9752256408

9

Rozdział 2

WPROWADZENIE 2.1. Mikrostruktura metali technicznych i ich stopów

Metale w stanie stałym występują w formie krystalicznej. Budowa krystaliczna polega na tym, że atomy zajmują względem siebie określone położenia tak, że wzajemne odległości i porządek ich ułożenia są ściśle określone. Cale zespoły atomów ułożone w ten sposób tworzą kryształ.

Kryształ, jako całość, zbudowany jest wyłącznie z elementarnych sieci przestrzennych. Kryształy zachowują zewnętrzną regularną formę tylko przy sprzyjających okolicznościach ich wzrostu. Metale techniczne i ich stopy mają strukturę polikry staliczną lub kompozy tową.

Polikrysztal składa się również z regularnych sieci elementarnych, lecz kryształy otrzymują przy krzepnięciu metalu formę zewnętrzną powstałą przypadkowo, najczęściej wskutek zetknięcia się z sąsiednimi kryształami. Ta przypadkowa (nieregularna) forma zewnętrzna nazywa się w metaloznawstwie ziarnami lub krystalitami.

Gdy przełamiemy pręt metalowy, struktura polikrystaliczna przejawi się poprzez nierówności powierzchni przełomu. Martenzyt - typowy materiał z pamięcią kształtu - ma strukturę kompozytową, warstwową, w której naprzemiennie występują dwie różne odmiany martenzytu. Polikrysztal w gruncie rzeczy jest mieszaniną (agregatem) losowo względem siebie usytuowanych monokryształów -ziaren. Chociaż każde z tych ziaren jest fizycznie niejednorodne i posiada anizotropię, to polikrysztal, jako całość, po uśrednieniu jego własności, może być traktowany, jako fizycznie jednorodny i izotropowy. Dzięki temu można przyjąć, że ciało odkształcane jest wyodrębnioną częścią jednorodnego izotropowego ośrodka ciągłego wypełnionego równomiernie masą, tzw. kontinuum materialnym.

W przypadku kompozytów sprężystych metoda uśredniania, prowadząca do definicji stałych efektywnych, korzysta z tzw. REO (Reprezentatywnego Elementu Objętości). Element ten (po angielsku RVE - Representative Volwne Element) jest próbką wyciętą myślowo z niejednorodnego ośrodka o rozmiarze znacznie większym niż rozmiar niejednorodności, ale znacznie mniejszym niż rozmiar całego ośrodka.

Uśrednianie objętościowe gradientów pól odkształceń w REO oraz pól strumieni (na przykład naprężeń) prowadzi do definicji stałego tensora, zwanego tensorem efektywnym lub homogenizowanym, który wyznacza związek konstytutywny (naprężenie - odkształcenie).

W dalszym ciągu będziemy zajmować się własnościami mechanicznymi metali technicznych i ich stopów, zakładając, że stanowią one kontinuum materialne.