Wady budowy krystalicznej: Punktowe (wakanse, atomy między węzłowe, atomy obce); Liniowe (dyslokacje krawędziowe, dys. śrubowe, dys. mieszane)

Powierzchniowe (granice zmian - wąsko kątowe szeroko kątowe bliźniacze; granice między fazowe; błędy ułożenia)

Liniowe:

wakanse atomy międzywęzłowe

Najprostszym defektem typu punktowego jest brak atomu w węźle sieci przestrzennej zwany wakansem albo luką. Wakanse powstają na wskutek drgań cieplnych sieci które są zależna od temperatury

Dyslokacje krawędziowe charakteryzują się określonymi własnościami dynamicznymi m.in. mają możliwość poruszania się w płaszczyźnie poślizgu pod wpływem naprężeń wewnętrznych lub zewnętrznych w wyniku czego następuje poślizg części kształtu wzdłuż określonej płaszczyzny sieciowej. Dyslokacje krawędziowe które leżą w płaszczyznach najgęściej obsadzonych atomami które jednocześnie są płaszczyznami poślizgu przemieszczają się pod wpływem naprężenia statycznego

Dyslokacja śrubowa jest liniowym defektem struktury wywołanym przemieszczeniem części kryształu wokół osi nazywanej linią dyslokacji śrubowej. Wokój dyslokacji śrubowej następuje jedynie odkształcenie postaciowe kryształu. Dla dyslokacji śrubowej wektor Burgersa b jest równoległy do jej linii

Granice ziarn stanowią wady powierzchniowe budowy krystalicznej. W metalu

polikrystalicznym granice oddzielają ziarna różniące się wzajemną orientacją krystalograficzną W zależności od kąta dezorientacji krystalicznej granice ziarn dzieli się na:

wąskokątowe (małego kąta dezoriętacji<20^o)

- wąskokątowa granica nachylona

- wąskokątowa granica skręcona

szerokokątowe (dużego kąta dezoriętacji>20^o)

- w tym przypadki szczególne(granice specjalne)

-granice koincydentne

-granice bliźniacze

Granice międzyfazowe: Granice między ziarnami różnych faz są nazywane granicami międzyfazowymi. Granice międzyfazowe, oddzielające fazy różniące się parametrami i typem sieci, mają budowę zbliżoną do granic szerokokątowych

- granice koherentne

- granice półkoherentne

- granice niekoherentne

Międzyfazowe granice koherentne (spojne) charakteryzują się dobrym dopasowaniem

sieci sąsiadujących faz w przeciwieństwie do granic niekoherentnych Częściowe dopasowanie wykazują granice półkoherentne, cechujące się występowaniem dyslokacji na granicy

Błędy ułożenia

W metalach o sieci A1 płaszczyzny gęstego ułożenia atomów {111} są usytuowane w kolejności ABCABC... Kolejne płaszczyzny A, B i C spoczywają na sobie, przesunięte względem siebie. Kolejność ułożenia tych

płaszczyzn może lokalnie ulec zaburzeniu, w wyniku którego nastąpi sekwencja ABAB.. lub ACAC.., charakterystyczna dla metali o sieci A3. Taka wada budowy krystalicznej jest nazywana błędem ułożenia.

Błędy ułożenia tworzą się wskutek:

- kondensacji wakansów,

- zaburzonego wzrostu kryształu,

- odkształcenia plastycznego.

sieć A1 wewnętrzny

sieć A1 zewnętrzny

systemy bliźniakowania w metalach

Skutki odkształcania: Wzrost umocnienia materiału (wzrost R_m, R_0,2p, HB) a zmniejszenie własności ciągliwych (A, Z); Wzrost zdefektowania struktury (defektów budowy krystalicznej); Wydłużenie ziarna w kierunku odkształcenia, fragmentacja wydzieleń, tekstura; Gniot: walcowanie Δh=h₀-h₁,

ε%-h₀-h₁/h₀*100%

Rekrystalizacja

- Zdrowienie: wypoczynek; poligonizacja (koalescencja subziaren)

- Rekrystalizacja pierwotna: migracja granic pierwotnych; wzrost subziaren (migracja subziaren, koalescencja subziaren)

- Rozrost ziaren

- Rekrystalizacja wtórna

Prawidłowości rekrystalizacji

- zarodki tworzą się w sposób uprzywilejowany w miejscach o dużym zdefektowaniu

- zarodki powstają po przekroczeniu gniotu krytycznego

- istnieje uprzywilejowana orientacja zarodków

- szybkość zarodkowania rosnie ze wzrostem szybkości nagrzewania

- temperatura rekrystalizacji T_r=(0,35÷0,6)T_t

- ze wzrostem stopnia zgniotu maleje temperatura rekrystalizacji

- ze wzrostem szybkości nagrzewania rośnie temperatura i czas rekrystalizacji

- podczas odkształcania plastycznego na zimno może powstawać tekstura struktury materiału sprzyjająca anizotropii własności

Zależność wielkości ziarna od stopnia gniotu po wyżarzaniu po uprzednim odkształceniu plastycznym na zimno

Struktury stopów metali

roztwory stałe: podstawowe i wtórne

Roztwór stały podstawowy - gdy rozpuszczalnikiem jest pierwiastek będący składnikiem stopu

Roztwór stały wtórny - gdy rozpuszczalnikiem jest faza między metaliczna

Roztwory stałe - ciągłe (rozpuszczalność od 0 do 100%) i graniczne (rozpuszczalność od 0 do X%). Roztwory mogą być różno węzłowe i międzywęzłowe.

Czynniki decydujące o tworzeniu roztworów:

- wielkości atomów - wzajemna rozpuszczalność w stanie stałym występuje gdy stosunek promieni atomowych jest mniejszy od 1,08 powyżej powstaja roztwory graniczne

- typów sieci - podobny typ sieci warunkuje powstanie roztworów ciągłych

- elektrowartościowości ujemnej - im mniejsza jest różnica wartościowości składników tym większa jest tendencja do tworzenia roztworów

- względnych wartościowości - metale o większej wartościowości rozpuszczają się łatwiej w metalach o mniejszej wartościowości, niż odwrotnie

ekspansja
sieci












kontrakcja sieci

Fazy między metaliczne

Cechy faz międzymetalicznych:

- struktura krystaliczna faz różni się od struktury każdego ze składników

- atomy każdego ze składników wykazują uporządkowane rozmieszczenie w sieci krystalicznej

- w oddziaływaniu między metalami występuje przewaga wiązania metalicznego

- stosunki ilościowe atomów składników nie spełniają zależności stechiometrycznych (analogii do wzorów chemicznych)

Przykłady faz międzymetalicznych

- fazy elektronowe: β(3/2), γ(21/13), ε(7/4)

- fazy Lavesa: A : B = 1,05÷1,68, najczęściej AB₂

- fazy o strukturach siatek KAGOME (σ.P,R,µ,δ)

Fazy międzywęzłowe

- o strukturach prostych, gdy r_x/r_M≤0.59, np. M₄X, M₂X,MX, MX₂

- o strukturach złożonych, gdy gdy r_x/r_M≥0.59, np. MC, MC₂, M₃C, M₇C₃, M₂₃C₆

Układy równowagi fazowej

- równania termodynamiczne układu

dE+PdV=dQ≤TdS

E - energia wewnętrzna e=f(T,V,P)

P - ciśnienie, V - obj. Q - ciepło doprowadzone

do układu, S - entropia

dE+PdV=dQ - I zasada termodynamiki

(jeżeli na układ nie działają żadne czynniki zewnętrzne, to energia układu nie ulega zmianie)

dQ≤TdS - II zasada termodynamiki

(ciepło może zmieniać się w pracę wtedy gdy przechodzi ze źródła o temperaturze wyższej do obiektu o temp. niższej)

Równowagę faz opisuje reguła faz W.Gibbsa

f=n-p-c+m

f - liczba stopni swobody układu

n - liczba prostych składników stopu

p - liczba faz

c- liczba reakcji chemicznych

m - liczba czynników termodynamicznych

Dla stopów metali: f=n-p+1

Krzywe chłodzenia a) teoretyczna b) i c) rzeczywiste

Wzory

Naprężenia tarcia w sieci krystalicznej

T_O=2G/K exp (-2πd/Kb)

K - stała zależna od rodzaju dyslokacji

G - moduł sprężystości postaciowej

d- odległość między najbliższymi płaszczyznami poślizgu

b - wektor Burgersa

Energia dyslokacji

A) śrubowej: E_s=Gb²I/4π*In R/r_o+E_o

B) krawędziowej:E_k=Gb²I/4π (1-v)*In R_o/r_o+E_o

E_k=3/2E_s

C) mieszanej: E_m=Gb²I/4π (1-v)*In R_o/r_o (1+cos²α)+E_o

E₀ - energia rdzenia dyslokacji o promieniu r_o=b-5b

v - współczynnik Poissona (sprężystości), v=1/3

b_k=b sinα, b_s=b cosα

α - kąt między linią dyslokacji i jej wektorem Burgersa

G - moduł sprężystości postaciowej

I - długość dyslokacji

---