14 Вопрос
Линейные дефекты: линейные несовершенства имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Эти несовершенства называются дислокациями. Различают краевую и винтовую дислокацию.
Краевая дислокация представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное наличием в ней «лишней» атомной полуплоскости или экстраплоскости, перпендикулярной плоскости чертежа. Эта полуплоскость как бы вставлена в какую-то часть кристалла.
Винтовая дислокация в отличие от краевой располагается параллельно направлению сдвига. При наличии винтовой дислокации кристалл можно рассматривать как состоящий из одной атомной плоскости, закрученной в виде винтовой поверхности.
.
15 вопрос
Количественной характеристикой дислокационной структуры является плотность дислокаций, обозначаемая буквой . Это суммарная длина дислокаций в 1 см3 материала. Плотность дислокации имеет размерность см/см3 или см -2. Для реальных технических металлов =106 - 108см-2 Количество дислокаций в металле возрастает при пластической деформации, и в сильно деформированном металле плотность дислокации может достигать значений 1012 см-2.
16 вопрос
Поверхностные дефекты кристаллического строения
Все промышленные металлы - поликристаллические тела, состоящие из множества кристаллов, зерен. Размер их различен, от нескольких микронов до сотен микрон. Различают макроструктуру (строение металла или сплава, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении 30-50 раз) и микроструктуру - строение металла и сплава,наблюдаемое с помощью микроскопа при большом увеличении. В металле соседние зерна ориентированны друг относительно друга под углом в несколько десятков градусов (это большая угловая граница) границы между отдельными зернами представляют собой переходящую область шириной в 5-10 межатомных расстояний. Здесь атомы расположены менее правильно, чем в объеме зерна. Также на границе сосредотачиваются примеси, что еще больше вносит искажения в правильность расположения атомов. Такая область и считается поверхностным дефектом кристаллического строения.
В свою очередь зерно состоит из более мелких образований, называемых фрагментами и блоками. Фрагменты расположены под углом в несколько градусов друг к другу, а блоки расположены под углом в несколько минут. Эти границы называют - малоугловыми. Их тоже относят к поверхностным дефектам.
17 вопрос
Объемные дефекты кристаллической решетки включают трещины и поры. Наличие данных дефектов, уменьшая плотность металла, снижает его прочность.
Кроме того, трещины являются сильными концентраторами напряжений, в десятки и более раз повышающими напряжения создаваемые в металле рабочими нагрузками. Последнее обстоятельство наиболее существенно влияет на прочность металла.
18 вопрос
Стремление системы к наименьшей энергии
19 вопрос
Температура Ts, при которой свободная энергия металла в твёрдом и жидком состоянии одинакова, называется теоретической температурой кристаллизации.
Разность между теоретической и реальной температурой кристаллизации называется степенью переохлаждения ΔT:
ΔT = TS – TР.
20 вопрос
Измеряя температуру металла в процессе кристаллизации, можно получить кривую охлаждения (рис. 3). Это график в координатах «температура – время». На этой кривой имеется горизонтальный участок, соответствующий переходу металла из жидкого состояния в твердое. Постоянная температура на этом участке поддерживается за счет выделения скрытой теплоты кристаллизации.
Рис. 3. Кривая охлаждения расплавленного металла
21 вопрос(не точно)
Скорости элементарных процессов зависят от степени переохлаждения ΔT или скорости охлаждения металла V. Эта зависимость показана на рис. 4.
Рис. 4. зависимость скорости процесса кристаллизации от степени переохлаждения.
Из приведенной на рис. 4 зависимости видно, что при малых скоростях охлаждения и малых степенях переохлаждения (например, ΔT1 и V1) получается небольшая скорость образования зародышей.
22 вопрос
Механизм процесса кристаллизации можно представить в виде двух элементарных процессов:
1) Образование в жидкости центров кристаллизации (зародышей, мельчайших твердых частиц).
2) Рост кристаллов из образовавшихся зародышей.
23 вопрос(не точно)
Если же кристаллизация происходит при больших скоростях охлаждения и больших степенях переохлаждения (ΔT2, V2), то в жидкости образуется большое количество центров кристаллизации (с.з.2) и из них, соответственно, вырастает большое число кристаллов. Металл при этом получается мелкозернистый (рис. 6).
а
Рис. 6. Кристаллизация при быстром охлаждении:
а – начало процесса; б – окончание процесса
24 вопрос
25 вопрос( см. вопрос 3)
При огромных скоростях охлаждения (крайняя правая точка на рис. 4) достигаются такие большие степени переохлаждения, что тепловое движение атомов в металле замедляется, атомы не успевают образовать дальний порядок, выстроиться в кристаллическую решетку. Жидкое, неупорядоченное состояние металла оказывается как бы «замороженным». Металл становится твердым, но не имеет кристаллического строения. Это аморфный металл или металлическое стекло. Аморфные металлы широко применяются в современной аудиотехнике благодаря уникальным магнитным свойствам.
26 вопрос
Следует иметь в виду, что при получении отливок затвердевание металла в форме происходит с разными скоростями охлаждения в различных ее частях. Скорость охлаждения уменьшается от стенки формы к центральной ее части, при этом меняется и направление теплоотвода в местах роста кристаллов. В результате полученный слиток имеет неодинаковое строение по сечению, а значит, и разные свойства (рис. 7). Поверхностный слой будет мелкозернистый (т.е., с высокими механическими свойствами), центральная часть слитка -крупнозернистая.
Рис. 7. Характерные зоны слитка:
1 – корка (зона мелких по-разному ориентированных кристаллов);
2 – зона столбчатых кристаллов, растущих в направлении,
обратном направлению теплоотвода;
3 – зона крупных, произвольно ориентированных кристаллов;
4 – усадочная раковина в верхней части слитка.
Размер этих зон существенно меняется в зависимости от состава металла и условий кристаллизации.
Итак, структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона - наружная мелкозернистая корка, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов - дендритов. При первом соприкосновении со стенками изложницы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает резкий градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.
Вторая зона слитка - зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются (из-за повышения температуры стенки изложницы, уменьшения теплообмена, т.к. появилось еще две границы раздела твердое - жидкое и твёрдое - стенка изложницы и др. причины), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения. В результате из небольшого числа центров кристаллизации начинают расти нормально ориентированные к поверхности корки столбчатые кристаллы (в сторону отвода тепла).
Третья зона слитка - зона равноосных кристаллов. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. Поэтому температура выравнивается и кристаллы растут по различным направлениям, встречаясь друг с другом. В результате этого образуется равноосная структура.
Расположение двух последних зон в слитке имеет большое значение.
В зоне столбчатых кристаллов металл более плотный, он содержит меньше раковин и газовых пузырей. Однако места стыков столбчатых кристаллов имеют малую прочность
27 вопрос
Кристаллизация, приводящая к стыку зон столбчатых кристаллов, носит название транскристаллизации. Степень развития столбчатых кристаллов будет варьироваться главным образом в зависимости от химического состава металла, степени его перегрева, от размера слитка, скорости разливки, формы изложницы и толщины, а также температуры ее стенок. Это будет влиять на скорость теплоотвода и образование больших или меньших градиентов температур внутри объема стали.
28 вопрос
29 вопрос
при отливке деталей, испытывающих значительные нагрузки при эксплуатации, целесообразно проводить процесс кристаллизации при высокой скорости охлаждения, чтобы получить мелкозернистую структуру. Если необходимую скорость кристаллизации обеспечить не удается (в отливках большой массы), то для измельчения зерна в жидкий металл вводят небольшие добавки примесей в виде мелких нерастворимых в расплаве частиц, увеличивая тем самым число центров кристаллизации. Такой процесс называется модифицированием, а вводимые добавки – модификаторами.
В качестве модификаторов обычно применяются мелкие частицы карбидов, оксидов (Сr7С3, VC, ТiC, Al2О3 и др.) и некоторые вещества, облегчающие образование зародышей в жидкости (В, Mg и др.). Измельчению зерна способствует также вибрация кристаллизующегося металла.
30 вопрос
31 вопрос
Если деформация металлов исчезает после снятия нагрузки, то это упругая деформация.
Упругой деформацией называется деформация, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняются после прекращения действия внешних сил. Упругая деформация вызывает только незначительное и полностью обратимое смещение атомов. При таком смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс сил притяжения и электростатического отталкивания, поэтому после снятия нагрузки смещенные атомы вследствие действия сил притяжения или отталкивания возвращаются в исходное равновесное состояние, и кристалл приобретает свою первоначальную форму и размеры.
При увеличении нагрузки возможности упругой деформации кончаются, и начинается пластическая деформация.
32 вопрос
Если деформация металлов остается после снятия нагрузки то это пластическая деформация.
Пластическая деформация - это такая деформация, которая остается в материале после снятия нагрузки, т.е. необратимая. С увеличением действующего напряжения на материал величина пластической деформации увеличивается. Но при достижении какого-то напряжения материал теряет свою способность пластически деформироваться и наступает разрушение.