2.Идеальное и реальное строение кристаллов. Дефекты кристаллического строения. Теоретическая и реальная прочность металлов. Пути повышения прочности металлов.
Виды кристаллов.
Следует разделить идеальный и реальный кристаллы.
Идеальный кристалл
Является, по сути, математическим объектом, имеющим полную симметрию, ровные гладкие грани.
Реальный кристалл
Всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и деформаций.
Каждый металл имеет свой вид кристаллической решетки. В реальных условиях не всегда кристаллическая решетка имеет правильное строение. На деле это выражается в том, что теоретическая прочность металлов всегда выше реальной, т. к. наличие дефектов в кристаллической решетке снижает прочность. Дефекты подразделяются на следующие типы:
Точечные или вакансии, представляющие собой свободные места в узлах кристаллической решетки, а также дислоцированные и примеси других атомов
а) вакансия (атом отсутствует);
б) примесный атом;
в) дислоцированный атом – линейный атом
- линейные или дислокации, представляющие собой нарушения кристаллического строения, связанные с отклонениями реальных кристаллов от идеального состояния и выражающиеся в смещении отдельных участков кристалла (рис. 5). Дислокации возникают в процессе кристаллизации, пластической деформации и т.д.
- поверхностные дефекты. Они чаще всего проявляются на границах зерен, где кристаллическая решетка бывает недостроенной.
- объемные – микротрещины, поры, различные включения. Они образуются в процессе кристаллизации, фазовых превращений, пластической деформации.
Наименее значимыми являются точечные деформации (в виду малости объёмов искаженной решётки, точечные дефеты очень мало влияют на прочность металлов), наиболее значительными – объемные.
Пути повышения прочности металлов
В этой теме рассмотрим, в основном, влияние дефектов решетки на прочность кристаллических материалов.
В теме 1.1 отмечалось, что прочность – это способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием внешней нагрузки.
Под прочностью кристаллических тел понимают их сопротивление приложенной нагрузке, стремящейся сдвинуть или, в пределе, оторвать одну часть кристалла относительно другой.
Наличие в металлах подвижных дислокаций (уже в процессе кристаллизации возникает до 106…108 дислокаций в сечении, равном 1см2) приводит к их пониженной сопротивляемости нагружению, т.е. высокой пластичности и невысокой прочности.
Очевидно, что наиболее эффективным способом повышения прочности будет удаление дислокаций из металла. Однако такой путь не технологичен, т.к. бездислокационные металлы удается получать лишь в виде тонких нитей (так называемых «усов») диаметром в несколько микрон и длиной до » 10 мкм.
Поэтому практические способы упрочнения основаны на торможении, блокировании подвижных дислокаций путем резкого увеличения числа дефектов решетки (в первую очередь линейных и поверхностных!), а также создании многофазных материалов (см. параграф 1.2.2.).
Такими традиционными методами повышения прочности металлов являются:
– пластическое деформирование (явление наклепа или нагартовки),
– термическая (и химико-термическая) обработка,
– легирование (введение специальных примесей) и, наиболее общий подход, – это создание сплавов.
В заключение следует отметить, что повышение прочности, основанное на блокировании подвижных дислокаций, приводит к снижению пластичности и ударной вязкости и, соответственно, эксплуатационной надежности материала.
- Подготовка к экзамену по матведу. Оглавление
- 1.Атомно-кристаллическая структура металлов. Анизотропия. Полиморфизм.
- 2.Идеальное и реальное строение кристаллов. Дефекты кристаллического строения. Теоретическая и реальная прочность металлов. Пути повышения прочности металлов.
- 3.Сплавы:твердые растворы, механические смеси, химические соединения. Алгоритм расшифровки диаграмм состояния двойных сплавов. Основные типы диаграмм состояния двойных сплавов и их расшифровка.
- 6.Предварительная термическая обработка углеродистых сталей. Нормализация, отжиг стали. Виды брака. Перегрев, пережег : влияние на механические свойства стали. Способы устранения брака.
- 7.Диаграмма изотермического распада аустенита.(с-образная кривая).Критическая скорость закалки. Структуры, образующиеся в стали при охлаждении со скоростью, меньше критической.
- 8. Виды отпуска углеродистых сталей, их назначение и образующиеся структуры. Сравнение образовавшихся структур.
- 9.Термическая обработка углеродистых конструкционных сталей(изделия типа вал, шестерня).
- 10.Термическая обработка углеродистых инструментальных сталей.
- 11.Термические и структурные напряжения, возникающие в изделии при термической обработке. Способы их предотвращения или устранения. Способы закалки стали.
- 12.Влияние содержания углерода на свойства стали в отожженном и закаленном состояниях.
- 13. Основной эффект легирования сталей и сплавов металлическими элементами.
- 14.Маркировка легированных сталей и сплавов.
- 15.Прокаливаемость сталей и сплавов. Критический диаметр. Влияние легирования на Dкр.
- 16.Классификация легированных сталей по структуре. Классы легированных сталей.
- 17. Конструкционные легированные стали. Термическая обработка низколегированных конструкционных сталей(вал, пружина).
- 18. Дефекты легированных сталей перлитного класса.
- 19. Защита сталей и сплавов от коррозии легированием. Межкристаллическая коррозия и способы борьбы с ней.
- 20. Влияние пластической деформации на механические свойства сталей. Наклеп и рекристаллизация. Критическая степень наклепа.
- 21. Поверхностное упрочнение деталей машин наклепом.
- 22. Поверхностное упрочнение деталей машин закалкой с разогревом поверхности токами высокой частоты. Интервал возможной твердости.
- 25. Азотирование сталей. Предельная получаемая твердость. Особенности поверхностного слоя.
- 26.Подшипниковые сплавы. Стали для подшипников качения. Маркировка. Термообработка. Сплавы для подшипников скольжения. Строение, свойства, применение.
- 27.Твердые сплавы.
- 28. Теплостойкость инструментальных сталей и сплавов.
- 29. Усталость металлов. Особенности усталостного разрушения. Предел усталости( выносливости). Способы повышения усталостной прочности.
- 30. Алюминевые сплавы литейные и деформируемые. Особенности термической обработки деформируемых сплавов.
- 31. Чугуны. Влияние строения чугунов на свойства (серые, ковкие, высокопрочные). Маркировка чугунов. Область применения.