса Е~|b2|. Поэтому дислокации могут расщепляться на две частичные дислокации, bab/2 +b/2. Это ведет к снижению энергии упругих искажений решетки вокруг дислокаций |b/2|2 +|b/2|2 <|b|2.
При движении обычной полной дислокации атомы  последовательно становятся из одного равновесного положения в другое, а при движении частичной дислокации атомы переходят в новые положения, нетипичные для данной кристаллической решетки. В результате в материале появляется дефект упаковки.
Поэтому материалы  с низкой энергией дефекта упаковки прочнее материалов с высокой  энергией дефекта упаковки. 

Наиболее  важными поверхностными дефектами являются большеугловые и малоугловые границы.
Границы между  зернами называются большеугловыми, так как соответственные кристаллографические направления в соседних зернах образуют углы в десятки градусов. Каждое зерно, в свою очередь, состоит из субзерен или блоков.
Субзерно представляет собой часть кристалла относительно правильного строения. Границы субзерен представляют собой стенки дислокаций, которые разделяют зерно на отдельные субзерна или блоки.Угол взаимной разориентации между соседними субзернами невелик, поэтому такие границы называются малоугловыми. На малоугловых границах также скапливаются примеси. 

К энергетическим дефектам решетки относятся: дырки - дополнительно ионизированные ионы, дислоцированные электроны, пары электрон-дырка или экситоны (возбужденные атомы), фононы-кванты колебаний кристаллической решетки.
      1
Появление любых  точечных дефектов ведет к снижению электросопротивления материалов с ионной связью.
В материалах с  ковалентной связью присутствие  вакансий приводит к обрыву ковалентной  связи и появлению на валентной  оболочке атома неспаренного электрона. Наличие неспаренных электронов энергетически невыгодно, и атом теряет его. Таким образом, в материале появляются два носителя заряда: отрицательно заряженный свободный (делокализованный) электрон и положительно заряженная дырка. Следовательно, увеличение концентрации вакансий ведет к падению удельного электрического сопротивления материалов с ковалентной связью.
Плотность дислокаций - суммарная длина всех линий дислокаций в единице объема. При холодном пластическом деформировании плотность дислокаций возрастает. Попытка увеличить плотность свыше 1012 см-2 быстро приводит к появлению трещин и разрушению металла. Дислокации появляются при кристаллизации, плотность их большая, поэтому они значительно влияют на свойства материалов. Дислокации наряду с другими дефектами участвуют в фазовых превращениях, рекристаллизации, служат готовыми центрами при выпадении второй фазы из твердого раствора. Вдоль дислокаций скорость диффузии на несколько порядков выше, чем через кристаллическую решетку без дефектов. Дислокации служат местом концентрации примесных атомов, в особенности примесей внедрения, так как это уменьшает искажения решетки. Примесные атомы образуют вокруг дислокации зону повышенной концентрации-так называемую атмосферу Коттрелла, которая мешает, движению дислокаций и упрочняет металл.
Особенно велико влияние дислокаций на прочность  кристаллов. При значительном увеличении плотности дислокаций и уменьшении их подвижности прочность увеличивается в несколько раз по сравнению с отожженным состоянием
В полупроводниках  дислокации влияют на электрические  и другие свойства, снижают электрическое  сопротивление, уменьшают время жизни носителей. Значение дислокаций особенно возрастает в микроэлектронике, где применяются тонкие пленочные кристаллы, и дислокации играют роль тонких проводящих каналов, вдоль которых легко перемещаются атомы примеси.
Объёмные  дефекты кристаллической решетки.
К объёмным, или  трехмерным дефектам кристаллической  решетки относятся трещины и поры. Наличие трещин резко снижает прочность как материалов на металлической основе, так и неметаллических материалов. Это связано с тем, что острые края трещин являются концентраторами напряжений. Важно отметить, что при одинаковой геометрии трещин пластичность металлических материалов остается выше, чем неметаллических. Природа этого различия состоит в том, что в металлических материалах в области концентрации напряжений облегчается генерация дислокаций, и пластическая деформация материала приводит к затуплению трещин. В неметаллических материалах кристаллическая решетка упакована неплотно, подвижность дислокаций невелика, следовательно, затупление острых краев трещин за счет пластической деформации невозможно.
При появлении  в материале дырок и дислоцированных  электронов проводимость диэлектриков и полупроводников возрастает. В металлических материалах существование дырок невозможно, поскольку свободные электроны моментально заполняют их. При поглощении ионом энергии, достаточной для отрыва электрона и образования дырки, но недостаточной для переноса электрона на относительно большое расстояние от дырки, возникает пара электрон-дырка, или экситон. Экситоны электрически нейтральны, поэтому их движение не приводит к переносу заряда, однако перемещение экситонов ведет к переносу энергии. При взаимной аннигиляции дырки и электрона выделяется квант электромагнитной энергии, который, поглощаясь каким-либо ионом, вновь приводит к образованию экситона. Поскольку в состав экситона входит свободный электрон, то при появлении в кристаллической решетке экситонов прозрачность кристалла для электромагнитного излучения падает. 

Идеальная кристаллическая  решетка представляет собой многократное повторение элементарных кристаллических ячеек. Для реального металла характерно наличие большого количества дефектов строения, нарушающих периодичность расположения атомов в кристаллической решетке. Эти дефекты оказывают существенное влияние на свойства материала. 
Различают три типа дефектов кристаллического строения: точечные, линейные и поверхностные. 
Точечные дефекты (рис. 1.5) характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях. Величина их не превышает нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся: а) свободные места в узлах кристаллической решетки — вакансии (дефекты Шоттки); б) атомы, сместившиеся из узлов кристаллической решетки в межузельные промежутки — дислоцированные атомы (дефекты Френкеля); в) атомы других элементов, находящиеся как в узлах, так и в междоузлиях кристаллической решетки — примесные атомы. 
Рис.1.5. Точечные дефекты в кристаллической решетке: 
а) вакансия; б) дислоцированный атом 
Точечные дефекты приводят к локальным изменениям межатомных расстояний и, следовательно, к искажениям кристаллической решетки. При этом увеличивается сопротивление решетки дальнейшему смещению атомов, что способствует некоторому упрочнению кристаллов и повышает их электросопротивление. 
Линейные дефекты  
Линейные дефекты характеризуются малыми размерами в двух измерениях, но имеют значительную протяженность в третьем измерении. Наиболее важный вид линейных дефектов — дислокации 
Линейные деформации. Вблизи линии дислокации атомы смещены со своих мест и кристаллическая решетка искажена, что вызывает образование поля напряжений: выше линии дислокации решетка сжата, а ниже растянута.

 
Рис. 1.6. Краевая дислокация Рис. 1.7. Винтовая дислокация
Дислокации образуются уже при кристаллизации металлов, а также в ходе пластической деформации и фазовых превращений. Плотность  дислокаций может достигать большой величины. 
Поверхностные дефекты. Поверхностные дефекты имеют малую толщину и значительные размеры в двух других измерениях. Обычно это места стыка двух ориентированных участков кристаллической решетки.

Рис. 1.9. Схема движения дислокации по аналогии  
с перемещением складки на ковре

 
Рис. Рис. 1.11. Схема малоугловой границы между блоками.

На рис. 1.12 показано, что границы зерен и фаз  могут совпадать (когерентные), совпадать  частично (полукогерентные) и не совпадать (некогерентные). 
Граница между зернами представляет собой узкую переходную зону шириной 5–10 атомных расстояний с нарушенным порядком расположения атомов. В граничной зоне кристаллическая решетка одного зерна переходит в решетку другого (рис. 1.13). Неупорядоченное строение переходного слоя усугубляется скоплением в этой зоне дислокаций и повышенной концентрацией примесей. 
Плоскости и направления скольжения в соседних зернах не совпадают. Скольжение первоначально развивается в наиболее благоприятно ориентированных зернах. Разная ориентировка систем скольжения не позволяет дислокациям переходить в соседние зерна, и, достигнув границы зерен, они останавливаются. Напряжения от скопления дислокаций у границ одних зерен упруго распространяются через границы в соседние зерна, что приводит в действие источники образования новых дислокаций (источники Франка—Рида). Происходит передача деформации от одних зерен к другим, подобно передаче эстафеты в легкоатлетических соревнованиях. 
Вследствие того, что границы зерен препятствуют перемещению дислокаций и являются местом повышенной концентрации примесей, они оказывают существенное влияние на механические свойства металла. 
Рис. 1.12. Схема межфазных границ:  
а) когерентные; б) полукогерентные; в) некогерентные

Рис. 1.12. Схема межфазных границ:  
а) когерентные; б) полукогерентные; в) некогерентные Рис. 1.13(справа). Схема строения зерен и границ между ними 
 

Все металлы  являются поликристаллами, поскольку  они состоят из огромного количества анизотропных кристаллов. В связи  с тем что кристаллы ориентированы по отношению друг к другу под незначительным углом (10-15'), тело металла имеет во всех направлениях более или менее одинаковые свойства (усредненные). Поликристаллическое тело изотропное, но эта изотропность мнимая, называемая квазиизотропией (по-латыни квази — мнимый). В результате обработки металлов давлением в холодном состоянии (прокатка, штамповка) изотропная структура может получить частичную анизотропию свойств из-за того, что часть кристаллов будет ориентирована в определенном направлении.
4. Дефекты строения  кристаллов
Современные методы исследования строения кристалла позволили  установить, что в строении реального  кристалла металла имеются дефекты. Дефекты или несовершенства внутреннего  кристаллического строения реальных металлов принято делить на точечные, линейные и поверхностные. Точечные дефекты малы во всех измерениях. Линейные дефекты охватывают в длину многие ряды атомов, однако их протяженность в двух других направлениях, поперек линии распространения дефектов, очень мала. Поверхностные дефекты малы лишь в одном измерении.
Точечные дефекты  бывают нескольких типов. Ионы, расположенные  в узлах кристаллической решетки, совершают тепловые колебательные  движения около положения равновесия. Среднее по всему кристаллу отклонение от положения равновесия определяется температурой. Всегда имеются ионы, которые отклонились в данный момент от положения равновесия больше, чем другие. Отдельные ионы могут  отклоняться настолько, что уже  не возвращаются обратно. Пустой, не занятый  атомом узел кристаллической решетки  называется вакансией (рис. 8, а).
Сместившийся  из узла ион некоторое время не находит свободного узла в кристаллической  решетке и оказывается между  другими ионами. Такой дефект строения называется смещением (рис. 8, б). При повышении температуры количество вакансий и смещений увеличивается. Вакансии играют важную роль в разрушении металлов при высоких температурах.
В металле, даже химически чистом, содержатся примеси  инородных атомов. Каждый атом примеси  имеет размеры и свойства, отличающиеся от размеров и свойств основного  металла. Поэтому инородные атомы  вызывают искажения кристаллической  решетки. Протяженность искажений  во всех направлениях мала — порядка  одного-двух параметров решетки. Инородные  атомы, так же как вакансии и смещения, относятся к точечным дефектам. При  рассмотрении строения чистого металла  на первый взгляд кажется, что говорить о примесях вряд ли имеет смысл. Ведь содержание инородных атомов по отношению к общему их количеству в металле мало. Например, в химически чистом алюминии содержится 99,999% алюминия и только 0,001% примесей. Но если посчитать количество инородных атомов в 1 см3 такого металла, то получится внушительная цифра 3— 6-1017 атомов.
Линейные дефекты  строения кристаллической решетки  называются дислокациями. Они бывают нескольких типов: краевые, винтовые, смешанного типа, частичные и т. д. Наиболее простой  тип — краевая дислокация показана схематически. Верхняя часть кристалла  содержит атомную плоскость АВ, которая  не имеет продолжения ниже точки В, т. е. эта плоскость как бы лишняя. Она называется экстраплоскостью.
Винтовая дислокация — результат смещения одной части  кристалла относительно другой в  плоскости Q. Ядро винтовой дислокации линия CD. Она параллельна напряжениям  сдвига, образовавшим дислокацию. У  краевой дислокации напряжения сдвига, образовавшие ее, были перпендикулярны  экстраплоскости. Дислокация, изображенная на рис. 9, б, называется винтовой потому, что, перемещаясь по стрелке, можно обойти все атомные плоскости кристалла по винтовой линии. Дислокации образуются в металле при его кристаллизации, при закалке, пластической деформации и т. д.
Создание теории дислокаций позволило объяснить  многие явления, происходящие в металлах. Например, теоретическая прочность  железа равна примерно 14 Гн/м2 (1400 кГ/мм2). Однако реальная прочность чистого железа достигает всего 0,20— 0,22 Гн/м2 (20—22 кГ/мм2), т. е. в 70 раз меньше. Это расхождение удалось объяснить только на основании теории дислокаций. В лабораторных условиях получают монокристаллы железа почти свободные от дислокаций и имеющие прочность при растяжении около 13 Гн/м2 (1300 кГ/мм2). Если бы удалось в промышленном масштабе получать железо с такой высокой прочностью при% растяжении, то экономия при расходе металла оказалась бы колоссальной.Для сравнения отметим, что очень распространенная сталь 20 имеет предел прочности 0,44—0,54 Гн/м2 (44— 54 кГ/мм2), а более прочная сталь ЭИ723 — 1,1 Гн/м2 (110 кГ/мм2).
Зависимость прочности  металла от числа несовершенств строения кристаллической решетки имеет сложный характер. Сталь упрочняют совместно термической обработкой и пластической деформацией, при этом число несовершенств увеличивается. На практике пока используют только правую ветвь кривой, приведенной на рис. 10 (обработка типа термомеханической — ТМО и механико-термической — МТО).
Как известно, металл состоит из большого числа кристаллов неправильной формы — зерен. Границы  между зернами в чистом металле  являются местами скопления дефектов. При переходе от одного зерна металла  к другому меняется ориентация кристаллической  решетки. По границе между зернами  имеется слой атомов, принадлежащих  частично кристаллической решетке  одного зерна, частично другого. Причем чем больше разница в разориен-тировке соседних зерен, тем больше несовершенств на границе между ними. Толщина пограничного слоя в чистых металлах составляет несколько параметров кристаллической решетки. Атомы примесей в чистых металлах стремятся расположиться преимущественно по границам зерен, где кристаллическая решетка уже имеет несовершенства строения и где появление инородного атома вызывает меньшие дополнительные искажения.
В пределах каждого  зерна металла отдельные области  его — субзерна — повернуты друг относительно друга на угол от нескольких минут до нескольких градусов. При переходе от одного субзерна к другому каждая плоскость, по которой располагаются узлы кристаллической решетки, претерпевает перелом. Таким образом, у соседних субзерен кристаллические решетки упруго сопряжены. При переходе же от одного зерна к другому наблюдается полная независимость расположения атомных плоскостей. Границы субзерен так же, как и границы зерен, являются местом скопления линейных и точечных дефектов кристаллических решеток. Границы представляют собой поверхностные дефекты.

1.6. Дефекты кристаллической решетки металла

      
 Кристаллическая  решетка, в которой отсутствуют  нарушения сплошности и все узлы заполнены однородными атомами называется идеальной кристаллической решеткой металла.   
 В решетке  реального металла могут находиться  различные дефекты.   
 Все дефекты  кристаллической решетки принято  делить на точечные, линейные, поверхностные и объемные.   
  Точечные дефекты соизмеримы с размерами атомов. К ним относятся вакансии, т. е. незаполненные узлы решетки, межузельные атомы данного металла (рис 1.8), примесные атомы замещения, т. е. атомы, по диаметру соизмеримые с атомами данного металла и примесные атомы внедрения, имеющие очень малые размеры и поэтому находящиеся в междоузлиях (рис 1.9). Влияние этих дефектов на прочность металла может быть различным в зависимости от их количества в единице объема и характера.
Точечные дефекты  характеризуются малыми размерами  во всех трех измерениях. Величина их не превышает нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся: а) свободные места в узлах кристаллической решетки — вакансии (дефекты Шоттки); б) атомы, сместившиеся из узлов кристаллической решетки в межузельные промежутки — дислоцированные атомы (дефекты Френкеля); в) атомы других элементов, находящиеся как в узлах, так и в междоузлиях кристаллической решетки — примесные атомы.
Точечные дефекты  образуются в процессе кристаллизации под воздействием тепловых, механических, электрических воздействий, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами.
Вакансии и  дислоцированные атомы могут  появляться вследствие тепловых движений атомов. В характерных для металлов решетках энергия образования дислоцированных  атомов значительно больше энергии  образования тепловых вакансий. Поэтому  основными точечными дефектами  в металлах являются тепловые вакансии. При комнатной температуре концентрация вакансий сравнительно невелика и составляет около 1 на 1018 атомов, но резко повышается при нагреве, особенно вблизи температуры плавления. Точечные дефекты не закреплены в определенных объемах металла, они непрерывно перемещаются в кристаллической решетке в результате диффузии.
Присутствие вакансий объясняет возможность диффузии — перемещения атомов на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния для данного металла. Перемещение атомов осуществляется путем обмена местами с вакансиями. Различают самодиффузию и гетеродиффузию. В первом случае перемещения атомов не изменяют их концентрацию в отдельных объемах, во втором — сопровождаются изменением концентрации. Гетеродиффузия характерна для сплавов с повышенным содержанием примесей.
Точечные дефекты  приводят к локальным изменениям межатомных расстояний и, следовательно, к искажениям кристаллической решетки. При этом увеличивается сопротивление  решетки дальнейшему смещению атомов, что способствует некоторому упрочнению кристаллов и повышает их электросопротивление.
Вакансии, дислоцированные  атомы и другие точечные дефекты  обнаружены при исследовании металлов с помощью автоионного микроскопа, дающего увеличение свыше 106 раз. 


Линейные  дефекты имеют длину, значительно превышающую их поперечные размеры. К ним относятся дислокации, т. е. дефекты, образующиеся в решетке в результате смещений кристаллографических плоскостей
 Дислокации образуются уже при кристаллизации металлов, а также в ходе пластической деформации и фазовых превращений. Плотность дислокаций может достигать большой величины. Под плотностью дислокаций обычно понимают суммарную длину дислокаций S l, приходящуюся на единицу объема V кристалла: r = S l V. Таким образом, размерность плотности дислокаций r: см/см3, или см–2. Для отожженных металлов плотность дислокаций составляет величину 106–103 см–2, после холодной деформации она увеличивается до 1011–1012 см–2, что соответствует примерно 1 млн километров дислокаций в 1 см3.
Использование теории дислокаций позволило объяснить  большое расхождение между теоретической и фактической прочностью металлов. Теоретическая прочность должна быть пропорциональна произведению сил межатомной связи на число атомов в сечении кристалла.
Расчетное усилие для смещения одной части кристалла  относительно другой оказалось на 2–3 порядка выше фактически затрачиваемого при пластической деформации металла. Так, теоретическая прочность железа составляет около 13 000 МПа, а фактическая  — всего 250 МПа.
Такое расхождение  теоретической и фактической  прочности объясняется тем, что деформация происходит не путем одновременного смещения целых атомных плоскостей, а путем постепенного перемещения дислокаций. Пластический сдвиг является следствием постепенного перемещения дислокаций в плоскости сдвига. Распространение скольжения по плоскости скольжения происходит последовательно. Каждый элементарный акт перемещения дислокации из одного положения в другое совершается путем разрыва лишь одной вертикальной атомной плоскости. Для перемещения дислокаций требуется значительно меньшее усилие, чем для жесткого смещения одной части кристалла относительно другой в плоскости сдвига. При движении дислокации вдоль направления сдвига через весь кристалл происходит смещение верхней и нижней его частей лишь на одно межатомное расстояние. В результате перемещения дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает. На поверхности остается ступенька скольжения.
В лекции о роли дислокаций Орован в качестве аналогии движения дислокаций приводил примеры перемещения таких представителей животного мира, как дождевой червь или змея. Они скользят по поверхности земли, последовательно перемещая участки своего тела. При этом участки, через которые прошла волна возмущения, восстанавливают исходную форму. В случае пластического сдвига позади переместившейся дислокации атомная структура верхних и нижних слоев восстанавливает свою исходную конфигурацию.
Другой аналогией  движения дислокаций является перемещение  складки на ковре. Последовательное перемещение складки потребует  значительно меньше усилий, чем перемещение  всего ковра по поверхности пола, хотя в обоих случаях будет достигнут один и тот же результат — ковер переместится на одинаковое расстояние.
Дислокации легко  перемещаются в направлении, перпендикулярном экстраплоскости. Чем легче перемешаются дислокации, тем ниже прочность металла, тем легче идет пластическая деформация.  
Пластическая деформация кристаллических тел связана с количеством дислокаций, их шириной, подвижностью, степенью взаимодействия с дефектами решетки и т. д. Характер связи между атомами влияет на пластичность кристаллов. Так, в неметаллах с их жесткими направленными связями дислокации очень узкие, они требуют больших напряжений для старта — в 103 раз больших, чем для металлов. В результате хрупкое разрушение в неметаллах наступает раньше, чем сдвиг.

Таким образом, причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Получение бездислокационных кристаллов приводит к резкому повышению прочности материалов.
Левая ветвь  кривой соответствует созданию совершенных  бездислокационных нитевидных кристаллов (так называемых «усов»), прочность которых близка к теоретической.
При ограниченной плотности дислокаций и других искажений  кристаллической решетки процесс сдвига происходит тем легче, чем больше дислокаций находится в объеме металла.
С ростом напряжений возрастает число источников дислокаций в металле и их плотность увеличивается. Помимо параллельных дислокаций возникают  дислокации в разных плоскостях и  направлениях. Дислокации воздействуют друг на друга, мешают друг другу перемешаться, происходит их аннигиляция (взаимное уничтожение) и т. д., что позволило Дж. Гордону образно назвать их взаимодействие в процессе пластической деформации «интимной жизнью дислокаций». С повышением плотности дислокаций их движение становится все более затрудненным, что требует увеличения прилагаемой нагрузки для продолжения деформации. В результате металл упрочняется, что соответствует правой ветви кривой.
Упрочнению способствуют и другие несовершенства кристаллического строения, также тормозящие движение дислокаций. К ним относятся атомы растворенных в металле примесей и легирующих элементов, частицы выделений второй фазы, границы зерен или блоков и т. д. На практике препятствие движению дислокаций, т. е. упрочнение, создается введением других элементов (легирование), наклепом, термической или термомеханической обработкой. Снижение температуры также препятствует свободному перемещению дислокаций. При низких температурах прочность растет, а пластичность падает. Металл становится более прочным, но хрупким.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.