Кристаллических плоскостей

4. ФОРМА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ

Свойства материалов зависят главным образом от кристаллической структуры. Поэтому в материаловедении рассматриваются распределение и характер движения электронов, расположение атомов в пространстве, размеры и форма кристаллических образований. Располагая данными о строении материалов, можно в известной мере судить об их свойствах и пригодности для работы в определенных условиях эксплуатации.

Полированный металл имеет самый верхний слой из мельчайших кристаллических образований, многие из которых не имеют законченной решетки и представляют собой как бы обломки правильных кристаллических структур. Такое строение позволяет считать этот слой аморфным. Под ним находится слой очень мелких кристаллов, ориентированных в направлении полирования. Далее следует переходная к исходной структуре прослойка слабо наклепанных кристаллов [32]. Если исключить адсорбированную пленку, то поверхностный слой обработанной инструментом поверхности состоит из наружного очень тонкого слоя, более или менее сильно разрушенных кристаллических зерен и наклепанного слоя четкой кристаллической структуры. Заметим, что наклепом называют упрочнение металла под действием пластической деформации. По мере увеличения степени деформации прочность металла (сплава) возрастает, пластичность, оцениваемая относительным удлинением, снижается.

Разрушение поверхностей трения при изнашивании может происходить в субмикроскопических масштабах, когда вместе со смазочным материалом или воздухом уносятся обломки кристаллических образований, зерен. Размер частиц продуктов износа может изменяться от неразличимых газом пылинок до нескольких миллиметров. Чистые (ювенильные) поверхности в процессе их образования при отделении частиц износа окисляются, сами частицы износа в дальнейшем дробятся, слипаются, прилипают и впрессовываются в сопряженные поверхности. Продукты износа участвуют в процессе изнашивания в качестве промежуточной среды между поверхностями трения. Взаимное внедрение неровностей поверхностей, глубинное вырывание материала, адгезия и спрессовывание продуктов износа предопределяют перенос материала с одной поверхности на другую.

Если в растворе количество отдельных электролитов превышает их предел растворимости, накипеобразование протекает с определенным проявлением цикличности. В частности, на поверхности нагрева из ионов ДЭС возникает кристаллический слой. Однако при поверхностном кипении нет условий для возникновения ЭП и неподвижного ПСВ. Паровые пузыри постоянно перемешивают ПСВ, и он не имеет ярко выраженного электронейтрального состава. Помимо частиц коагеля и геля, в нем имеется множество мицелл, ионов, кристаллических образований и т. п. Поэтому хотя паровые пузыри стимулируют отложение электролитов в накипь, это не означает, что в таких растворах наступает усиленное отложение в накипь только веществ ионной диссоциации. Паровые пузыри, сдвигая ионы ДЭС, одновременно с этим разрушают барьер на пути электронейтральных частиц к теплообменной поверхности. Это, а также неупорядоченность ПСВ приводит к защемлению органических и минеральных электронейтральных частиц в торосах кристаллов, которые возникают вокруг контактных пятен паровых пузырей. Поэтому образующаяся накипь состоит из электролитов, коагелей, гелей и студней. Она получается рыхлой, ее кольца могут превышать толщину граничного слоя несмотря на то, что для таких растворов толщина последнего значительно больше, чем у растворов ионной структуры. В этом случае на отложения действует гидродинамика потока и они могут разрушаться.

На различие в процессах растекания и течения в зазоре может влиять содержание в расплаве отдельных кристаллов и кристаллических образований. Если размеры их будут превышать величину капиллярного зазора, то течения припоя в нем не будет. Наряду с этим течение припоя в зазоре зависит еще от ряда факторов. При определении характера и глубины затекания низкотемпературных припоев системы олово—свинец в зазор между стальными пластинами при флюсовании водным раствором хлопистого цинка установлено, что чистое олово затекает на глубину, равную трети глубины затекания сплавов олово—свинец, содержащих 20—60 % Sn. При этом глубина затекания меняется в зависимости от состава флюса. Так, для припоя, состоящего из равных долей олова и свинца при переходе от неорганического -флюса на основе хлористого цинка на органический (молочная кислота, смеси смол), глубина затекания между стальными пластинками снижается примерно в 10 раз. При пайке

В нашей практике пришлось наблюдать различные случаи самопроизвольной кристаллизации легкоплавких глазурей [10]. Так, например, при применении сырых дров и торфа (влажность около 50%1 и выше), бессвинцовая глазурь состава (в %): SiO2 —60,7; Al,O3 + Fe2O3 —7,0; Р2О5 — 3,0; СаО—5,6; MgO— 2,5; ВаО — 7,8; Na2O — 6,3; К2О — 6,15, с молекулярным отношением SiO2:RO—2,76 обнаруживала явные следы кристаллизации. На части изделий (облицовочных плиток), находившихся, очевидно, в наиболее благоприятных условиях кристаллизации, появлялась явно выраженная кристаллическая сетка. Микроскопическое исследование кристаллических образований установило, что они представляют собой следующие минералы: окер-манит 2СаО • Mg'O • SiO2 (в преобладающем количестве) и минерал типа природного карнегиита Na2O • А12Оз ' 2SiO2 в виде двух модификаций: высоко- и низкотемпературной формы а и J3 (показатель преломления равен соответственно 1,483 и 1,509).

4. Форма кристаллических образований........ 50

4. ФОРМА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ

Основная часть работ была связана с применением НП для измельчения структуры сплавов. Процесс измельчения структурных составляющих сплавов на макро- и микроуровне называют модифицированием. Существует значительное количество веществ и способов выполнения этого процесса, однако суть их всех заключается во введении в металлический расплав частиц: по первому механизму — либо служащих самостоятельными центрами кристаллизации ("прямое" гетерогенное зародышеобразование), либо образующих таковые в результате взаимодействия с расплавом; по второму механизму — блокирующих рост кристаллических образований, возникающих в охлаждающемся расплаве.

У полированного металла самый верхний слой состоит из мельчайших кристаллических образований, многие из которых не имеют законченной решетки и представляют собой как бы обломки правильных кристаллических образований. Такое строение позволило считать этот слой аморфным. Под ним находится слой очень мелких кристаллов, ориентированных в направлении полирования. Далее следует переходная к исходной структуре прослойка слабо наклепанных кристаллов без выраженной текстуры.

Теоретическая прочность (величина касательного напряжения, необходимая для смещения кристаллических плоскостей совершенного кристалла относигельно друг друга)

Еще недавно считали, что процесс пластической деформация заключается в одновременном сдвиге кристаллических плоскостей одной относительно другой. Это представление не вяжется с большой величиной усилий, необходимых для преодоления атомных связей на плоскостях скольжения. Сейчас общепризнана теория, согласно которой сдвиг происходит не сразу, а последовательными этапами (эстафетяо).

Вокруг дислокаций возникают поля напряжений и образуются площадки облегченного скольжения. Достаточно сравнительно небольшого складывающего напряжения, чтобы вызвать на таком участке сдвиг кристаллических плоскостей на одно межатомное расстояние. Этот сдвиг сопровождается соответственным перемещением площадки облегченного скольжения по направлению или против направления действия силы. На новом месте расположения площадки, в свою очередь, происходит сдвиг на одно межатомное расстояние, сопровождаемый новым смещением площадки скольжения.

Таким образом, площадка скольжения, последовательно перемещаясь вдоль направления действия силы, вызывает сдвиг всей кристаллической плоскости на одно межатомное расстояние. Если сила продолжает действовать, то явление многократно повторяется, происходит макросдвиг кристаллических плоскостей. Очевидно, что такой последовательный сдвиг, требующий только местного разрыва атомных связей, происходит под действием силы, во много раз меньшей силы, необходимой Для одновременного сдвига сразу всей кристаллической плоскости.

; Основные виды искажений: линейные дислокации — вклинивание лишних кристаллических плоскостей (экстраплоскостей) (рис. 82, а); винтовые дислокации — спиральный сдвиг кристаллических плоскостей друг относительцо друга (рис. 82,6); в а к а н с и и — отсутствие атомов в узлах кристаллических решеток (рис. 82, в); включения примесных атомов в междуузлия решетки (рис. 82, г),

Поскольку можно свести в единую картину различные наблюдения, процесс.возникновения усталостной трешины состоит из нескольких стадий (рис. 168). Трещины зарождаются на первых этапах нагружения в границах кристаллических объемов как результат пластических сдвигов пачек кристаллических плоскостей, параллельных действию максимальных касательных напряжений, т. е. направленных под углом примерно. 45° к растягивающим напряжениям (октаэдрические напряжения). В зависимости от ориентации кристаллитов сдвиги могут происходить в одной плоскости, одновременно по двум (рис. 168, III, а, 6) или трем (рис. 168, III, в) плоскостям.

На определенной стадии нагружения толща металла представляет собой мозаику из зерен, испытывающих пластическую деформацию (рис. 169, а), и зерен, менее напряженных в силу более благоприятной ориентации кристаллических плоскостей относительно касательных напряжений. Общая упруго-пластическая деформация металла происходит за

На определенном этапе происходит массовый прорыв дислокаций через межзеренные прослойки и переход трещины в смежное зерно. Величина пробивного напряжения зависит от прочности прослойки и степени разориентировки кристаллических плоскостей сменных зерен. Легче всего преодолеваются прослойки между зернами с одинаково направленными кристаллическими плоскостями. Но случаи смежного расположения одинаково ориентированных кристаллов статистически редки. ,

Теоретическая прочность (величина касательного напряжения, необходимая для смещения кристаллических плоскостей совершенного кристалла относительно друг друга)

Еще недавно считали, что процесс пластической деформации заключается в одновременном сдвиге кристаллических плоскостей одной относительно другой. Это представление не вяжется с большой величиной усилий, необходимых для преодоления атомных связей' на плоскостях скольжения. Сейчас общепризвана теория, согласно которой сдвиг происходит не сразу, а последовательными этапами (эстафетно).

Вокруг дислокаций возникают поля напряжений и образуются площадки облегченного скольжения. Достаточно сравнительно небольшого складывающего напряжения, чтобы вызвать на таком участке сдвиг кристаллических плоскостей на одно межатомное расстояние. Этот сдвиг сопровождается соответственным перемещением площадки облегченного скольжения по направлению или против направления действия силы. На новом месте расположения площадки, в свою очередь, происходит сдвиг на одно межатомное расстояние, сопровождаемый новым смещением площадки скольжения.