1.3. Дефекты кристаллического строения реальных кристаллов

В кристаллах всегда имеются дефекты (несовершенства) строения, вызванные нарушением расположения атомов в кристаллической решетке. Характер и степень нарушения правильности кристаллического строения влияют на свойства металлов. Дефекты кристаллического строения по геометрическим признакам подразделяют на точечные, линейные и поверхностные.

К точечным дефектам (рис. 3), размеры которых по всем трем пространственным координатам соизмеримы с размером атома, относят вакансии, межузельные атомы и примесные атомы.

Отсутствие атома в узле кристаллической решетки называется вакансией (рис. 3, а).

Межузельные дефекты образуются в результате перехода атома из узла решетки в межузлие кристаллической решетки (рис. 3, б) или внедрение в решетку инородного (примесного атома). Точечные дефекты приводят к искажению кристаллической решетки и снижению прочности металлов.

Дислокации  это линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла. Различают два вида дислокаций  краевые и винтовые.

Краевая дислокация (рис. 4), представляет собой местное искажение кристаллической решетки из-за наличия лишней полуплоскости, называемой экстраплоскостью.

Область несовершенства кристалла вокруг края экстраплоскости и называется краевой дислокацией.

Поверхностные дефекты (рис. 5) представляют собой поверхности раздела между отдельными кристаллитами и их блоками. На границе зерен расположение атомов менее правильное, чем в зерне.

Вакансии, дислокации и другие дефекты атомно-кристаллического строения оказывают существенное влияние на свойства металлов и сплавов. Дислокации облегчают пластическое деформирование металла.

1.4. Кристаллизация металлов

Как известно, металлы и сплавы находятся в трех агрегатных состояниях  твердом, жидком и газообразном. Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией, в газообразное  сублимацией.

На рис. 6 приведена схема кристаллизации металла. До тех пор, пока формирующийся вокруг центра кристаллизации кристалл окружен жидким расплавом металла, он имеет правильную геометрическую форму, но при столкновении и срастании кристаллов их правильная форма нарушается и образуются так называемые кристаллиты  зерна. Величина зерна зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста. Чем больше степень охлаждения, тем больше центров кристаллизации и меньше размер зерна. Чем мельче зерно, тем выше механические свойства металла (сплава); о собенно это сказывается на пластичности.

Обычно механизм образования кристаллов носит дендритный характер. Это связано с тем, что развитие зародышей протекает, главным образом, в тех направлениях решетки, которые имеют наибольшую плотность упаковки атомов и минимальное расстояние между ними. В этих направлениях образуются ветви  оси первого порядка I (рис. 7).От осей первого порядка начинают расти новые оси второго порядка II, от осей второго порядка  оси третьего порядка III и т.д.

Н а рис. 8 показана схема строения металлического слитка.

П

3

ри кристаллизации слитка в результате соприкосновения металла с холодной стенкой изложницы, образуется зона мелких равноосных кристаллов 1. Зона столбчатых кристаллов 2 имеет направленный характер в связи с тем, что они растут от стенки изложницы к центру по направлению отвода тепла. Зона 2 еще более замедляет отдачу тепла наружу, скорость охлаждения еще более уменьшается, поэтому в центре слитка образуется зона крупных неориентированных кристаллов 3.