Анизотропными становятся металлы после

Анизотропия (от др. uреч. ἄνισος — неравный и τρόπος — направление) — зависимость свойств материала (например, механических: предела прочности, относительного удлинения, твердости, износостойкости и др.) от направления внутри этого материала. Если материал изотропен, то его свойства одинаковы во всех направлениях. 

Металлография тесно связана с вопросами анизотропии. По некоторым свойствам материал может быть изотропен, по другим — анизотропен. Материалы могут отличаться степенью анизотропии. Вопрос анизотропности материала связан с выбором направления внутри этого материала.

В одном направлении материал может рассматриваться как анизотропный, в других – как изотропный. Анизотропия в металлографии может рассматриваться на разных масштабных уровнях.

Например, на микроуровне (внутри зерна) материал может быть анизотропен, а на другом — изотропен (например в объеме образца).

 Анизотропия может быть разделена на естественную и искусственную.

Примером естественной анизотропии на микроуровне является анизотропия элементарной кристаллической ячейки.

Если рассматривать отдельные направления внутри элементарной ячейки, то проявляется анизотропия: различные направления имеют различные свойства на масштабном уровне, определяющемся размерами кристаллической решетки. В качестве примера можно привести монокристалл медного купороса (рис.1).

Степень анизотропии кристаллов кубической сингонии гораздо выше. Если рассматривать направления осей x, у и z, то монокристалл поваренной соли изотропен (рис.1б). Овализованный кристалл поваренной соли имеет изотропную форму.

а	б

Рисунок 1. Гидратированные кристаллы медного купороса (а); естественный и овализованный кристаллы хлорида натрия (б).

Плотность и удельная теплоёмкость у всех кристаллов не зависят от направления. Анизотропия остальных физических свойств кристаллов тесно связана с их симметрией и проявляется тем сильнее, чем ниже симметрия. Например, усилие сдвига, скорость роста или растворения кристалла зависят от направления.

Пример анизотропной структуры электролитического покрытия меди представлен на рис. 2. Кристаллиты покрытия растут на подложке в определенном направлении и все они ориентированы в пространстве одинаково. Скорость роста кристаллов максимальна в направлении, перпендикулярном подложке.

Рисунок 2. Структура электролитического покрытия меди.

Молекулярные кристаллы (белки или полимеры) также являются анизотропными объектами. Изделия, созданные на основе полимеров могут быть как анизотропными (например искусственные нити для производства тканей), так и изотропными (изделия, получаемые при горячем формообразовании полимерных порошков). Сам порошок (рис.3) можно считать изотропным.

Рисунок 3. Порошок политетрафторэтилена; освещение по методу темного поля.

Помимо белков, естественная анизотропия свойственна другим материалам биологического происхождения. Например: слюда, костные и мышечные ткани человека и животных, древесина и листья, трава и т.д.

Анизотропия материалов связана либо с естественной анизотропией материала, либо создается искусственно для придания материалу определенных свойств. Поликристаллические материалы (металлы, сплавы) принято считать изотропными, поскольку кристаллиты, составляющие металл, ориентированы хаотично относительно внешних и внутренних направлений в материале.

Анизотропия в металлических материалах создается искусственно. Это, например, специальные условия кристаллизации (рис.4) (направленный теплоотвод). На рис.4а показана структура литой меди; кристаллиты вытянуты в направлении теплоотвода. Структура на рис.4б не имеет направленности. Анизитропную структуру можно получить при деформации —  прокаткой и волочением. Например, на рис.

5а показана структура прокатанной стали. Видны полосы перлита (темные), вытянутые вдоль направления деформации. Структура, показанная на рис.5б тоже состоит из перлита и феррита, но такую структуру можно считать изотропной, потому что феррит и перлит равномерно распределены в объеме стали.

Сам перлит анизотропен, потому что имеет пластинчатое строение (в противоположность зернистому перлиту, который является изотропным). 

Анизотропия, созданная тпластической деформацией, сохраняется в изделии или материале после прекращения воздействия и определяет комплекс его физико-механических свойств. Например, после холодной прокатки на 90% и отжига при 8000С медь имеет различное относительное удлинение: вдоль направления деформации – 40%, под углом 450 к направлению деформации – 75%.

а	б

Рисунок 4. Макроструктура литья: а – анизотропия макроструктуры меди за счет направленного теплоотвода; б – изотропная структура меди, формирующаяся при равномерном теплоотводе.

а	б

Рисунок 5. Анизотропия структуры углеродистой стали, созданная холодной прокаткой (а), и однородная структура, полученная нормализацией (б).

Композиционные материалы представляют собой искусственные анизотропные материалы, созданные, как правило, из двух и более материалов, часто различной природы. Композиционный материал состоит из армирующего прочного материала (как правило анизотропного) и связующего изотропного вещества с более низкими свойствами.

Часто в качестве армирующего элемента используются высокопрочные волокна – графитовое или борное волокно, стекловолокно и т.д. (рис.6 а). Понятно, что в продольном сечении материал можно рассматривать как анизотропный (рис. 6 б), в поперечном сечении – как изотропный, т.к. сечение волокна сферическое (рис. 6в).

Из элементарных соображений понятно, что свойства композиционного материала вдоль волокна будут существенно отличаться от свойств в поперечном направлении. Этот случай анизотропии представляет собой частный случай анизотропии под названием ортотропия (от др. греч.

ὀρθός — прямой и τρόπος — направление) —различие свойств материала по взаимно перпендикулярным направлениям.

 Рисунок 6. Анизотропия композиционных материалов: а – борное волокно; б – волокно в составе композита, продольное сечение материала; в – поперечное сечение материала.

Анизотропия металлов

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 106Следующая ⇒

Свойства тела зависят от природы атомов, из которых оно состоит, и от силы взаимодействия между этими атомами. Силы взаимодействия между атомами в значительной степени определяются расстояниями между ними.

В аморфных телах с хаотическим расположением атомов в пространстве расстояния между атомами в различных направлениях равны, следовательно, свойства будут одинаковые, то есть аморфные тела изотропны

• В кристаллических телах атомы правильно располагаются в пространстве, причем по разным направлениям расстояния между атомами неодинаковы, что предопределяет существенные различия в силах взаимодействия между ними и, в конечном результате, разные свойства. Зависимость свойств от направления называется анизотропией
• Чтобы понять явление анизотропии необходимо выделить кристаллографические плоскости и кристаллографические направления в кристалле.
• Плоскость, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется кристаллографической плоскостью.
• Прямая, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется кристаллографическим направлением.

Для обозначения кристаллографических плоскостей и направлений пользуются индексами Миллера. Чтобы установить индексы Миллера, элементарную ячейку вписывают в пространственную систему координат (оси X,Y, Z – кристаллографические оси). За единицу измерения принимается период решетки.

Рис.2.3. Примеры обозначения кристаллографических плоскостей (а) и кристаллографических направлений (б)

1. Для определения индексов кристаллографической кристаллографической плоскости необходимо:
2. – установить координаты точек пересечения плоскости с осями координат в единицах периода решетки;
3. – взять обратные значения этих величин;
4. – привести их к наименьшему целому кратному, каждому из полученных чисел.

Полученные значения простых целых чисел, не имеющие общего множителя, являются индексами Миллера для плоскости, указываются в круглых скобках. Примеры обозначения кристаллографических плоскостей на рис. 1.3 а.

Другими словами, индекс по оси показывает, на сколько частей плоскость делит осевую единицу по данной оси. Плоскости, параллельные оси, имеют по ней индекс 0 (110)

• Ориентация прямой определяется координатами двух точек. Для определения индексов кристаллографического направления необходимо:
•  одну точку направления совместить с началом координат;
•  установить координаты любой другой точки, лежащей на прямой, в единицах периода решетки
•  привести отношение этих координат к отношению трех наименьших целых чисел.
• Индексы кристаллографических направлений указываются в квадратных скобках [111]
• В кубической решетке индексы направления, перпендикулярного плоскости (hkl) имеют те же индексы [hkl].

Строение реальных кристаллов. Дефекты кристаллического строения и их влияние на физико-механические свойства металлов.

Из жидкого расплава можно вырастить монокристалл. Их обычно используют в лабораториях для изучения свойств того или иного вещества.

Металлы и сплавы, полученные в обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов, то есть, имеют поликристаллическое строение. Эти кристаллы называются зернами.

Они имеют неправильную форму и различно ориентированы в пространстве.

Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, отличную от ориентировки соседних зерен, вследствие чего свойства реальных металлов усредняются, и явления анизотропии не наблюдается

1. В кристаллической решетке реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Различают следующие структурные несовершенства:
2. · точечные – малые во всех трех измерениях;
3. · линейные – малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем;
4. · поверхностные – малые в одном измерении;
5. · объемные – крупные во всех трех измерениях.
6. Точеные дефекты

Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей (рис. 2.4.).

Рис.2.4. Точечные дефекты

Вакансия – отсутствие атомов в узлах кристаллической решетки, «дырки», которые образовались в результате различных причин. Образуется при переходе атомов с поверхности в окружающую среду или из узлов решетки на поверхность (границы зерен, пустоты, трещины и т. д.

), в результате пластической деформации, при бомбардировке тела атомами или частицами высоких энергий (облучение в циклотроне или нейтронной облучение в ядерном реакторе). Концентрация вакансий в значительной степени определяется температурой тела. Перемещаясь по кристаллу, одиночные вакансии могут встречаться. И объединяться в дивакансии.

Скопление многих вакансий может привести к образованию пор и пустот.

Дислоцированный атом – это атом, вышедший из узла решетки и занявший место в междоузлие. Концентрация дислоцированных атомов значительно меньше, чем вакансий, так как для их образования требуются существенные затраты энергии. При этом на месте переместившегося атома образуется вакансия.

Примесные атомы всегда присутствуют в металле, так как практически невозможно выплавить химически чистый металл. Они могут иметь размеры больше или меньше размеров основных атомов и располагаются в узлах решетки или междоузлиях.

Точечные дефекты вызывают незначительные искажения решетки, что может привести к изменению свойств тела (электропроводность, магнитные свойства), их наличие способствует процессам диффузии и протеканию фазовых превращений в твердом состоянии. При перемещении по материалу дефекты могут взаимодействовать.

Линейные дефекты:

Основными линейными дефектами являются дислокации. Априорное представление о дислокациях впервые использовано в 1934 году Орованом и Тейлером при исследовании пластической деформации кристаллических материалов, для объяснения большой разницы между практической и теоретической прочностью металла.

Дислокация – это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей.

Краевая дислокация представляет собой линию, вдоль которой обрывается внутри кристалла край “лишней“ полуплоскости (рис. 2.5)

а) б)

Рис. 2.5. Краевая дислокация (а) и механизм ее образования (б)

Неполная плоскость называется экстраплоскостью.

Большинство дислокаций образуются путем сдвигового механизма. Ее образование можно описать при помощи следующей операции. Надрезать кристалл по плоскости АВСD, сдвинуть нижнюю часть относительно верхней на один период решетки в направлении, перпендикулярном АВ, а затем вновь сблизить атомы на краях разреза внизу.

Наибольшие искажения в расположении атомов в кристалле имеют место вблизи нижнего края экстраплоскости. Вправо и влево от края экстраплоскости эти искажения малы (несколько периодов решетки), а вдоль края экстраплоскости искажения простираются через весь кристалл и могут быть очень велики (тысячи периодов решетки) (рис. 2.6).

Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то краевая дислокация – положительная ( ), если в нижней, то – отрицательная ( ). Дислокации одного знака отталкиваются, а противоположные притягиваются.

Рис. 2.6. Искажения в кристаллической решетке при наличии краевой дислокации

Другой тип дислокаций был описан Бюргерсом, и получил название винтовая дислокация.

Винтовая дислокация получена при помощи частичного сдвига по плоскости Q вокруг линии EF (рис. 2.7) На поверхности кристалла образуется ступенька, проходящая от точки Е до края кристалла.

Такой частичный сдвиг нарушает параллельность атомных слоев, кристалл превращается в одну атомную плоскость, закрученную по винту в виде полого геликоида вокруг линии EF, которая представляет границу, отделяющую часть плоскости скольжения, где сдвиг уже произошел, от части, где сдвиг не начинался.

Вдоль линии EF наблюдается макроскопический характер области несовершенства, в других направлениях ее размеры составляют несколько периодов.

Если переход от верхних горизонтов к нижним осуществляется поворотом по часовой стрелке, то дислокация правая, а если поворотом против часовой стрелки – левая.

Рис. 2.7. Механизм образования винтовой дислокации

Винтовая дислокация не связана с какой-либо плоскостью скольжения, она может перемещаться по любой плоскости, проходящей через линию дислокации. Вакансии и дислоцированные атомы к винтовой дислокации не стекают.

• В процессе кристаллизации атомы вещества, выпадающие из пара или раствора, легко присоединяются к ступеньке, что приводит к спиральному механизму роста кристалла.
• Линии дислокаций не могут обрываться внутри кристалла, они должны либо быть замкнутыми, образуя петлю, либо разветвляться на несколько дислокаций, либо выходить на поверхность кристалла.
• Дислокационная структура материала характеризуется плотностью дислокаций.
• Плотность дислокаций в кристалле определяется как среднее число линий дислокаций, пересекающих внутри тела площадку площадью 1 м2, или как суммарная длина линий дислокаций в объеме 1 м3
• (см-2; м-2)

Плотность дислокаций изменяется в широких пределах и зависит от состояния материала. После тщательного отжига плотность дислокаций составляет 105…107 м-2, в кристаллах с сильно деформированной кристаллической решеткой плотность дислокаций достигает 1015…10 16 м –2.

Плотность дислокации в значительной мере определяет пластичность и прочность материала (рис. 2.8)

Рис. 2.8. Влияние плотности дислокаций на прочность

Если плотность меньше значения а, то сопротивление деформированию резко возрастает, а прочность приближается к теоретической. Повышение прочности достигается созданием металла с бездефектной структурой, а также повышением плотности дислокаций, затрудняющим их движение.

В настоящее время созданы кристаллы без дефектов – нитевидные кристаллы длиной до 2 мм, толщиной 0,5…20 мкм — “усы“ с прочностью, близкой к теоретической: для железа = 13000 МПа, для меди =30000 МПа. При упрочнении металлов увеличением плотности дислокаций, она не должна превышать значений 1015…10 16 м –2.

В противном случае образуются трещины.

Дислокации влияют не только на прочность и пластичность, но и на другие свойства кристаллов. С увеличением плотности дислокаций возрастает внутреннее, изменяются оптические свойства, повышается электросопротивление металла.

Дислокации увеличивают среднюю скорость диффузии в кристалле, ускоряют старение и другие процессы, уменьшают химическую стойкость, поэтому в результате обработки поверхности кристалла специальными веществами в местах выхода дислокаций образуются ямки.

Дислокации образуются при образовании кристаллов из расплава или газообразной фазы, при срастании блоков с малыми углами разориентировки.

При перемещении вакансий внутри кристалла, они концентрируются, образуя полости в виде дисков. Если такие диски велики, то энергетически выгодно “захлопывание” их с образованием по краю диска краевой дислокации.

Образуются дислокации при деформации, в процессе кристаллизации, при термической обработке.

Поверхностные дефекты– границы зерен, фрагментов и блоков (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Разориентация зерен и блоков в металле

Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов (Θ).

Граница между зернами представляет собой тонкую в 5 – 10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.

Строение переходного слоя способствует скоплению в нем дислокаций. На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию.

Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеального строения кристаллической решетки. Имеются участки, разориентированные один относительно другого на несколько градусов (Θ1). Эти участки называются фрагментами.

Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией.

В свою очередь каждый фрагмент состоит из блоков, размерами менее 10 мкм, разориентированных на угол менее одного градуса (Θ2). Такую структуру называют блочной или мозаичной.

1. Объемные дефекты:
2. К ним относятся поры, трещины, имеющие макроскопические размеры в отличие от выше рассмотренных микроскопических.
3. 3 Структура металлических материалов.

Понятие фазы, микро- и макроструктуры. Современные методы исследования структуры. Фрактография. Термодинамические основы, механизм и кинетика кристаллизации. Модифицирование жидкого металла.

Строение металлического слитка. Полиморфные превращения в металлах. Сплав, компонент, фаза, система. Правило фаз.

Типы фаз, образующихся в металлических сплавах (твердые растворы, химические соединения, механические смеси).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Date: 2015-07-25; view: 4528; Нарушение авторских прав

Анизотропии свойств металлов

Свойства материалов зависят от природы атомов и сил взаимодействия между ними. Аморфные материалы характеризуются хаотическим расположением атомов, поэтому свойства их в различных направлениях одинаковы или изотропны.

В кристаллических материалах плотность атомов в различных кристаллографических направлениях различно, в следствии чего наблюдается различие свойств в разных направлениях плоскостей металла.

Различие свойств в кристалле в зависимости от кристаллографического направления называетсяанизотропией. Анизотропия свойств характерна для монокристаллов (одиночных кристаллов). Однако, большинство технических металлов – тела поликристаллические, т.е.

состоят из большого числа анизотропных кристаллов, которые неупорядочено ориентированы по отношению друг к другу. Это приводит к тому, что в целом свойства поликристаллического

металла являются усредненными, т.е. они изотропны (квазиизотропны). Анизотропными становятся металлы после обработки давлением в холодном состоянии, когда большинство зерен приобретают одинаковую ориентировку (текстуру).

Поверхностные дефекты малы только в одном направлении. Они представляют собой упругие искажения кристаллической решетки по границам зерен или их фрагментов (блоков мозаичной структуры). Различают большеугловые (высокоугловые) и малоугловые (низкоугловые) границы.

Большеугловые границы представляют собой области в несколько периодов кристаллической решетки, на протяжении которых решетка одной кристаллографической ориентации переходит в решетку другой ориентации. Такое строение имеют межзеренные границы.

Малоугловые границы представляют собой цепочки дислокаций (дислокационные стенки), отделяющие одну часть кристаллической решетки от другой (один блок мозаичной структуры от другого). Плотность расположения дислокаций зависит от угла между кристаллографическими плоскостями в соседних блоках. Чем угол больше (в пределах до нескольких угловых градусов), тем чаще расположены дислокации.

• Объемные дефекты представляют собой искажения решетки, вызванные наличием пор, трещин, раковин и других макроскопических нарушений непрерывности кристаллической решетки.
• ———-Ключ———-

B) 2. (d) 3. (a) 4. (a) 5. (c) 6. (d) 7. (d) 8. (c) 9. (d) 10. (a) 11. (b) 12. (a)

B) 14. (a) 15. (c) 16. (c) 17. (a) 18. (d) 19. (c) 20. (c) 21. (a)

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Анизотропия металла играет существенную роль в процессах пластического формоизменения.

РџСЂРё значительной анизотропии механических свойств металла приведенное выше условие пластичности для изотропного металла может оказаться неприменимым для анизотропного металла.  [1]

Анизотропия металлов может быть устранена отжигом лишь частично.  [2]

Анизотропия металла СЏСЂРєРѕ проявляется РїСЂРё вытяжке цилиндрической детали ( РІ РІРёРґРµ фестонов, фиг.  [3]

Существует анизотропия металлов, возникающая РІ результате предварительной прокатки, вытяжки, Рё наклепа. Р’ некоторых случаях это обстоятельство должно учитываться РїСЂРё расчетах.  [4]

Влияние степени пластической деформации РЅР° анизотропию металла РїСЂРё РЅРёР·РєРёС… температурах исследовалось РЅР° плоских образцах РёР· отожженной стали 45 сечением 65X10 РјРј, предварительно деформированных РїСЂРё температурах 200, 20 Рё — 100 РЎ.  [5]

Отношение ( 294) позволяет оценить влияние анизотропии металла на напряженное состояние фланца заготовки.

Следовательно, увеличение показателей анизотропии способствует некоторому снижению как растягивающих, так Рё сжимающих напряжений РІРѕ фланце заготовки.  [6]

• Степень образования фестонов РїСЂРё глубокой вытяжке деталей зависит РѕС‚ степени анизотропии металла Рё РѕС‚ технологических параметров вытяжки.  [7]
• Р’ условие пластичности вводится тензор остаточных РјРёРєСЂРѕ-яапряжений pjs, отражающий эффект ориентированных микронеод-лородностей РІ образовании деформационной анизотропии металла, наблюдаемой экспериментально прежде всего РІ эффекте Баушин-гера.  [8]
• РџСЂРё вырубке же крупногабаритных деталей СЃ размером свыше 300 РјРј напряженно-деформированное состояние металла РїСЂРё прокатке листа Рё анизотропия металла значительно влияют РЅР° СѓРїСЂСѓРіРёРµ деформации Рё РЅР° отклонение размеров вырубленных деталей РѕС‚ номинального диаметра изделия или РѕС‚ размеров штампа.  [9]

Наличие концентратора напряжений и динамический характер нагружения при испытании на ударный изгиб часто приводят к более четкому выявлению анизотропии металлов.

Так, РїСЂРё одинаковых значениях пределов прочности РІ поперечном Рё продольном направлениях ударная вязкость поперечных образцов РёР· стали ЗОХГСА может быть РІ три раза ниже, чем продольных, поэтому РІ практике приемо-сдаточных испытаний стальных изделий определение ударной вязкости применяется довольно часто. Установлено, что если значения СЃРі0 2 Рё ав РІ продольном Рё поперечном направлениях практически одинаковы РїСЂРё всех технологических режимах, то ударная вязкость РЅРµ одинакова. Ее анизотропия зависит РѕС‚ технологии.  [11]

Наряду СЃ общими известными закономерностями механохимической повреждаемости установлена взаимосвязь долговечности конструктивных элементов СЃ характеристиками напряженно-деформированного состояния, деформационного упрочнения Рё анизотропии металла. Р’ частности, показано, что СЃ увеличением параметров анизотропии металла долговечность элементов снижается.  [12]

Р�звестно, что СЃ увеличением сечения однопроходных швов РЅР° углеродистых Рё низколегированных сталях ударная вязкость РёС… заметно снижается Рё усиливается анизотропия металла шва — — ударная вязкость вдоль Рё поперек столбчатых кристаллов, вдоль Рё поперек шва. Аустенитно-ферритные сварные швы СЃРІРѕР±РѕРґРЅС‹ РѕС‚ этого недостатка. Р’ табл. 47 для сравнения приведены резуль таты испытаний РЅР° растяжение Рё ударный РёР·РіРёР± швов, сваренных РІ РѕРґРёРЅ РїСЂРѕС…РѕРґ РЅР° стали 1РҐ18Рќ10Рў толщиной 10 — 50 РјРј. Химический состав швов практически одинаков.  [13]

1. РџСЂРё рассмотрении механических свойств требуется, как Рё РІ случае физических свойств, учитывать степень чистоты, режимы обработки Рё анизотропию металла.  [14]
2. Получены аналитические зависимости, описывающие закономерности формирования несущей способности Рё РєРѕСЂСЂРѕР·РёРѕРЅРЅРѕР№ долговечности различных конструктивных элементов РІ условиях РІСЏР·РєРѕРіРѕ разрушения СЃ учетом особенностей деформационного упрочнения Рё анизотропии металла.  [15]
3. Страницы:      1    2    3

Анизотропия свойств отожженного металла

В рекристаллизо- ванном металле с хаотично ориентированными кристаллитами векторные свойства отдельных монокристаллов статистически усредняются по всем направлениям в макрообъеме поликристалла. При наличии текстуры рекристаллизации отожженный металл анизотропен.

Его анизотропия проявляется тем сильнее, чем совершеннее текстура. Чаще всего анизотропия свойств вредна, но в отдельных случаях требуется получить изделие, в котором какое-то свойство должно быть усилено в определенном направлении.

Получение отожженного изотропного металла или, наоборот, металла с ярко выраженной анизотропией свойств — важная научная и техническая задача.

Наибольший вред текстура рекристаллизации приносит в том случае, когда листы или ленты предназначаются для глубокой вытяжки. Холоднокатаный лист или ленту перед штамповкой отжигают. Если при отжиге возникает достаточно совершенная текстура рекристаллизации, то лист становится анизотропным.

В этом легко убедиться, вырезая плоские образцы для растяжения под разным углом к направлению прокатки (рис. 1.14). Особенно резко выраженная анизотропия механических свойств наблюдается у отожженных металлов и сплавов с г.ц.к.

решеткой, обладающих текстурой куба, так как этой текстуре свойственна исключительно

Рис. 1.14. Схема вырезки разрывных образцов для выявления анизотропии механических свойств в отожженном листе высокая степень совершенства. Например, в медной полосе с совершенной текстурой куба относительное удлинение вдоль и поперек направления прокатки равно 16 %, а под углом 45° к направлению прокатки — 73 %.

При штамповке стакана из анизотропного листа возникает фестонистость — волнистая кромка. Высота фестона при штамповке, например, алюминиевых бидонов достигает 15—25 % от высоты бидона.

Возникновение фестонов, называемых также ушами или языками, является результатом разной вытяжки металла по разным направлениям с соответствующим разным утонением стенки стакана.

В зависимости от типа текстуры встречаются четыре или шесть симметрично расположенных выступов кромки.

Величина фестонов тем больше, чем большее число зерен имеет одинаковую кристаллографическую ориентировку. Поэтому понятно, что величина фестонов зависит от режима обработки.

Можно подобрать такие оптимальные условия прокатки и отжига, при которых фестонистость не проявляется.

Например, для получения изотропной меди и латуни часто рекомендуются небольшое последнее обжатие и невысокая температура последнего отжига.

§ 7. Анизотропия свойств металлов

Плотность
расположения атомов по различным
плоскостям неодинакова. Вследствие
этого в различных плоскостях и направлениях
решётки многие свойства(химические,
физические, механические) каждого
кристалла зависят от направления
решётки.

Подобная
неодинаковость свойств монокристалла
в разных кристаллографических направлениях
наз. анизотропией.

Все кристаллы
анизотропны. В отличие от кристаллов,
аморфные тела(стекло) в различных
направлениях имеют в основном одинаковую
плотность упаковки атомов и поэтому
одинаковые свойства в различных
направлениях. Аморфные тела изотропны.

Технические
металлысостоят из большого количества
по разному ориентированных мелких
анизотропных кристаллов и являютсяполикрис-таллами . Кристаллы
неупорядоченно ориентированы один по
отношению к другому и поэтому свойства
во всех направлениях получаются
усред-нёнными (одинаковыми). Эта кажущаяся
независимость свойств от направления
наз. квазиизотропией (мнимая изотропность).

Такая мнимая
изотропность металла не будет наблюдаться,
если все кристаллиты имеют одинаковую
ориентировку в каком-то направлении.
Эта ориентированность или текстурасоздаётся в результате значительной
холодной деформации, например прокатки.
Тогда поликристаллический металл
приобретает анизотропию свойств (вдоль
и поперёк прокатки).

§ 8. Особенности кристаллического строения реальных кристаллов

Виды несовершенств.

Реальный кристалл,
в отличие от идеального, всегда имеет
структурные несовершенства или дефекты.
Дефектыкристаллического строения
подразделяют по геометрическим признакам
на три типа:

• точечные(нуль-мерные), — размеры которых малы во всех трёх измерениях;
• линейные– размеры которых малы в двух направлениях (одномерные);
• поверхностные– размеры которых малы только в одном измерении (двухмерные).

К точечным
дефектамотносятсявакансииили
“дырки” (дефекты Шотки), т.е. узлы
решётки, в которых атомы отсутствуют.
Это происходит потому, что атомы
колеблются возле точек равновесия
(узлов решётки) и чем выше температура,
тем больше амплитуда колебаний.

В
кристалле всегда имеются атомы, которые
обладают энергией, значительно превышающей
среднюю.

Такие атомы имеют не только
амплитуду колебаний больше, чем средняя,
но и они могут ещё перемещаться с одного
места в другое (например из узла в
междоузлие, из грани кристалла наружу).

Вышедший из узла
решётки атом наз. дислоцированным.
Место, где находился такой атом, остаётся
в решётке незаполненным, оно наз.вакансией.

При данной
температуре в кристалле образуются не
только одиночные вакансии, но и двойные,
тройные и т.д.

Вакансии образуются
и в процессе пластической деформации,
а также при бомбардировке металла
атомами или частицами высоких энергий(в
атомном реакторе).

Межузельные
атомы(дефекты Френкеля) образуются
в результате перехода атома из узла
решётки в междоузлие. В плотноупакованных
решётках, характерных для большинства
металлов, энергия образования межузельных
атомов в несколько раз больше энергии
образования тепловых вакансий. Поэтому
вакансии в таких кристаллах являются
основными точечными дефектами.

Точечные дефекты
вызывают местное искажение кристаллической
решётки. Они оказывают влияние на
некоторые физические свойства
металла (электропроводимость,
магнитные свойства) и предопределяют
процессы диффузии в
металлах и сплавах.

Линейные дефекты.Клинейнымнесовершенствам относятсядислока-ции, которые бываюткраевые
и винтовые.

Краевая дислокацияпредставляет собой локализованное
искажение кристаллической решётки,
вызванное наличием в ней “лишней”
атомной полуплоскости или экстраплоскости,
перпендикулярной к плоскости чертежа.

Наиболее простой и наглядный способ
образования дислокаций в кристалле –
сдвиг.

Если верхнюю часть кристалла
сдвинуть относительно нижней на одно
межатомное расстояние, причём зафиксировать
положение, при котором сдвиг охватывает
не всю плоскость скольжения, а только
её часть АВСД, то граница АВ между
участком, где скольжение уже произошло,
и ненарушенным участком в плоскости
скольжения и будетдислокацией.
Линия краевой дислокациивектору сдвига.

Рис. Сдвиг, создавший
краевую дислокацию

Рис. Схемы
расположения атомов у дислокации.

Кристаллическая
решётка вокруг дислокации упруго
искажена на несколько атомных расстояний.
Длина линии дислокации может составлять
несколько тысяч параметров решётки.

Винтовые
дислокации. В отличие от краевых
расположены парал­лельно направлению
сдвига. При наличии винтовой дислокации
кристалл можно рассматривать как
состоящий из одной атомной плоскости,
закрученной в виде винтовой поверхности.

Образование
дислокаций может происходить в процессе
кристал­лизации, при пластической
деформации, термической обработке и
др. процессах. С помощью дислокаций
можно объяснить многие явления, связанные
с прочностью металлов, особенностями
фазовых превращений, протекающих в
сплавах, и др. явления.

Поверхностные
дефекты. Эти несовершенства связанны
с границами зерен. На границе между
зернами атомы имеют менее правильное
расположение, чем в объёме зёрна.

Каждое
зерно металла состоит из отдельныхблоковилисубзёрен, образующих
так называемуюмозаичную структуруилисубструктуру.

Зёрна металла
разориентированы отно­сительно друг
друга на величину, достигающую от
нескольких долей градуса до нескольких
градусов или их десятков.

Блоки, или субзёрна,
также повёрнуты по отношению друг другу
на угол от несколько секунд до нескольких
минут. В пределах каждого блока решётка
почти идеальная, если не считать точечных
дефектов.

По границам зёрен скапливаются
дислокации, а также примеси и включения.
По границам зёрна расположены менее
правильно, т. к.

решётка одного кристалла,
имеющего определённую кристаллографическую
ориентацию, переходит в решётку другого
кристалла, имеющего другую
кристаллографическую ориентацию.

С увеличением угла
разориентировки блоков или субзёрен и
уменьше­ния их величины плотность
дислокаций в металле увеличивается.
Вследствие того, что в реальном
поликристаллическом металле протяжённость
границ блоков и зёрен очень велика,
количество дислокаций в таком металле
огромно (104– 1012см-2).