Зернинна структура металів

ЗМІСТ

Вступ

1. Аналітичний огляд джерел інформації

1.1 Зернинна структура металів. Роль зернинної структури, її вплив на властивості металів, сплавів і композитів

1.2 Закономірності формування зернинної структури в металевих матеріалах з розплаву і при кристалізації з парової фази

2. Вибір напрямку дослідження

3. Теоретичні та експериментальні дослідження

3.1 Матеріал дослідження

3.2 Отримання електронно-мікроскопічних знімків

3.3 Розрахунок розміру зерна по електронно-мікроскопічним знімкам

4. Узагальнення та оцінка результатів досліджень

4.1 Дослiдження зернинної структури конденсатiв Cu–Mo, Cu–W, Cu–Tа

Висновки

Список джерел інформації

ВСТУП

Сучасна техніка пред’являє все більш зростаючі вимоги до матеріалів. Більш того, її розвиток у цей час у значний мiрi залежить від наявності матеріалів з необхідними властивостями. Високі та рiзнобiчнi вимоги , які пред’являють до матеріалів, роблять необхідними детальні та глибокі наукові досліди.

Широке застосування у виробництві отримав метод вакуумної конденсації, який застосовується для отримання металевих матеріалів, які не можливо отримати іншими способами: композиційні матеріали, сплави металів, які не мають взаємної розчинності та не змішуються у рівноважних умовах. Такими сплавами є композити Cu-Mo, Cu-W, Cu-Ta. Вони знайшли широке застосування в електротехніці в якості контактного матеріалу, в ракетній та космічній техницi. Із них виготовляють електроконтакти для високовольтних вимикачів, які працюють в неокислювальному середовищі або в маслі, електроди контактних зварювальних машин для зварювання тугоплавких та кольорових металів, газоохолоджуємi сопла та мiжелектроднi вставки потужних зварювальних машин, плазмохімічних та металургійних плазмотронів. В зв’язку з цим зростає значення дослідження структури, її термостабільності, тому що саме структура матеріла визначає його властивості, до того ж часто особливості структури атомного масштабу.

1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1.1 Зернинна структура металів. Роль зернинної структури, її вплив на властивості металів, сплавів і композитів.

Як відомо, в твердих тілах атоми роблять малі коливання біля своїх рівноважних положень. Це призводить до правильного чергування атомів на однакових відстанях для як завгодно далеко віддалених атомів, тобто існує так називаний далекий порядок у розташуванні атомів. Характерною рисою металів і металевих сплавів є їхня кристалічна будова. Кристалічні матеріали являють собою монокристали або полікристали, тобто вони мають кристалічні ґратки. Монокристал у своїй структурі має усього один кристал, тоді як полікристали складаються з великого числа маленьких кристалів неправильної форми, називаних зернами. Окреме місце займають аморфні матеріали. Аморфний стан твердого тіла можна визначити як стан з відсутністю далекого порядку (наявністю кореляцій між атомами на великих відстанях) при збереженні ближнього порядку (наявністю таких кореляцій на декількох (максимум - двох чи трьох) координаційних сферах), тобто вони не утворять кристалічні ґратки [4].

Кристалічні ґратки в окремих зернах орієнтовані відносно один одного випадковим образом, хоча в деяких випадках спостерігається переважне орієнтування зерен - текстура. Кути разорієнтувань границь зерен складають одиниці та десятки градусів - це так називані великокутові границі. У свою чергу зерна можуть бути розбиті на фрагменти, субзерна, області когерентного розсіювання і т.д. Вони можуть мати раз орієнтування в десяті і соті долі градусів. Усередині субзерен можуть спостерігатися скупчення дислокацій різної конфігурації, нерівномірний розподіл легуючих елементів і крапкових дефектів.

Слід зазначити, що основною структурною характеристикою кристалічного металу є розмір зерна. Усі полікристали прийнято характеризувати гістограмою розподілення зерен по розмірам і середнім розміром зерен, а також спектром орієнтувань границь зерен. Тому всі полікристали можна розділити на крупно-, мікро-, субмікро-, нанокристалічні. Субмікрокристалічні матеріали характеризуються розміром зерен 1,0-0,1 мкм, нанокристалічні мають розмір зерен <0,1 мкм (<100 нм).

Між структурою та властивостями металів мається тісний взаємозв'язок. Відомо, що зернинна структура кристалів не ідеальна, тобто кристали містять ті чи інші недосконалості кристалічної будови. Усі дефекти, у залежності від характеру виміру в просторі поділяються на крапкові, лінійні, поверхневі та об'ємні. Особливе значення мають дислокації – лінійні дефекти, які викликані локальним перекручуванням кристалічної ґратки. Найважливішою характеристикою дислокацій є їхня щільність, тобто довжина всіх дислокаційних ліній у деякому обсязі.

Величина розміру зерна, щільність дислокацій впливають на механічні властивості металів і сплавів. Графічно це можна зобразити залежністю представленої на рис. 1.1

У процесі механічного впливу зразок може піддаватися пружній і пластичній деформації з наступним руйнуванням. При цьому стадію пружної деформації зразок проходить при усіх, без винятку, видах механічних впливів. Пружність - це властивість тіл змінювати форму і розміри під дією навантажень і мимовільно відновлювати вихідну конфігурацію при припиненні зовнішніх впливів. Вона є характеристикою сил міжатомних зв'язків. В даний час вважається, що в полікристалах