2.5. Дефекты кристаллического строения.
Кристаллические строения, которые рассматривались выше, являются идеальными. Действительное кристаллическое строение имеет много дефектов, которые оказывают влияние на свойства тел.
Дефекты бывают: точечные, линейные и поверхностные (плоскостные).
1. Точечные дефекты характеризуются малым размером в трех направлениях. Различают:
а) вакансии – имеются свободные узлы в кристаллической решетке (рис. 2.4,а);
б) замещенный атом – атом другого вещества занимает место в узле кристаллической решетки (рис. 2.4,б);
в) внедренный атом – атом расположен между узлами решетки (рис. 2.4,в).
а) |
б) |
в) |
|
|
|
Рис. 2.4. Точечные дефекты кристаллической решетки, в частности: а – вакансии; б – замещенный атом; в – внедренный атом |
||
2. Линейные дефекты имеют малый размер в двух направлениях. Основной вид дефектов – дислокации.
Виды дислокаций:
а) краевая – наличие лишней полуплоскости между плоскостями кристаллов (рис. 2.5,а);
б) винтовая – сдвиг одной части кристаллов относительно другой на один или несколько порядков (рис. 2.5,б).
Образуются дислокации в процессе кристаллизации, но особенно при деформировании металла, чем и объясняются его пластические свойства.
Так, например, рассматривая краевую дислокацию, можно отметить, что край 3-3/ экстраплоскости, искажая кристаллическую решетку, занимает нейтральное положение относительно соседних атомов. Незначительное искажение решетки вследствие приложения внешней нагрузки может привести к смещению атома 3 от нейтрального положения и установления связи с атомами 1. Соседняя справа (слева) полуплоскость будет при этом переходить в промежуточное положение, превращаясь тем самым в экстраплоскость и образуя дислокацию вдоль краевых атомов 2 и т.д. (рис. 2.6).
а) |
б) |
|
|
Рис. 2.5. Линейные дефекты кристаллической решетки а – краевая дислокация; б – винтовая дислокация |
|
|
|
|
Рис. 2.6. Перемещение дислокации |
||
3. Поверхностные дефекты – характеризуются небольшим размером только в одном направлении.
При кристаллизации в процессе столкновения образуются кристаллы неправильной формы, которые называются кристаллитами или зернами. При нормальных условиях кристаллизации зерна хаотично ориентированны. Неправильная форма кристаллов образует границы между отдельными различными участками кристаллов и между кристаллитами.
2.6. Изучение макро- и микроструктуры металлов и сплавов.
Строение металлов и сплавов изучают на специальных образцах – макро- и микрошлифах, которые подвергаются специальной подготовке (вырезка, шлифовка, полировка, травление).
Изучение строения металлов при малом увеличении (до 30 раз) или невооруженным глазом называют макроскопическим методом исследования (макроанализом).
При исследовании макроструктуры изучают форму, величину и взаимное расположение сравнительно крупных зерен кристаллов, видимых на поверхности образца, характер расположения волокон в структуре после пластической деформации, выявляют дефекты структуры металла (усадочные раковины, расслоение, заусенцы, трещины, поры, загрязненность сернистыми и другими включениями и пр.), участки с различной температурой обработки и др. Макроанализ выполняют непосредственно на поверхности металла, на макрошлифах и на изломах, сравнивая поверхности образцов с эталонами.
Макроанализу можно подвергнуть большой объем металла: все изделие или его основные части.
Изучение строения металла или сплава при большом увеличении (от 50 до 2000 и более раз) называют микроскопическим методом исследования (микроанализом).
При микроструктурных исследованиях изучают кристаллическую структуру металлов и сплавов, форму и размер зерен, состав сплава по количественному соотношению структурных составляющих, выявляют нарушение сплошности металла в виде микропор, микротрещин, определяют вид и режим термической обработки. Для исследования микрошлифов используются металлографические или электронные микроскопы.
Наряду с макро- и микроскопическими методами исследования строения металлов и сплавов используют рентгеновский, термический и другие методы анализа.
Широко применяют неразрушающие способы контроля качества, основанные на различных физических принципах. К ним относят магнитную, ультразвуковую и рентгеновскую дефектоскопии.