Дефекты кристаллического строения металлов.

Реальная структура металлов и сплавов имеет ряд несовершенств или дефектов, которые подразделяются на три группы:

· Точечные (вакансии или дырки, дислоцированные атомы);

· Линейные (краевые и винтовые дислокации);

· Поверхностные (границы зерен и блоков).

Значительное влияние на механические свойства оказывает плотность дислокаций, определяемая по формуле ; где - суммарная длина дислокаций в см, приходящаяся на объем металла V, см³.

Рис.6.	Влияние плотности дислокаций на прочность: 1-нитевидные кристаллы; 2-техническое железо;3-легированная сталь после ТМО.

При плотности дислокаций ρ<10⁴см^-2 прочность металла приближается к теоретической; такую прочность имеют так называемые нитевидные кристаллы, получаемые кристаллизацией из газовой фазы. При увеличении плотности дислокаций до ρ=10⁸см^-2 прочность металла минимальна и примерно в 50-100 раз меньше теоретической. При этой плотности дислокации весьма подвижны, что и обуславливает низкую прочность металла.

Любое упрочнение металлов и сплавов заключается в блокировке дислокаций и уменьшении их подвижности. При плотности дислокаций ρ=10¹²см^-2 их подвижность резко ограничивается и прочность металла возрастает. Увеличение плотности дислокаций достигается путем термической или термомеханической обработки (ТМО), путем легирования или поверхностно-пластической деформацией (ППД).

Границы зерен считаются дефектами из-за нарушения правильности кристаллического строения на этих границах, которая возникает из-за различной ориентации зерен при кристаллизации. Кроме того, по границам зерен скапливаются дислокации и примеси, в первую очередь фосфор. Каждое зерно не является монолитным и состоит из блоков или субзерен. По границам блоков упорядоченность расположения атомов также нарушена, но в меньшей степени по сравнению с границами зерен.

Вместе с тем границы зерен и блоков затрудняют перемещение дислокаций, ограничивают их подвижность, а также тормозят распространение трещин. Это проявляется сильнее у мелкозернистыхметалловс большим количествоммежзеренных границ. В результате возрастают прочность и вязкость металла, снижается опасность хрупкого разрушения. Вдоль границ зерен и блоков происходит диффузия (перемещение элементарных частиц), скорость которой возрастает при нагреве металла. Диффузия является важнейшим этапом химико-термической обработки, при которой происходит насыщение поверхностного слоя деталей атомами металлов или неметаллов.