Поверхностные дефекты

Поверхностные дефекты имеют малую толщину и значительные размеры в двух других измерениях. Обычно это места стыка двух ориентированных участков кристаллической решетки. Ими могут быть границы зерен, границы фрагментов внутри зерна, границы блоков внутри фрагментов. Соседние зерна по своему кристалли­ческому строению имеют неодинаковую пространственную ориен­тировку решеток. Блоки повернуты по отношению друг к другу на угол от нескольких секунд до нескольких минут, их размер 10^-6 см. Фрагменты имеют угол разориентировки не более 5°. Если угловая разориентировка решеток соседних зерен не более 5°, то такие границы называются малоугловыми границами зерен. Все субзеренные границы (границы фрагментов и блоков) – мало­угловые. Строение границ зерен оказывает большое влияние на свойства металла.

Граница между зернами представляет собой узкую переходную зону шириной 5 – 10 атомных расстояний с нарушенным порядком расположения атомов. В граничной зоне кристаллическая решетка одного зерна переходит в решетку другого зерна (рис. 8). Неупо­рядоченное строение переходного слоя усугубляется скоплением в этой зоне дислокаций и повышенной концентрацией примесей.

В силу того, что границы зерен препятствуют перемещению дислокаций и являются местом повышенной концентрации приме­сей, они оказывают существенное влияние на механические свой­ства металла.

Под размером зерна принято понимать величину его среднего диаметра, выявляемого в поперечном сечении. Это определение условно, так как действитель­ная форма зерна отличается от сферической. Размер зерна в металлах меняется в широ­ких пределах от нескольких микрон до миллиметров. Раз­мер зерна оценивается в бал­лах по специальной стандар­тизованной шкале и характе­ризуется числом зерен, приходящихся на 1 мм² поверхности шлифа, при увеличении в 100 раз.

Процесс пластического течения, следовательно и предел теку­чести, зависят от длины свободного пробега дислокаций до «непро­зрачного» барьера, т. е. размера зерен металла. Предел текучести связан с размером зерна d уравнением Холла – Петча:

,

где и k – постоянные для данного металла.

Чем мельче зерно, тем выше предел текучести и прочность металла. Одновременно при измельчении зерна увеличиваются пластичность и вязкость металла. Последнее особенно важно для металлических изделий, работающих при низких температурах. Повышенная пластичность и вязкость обусловлены более одно­родным составом и строением мелкозернистого металла, отсут­ствием в нем крупных скоплений, структурных несовершенств, способствующих образованию трещин.

Помимо перечисленных дефектов в металле имеются макроде­фекты объемного характера: поры, газовые пузыри, неметалли­ческие включения, микротрещины и т. д. Эти дефекты снижают прочность металла.

Дата добавления: 2014-01-07