Точка Кюри — это температура, соответствующая переходу из ферромагнитного состояния в парамагнитное

Реальные металлы, которые используют в качестве конструкционных материалов, состоят из большого числа кристаллов неправильной формы. Эти кристаллы называют зернами, или кристаллитами, а строение — поликристаллическим, или зернистым. Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на поверхностные, точечные и линейные.

3.Поверхностные дефекты представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или субзернами r поликри- сталлическом металле; к ним относят также дефекты упаковки. Границы между отдельными зернами представляют переходную область шириной до нескольких десятков межатомных расстояний, в которой решетка одного зерна, имеющего определенную кристаллографическую ориентацию, переходит в решетку другого зерна, имеющего иную кристаллографическую ориентацию (рис. 5, а). Поэтому на границе зерна наблюдается искаженное кристаллическое строение и более высокое энергетическое состояние. Кроме того, на границах зерен в технических металлах скапливаются примеси, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов. Это определяет особенности поведения границ зерен при механическом, температурном и химическом воздействии.В результате нарушенного строения границы ослабляют или упрочняют металл, что приводит соответственно к межкристаллитному (межзеренному) или транскристаллитному (по телу зерна) разрушению. Под действием высоких температур металл стремится уменьшить поверхностную энергию границ зерен за счет роста зерен и сокращения протяженности их границ. При химическом воздействии границы зерен оказываются более активными и вследствие этого коррозионное разрушение начинается по границам зерен (это лежит в основе микроанализа металлов при изготовлении шлифов).

4. Точечные дефекты малы в трех измерениях и размерами приближаются к точке. Одним из распространенных дефектов является вакансия, т. е. место, не занятое атомом (дефект Шотгки). На место вакантного узла может перемещаться новый атом, а вакантное место — "дырка" — образуется по соседству. С повышением температуры концентрация вакансий возрастает, так как атомы, расположенные вблизи поверхности, могут выйти на поверхность кристалла, а их место займут атомы, находящиеся датыие от поверхности.

Другими точечными дефектами являются дислоцированные атомы (дефект Френкеля), т. е. атомы собственного металла, вышедшие из узла решетки и занявшие место где-то в междоузлии. При этом на месте переместившегося атома образуется вакансия. Концентрация таких дефектов невелика, так как для их образования требуется существенная затрата энергии.

В любом металле присутствуют чужеродные атомы примесей, которые занимают в кристаллической решетке либо места основных атомов (замещение), либо внедряются внутрь ячейки (внедрение).

Вокруг точечных дефектов нарушаются правильность кристаллического строения, силовое поле атомов во всех направлениях.

5. Линейные дефекты малы в двух измерениях, в третьем они могут достигать длины кристалла (зерна). К линейным дефектам относятся цепочки вакансий, межузельных атомов и дислокации. Дислокации являются особым видом несовершенств в кристаллической решетке. С позиции теории дислокаций рассматривают прочность, фазовые и структурные превращения.

Дислокацией называется линейное несовершенство, образующее внутри кристалла зону сдвига. К основным видам дислокаций относят краевые и винтовые. Краевая дислокация образуется, если внутри кристалла появляется лишняя полуплоскость атомов, которая называется экстраплоскостью. Ее край 1-1 создает линейный дефект решетки, который называется краевой дислокацией. Условно принято, что дислокация положительная, если она находится в верхней части кристалла и обозначается знаком "_L", если дислокация находится в нижней части — отрицательная (" Т"). Дислокации одного и того же знака отталкиваются, а противоположного — притягиваются. Под воздействием напряжения краевая дислокация может перемещаться по кристаллу (по плоскости сдвига), пока не достигнет границы зерна (блока). При этом образуется ступенька величиной в одно межатомное расстояние.

Винтовая дислокация. Образуется неполным сдвигом кристалла но плоскости Q В отличие от краевой дислокации винтовая дислокация параллельна вектору сдвига. Она называется правой, если образована движением по часовой стрелке, и левой — против часовой стрелки. Дислокации образуются в процессе кристаллизации металлов при "захлопывании" группы вакансий, а также в процессе пластической деформации и фазовых превращений. Важной характеристикой дислокационной структуры является плотность дислокаций. Под плотностью р дислокаций понимают суммарную длину дислокаций II (см), приходящуюся на единицу объема V кристалла (см3). Таким образом, размерность плотности дислокаций — см-2. Для отожженных металлов она составляет 10й... 10й см-2. При холодном пластическом деформировании плотность дислокаций возрастает до 1011...1012 см-2. Более высокая плотность дислокаций приводит к появлению микротрещин и разрушению металла.

Дислокации наряду с другими дефектами участвуют в фазовых превращениях, рекристаллизации, служат готовыми центрами при выпадении второй фазы из твердого раствора. Вдоль дислокаций скорость диффузии на несколько порядков выше, чем через кристаллическую решетку без дефектов. Внутренние напряжения I рода — это зональные напряжения, возникающие между отдельными зонами сечения или между отдельными частями детали. К ним относят термические напряжения, которые появляются при ускоренном нагреве и охлаждении при сварке, термической обработке. Внутренние напряжения II рода — возникают внутри зерна или между соседними зернами, обусловлены дислокационной структурой металла. Внутренние напряжения III рода - возникают внутри объема порядка нескольких элементарных ячеек; главным источником являются точечные дефекты.

6.Термодинамические условия и механизм процесса кристаллизации. Твердые металлы имеют кристаллическое строение. Для кристаллов характерно наличие дальнего порядка в расположении атомов, т. е. в кристаллах существует строго определенное геометрически правильное расположение атомов, которое наблюдается на любом расстоянии от произвольно выбранного атома. При

плавлении кристаллов дальний порядок нарушается и образуется ближний порядок в расположении атомов, т. е. в расплаве сохраняется некоторая упорядоченность лишь вблизи произвольно выбранного атома, по мере удаления от данного атома степень упорядоченности быстро падает. Поэтому переход кристаллического вещества из жидкого состояния в твердое заключается в установлении дальнего порядка в расположении атомов. Переход из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Изменение свободной энергии металла в жидком и твердом состоянии в зависимости от температуры показано на рис. 8.

Система, состоящая из большого числа атомов, стремится к такому состоянию, которому в данных условиях соответствует минимальное значение величишй свободной энергии. Если вещество может существовать в жидком и твердом кристаллическом видах, то устойчивой в данных условиях будет та фаза, которая обладает меньшей величиной свободной энергии.

При температурах выше равновесной температуры плавления Тш меньшей свободной энергией обладает жидкая фаза, а ниже этой температуры — твердая фаза. При температуре Тпл обе фазы могут существовать одновременно. Процесс кристаллизации при этой температуре еще не начинается Он может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры Гпл, когда возникает разность свободных энергий AG (при температуре кристаллизации Гкр).

Разность между температурами Тпл и Ткр называется степенью переохлаждения:

АТ- Т_ал 7'_кр-

Чем больше степень переохлаждения АТ, тем больше разность свободных энергий AG и больше скорость кристаллизации. При температурах, близких к температуре плавления, в жидком металле возможно образование небольших группировок, в которых атомы упакованы так же, как в твердом металле. Такие группировки называются фазовыми флуктуациями.

Фазовые флуктуации, имеющие размер выше критического, способные расти путем присоединения к себе атомов из жидкого расплава, называются зародышами, или центрами кристаллизации. Флуктуации, имеющие размер меньше критического, расти не могут, они нестабильны и растворяются в жидкой фазе.

Если принять, что зародыш имеет форму куба с ребром А, то его критический размер, способный к росту, определяется: АФ = 4о/Д6\

где о — поверхностное натяжение.

Чем ниже температура кристаллизации, тем меньше критический размер зародыша, тем больше число центров кристаллизации (ч. ц.) образуется в единицу времени, тем больше скорость кристаллизации (с. к.).

Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей и продолжается в процессе роста их числа и размеров. Пока образовавшиеся кристаллы растут свободно, они имеют более или менее правильную геометрическую форму. Однако при столкновении их правильная форма нарушается, так как в этих

участках рост граней прекращается. Рост продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ "питающей" жидкости. В результате образуется структура с кристаллами неправильной формы — зернами, или кристаллитами.

При прочих равных условиях скорость процесса кристаллизации и строение металла зависят от числа центров кристаллизации, возникающих в единицу времени и в единице объема (мм-3 • с“!), и скорости их линейного роста (мм/с).