 |
Некоторые типы дефектов показаны на рисунке.
|
|
|
|
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДЕФЕКТОВ
КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
Теоретическая и реальная прочность материалов
Теоретический расчет прочности на сдвиг кристалла впервые был выполнен Я.Френкелем. В основу была положена простая модель двух рядов атомов, которые смещаются относительно друг друга под действием касательного напряжения. При этом предполагалось, атомы верхнего ряда перемещаются относительно нижнего как одно целое, одновременно. Такой механизм принято называть схемой жесткого сдвига.
По имеющимся теоретическим расчетам критическое напряжение сдвига равно
t кр = G/2p, где G-модуль сдвига
Например, для кристаллов меди G=46000 МПа, следовательно, теоретическое значение t = 7600 МПа. В то же время для реальных кристаллов меди наблюдаемое сопротивление сдвигу составляет всего лишь 1,0 МПа. Таким образом, совершенно ясно, что теоретическое значение прочности на несколько порядков выше действительной величины.
Указанное существенное расхождение между рассчитанной и действительной прочностью металлов позволяет считать, что использованная при теоретическом анализе модель не соответствует поведению реальных кристаллов, в которых не реализуется схема жесткого сдвига. Эти обстоятельства послужили основой для разработки теории несовершенств кристаллического строения, позволившей раскрыть сущность явлений, происходящих при пластической деформации, понять причину несоответствия теории и практики и установить физическую природу пластичности и прочности металлических материалов.
Классификация дефектов кристаллического строения
Совершенным (или идеальным) называется такой кристалл, каждый атом которого имеет идентичное окружение соседних атомов, т.е. определенное их число и на строго фиксированном расстоянии.
|
|
|
При смещении совершенного кристалла на величину трансляционного вектора он совмещается сам с собой. В результате такого единичного сдвига полностью восстанавливается исходная кристаллографическая конфигурация атомов и, следовательно, сохраняется прежняя кристаллическая структура. Кристалл, часть атомов которого не имеет идентичного окружения, является несовершенным. Области нарушения правильного, идеального строения кристаллической решетки называются дефектами или несовершенствами. Иными словами, под дефектами кристаллического строения можно понимать нарушения в периодичности расположения атомов в пространстве, в результате которого не все атомы имеют одинаковое окружение. Отклонения атомов от равновесных положений вследствие тепловых колебаний или упругих смещений к числу дефектов кристаллической решетки не относятся.
Дефекты кристаллического строения принято разделять по геометрическому признаку на точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двухмерные) и объемные (трехмерные).
Точечные дефекты малы во всех измерениях, их размеры по всем направлениям не превышают нескольких атомных диаметров. К таким несовершенствам относятся вакансии, межузельные атомы, примесные атомы внедрения и замещения, а также их комплексы.
Линейные дефекты в двух измерениях имеют малые размеры, а в третьем - значительную величину, соизмеримую с длиной кристалла. К линейным дефектам относятся дислокации, цепочки вакансий и межузельных атомов.
Поверхностные дефекты малы только в одном измерении; ими являются границы зерен, субзерен и двойников, дефекты упаковки, границы доменов, поверхность раздела фаз.
Точечные, линейные и поверхностные дефекты считаются микроскопическими, т.к. (по крайней мере в одном направлении) их протяженность измеряется лишь несколькими атомными диаметрами. В противоположность этим дефектам объемные несовершенства могут быть отнесены к типу макроскопических, поскольку имеют во всех трех измерениях сравнительно большие размеры, совершенно несопоставимые с величиной атомного диаметра. В определенных случаях эти дефекты можно наблюдать и невооруженным глазом. К объемным дефектам обычно относят поры, трещины, царапины.
|
|
|
Принято условно считать, что несовершенствами кристаллического строения являются дефекты микроскопических размеров.
Некоторые типы дефектов показаны на рисунке.
Дефекты строения кристаллической решетки:
1 – вакансия;
2 – межузельный атом;
3 – примесный атом замещения;
4 – примесный атом внедрения;
5 – краевая дислокация;
6 – малоугловая граница;
7 – моноатомный слой примесных атомов (кластер);
Большеугловая граница
Точечные дефекты
|
|
|
