Твердые тела имеют не только внешние поверхности, но содержат и внутренние границы, которые зачастую в заметно большей степени способны влиять на свойства металлических материалов.

Применяемые в технике металлы и сплавы обычно относятся к поликристаллическим телам, поскольку состоят из множества отдельных кристалликов неправильной формы, жестко связанных между собой. Их принято называть кристаллитами или зернами.

Таким образом, во всяком поликристаллическом материале существуют внутренние границы (поверхности), разделяющие соседние зерна. Они представляют собой области несовершенного контакта, где имеется нарушение непрерывности кристаллической структуры. Два соседних зерна в общем случае имеют несовпадающую кристаллографическую ориентировку, различие в которой может быть самой разнообразной. В зависимости от угла разориентировки q принято выделять малоугловые и высокоугловые границы. К первым относятся межзеренные границы с углом разориентировки не более 5^о. Если этот угол превышает 10^о, то такие границы считаются высокоугловыми (при q» 5 -10^о границы относятся к среднеугловым). При переходе через высокоугловые границы фактически происходит резкий скачок ориентировки атомных плоскостей и анизотропных свойств соприкасающихся решеток соседних кристаллов.

Малоугловая граница Большеугловая граница

Для высокоугловых границ достаточно убедительной модели и ее количественный анализ не разработаны. Некоторые существующие представления о строении межзеренных границ имеют в основном описательный характер. Считается, например, что ширина высокоугловой границы приближается к атомным размерам (порядка 1-3 атомных диаметров). Такая граница содержит относительно большие промежутки между атомами (повышенную рыхлость). Это является причиной более быстрой диффузии по границам зерен, а также их высокую подвижность.

Поскольку атомы на границах зерен находятся в неравновесном положении, то они имеют повышенную энергию по сравнению с атомами внутри зерна и, как следствие, склонны вступать в химические реакции. Этим, например, объясняется более высокая травимость границ зерен.

В качестве одного из вариантов строения высокоугловых границ обычно рассматривается так называемая "островковая" модель. Согласно ей граница представляется как переходная зона, состоящая из чередующихся участков с хорошим и плохим сопряжением решеток соседних зерен. В островках "плохого" сопряжения отсутствует кристаллографическая симметрия. Число атомов в "хорошем" участке невелико, обычно оно не превышает 10³. При этом "плохих" участков тем больше, чем выше угловое несоответствие соседних зерен.

Достаточно надежная дислокационная модель атомного строения меж- зеренной границы и количественная теория разработаны для случая малой угловой разориентировки зерен. Типичным примером в этом отношении является малоугловая граница наклона, состоящая из выстроенных в вертикальный ряд (стенку) краевых дислокаций (рис.). Такие границы, состоящие из дислокационных стенок, называются субграницами, а сами зерна, которые ими разделяются, - субзернами.

* Здесь Q - угол разориентировки, n - число дислокаций в стенке, l - высота стенки, b - вектор Бюргерса.

Из соотношения (*) следует, что чем больше дислокаций в стенке n и меньше, следовательно, расстояние между ними, тем выше угол разориетировки соседних зерен q. Поэтому с увеличением плотности дислокаций в стенке малоугловая граница может постепенно трансформироваться в высокоугловую, для которой существующая дислокационная модель оказывается уже непригодной.

Примером малоугловых границ являются границы между соседними субзернами внутри одного зерна, полученные в процессе роста кристаллов из расплава. Субзеренные границы могут возникать также в результате пластической деформации (особенно в металлах с высокой энергией дефектов упаковки) и при дорекристаллизационном отжиге предварительно холодно- деформированного материала.

Объемные дефекты

Объемными дефектами являются такие, которые имеют размеры одного порядка величин во всех трех измерениях. Обычно к ним относят нарушения сплошности кристалла (трещины, поры). Иногда к ним причисляют включения с другой кристаллической структурой (выделения избыточных фаз) или микрообъемы аморфных фаз, хотя принимать их за объемные дефекты вряд ли оправданно.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: