Gr.2 Metalurgia
ROLA DYSLOKACJI W PROCESIE ODKSZTAŁCENIA METALI
Większość własności metali, takich jak np. wytrzymałość, plastyczność, odporność na korozję, zależą od struktury. Gdyby kryształy miały idealną budowę, wytrzymałość materiałów byłaby o trzy rzędy wielkości wyższa niż eksperymentalnie mierzona w realnych materiałach.Strultury często jednak posiadają różne nieprawidłowości, które możemy podzielić na 3 grupy: defekty punktowe, defekty liniowe i defekty złożone.W moim referacie pragnę przbliżyć temat defektów liniowych, czyli dyslokacji.
Jak mówi definicja „Defektami liniowymi nazywa się zakłócenia budowy krystalicznej, które w jednym kierunku mają wymiar kilku odległości atomowych, a w drugim - całego ziarna lub znacznej jego częsci.”
Rozróżniamy dwa proste rodzaje defektów liniowych: dyslokację krawędziową, oraz śrubową. Występują one jednak rzadko i tylko w pojedyńczym krysztale. Większość defektów stanowi bowiem kombinacje dyslokacji krawędziowych i śrubowych. Pierwszą z ww wywołuje obecność w przestrzennej sieci krystalicznej dodatkowej półpłaszczyzny obsadzonej atomami, której krawędź stanowi dowolna linia brzegowa.
W zależności gdzie usytuowana jest dodatkowa półpłaszczyzna rozróżnia się dyslokację dodatnią (┴) i ujemną (┬) . Dyslokacje krawędziowe charakteryzują się określonymi własnościami dynamicznymi, m.in. mają możliwość poruszania się w płaszczyźnie poślizgu pod wpływem naprężeń, co powoduje poślizg części kryształu wzdłuż okreslonej płaszczyzny sieciowej. Mogą się one również przemieszczać. Zjawisko to nazywamy wspinaniem i polega ono na odłączeniu się atomów od krawędzi dodatkowej półpłaszczyzny i ich migracji do wakansów (możliwe działanie odwrotne). Zależy to od ilości luk w krysztale, oraz temperatury (im wyższa tym zachodzi intensywniej). Innym przejawem własności dynamicznych jest przyciąganie się dyslokacji różnoimiennych (możliwa anihilacja)
i odpychanie jednoimiennych. Określone oddziaływanie wystepuje także między dyslokacjami krawędziowymi atomami obcych pieriwastków znajdujących się w metalu. Atomy o większych średnicach zajmujące położenia węzłowe, oraz te o małych średnicach zajmujące położenia międzywęzłowe migrują do rozciągniętej strefy kryształu tuż pod krawędzią dodatkowej półpłaszczyzny. Natomiast atomy o małych srednicach, zajmujące położenia węzłowe migrują do ściskanej części kryształu, gdzie zastępując większe atomy metalu osnowy, obniżają energie odkształcenia kryształu.
Drugim rodzajem defektu liniowego jest dyslokacja śrubowa. Wyznacza ona granice (która przebiega równolegle do kierunku poślizgu) pomiędzy przesuniętą a nieprzesuniętą częścią kryształu. W wyniku tego przesunięcia ,poszczególne płaszczyzny atomowe przekształcają się w powierzchnie śrubowe (dyslokacje prawo-skrętne, dyslokacje lewo-skrętne).
Jeśli w w płaszczyźnie nie ma przeszkód hamujących ruch, dyslokacja ta może się przemieszczać. Jeśli jednak takowe wystepuja naprężenie potrzebne do uruchomienia dyslokacji jest tym wieksze, im mniejsza jest odległość między sąsiednimi przeszkodami, co wpływa na własności wytrzymałościowe stopów.
Metale i Stopy techniczne, są materiałami wielokrystalicznymi, złożonymi z wielkiej liczby ziarn, których orientacja przeważnie jest chaotyczna. Na granicy tych ziarn spotykają się różne, zwykle ukierunkowane względem siebie pod dużymi kątami sieci przestrzenne, co powoduje tworzenie się pewnych mikrostruktur przejściowych, zwanych strukturami zakłóconymi, gdzie znowu zbierają się wszelkie zanieczyśczenia, wystepujące nawet w najczystszych metalach. Dlatego też granice ziarn mają wyższą wytrzymałość niż inne ziarna, lecz mniejszą odporność chemiczną (np.łatwiejsze trawienie na zgładach metalograficznych).
Łączna energia granic osiąga minimum w przypadku ziarn o kształcie foremnych sześcioboków i prostoliniowych granic.Ziarna o liczbie boków mniejszej od sześciu mają granice wypukłe(przez selektywny ruch granic zanikają), a o liczbie boków większej od 6, granice wklęsłe(rozrastają się).
Granice wąskokątowe powstają podczas krystalizacji jako rezultat zrastania się gałęzi dendrytów oraz w stanie stałym podczas wygrzewania metalu uprzednio odkształconego plastycznie. Granice szerokokątowe niesprzężone są rezultatem dużej liczby zarodków krystalizacji podczas krzepnięcia. Tworzą się również podczas tzw. „zdrowienia”. Natomiast granice szerokokątowe sprzężone powstają głównie podczas przemian fazowych w stanie stalym, a granice bliźniacze podczas odkształcenia plastycznego.
Reasumując, odkrycie dyslokacji umożliwiło wyjaśnienie dwojakiego wpływu defektów sieci krystalicznej na wytrzymałość kryształu. Z jednej strony defekty sieci krystalicznej osłabiają kryształ, a okdształcenie plastyczne jest wynikiem przemieszczania się w nim dyslokacji. Jednak wiadomo także, że zaburzenia budowy sieciowej na granicach ziarn umacniają metal. Prawdą jest także to, że kryształy zawierające dużą liczbę defektów są bardziej wytryzmałe od tych z mniejszą ilością defektów (powstawanie dyslokacji równoległych i prostopadłych, które wzajemnie hamują przemieszczanie). Dlatego możemy powiedzieć, że wytrzymałość rzeczywista metali zmniejsza się wraz ze zwiększeniem liczby dyslokacji , tylko do pewnej granicy i po osiągnięciu minimalnej wartości. Warunkiem podwyższenia wytrzymałości metalu jest albo całkowite usunięcie z niego wszelkich nieprawidłowości budowy krystalicznej, albo zwiększenie oporu ruchu dyslokacji poprzez wytworzenie w nim odpowiedniej liczcby dyslokacji i innych defektów. Dowodem na to jest otrzymanie „kryształów włoskowych” o zbliżonej do doskonałej strukturze. Ich wytrzymałość na rozciąganie wielokrotnie przewyższa wytrzymałości metali uzyskiwanych standardowymi sposobami. Kryształy włoskowe nie wykazują poślizgów, zrywają się bez widocznego odkształcenia plastycznego, jednak ze wzgledu na małe rozmiary, w obecnej chwili nie mogą byc wykorzystywane w praktyce.Metoda zaś polegająca na wytworzeniu w metalu optymalnej gęstości defektów i dyslokacji jest powszechnie w praktyce stosowana (odkształcanie na zimno, zgniot, uzyskiwanie metalu, poprzez stopienie dwóch metali, lub metalu z niemetalem).
W miarę zwiększania ilości dyslokacji wzrasta wytrzymałość metalu i jego twardość, maleją zaś jego własności plasstyczne. Zmieniają się rownież niektóre własności fizyczne: np maleje przewodność elektryczna i przenikalność magnetyczna, wzrasta sila koercji i histereza magnetyczna,a także wzrasta potencjał elektrochemiczny.