Кристаллическое строение материалов

1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

2. План лекции

1.
2.
3.
4.
Кристаллические индексы
Дефекты кристаллического строения
Линейные дефекты
Механизмы диффузионных процессов

3. Кристаллографические индексы

z [001]
[ī ī0]
[0ī0]
-y
[111]
[ī21]
x
[100]
[110]
[ī01]
[010]
y
[ī0ī]
[u, v, w] - индексы
направления, они
связаны с
координатами узла
кристаллической
решетки
По параллельным
направлениям
свойства одинаковы

4. Кристаллографические плоскости

- плоскости, проходящие через узлы
кристаллической решетки
m, n, p – отрезки с помощью которых
определяется положение плоскости в
пространстве ( в единицах отрезков a, b, c)
Принято за индексы плоскостей брать
обратные отрезки h= 1/m, k = 1/n, l = 1/p

5. Определение индексов Миллера для плоскостей

1. Найти точки пересечения данной плоскости со
всеми тремя осями координат в кристалле.
2. Взять обратную величину от найденных чисел.
3. Привести индексы к наименьшим
целочисленным значениям, сохраняя при этом их
соотношение.
4. Заключить индексы в круглые скобки (hkl).

6. Индексы плоскостей

z
z
(110)
(111)
x
z
y
x
(100)
x
y
y
Заштрихованные
плоскости это плоскости
скольжения
кристалла

7. Индексы плоскостей

z
z
(112)
x
y
(212)
x
y

8.

Наиболее плотноупакованными плоскостями для
ОЦК решетки является (110), для ГЦК (111) и для
ГП решетки (0001).
Вследствие неодинаковой плотности атомов в
различных плоскостях многие физические и
механические свойства зависят от направления
вырезки образцов.
Подобная неодинаковость свойств по различным
кристаллографическим направлениям называется
анизотропией.
Преимущественная ориентировка
кристаллографических плоскостей относительно
какого-либо направления называется текстурой.

9. АЛЛОТРОПИЯ

- способность некоторых металлов существовать
в различных кристаллических формах в
зависимости от внешних условий (давление,
температура)
Fe: t=911 0C – ОЦК Feα
Fe: 911 < t < 1392 0C – ГЦК Feγ
Fe: 1392 < t < 1539 0C – ОЦК Feδ
(высокотемпературное)

10.

ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛОВ
Точечные
Линейные
Поверхностные
Объемные

11. Точечные дефекты кристаллического строения

а
а – атом
замещения;
б
в
б – атом
внедрения;
в – вакансия

12. Линейные дефекты кристаллического строения

а
а – винтовая дислокация;
б
б – краевая дислокация
Линейные дефекты образуются вследствие
появления дополнительной атомной плоскости
(экстраплоскости).

13. Краевая дислокация, образованная за счет сдвига

14. Схема винтовой дислокации

15. Вектор Бюргерса

- мера искажения кристаллической решетки
Вектор необходимый для замыкания контура

16.

Плотность дислокаций – суммарная длина всех
дислокаций в единице объема.
l
V
В п/п кристаллах плотность – 104-105 см-2,
у отожженных металлов - 106-108 см-2,
При холодной пластической деформации - 1011-1012см-2
Примесные атомы образуют зоны повышенной
концентрации дислокаций.
Дислокации значительно снижают прочность
материалов.

17. Влияние плотностей дислокаций на прочность и пластичность

Прочность
теоретическая
плотность
плотность услов
чистые
металлы
металлы и сплавы
упрочненные
к
Плотность дислокаций

18. Поверхностные дефекты кристаллического строения

Строение большеугловых границ.
Границы между зернами (большеугловые) –
это переходная область шириной
5–10 межатомных расстояний

19. Разная ориентация кристаллических зерен

а – решетки (фрагменты),
б – границы
о – атомы, расположены в середине зерен
• - атомы на границах зерен

20. Фрагментация

- процесс деления зерен на фрагменты
(полигонизациея)
Фрагменты - участки зерна разориентированные
один относительно другого на несколько градусов
(а)

21. Поверхностные дефекты кристаллического строения

Строение
малоугловых границ.
а – расстояние между
соседними атомами;
d – расстояние между
дислокациями;
– угол
разориентирования
соседних блоков

22.

По границам зерен легко
идет диффузия

23. Механизмы диффузионных процессов

а
б
а – вакансионный;
в – обменный;
в
г
б – межузельный;
г – циклический