Материалтану
жүктеу/скачать 3,32 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Бұрандалық дислокациялар
- Беттік ақаулар.
- 3.1 Кристалдану процесінің энергетикалық шарттары
Шеттік дислокациялар. Тәжірибелер бойынша кез келген жеке микрокристалдың ішінде бірнеше толық емес (демек түйіршіктің бір бетінен екінші бетіне жетпейтін) атомдық жазықтықтар кездеседі. Мұндай жартылай, толық емес атомдық жазықтықтарды – экстражазықтықтар деп атайды (2.6- сурет). Экстражазықтық кристалды иіп, оған сына тәрізді әсер етеді. Экстражазықтықтың төменгі шетінде кристалдық тордың симметриясы бұзылады, демек сызықтық ақау пайда болады. Оның ұзындығы кристалдың ұзындығына тең, ал оған перпендикуляр екі бағытта өлшемдері аз – екіден он атом аралық қашықтыққа дейін жетеді. Осындай экстражазықтық шетінің бойында пайда болатын металдың кристалдық құрылысының сызықтық ақауын – шеттік дислокация деп атайды. 
а) шеттік дислокация тудырған сырғу б) шеттік дислокацияның кеңістік схемасы; в, г) дислокация төңірегіндегі атомдардың орналасу схемасы 2.6- сурет. Шеттік дислокациялар Экстражазықтықтың шекарасында орналасқан атомдардың координациялық саны кристалдық тордың деформацияланбаған бөлігіндегі санынан аз келеді. Үстіңгі бөліктегі экстражазықтық оң аталып - таңбасымен, төменгі бөліктегі экстражазықтық теріс аталып Т – таңбасымен белгіленеді.Шағын ғана жанама кернеудің әсерінен дислокация оңай орын ауыстырып толық жазықтыққа айналып кетеді де, экстражазықтық міндетін іргелес жазықтықтар атқарады. Бұрандалық дислокациялар. Кристалды ABCD жазықтығы бойымен тіліп, оның алдыңғы оң жақ бөлігін төмен қарай бір атомдық арақашықтыққа сырғытайық. Осының нәтижесінде кристалдың жоғарғы бетінде пайда болған баспалдақ – оның бүкіл дене бойымен өтпейді, В нүктесінде бітеді. Жәй куб кристалдың торы 2.7-суретте көрсетілгендей болып өзгереді. Сонымен сырғу деформациясы нәтижесінде ВС сызығының төңірегінде металдың атомдық-кристалдық құрылысы бұзылып, сызықтық ақау пайда болады. Оның бір өлшемі ВС сызығымен кристалдың биіктігіне тең, ал қалған екі бағыттағы өлшемдері аз – бірнеше атомаралық қашықтыққа тең. Мұндай ақаудың ішінде орналасқан атомдардың координациялық сандары басқа, атомаралық қашықтықтары, байланыс энергиялары, қасиеттері өзгерген.Кристалдық тордың симметриясы мен атомдардың орналасу реті бұзылған. Ал ВС сызығы сырғу деформациясы жүріп өткен аймақтың шекарасын көрсетеді. Сондықтан ВС сызығының бойындағы бұрандалы баспалдақ тәрізді атомдық жазықтықтан тұратын кристалдың ақауы – бұрандалы дислокация деп аталады. 
а) Q – жазықтығының бойындағы толық емес сырғудан пайда болған EF дислокациясы; б) бұрандалы дислокация аймағындағы атомдардың орналасуы. 2.7- сурет. Бұрандалы дислокация Дислокациялар металдардың кристалдану процесінде, пластикалық деформациялануда және фазалық өзгеру процестерінде пайда болады. Дислокация құрылымының маңызды сипаттамасына дислокация тығыздығы жатады. Дислокация тығыздығы P деп кристалдың бірлік көлеміне U, см3 келетін дислокацияның ұзындық жиынтығы L, см түсіндіріледі. Сонымен, дислокация тығыздығының өлшем бірлігі, см –2 : P = L/U. Металл кристалдарында дислокациялар көп мөлшерде (106 – 1012 см2) кездеседі, тез орын ауыстырып отырады және көбеюге бейімді. Металдың механикалық және басқа қасиеттеріне дислокациялардың тек тығыздығы ғана емес металл көлемінде орналасуы да үлкен әсерін тигізеді.
Шекара тұсындағы атомдардың орналасу тәртібінің бұзылуына көбінесе сырттан түскен кірмелердің шоғырлануымен қатар кристалл құрылысының идеальді болмауы әсер етеді. Әрбір кристалл көптеген блоктардан, өлшемі 10-3…10-5 см жеке элементтерден тұратыны анықталған. 3 МЕТАЛЛ ҚҰРЫЛЫМЫНЫҢ КРИСТАЛДАНУ ПРОЦЕСІНДЕ ҚАЛЫПТАСУЫ
Газды құрайтын бөлшектердің орналасуы ешқандай заңға бағынбай ретсіз орналасады және газдың алып жатқан орны да көлемді болады. Кристалды қатты денелердің құрылысында оны құраушы атомдар мен иондар кристалл торларының түйіндерінде реттілікпен дұрыс орналасады да дара ұяшықтар мен блоктар бір-біріне қарай белгіленген бағытта орналасады. Сұйық фазаның атомдары негізінде ретсіз орналасады, тек қана олардың аздаған саны фазалық флуктуация (лат. fluktuatio – тербеліс) аталатын топшалар құрып «жақын реттікпен» (3.1-сурет, б) орналасады. Температура төмендеген кезде флуктуациялардың тұрақтылығы арта түседі де өсіп дамуға жарамды күйге жетеді. Демек, сұйықтағы атомдар тек жақын реттікпен ғана орналасады.   
а) б) в) 3.1- сурет. Металдың кристалдық (а) және сұйық (б, в) фазаларының үлгісі. Қатты дененің температурасы көтерілген кезде тор түйініндегі атомдарының тербеліс амплитудасы көтеріліп қозғалыстары арта түседі де белгілі бір температураға (балқу температурасы) жеткенде тор түйіндерінің босап шығуына байланысты кристалдық тор бұзылады, сөйтіп сұйық фаза түзіледі. Балқу температурасы әрбір анықтамада көрсетілетін маңызды тұрақты шама (константа): сынаптың балқу температурасы минус 38,9; қорғасындікі 327, мырыштікі 419, алюминийдікі 660, мыстікі 1083, темірдікі 15390С ж.б. Сұйықты суыту және қатыру кезінде бұл жәй керісінше көрінеді. Сұйықты суыту кезінде атомдардың қозғалысы керісінше баяулайды да балқу температураға жақындаған кезде атомдарының орналасуы кристалға ұқсас топшалар құрады. Осындай топшалар кристалдану орталықтары немесе өскіндер болады. Балқу немесе қатаю температураларына жеткенде кристалл торлары құрылып, металл қатты күйге өзгереді. Металдың белгіленген температурада сұйық күйден қатты күйге өзгеруі кристалдану деп аталады. Кристалдану процесінің энергетикалық шартын қарастыралық. Қандайда болмасын жүйенің энергетикалық күйі молекулалардың, атомдардың, электрондардың қозғалыс энергияларынан, ядроның ішкі энергиясынан кристалл торларының серіппелі бұзылу энергиясынан және де басқа энергиялар жиынтығынан тұратын белгілі ішкі энергиялар қорымен сипатталады. Еркін энергия (G) изотермиялық жағдайларда жұмысқа ауысатын ішкі энергиялардың құраушысы, демек жүйенің энергетикалық күйін сипаттайтын термодинамикалық функция. Термодинамиканың екінші заңы бойынша қандай болмасын жүйе еркіндік энергиясын аз жұмсауға ұмтылады. Өздігінен жүретін процестердің қайсысын алып қарасаңызда жаңа күйі тұрақты болғанда, демек жұмсалатын еркіндік энергиясы төмен болса ғана жүреді. Кристалдану процесі осы заңға бағынады. Металдың қатты күйіндегі еркіндік энергиясы төмен болса ол қатайады, сұйық күйіндегі еркіндік энергиясы төмен болса балқиды. Сұйық және қатты металдың еркіндік энергияларының өзгеруіне температураның тигізер әсерін 2.2.суреттен көруге болады. Температура көтерілген сайын екі фазаның да еркіндік энергиялар шамасы төмендейді, бірақ сұйық және қатты фазалардың еркіндік энергиялары заң бойынша әртүрлі. 
Температура 3.2– сурет. Сұйық және қатты металдың еркіндік энергияларының өзгеруіне температураның көрсетер әсері. Кристалдану температурасын теориялық және нақты деп ажыратады. Тп - теориялық немесе нақты кристалдану температурасы, мұнда Gт = Gж. Мұндай температурада металл сұйық немесе қатты күйде болуы мүмкін. Кристалданудың нақты басталуы үшін оның күйі жүйеге тиімді болу керек, демек  G= Gж– Gт шарты орындалу үшін затты асыра суыту қажет. Кристалдануға қажетті температура кристалданудың нақты температурасы Тк аталады. Теориялық және нақты температуралардың айырмасы асыра суыну температурасы,  Т= Тп ־ Тк аталады. Асыра суыну температурасы,Т неғұрлым үлкен болса, соғұрлым еркіндік энергиялар айырмасы G төмен болады да, кристалдану қарқынды жүреді.
3.3– сурет. Суыну жылдамдықтары әртүрлі металдың кристалдану графигі Әртүрлі жылдамдықпен суыну процесін сипаттайтын термиялық сызықтар 3.3 суретінде көрсетілген. V1 сызығына сәйкес баяу суыну кезіндегі асыра суыну дәрежесі үлкен емес болғандықтан, кристалдану тепе-теңдік температурасына жақын арада жүреді. Термиялық графиктегі көлденең алаң суыну процесінде бөлініп шыққан жылудың орнын кристалдану процесінде бөлініп шығатын жасырын жылумен толтырылып отыратынын көрсетеді. Суыну жылдамдығы артқан сайын (V2 және V3 сызықтары) асыра суыну дәрежесі артады. Асыра сутыну дәрежесі тек қана суыну жылдамдығына байланысты емес. сонымен қатар металдың тазалығына да байланысты. Металл таза болса оның асыра суыну дәрежесі жоғары. жүктеу/скачать 3,32 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|