§ 7. Анизотропия свойств металлов.

Плотность расположения атомов по различным плоскостям неодинакова. Вследствие этого в различных плоскостях и направлениях решётки многие свойства(химические, физические, механические) каждого кристалла зависят от направления решётки.

Подобная неодинаковость свойств монокристалла в разных кристаллографических направлениях наз. анизотропией.

Все кристаллы анизотропны. В отличие от кристаллов, аморфные тела(стекло) в различных направлениях имеют в основном одинаковую плотность упаковки атомов и поэтому одинаковые свойства в различных направлениях. Аморфные тела изотропны.

Технические металлысостоят из большого количества по разному ориентированных мелких анизотропных кристаллов и являютсяполикрис-таллами . Кристаллы неупорядоченно ориентированы один по отношению к другому и поэтому свойства во всех направлениях получаются усред-нёнными (одинаковыми). Эта кажущаяся независимость свойств от направления наз. квазиизотропией (мнимая изотропность).

Такая мнимая изотропность металла не будет наблюдаться, если все кристаллиты имеют одинаковую ориентировку в каком-то направлении. Эта ориентированность или текстурасоздаётся в результате значительной холодной деформации, например прокатки. Тогда поликристаллический металл приобретает анизотропию свойств (вдоль и поперёк прокатки).

§ 8. Особенности кристаллического строения реальных кристаллов.

Виды несовершенств.

Реальный кристалл, в отличие от идеального, всегда имеет структурные несовершенства или дефекты. Дефектыкристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на три типа:

• точечные(нуль-мерные), - размеры которых малы во всех трёх измерениях;

• линейные– размеры которых малы в двух направлениях (одномерные);

• поверхностные– размеры которых малы только в одном измерении (двухмерные).

К точечным дефектамотносятсявакансииили “дырки” (дефекты Шотки), т.е. узлы решётки, в которых атомы отсутствуют. Это происходит потому, что атомы колеблются возле точек равновесия (узлов решётки) и чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний. В кристалле всегда имеются атомы, которые обладают энергией, значительно превышающей среднюю. Такие атомы имеют не только амплитуду колебаний больше, чем средняя, но и они могут ещё перемещаться с одного места в другое (например из узла в междоузлие, из грани кристалла наружу).

Вышедший из узла решётки атом наз. дислоцированным. Место, где находился такой атом, остаётся в решётке незаполненным, оно наз.вакансией.

При данной температуре в кристалле образуются не только одиночные вакансии, но и двойные, тройные и т.д.

Вакансии образуются и в процессе пластической деформации, а также при бомбардировке металла атомами или частицами высоких энергий(в атомном реакторе).

Межузельные атомы(дефекты Френкеля) образуются в результате перехода атома из узла решётки в междоузлие. В плотноупакованных решётках, характерных для большинства металлов, энергия образования межузельных атомов в несколько раз больше энергии образования тепловых вакансий. Поэтому вакансии в таких кристаллах являются основными точечными дефектами.

Точечные дефекты вызывают местное искажение кристаллической решётки. Они оказывают влияние на некоторые физические свойства металла (электропроводимость, магнитные свойства) и предопределяют процессы диффузии в металлах и сплавах.

Линейные дефекты.Клинейнымнесовершенствам относятсядислока-ции, которые бываюткраевые и винтовые.

Краевая дислокацияпредставляет собой локализованное искажение кристаллической решётки, вызванное наличием в ней “лишней” атомной полуплоскости или экстраплоскости, перпендикулярной к плоскости чертежа.

Н

Вектор сдвига

аиболее простой и наглядный способ образования дислокаций в кристалле – сдвиг. Если верхнюю часть кристалла сдвинуть относительно нижней на одно межатомное расстояние, причём зафиксировать положение, при котором сдвиг охватывает не всю плоскость скольжения, а только её часть АВСД, то граница АВ между участком, где скольжение уже произошло, и ненарушенным участком в плоскости скольжения и будетдислокацией. Линия краевой дислокациивектору сдвига.

Рис. Сдвиг, создавший краевую дислокацию

- положительная дислокация

- отрицательная дислокация

Рис. Схемы расположения атомов у дислокации.

Кристаллическая решётка вокруг дислокации упруго искажена на несколько атомных расстояний. Длина линии дислокации может составлять несколько тысяч параметров решётки.

Винтовые дислокации. В отличие от краевых расположены парал­лельно направлению сдвига. При наличии винтовой дислокации кристалл можно рассматривать как состоящий из одной атомной плоскости, закрученной в виде винтовой поверхности.

Образование дислокаций может происходить в процессе кристал­лизации, при пластической деформации, термической обработке и др. процессах. С помощью дислокаций можно объяснить многие явления, связанные с прочностью металлов, особенностями фазовых превращений, протекающих в сплавах, и др. явления.

Поверхностные дефекты. Эти несовершенства связанны с границами зерен. На границе между зернами атомы имеют менее правильное расположение, чем в объёме зёрна. Каждое зерно металла состоит из отдельныхблоковилисубзёрен, образующих так называемуюмозаичную структуруилисубструктуру. Зёрна металла разориентированы отно­сительно друг друга на величину, достигающую от нескольких долей градуса до нескольких градусов или их десятков.

Блоки, или субзёрна, также повёрнуты по отношению друг другу на угол от несколько секунд до нескольких минут. В пределах каждого блока решётка почти идеальная, если не считать точечных дефектов. По границам зёрен скапливаются дислокации, а также примеси и включения. По границам зёрна расположены менее правильно, т. к. решётка одного кристалла, имеющего определённую кристаллографическую ориентацию, переходит в решётку другого кристалла, имеющего другую кристаллографическую ориентацию.

С увеличением угла разориентировки блоков или субзёрен и уменьше­ния их величины плотность дислокаций в металле увеличивается. Вследствие того, что в реальном поликристаллическом металле протяжённость границ блоков и зёрен очень велика, количество дислокаций в таком металле огромно (10⁴– 10¹²см^-2).