(+)
RZECZYWISTA STRUKTURA MATERIAA
ÓW KRYSTALICZNYCH
(na przykładzie metali  największy wpływ defektów na właściwości)
W strukturze występują zaburzenia w idealnym ułożeniu atomów nazywane defektami.
Defekty mają istotny wpływ na własności fizyczne i mechaniczne metali.
- nie potrafimy ich uniknąć aby sięgnąć po teoretyczne właściwości kryształu,
- wywołujemy je celowo poprzez tworzenie stopów, obróbkę cieplną,
techniki wytwarzania aby otrzymać określone właściwości materiału
W zależności od geometrii zaburzonego obszaru defekty dzieli się na:
" punktowe (wakanse, obce atomy),
" liniowe (dyslokacje),
" powierzchniowe (płaskie) - granice ziaren, granice międzyfazowe, błędy ułożenia.
Tajemnica właściwości i zachowania się materiałów tkwi w rodzaju wiązań między
atomami oraz w możliwości powstawania i ruchu defektów w ich strukturze.
(+)
(L.A. Dobrzański)
(+)
Defekty punktowe
mogą powstawać samorzutnie w wyniku drgań cieplnych atomów,
powierzchnia kryształu
atom w pozycji międzywęzłowej
wakans (defekt Schottky`ego)
(L.A. Dobrzański)
kontrakcja sieci ekspansja sieci
(-+)
Ilość (stężenie) wakansów)
(opisuje logarytmiczna funkcja rozkładu Boltzmanna)
temperatura topnienia
n qw
H" Aexp(- )
Równowagowa koncentracja
N kT
wakancji w aluminium.
10-15
w 20 O C
(Broadshaw i Pearson)
N  liczba atomów w krysztale,
n  liczba wakansów (liczba atomów mających energię qw),
qw  energia potrzebna do utworzenia wakansu,
k  stała Boltzmanna,
kT  średnia energia na jeden stopień swobody atomu,
A  stała proporcjonalności,
(+)
Odkształcenie plastyczne monokryształów
rozciągany monokryształ nitkowy Al
http://www.univie.ac.at/
(płaszczyzna
poślizgu)
(K.Xia)
rozciągany monokryształ cynku
(L.A. Dobrzański)
(+)
Odkształcenie plastyczne polikryształu
(pasma poślizgu)
http://www.ndt-ed.org/EducationResources/
(+)
linie poślizgu w ziarnach polikryształu
Odkształcenie plastyczne
w materiałach polikrystalicznych
ziarna wydłużają się
(dr K.Xia)
(-)
Linie i pasma poślizgu w stali austenitycznej (sieć A1) walcowanej na zimno
a) stopień gniotu 10%, b) stopień gniotu 50%, powiększenie mikroskopu 500x,
(R. Haimann))
(+-)
Systemy poślizgu w kryształach
poślizg zachodzi najłatwiej na płaszczyz
nie najgęściej upakowanej atomami, wzdłuż kierunku
na którym się one stykają  razem tworzą one system poślizgu
systemy łatwego poślizgu w sieciach A1, A2 i HZ
(R. Haimann)
(F. Staub)
te same kierunki gęstego ułożenia atomów mogą leżeć na różnych płaszczyznach
(+)
Teorie poślizgu (odkształcenia plastycznego)
dawna, błędna teoria poślizgu jednorodnego (sztywnego)
- zakładano nieściśliwość kryształów oraz jednoczesny poślizg całych płaszczyzn,
- otrzymywano wyniki 10-1000 razy wyższe od obserwowanych w rzeczywistości,
(R. Haimann)
odkształcenie
odkształcenie
stan wyjściowy stan końcowy
sprężyste
sprężyste oraz
plastyczne (trwałe)
poślizg niejednorodny  w 1934 r. niezależnie G.I. Taylor, E. Orowan, M. Polanyi,
- założono sprężystą ściśliwość kryształów,
- założono istnienie defektów (wtedy tylko dyslokacji krawędziowych), które
ułatwiają poślizg,
- otrzymano wyniki bliskie rzeczywistym (b. małe  dla monokryształu Fe około 15 MPa)
Dyslokacja krawędziowa (+)
dyslokacja krawędziowa dodatnia (4% ) i ujemna (,% )
kontur i wektor Burgersa (b)
(K. Xia)
(L.A. Dobrzański)
linia dyslokacji jest to krawędz
urwanej w
krysztale półpłaszczyzny,
wektor Burgersa jest 4% do linii dyslokacji,
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/
(+)
Poślizg (ruch) dyslokacji krawędziowej
(dr K.Xia)
dyslokacja krawędziowa przemieszcza się po ściśle określonej płaszczyz
nie poślizgu w kierunku
działającego naprężenia stycznego, równolegle do wektora Burgersa,
(+)
sprężyste odkształcenie sieci wokół linii dyslokacji
+ rozciągnięcie (ekspansja sieci),
_
 ściśnięcie (kontrakcja sieci),
siła potrzebna do wywołania poślizgu dyslokacji:
ń = ą G b
+
ą  stała, zależna od czynników hamujących
ruch dyslokacji,
G  moduł Kirchoffa (stała sprężystości materiału),
b  wektor Burgersa,
energia dyslokacji
(energia odkształceń sprężystych sieci)
Edysl = ą G b2
ą  stała, zależna od rodzaju dyslokacji,
wzajemne oddziaływanie dyslokacji
- jednoimienne odpychają się,
- różnoimienne przyciągają się
(anihilacja zmniejszająca energię układu),
(University of Virginia, Dept. of Materials Science and Engineering)
(+)
Spiętrzenie dyslokacji jednoimiennych przed przeszkodą
(wzrost oporu przeciwko dalszemu poślizgowi dyslokacji)
umocnienie  zjawisko wzrostu twardości i wytrzymałości oraz pogorszenie plastyczności
jest wynikiem spiętrzeń dyslokacji przed przeszkodami (granice ziaren, wydzielenia innych
faz, krzyżowanie się aktywnych systemów poślizgu, itd.)
Badania dyslokacji metoda TEM (transmisyjny mikroskop elektronowy) (za dr B. Kuz
nicką)
(-+)
Wspinanie się dyslokacji krawędziowych
zjawisko wspinania umożliwia rozładowywanie spiętrzeń dyslokacji,
- zmniejsza szybkość przyrostu umocnienia,
- zwiększa odkształcalność w zakresie plastycznym,
(dodatnie)
(ujemne)
(L.A. Dobrzański-2004)
(+-)
Dyslokacja śrubowa (Burgers 1939 r.)
S
(L.A. Dobrzański)
wektor Burgersa jest równoległy do linii dyslokacji S,
pod działaniem naprężenia tnącego linia dyslokacji S
S
przemieszcza się prostopadle do jego kierunku,
(www.matter.org.uk)
linia dyslokacji S może ulegać poślizgowi poprzecznemu
(zmiana płaszczyzny poślizgu na inaczej ukierunkowaną),
S
umownie wyróżniamy prawo- i lewoskrętne ( ),
poślizg poprzeczny dyslokacji śrubowej
(-+)
Dyslokacja mieszana
wektor Burgersa nie jest ani równoległy ani prostopadły do linii dyslokacji,
(L.A. Dobrzański)
(-+)
Mnożenie dyslokacji  z
ródło Franka-Reada
obraz z TEM
(L.A. Dobrzański)
(+)
y
ródło Franka-Reada wewnątrz ziarna oraz
spiętrzenie pętli dyslokacji przed granicami.
Umocnienie jako skutek
wzrostu gęstości dyslokacji.
(R. Haimann)
(-)
stal austenityczna (TEM)
(A. Krajczyk)
mosiądz jednofazowy (TEM)
stal po obciążeniu cyklicznym (TEM)
http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~blaz
(A. Krajczyk)
www.univie.ac.at/ materialphysik/EM/