ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

Различают 4 типа дефектов:

1. Точечные

2. Линейные

3. Поверхностные

4. Объемные

Кристаллическая решетка вокруг дефектов искажена. Атомы выводятся из равновесного положения, что приводит к увеличению запаса свободной энергии.

Точечные дефекты

а) Вакансии (отсутствие атома в узле кристаллической решетки).

б) Межузельные атомы.

в) Примесные атомы (замещения и внедрения) – см. рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема точечных дефектов в кристалле: 1 – вакансия; 2 – межузельный атом; 3 – примесь замещения; 4 – примесь внедрения

Перемещением вакансий объясняются некоторые процессы в металлах, например, диффузия, ползучесть. Искажения кристаллической решетки, вызванные большой концентрацией атомов примесей, приводит к упрочнению (твердые растворы).

2.2. Линейные дефекты – дислокации (краевые, винтовые и смешанные) – см. рис. 2.2

Рис. 2.2. Схемы дислокаций : а) краевая; б) винтовая

Наименьшая плотность дислокаций в одном зерне составляет 10³…10⁴см², т.е. 1000-10000 дислокаций пересекают площадку 1см², наибольшая – 10¹² (в сильно деформированном металле).

В связи с тем, что атомы вокруг дислокации выведены из своего равновесного положения их легко сдвинуть (рис. 2.3).

Рис 2.3. Схема перемещения краевой

Этим обусловлено то, что под действием внешних напряжений дислокации перемещаются внутри кристалла, что приводит к пластическому сдвигу одной части кристалла относительно другой, т.е. металлы из-за наличия дислокаций не могут выдержать больших напряжений. Не деформируясь. В связи с этим можно утверждать, что если бы в металлах не было дислокаций, они были бы значительно прочнее. Дислокации возникают в кристаллах уже при кристаллизации из жидкого состояния; при деформации или закалке сплавов возникает большое количество новых дислокаций. Бездислокационные кристаллы получают в настоящее время очень маленьких размеров: несколько мкм диаметром (1мкм=10^-3мм) и несколько мм длиной («усы»). Попытки вырастить «усы» больших размеров без дислокаций не увенчались успехом. «Усы» имеют значительно более высокие показатели прочности (в десятки раз), чем обычные металлы. Например, чистое железо имеет прочность 20-25 кгс/мм², а железные «усы» 1350 кгс/мм², такие значения прочности близки к теоретическому значению прочности (теоретическая прочность подсчитывается так: силу межатомной связи умножают на количество пар атомов в плоскости сдвига, предполагая, что при сдвиге все эти пары атомов одновременно разорвут связи друг с другом и произойдет пластический сдвиг).

Дислокации влияют не только на механические свойства металлов, но также на физические (электросопротивление, скорость диффузии и т.д.) и химические (склонность к коррозии и др.).