Что такое зерна металла кратко
Обновлено: 18.05.2024
[grain] — отдельный кристаллит поликристаллического конгломерата, имеющий одну кристаллографическую ориентировку и разделенный с другими кристаллитами границами. Зерно-фундаментальное понятие в металловедении, поскольку все металлы и сплавы имеют зеренное строение. Размер зерна колеблется от нескольких микрометров до сантиметров, его изменение сильно влияет на свойства металлов и сплавов. Зеренная структура хорошо выявляется при просмотре травленых шлифов в световом микроскопе. При литье слитков и отливок в них формируются зерна, которые могут бsnm разных размеров и форм. 3ерно может быть равноосным, столбчатым и иногда перистым (веерным). Литые зерна литых металлов, как правило, имеют дендритное строение (Смотри Дендрит). В отдельных случаях при многих центрах кристаллизации формируется недендритная структура, характеризуемая отсутствием внутризерного членения на более мелкие состовляющие объемы (Смотри Модифицирование). В процессе пластической деформации при обработке давлением меняется форма зерен и их внутренное строение.Деформированные зерна имеют форму, близкую к эллипсоиду, и ячеистое строение, а кристаллическая решетка зерен — преимуществено пространственную ориентировку-текстуру. При нагреве деформированного металла t tрекр из деформированных зерен формируются новые более совершенные рекристаллизованные зерна. Рекристаллизованные зерна могут быть равноосными или вытянутыми в направлении предшествующей деформации, могут сохранять текстуру. Рекристаллизованные зерна формируются также в результате рекристаллизации, идущей непосредственно при горячей деформации:
Смотри также:
— эвтектоидное зерно
— ультрамелкое зерно
— наследственное зерно
— действительное зерно
— восстановленное зерно
— эвтектическое зерно
— начальное зерно
Смотреть что такое ЗЕРНО в других словарях:
ЗЕРНО
IЗерно́ 1) плод хлебных злаков и семя зерновых бобовых культур. 2) Продукт зернового производства. З. является одним из основных продуктов питан. смотреть
ЗЕРНО
ЗЕРНО, -а, мн. зерна, зерен, зернам, ср. 1. Плод, семя злаков (а такженек-рых других растений). Ржаное з. Кофе в зернах. 2. собор. Семена хлебныхзлаков. Хлеб в зерне. 3. Небольшой, обычно округлый предмет, мелкая частицачего-н. Жемчужное з. 3. икры. 4. перен. Ядро, зародыш чего-н. (книжн.). 3.истины, II умвньш. зернышко, -а, ср. (к 1 и 3 знач.). I) прил. зерновой,-ая, -ое (к 1 и 2 знач.). Зерновые культуры (злаковые растения - пшеница,рожь, ячмень, овес, кукуруза, рис, зерна к-рых используются для питаниялюдей и для корма животных). смотреть
ЗЕРНО
ЗЕРНО. Первая часть сложных слов со знач. относящийся к зерну (в 1 и2 знач.), напр. зерновоз, зернопогрузчик, зернодробилка, зернопоставки,зернопровод, зерноувлажнитель. смотреть
ЗЕРНО
зерно ср. 1) а) Мелкий плод растений; семя. б) Плод хлебных злаков и семя бобовых культур. 2) перен. Начало чего-л.; зародыш. 3) а) Отдельная крупинка какого-л. вещества. б) перен. Сущность чего-л.
ЗЕРНО
зерно с.1. grain; (семя) seed; (перен.) core, kernel кофе в зёрнах — coffee-beans pl. разумное, основное зерно — kernel / core of (good) sense 2. соб. смотреть
ЗЕРНО
зерно См. единица, плод, семя на обухе рожь молотит, зерна не обронит. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений.- под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари,1999. зерно гранула, семя; хлебные злаки, хлеб, съедобные зерновые; плод; розвязь, невейка, ксенобласт, дерть, зародыш, тмин, фураж, пшеница, вкрапленник, оолит, зернишко, крупа, продел, ростки, зачатки, зачаток Словарь русских синонимов. зерно см. зачатки Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. — М.: Русский язык.З. Е. Александрова.2011. зерно сущ. • семя Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 — Информатик.2012. зерно сущ., кол-во синонимов: 34 • вкрапленник (2) • дерть (1) • дробина (5) • дробленка (3) • зародыш (17) • зачатки (3) • зачаток (13) • зернинка (1) • зернишко (1) • кофеинка (1) • крупа (27) • ксенобласт (1) • маковина (1) • начало (92) • невейка (1) • овсинка (1) • озадки (2) • оолит (3) • основа (56) • перерод (3) • продел (2) • пшеница (46) • рисинка (1) • розвязь (3) • ростки (4) • семзерно (1) • семя (18) • субзерно (1) • сущность (46) • сыромолот (3) • сыромолотка (2) • тмин (11) • фураж (12) • шлифзерно (1) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: вкрапленник, дерть, дробина, дробленка, зародыш, зачатки, зачаток, зернинка, зернишко, кофеинка, крупа, ксенобласт, маковина, начало, невейка, овсинка, озадки, оолит, основа, перерод, продел, пшеница, рисинка, розвязь, ростки, семзерно, семя, субзерно, сущность, сыромолот, сыромолотка, тмин, фураж, шлифзерно. смотреть
ЗЕРНО
ЗЕРНО, 1) плод хлебных злаков и семя зерновых бобовых культур. 2) Продукт зернового производства. 3. является одним из осп. продуктов питания человек. смотреть
ЗЕРНО
"ЗЕРНО", большевистское изд-во, основанное в Петербурге в 1906 М. С. Кедровым. После разгрома изд-ва "Вперёд" "3." стало связующим звеном ЦК РСДРП с . смотреть
ЗЕРНО
"ЗЕРНО", нелегальная газета народнической группы "Чёрный передел", предназначенная для рабочих и крестьян. Издавалась в 1880-81. Вышло 6 номеров. Печ. смотреть
ЗЕРНО
, плод или семя зерновых культур; один из основных видов продукции раст-ва. 3. является продуктом питания человека, сырьем для мукомольной, крупяной, крахмало-паточной, комбикормовой и др. отраслей пром-сти, кормом для с.-х. животных. 3. — важная часть гос. продовольств. запасов и предмет экспорта. Продукты переработки 3. используют в хлебопекарном, макаронном, кондитерском произ-вах. Человечество получает из зерновых продуктов до 50% белка, 70% углеводов и 15% жиров.
3. хлебных культур (см. Зерновые культуры) — сухой односемянный плод — зерновка. Осн. массу его составляет эндосперм (табл. 1), из к-рого при помоле получают наиб. ценную часть муки. Клетки эндосперма заполнены крахмалом и белковыми в-вами. Краевой слой эндосперма — алейроновый — богат белком и жиром. При сортовом помоле его отделяют в отруби (плохо усваивается организмом человека). В зависимости от свойств н расположения крахмальных зёрен , свойств и распределения белков 3. бывает стекловидным, полустекловидным и мучнистым.
| Табл. 1. СООТНОШЕНИЕ ЧАСТЕЙ ЗЕРНОВКИ У ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР (в %). | |||||
| Культура | Эндосперм | Алейроновый слой | Плодовая и семенная оболочки | Зародыш | Цветковые плёнки |
| Пшеница | 81 - 84 | 7 - 8 | 3 - 5,7 | 1,4 - 3,2 | — |
| Рожь | 70 - 77 | 11 - 12 | 7,4 - 15 | 2.4 - 3,7 | — |
| Овёс | 51 - 61 | 4 - 6 | 2 - 4 | 4 - 6 | 20 - 40 |
| Ячмень | 63 - 69 | 12 - 14 | 5,5 - 6,5 | 2,5 - 3 | 8 - 17 |
| Рис | 65 - 67 | 12 - 14 | 3 - 4 | 2 - 3 | 17 - 23 |
| Кукуруза | 75 - 79 | 2,5 - 8 | 4 - 5 | 2,4 - 7 | — |
| Просо | 65 - 74 | 12 - 14 | 7 - 8 | 3 - 4 | 14 - 23 |
В ниж.части 3. расположен зародыш, в к-ром много жира, сахара, витаминов, ферментов. При сортовых помолах зародыш удаляют, т. к. он с трудом измельчается, а содержащийся в нём жир может вызвать прогоркание муки при хранении. Плодовые и семенные оболочки также попадают при помоле в отруби. 3. зерновых бобовых культур лишено эндосперма. Оно покрыто семенной оболочкой (кожурой), под к-рой расположен зародыш, состоящий из мясистых семядолей, зародышевых стебля, корня и почечки. Соотношение (по массе) частей 3. наиб. распространённых зернобобовых культур следующее (в % ): оболочка 6,4 — 11, семядоли 87,2 — 90,5, корень, стебель и почечка 1,1 — 2,5. Пищевая и кормовая ценность 3. определяется содержанием входящих в него в в и их составом (табл. 2). Белки 3. хлебных и крупяных культур относятся гл. обр. к проламинам и глютелинам. Белки 3. пшеницы (глиадин и глютенин), соединяясь с водой при замесе теста, образуют плотную резиноподобную массу — клейковину, от кол-ва и качества к-рой (упругости, растяжимости) зависят хлебопекарные качества муки (объёмный выход хлеба, его пористость).
| Табл. 2. СРЕДНИЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕРНА (в %) | |||||||||
| Культура | Вода | Белки | Углеводы | Клетчатка | Жиры | Зола | Энергетическая ценность 100 г (в кДж) | ||
| всего | моно- и дисаха-риды | крахмал | |||||||
| Пшеница мягкая озимая | 14 | 11,6 | 68,7 | 2,6 | 53,7 | 2,4 | 1,6 | 1,7 | 1331 |
| Пшеница мягкая яровая | 14 | 12,7 | 66,6 | 2,6 | 52,4 | 3,4 | 1,6 | 1,7 | 1318 |
| Пшеница твёрдая | 14 | 12,5 | 67,5 | 2,1 | 54,9 | 2,3 | 1,9 | 1,8 | 1339 |
| Рожь | 14 | 9,9 | 70,9 | 3,5 | 54 | 1,9 | 1,6 | 1,7 | 1339 |
| Ячмень | 14 | 11,5 | 65,8 | 3,6 | 50,1 | 4,3 | 2 | 2,4 | 1301 |
| Овес | 13,5 | 10,1 | 57,8 | 1,2 | 56,1 | 10,7 | 4,7 | 3,2 | 1255 |
| Кукуруза | 14 | 10,3 | 67,5 | 2,7 | 56,9 | 2,1 | 4,9 | 1,2 | 1406 |
| Рис | 14 | 7,3 | 63,1 | 3,1 | 55,2 | 9 | 2 | 4,6 | 1213 |
| Гречиха | 14 | 11,6 | 59,5 | 1 ,5 | 54,9 | 10,8 | 2,3 | 1,8 | 1284 |
| Просо | 13,5 | 11,2 | 60,7 | 2,5 | 54,7 | 7,9 | 3,8 | 2,9 | 1301 |
| Сорго | 13,5 | 11,1 | 66,4 | 1,6 | 56 | 3,5 | 3,3 | 2,2 | 1188 |
| Горох | 14 | 23 | 53,3 | 4,2 | 46,5 | 5,7 | 1,2 | 2,8 | 1268 |
| Соя | 12 | 34,9 | 26,5 | 9 | 2,5 | 4,3 | 17,3 | 5 | 1653 |
| Фасоль | 14 | 22,3 | 54,5 | 4,5 | 43,4 | 3,9 | 1,7 | 3,6 | 1293 |
| Чечевица | 14 | 24,8 | 53,7 | 2,9 | 39,8 | 3,7 | 1,1 | 2,7 | 1297 |
Белки 3. ржи не образуют связной клейковины, чем и объясняется более низкая пористость ржаного хлеба. Белки 3. зернобобовых культур состоят в осн. из глобулинов и небольшого кол-ва альбуминов. Они более полноценны, чем белки хлебных р-ний. Углеводы 3. — крахмал, гидролиз к-рого имеет большое значение при приготовлении теста, а также клетчатка, моно- и дисахариды. Содержание жиров в 3. незначительно (за исключением 3. сои и арахиса). Они состоят в осн. из ненасыщенных жирных к-т. Минер, в-ва (фосфор, калий, кальций, магний и др. в виде оксидов) входят в состав золы. В 3. содержатся ферменты (амилаза, мальтаза, сахараза, протеаза, липаза и др.) и витамины (группы В, провитамин А, в проросшем 3. — витамин С).
Качество 3. оценивают по мн. признакам, к-рые подразделяют на обязательные для партий 3. всех с.-х. культур (внешний вид, цвет, запах, вкус, влажность, заражённость вредителями хлебных запасов, засорённость ); на используемые для оценки 3. определ. назначения (натура 3., содержание и качество клейковины, стекловидность и муки) и на дополнит, показатели качества (напр., способность 3. пивоваренного ячменя к прорастанию, выход крупы и её разваримость для 3. крупяных культур). В отд. случаях проверяют партии 3. на содержание токсич. в-в (микотоксинов, пестицидов и т. п.). Качество 3. в СССР нормируется Гос. стандартами (установлены базисные и ограничит, кондиции). 3., отвечающее требованиям базисных кондиций, должно иметь свойственные ему внешний вид, цвет, запах, вкус (определяют органолептически). Отклонение от этих признаков свидетельствует о неблагоприятных условиях выращивания, уборки, транспортировки или хранения. Влажность 3. колеблется в больших пределах — от 7 — 9 до 20 — 25% и более и во многом определяет его устойчивость дои хранении (см. Хранение зерна). Влажность 3. базисных кондиций 14 — 17%. При более высоком показателе хлебоприёмные предприятия производят скидку с массы покупаемого 3. и удерживают плату за сушку. Влажность 3. определяют высушиванием навески в сушильном шкафу или электровлагомером. В 3. базисных кондиций не должно быть вредителей хлебных запасов. Допускается засорённость его различными примесями не св. 1%. При более сильной засорённости хлебоприёмные предприятия производят скидку с массы 3. и удерживают плату за очистку.
• Казаков Е. Д.,Кретович В.Л., Биохимия зерна и продуктов его переработки, М., 1980; Казаков Е. Д., Зерно-ведение с основами растениеводства, М., 1983; Трисвятский Л. А., Лесик Б. В., Курдина В. Н-, Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов, М. 1983.
вкрапленник, дерть, дробина, дробленка, зародыш, зачатки, зачаток, зернинка, зернишко, кофеинка, крупа, ксенобласт, маковина, начало, невейка, овсинка, озадки, оолит, основа, перерод, продел, пшеница, рисинка, розвязь, ростки, семзерно, семя, субзерно, сущность, сыромолот, сыромолотка, тмин, фураж, шлифзерно
Вероятно, вам приходилось слышать, что структура любого металла представлена зёрнами . Это не те зёрна, которые клюют куры и едят мыши.
Если распилить металлический образец, отшлифовать его и посмотреть на это творение в микроскоп, то увидишь зернистую структуру. Она так называется за общий схожий внешний вид зерна для курицы и элемента структуры.
По параметрам зерна можно сделать выводы о свойствах металла, с которым мы имеем дело. Например, размер и количество в единице объема определяют самые разные механические свойства , начиная от твёрдости и заканчивая способностью к пластической деформации. Поэтому, эти элементы и изучаются материаловедами. Основная задача - это научиться управлять структурой, которая потянет свойства за собой.
Но помимо того, что вы уже слышали про зёрна, вы наверняка уже слышали и про кристаллическое строение металлов . Большинство металлов в обычных условиях имеют кристаллическую структуру. А кристаллическая структура имеет вот такой вид.
Тогда, если распилить металл, то по здравой логике мы должны увидеть никакие ни зёрна, а кубики. Что-то типа армированного бетона. Мы же видим картинку, эквивалентную высохшей пустыне.
На самом деле так и есть! Металл действительно состоит из кристаллов, при этом кристаллы имеют характерные кристаллические решетки . Ну а из них построены зерна. Разница лишь в том, что зерна крупные и их видно даже в оптический микроскоп, а кристаллики видно в электронный микроскоп. Размеры очень сильно различаются. В итоге зёрна металла состоят из кристаллов . Поэтому, не следует путать такие понятия, как микроструктура и кристаллическая структура.
Когда мы смотрим в оптический микроскоп и видим эти странные зернистые структуры, то нужно понимать, что это наблюдается поликристаллическое тело. Или тело, состоящее из группы множества кристаллов, соединенных друг с другом.
Каждое зерно - это кристалл . "Группа" кристаллических решеток, объединенных в единое целое и образовавшее в итоге зерно. Кристалл обладает определенной кристаллической решеткой, характерной для этого материала. Зерна или кристаллы имеют самую различную форму и размеры, но преимущественно они выглядят примерно одинаково. Если мы распиливаем такой кристаллик, то как раз и получаем сечение, наблюдаемое в микроструктуре. Выходит что-то среднее между овалом и многогранником. Посмотрите на это зерно не в оптический микроскоп, а в электронный, и увидите, что зерно имеет кристаллическую решетку, которая образована стандартными элементами кристаллических решеток.
Хитрая форма зерна, которая далеко не всегда правильная, объясняется тем, что кристаллическая решетка имеет совсем незначительные размеры и нам кажется, что зерна имеют плавную границу. На самом же деле, если увеличить границу зерна, то она будет ступенчатая при больших масштабах. Ведь на первый взгляд кажется, что если зерно построено из "кирпичиков", то оно должно быть и угловатым.
Многозернистость получается в результате того, что при формировании металла появляется множество центров кристаллизации, вокруг которых и начинают расти кристаллики. Энергетическая выгодность каждого из процессов определяет и наличие множества маленьких кристаллов, вместо одного большого . Кристаллик растёт и пока энергии на рост хватает, зерно увеличивается в размерах. Когда энергия израсходована, то рост останавливается. Зернышки располагаются друг от друга на близком расстоянии и растут не всегда равномерно. Так получается, что они контактируют и на механическом уровне, и оказывают друг на друга влияние на атомарном уровне. Между зернышками образуются связи на уровне притяжения атомов и образуется целый материал . Разорвать такие связи очень сложно, но всё же иногда получается. Если посмотреть на изломы материалов в микроскоп, то можно увидеть иногда прямо-таки вырванные зерна. Особенно, если зерна эти крупные.
Границы зерен - это вечная зона различной аномальщины. По сути дела - это дефект. Там наблюдаются проблемы с прохождением электрического тока, там выделяются различные второстепенные фазы, ну а заодно там меняются механические свойства и обычно не в лучшую сторону. Напрашивается каждый раз растить монокристалл, но это уже совсем другая история :)
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
Гальванизированная поверхность с видимыми зернами цинка. В стали под покрытием зерна микроскопические.
Зерно (иногда употребляется термин кристаллит) — минимальный объём кристалла, окруженный высокодефектными высокоугловыми границами, в поликристаллическом материале.
Определение размеров зёрен
Размер зерен обычно определяется с помощью рентгеновской дифракции. Помимо неё используют различные микроскопические методики, такие как просвечивающая и растровая электронная микроскопия, а также картирование с использованием дифракции отраженных электронов. Существует ГОСТ 5639-82, определяющий методы выявления и определения величины зерна, однако он несколько устарел.
Межзёренная граница
Межзёренная граница — поверхность раздела двух зёрен (кристаллитов) в поликристаллическом материале. Межзёренная граница является дефектом кристаллической структуры и имеет склонность к понижению электрической проводимости и температуропроводности. Высокая энергия границ и относительно слабая связь в большинстве межзёренных границ часто делает их предпочтительным местом для возникновения коррозии и выделения второй фазы.
Межзёренные границы разделяют на малоугловые и высокоугловые. Традиционно принято граничное значение разориентации в 15°. Малоугловые можно описать в терминах дислокационной теории, высокоугловые - нет.
- Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
См. также
- Кристаллы
- Металловедение
- Материаловедение
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Зерно (кристаллическое)" в других словарях:
Зерно кристаллическое — – мелкие кристаллы, не имеющие ясно выраженной многогранной кристаллографически правильной формы. [Большой энциклопедический политехнический словарь] Рубрика термина: Общие термины Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ЗЕРНО КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ — мелкие кристаллы, не имеющие ясно выраженной многогранной кристаллографически правильной формы (см. также Поликристалл) … Большой энциклопедический политехнический словарь
Зерно (значения) — Зерно: Зерно ядро (плод, семя) любой зерновой культуры. Зерно город в Германии, в земле Саксония Анхальт. Зерно (кристаллическое) область кристаллической решетки, ограниченная межзёренными границами. Также иногда называется… … Википедия
ЗЕРНО — смотри Кристаллическое зерно … Металлургический словарь
КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ЗЕРНО — мелкие кристаллы, не имеющие явно выраженной многогранной кристаллографически правильной формы. смотри Поликристалл … Металлургический словарь
Общие термины — Термины рубрики: Общие термины Абсолютно чёрное тело Абсолютный минимум Абсолютный показатель ресурсоиспользования и ресурсосбережения … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Дератизация — I Дератизация (франц. dératisation, от rat крыса) комплекс мер по борьбе с грызунами, вредными для человека в эпидемическом и экономическом отношении. Дератизация включает профилактические и истребительные мероприятия. В населенных пунктах… … Медицинская энциклопедия
Микотоксины — Рост плесневого гриба на поверхности жидкости Микотоксины (от греч … Википедия
Металлы – это поликристаллические тела, они состоят из мелких кристаллов. Характеризуются металлическими свойствами и составляют 50 % всех химических элементов. Строение металлов и их сплавов кристаллическое.
В процессе кристаллизации кристаллы приобретают неправильную форму. Их называют зернами. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, которая отличается от ориентировки соседних зерен. Размер зерна металла влияет на его механические свойства. Данные свойства, вязкость и пластичность, значительно выше, если металл имеет мелкое зерно.
Поверхности раздела зерен называются границами зерен, которые могут быть: наклонными при расположении оси вращения в той же плоскости, что и граница; кручеными при перпендикулярно расположенной оси к плоскости. Такой кусок металла является поликристаллом. Границы зерен определяются точками соприкосновения смежных кристаллов. О размерах, структуре и характере строения зерен можно судить по изломам металла.
В поликристаллических материалах размер зерен от 1 до 1000 мкм. Зерна разориентированы, повернуты одни относительно других до десятков градусов. Границы являются основным дефектом в металлах. На границах между зернами атомы не имеют правильного расположения. Существует переходная область шириной в несколько атомных диаметров, в которой решетка одного зерна переходит в решетку другого зерна с иной ориентацией. Строение переходного слоя (границы) способствует скоплению в нем дислокаций, так как при переходе через границу ни плоскость скольжения, ни вектор Бюргерса не сохраняются неизменными. Нарушение правильности расположения способствует тому, что на границах зерен повышена концентрация тех примесей, которые понижают поверхностную энергию. Внутри зерен нарушается правильное кристаллическое строение.
Границы субзерен менее нарушены.
Все металлы имеют общие свойства: пластичность, высокую тепло– и электропроводность, специфический металлический блеск, повышают электросопротивление с ростом температуры.
Из жидкого расплава вырастает монокристалл, который представляет собой один кристалл. Размеры монокристаллов невелики, их используют в лабораториях для изучения свойств какого-либо вещества. Металлы и сплавы, которые получают в самых обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов, они имеют поликристаллическое строение.
Изучение строения металлов с помощью рентгеноструктурного анализа и электронного микроскопа позволило установить, что внутреннее кристаллическое строение зерна не является правильным. В кристаллических решетках реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Все дефекты решетки – это нарушения укладки атомов в решетке.
Расположение атомов в решетке может быть в форме центрированного куба (б– и в-железо, б-титан, хром, молибден, вольфрам, ванадий), куба, грани которого центрированы (г-железо, алюминий, медь, никель, свинец, в-кобальт) или гексагональны, или в форме ячейки (магний, цинк).
Зерна в поликристаллах не являются монолитными, а состоят из отдельных субзерен, которые повернуты одно относительно другого на малый угол. Субзерно является многогранником, в котором содержится либо незначительное количество дислокаций, либо их совсем нет. Основные характеристики субзерен: тип, расположение, строение, плотность дислокаций. Многие дислокации образуются в результате механического сдвига.
Границы субзерен и зерен в металлах разделяют на малоугловые и большеугловые. Малоугловые границы наблюдаются между субзернами и имеют дислокационное строение. Малоугловую границу можно представить с помощью ряда параллельных краевых дислокаций. Образование субзерен с малоугловыми дислокациями называется полигонизацией. Структура большеугловых границ более сложная. Субграницы образованы определенными системами дислокаций. В зависимости от того, какой материал и какое воздействие на него оказывает окружающая среда, находится расположение дислокаций. Если металл мало деформирован, то местом скопления дислокаций являются плоскости скольжения. Если же такие металлы, как алюминий, железо подвергаются сильной деформации, то дислокации представлены в виде сложных сплетений: пространств, сетки.
Структура, в которой субзерна разориентированны друг относительно друга на угол 15-300, является блочной или мозаичной.
Плотность дислокаций в металле повышается при увеличении угла разориентации субзерен и уменьшением их величины. Атомы, расположенные на границах зерен, и атомы на поверхности кристалла из-за нескомпенсированности сил межатомного взаимодействия, имеют более высокую потенциальную энергию, по сравнению с атомами в объеме субзерен. Наличие дислокаций влияет на прочностные качества металлов. По теоретическим подсчетам предел упругости чистых металлов в 1000 раз превышает реальный, а предел упругости стали – в 100 раз.
Самые разнообразные методы применяются для исследования внутреннего строения сплавов, большинство основано на физических принципах.
Изучение строения металлов начинается с помощью простого и распространенного в научных и заводских лабораториях метода – световой микроскопии (металлографический метод). Впервые исследование металлов при помощи микроскопа осуществил П.П. Аносов. Он занимался изучением булатной стали.
Методом световой микроскопии изучают размеры, форму, расположение зерен, дефекты кристаллического строения (двойники, дислокации), а также он используется для прогнозирования поведения металлов в эксплуатационных условиях.
Все металлы – вещества непрозрачные (для видимого света). Форму кристаллов, их размер и расположение изучают на специально изготавливаемых микрошлифах. В этом случае делают разрез металла в плоскости, интересующей исследователя, полученную плоскость шлифуют и полируют.
Применять можно как грубую, так и тонкую шлифовку, с целью устранения неровностей поверхности шлифа. Шлифовку проводят перед полировкой. Чтобы получить ровную поверхность, необходимо при перемене абразива изменять и направление движения образцов на 90°. Шлифовку следует продолжать вплоть до исчезновения рисок от предыдущей операции. По результатам шлифовки шероховатость поверхности должна быть менее 0,08 мкм.
Полировка осуществляется с целью получения зеркальной поверхности образца. Полировка может быть механической, электрохимической и химико-механической.
Механическая шлифовка осуществляется при помощи станка с вращающимся кругом, который покрыт полировальным материалом. На данный материал наносят абразивные частицы.
Химико-механическая полировка осуществляется при помощи абразивных частиц и химических элементов.
Электрохимическая полировка проводится в ванне с электролитом. Для сглаживания поверхности используется ток.
При механической шлифовке и полировке происходит пластическая деформация поверхности образца. В зависимости от того, какова твердость материала, глубина деформации поверхности может доходить до 25 мкм.
После шлифовки и полировки обрабатываемый образец опускают в воду, затем в спирт, после чего сушат при помощи фильтровальной бумаги.
Чтобы выявить структуру, создают рельеф или окрашивают в разные цвета структурные составляющие, что достигается химическим травлением. При травлении кислота воздействует на границы зерна, потому что имеются места с дефектным строением, которые в травленом шлифе станут углублениями; свет, падая на них, рассеивается и в поле зрения микроскопа они будут казаться темными, а тело зерна – светлым.
Для рассмотрения микрошлифов при исследовании микроструктуры металлов применяют специальные микроскопы, в которых луч от источника света, отражаясь от шлифа, проходит через объектив и окуляр, давая соответствующее увеличение.
Общее увеличение микроскопа приравнивается к произведению увеличений объектива и окуляра.
Под микроскопом на микрошлифе после полирования можно увидеть микротрещины и неметаллические включения (графит в чугунах, оксиды). Для выявления самой микроструктуры металла поверхность шлифа травят, т. е. обрабатывают специальными реактивами, состав которых зависит от состава металла. Выявление микроструктуры при травлении основано на том, что различные фазы протравливаются неодинаково и окрашиваются по-разному. В результате травления микрошлифов чистых металлов можно выявить форму и размеры отдельных зерен. Микроанализ позволяет установить величину, форму и ориентировку зерен, отдельные фазы и структурные составляющие, изменение внутреннего строения металлов и сплавов в зависимости от условий их получения и обработки.
Для того чтобы рассмотреть детали структуры применяют электронный микроскоп, где изображение формируется при помощи потока быстро летящих электронов. Различают прямые и косвенные методы исследования структуры. Косвенные методы основаны на специальной технике приготовления тонких слепков-пленок, которые отображают рельеф травленого шлифа. Исследуя полученную реплику, наблюдают детали структуры, их минимальный размер равен 2–5 нм. Прямые методы позволяют исследовать тонкие металлические фольги толщиной до 300 нм на просвет с помощью электронных микроскопов высокого разрешения (микроскопы УЭМВ-100, УЭМВ-100А, УЭМВ-100В).
Оптический микроскоп не является аппаратом, который может обнаружить кристаллик любого размера.
Количественная металлография сталкивается с определенными трудностями. Так, проблема определения количественных параметров трехмерного объекта путем изучения его двухмерного сечения решается несколькими путями. При помощи сравнительного метода и метода средней длины пересекающего зерно отрезка определяется величина зерен металлов.
Сегодня используется автоматизированная система изучения микрошлифов металлов, которая включает применение микроскопа, видеокамеры, видеобластера и персонального ЭВМ.
Кристаллографические направления и плоскости, анизотропия; межплоскостные расстояния Кристаллическая решетка – упорядоченное расположение атомов. Элементарная ячейка кристалла – минимальный объем кристалла, полностью сохраняющий все его свойства. Атомы в решетке располагаются различно.
Элементарная ячейка повторяется в трех измерениях и образует кристаллическую решетку. Структуру кристалла определяет положение атомов в элементарной ячейке.
Координационное число – общее число нейтральных молекул и ионов, имеющих связь с центральным ионом в комплексе.
1. У элементов четвертой группы ковалентная насыщенная и направленная связь, и у каждого атома четыре соседа. Число ближайших соседей – координационное число. Элементарная решетка – тетраэдр с одним атомом в центре и четырьмя атомами по вершинам.
2. При образовании ионной связи кристаллические решетки более компактны, координационное число достигает 6 из-за ненасыщенности ионной связи. Пример: кристаллическая решетка NaCI – примитивный куб с ионами хлора и натрия в вершинах.
3. Металлические связи делают кристаллические решетки более компактными. Координационные числа достигают значений 8 и 12. В металлических материалах формируются три типа кристаллических решеток: объемноцентрированная кубическая (ОЦК), гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотно-упакованная (ГП).
Сингония – одно из подразделений кристаллов по признаку симметрии их элементарной ячейки при одинаковых системах координатных осей. Сингония характеризует симметрию трехмерных структур с трансляционной симметрией в трех направлениях.
Выделяют семь осевых систем в зависимости от длины отрезков, отсекаемых на кристаллографических осях, и взаимного расположения этих осей.
1. Кубическая сингония. Три равновеликие оси пересекаются под прямым углом.
2. Тетрагональная сингония. Два отрезка оси одинаковой длины пересекаются под прямым углом, третья ось перпендикулярна им, и отсекаемый на ней отрезок иной длины.
3. Ромбическая сингония. Три оси разной длины пересекаются под прямыми углами.
4. Моноклинная сингония. Две оси разной длины пересекаются под косым углом, третья ось составляет с ними прямой угол.
5. Триклинная сингония. Три оси разной длины пересекаются под косыми углами.
6. Тригональная сингония. Три отрезка осей равной длины пересекаются в одной плоскости под углом 60 °C, третья ось перпендикулярна этой плоскости, и отсекаемый на ней отрезок имеет иную длину.
7. Гексагональная сингония. Положение осей аналогично их положению в тригональной сингонии.
Упорядоченность расположения атомов в кристаллической решетке позволяет выделить отдельные кристаллографические направления и плоскости.
Кристаллографические направления – прямые лучи, выходящие из любой точки отсчета, вдоль которых располагаются атомы. Точки отсчета – вершины куба. Кристаллографические направления – ребра и диагонали граней куба. Могут быть и другие направления. Кристаллографические плоскости – плоскости, на которых лежат атомы.
Кристаллографические направления и плоскости характеризуются индексами Миллера, которые определяют их различные положения. Параллельные плоскости в кристаллической решетке, построенные идентично, имеют одинаковые индексы. Чтобы индексы получались из простых целых чисел, плоскость можно смещать параллельно. Положение любого узла кристаллической решетки относительно произвольно выбранного начала координат определяют заданием координат х, у, z. Для одной элементарной ячейки эти координаты равны параметрам решетки а, b, с соответственно.
Для определения индекса находят координаты ближайшего к точке отсчета атома, лежащего на этом направлении, выраженные через параметр решетки.
Все физические, включая и прочностные, свойства металлов вдоль различных кристаллографических направлений зависят от числа атомов, расположенных на упомянутых направлениях. В кристаллической решетке на различных направлениях находится разное число атомов. В кристаллических веществах должна наблюдаться анизотропия, т. е. неодинаковость свойств вдоль различных направлений.
Анизотропия – результат упорядоченного расположения атомов в кристаллических телах, проявляется в пределах монокристалла. Реальные металлы – тела поликристаллические, включающие многочисленные зерна, произвольно ориентированные друг к друг своими кристаллографическими направлениями и плоскостями. Анизотропия механических свойств наблюдается при испытании образцов, вырезанных вдоль различных кристаллографических направлений.
Реальные металлы имеют усредненную изотропность и называются квазиизотропными или псевдоизотропными телами
Межплоскостное расстояние – кратчайшее расстояние, разделяющее параллельные и равноотстоящие друг от друга узловые плоскости.
Монокристалл можно вырастить из жидкого расплава. Монокристалл представляет кусок металла из одного кристалла. Металлы и сплавы, которые получают при обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов и имеют поликристаллическое строение. Эти кристаллы называют зернами, и они имеют неправильную форму. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, и она отличается от ориентировки соседних зерен.
Внутреннее кристаллическое строение зерна не является правильным. В кристаллических решетках металлов имеются дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Все дефекты решетки это нарушения укладки атомов в решетке. Поверхностные несовершенства – границы зерен металла. Различают следующие структурные несовершенства: дефект решетки, точечный, малый, линейный, плоский. Дефекты кристаллов значительно меняют физические, механические, химические, технологические свойства металлов.
К точечным дефектам относятся вакансии (пустые узлы), чужеродные атомы внедрения. Чем выше температура, тем больше дефектов.
Атомы примесей являются одним из самых распространенных несовершенств кристаллической структуры (вакансии, дислоцированные атомы).
Вакансии – это пустой узел кристаллической решетки, который образуется из-за различных причин. Источники вакансий – границы зерен, в которых нарушено правильное расположение атомов. Число вакансий и их концентрация зависят от температуры в обработке. Число вакансий увеличивается с повышением температуры. Одиночные вакансии встречаются при перемещении по кристаллу и объединяются в пары, образуя дивакансии, при этом уменьшается их суммарная поверхность, устойчивость спаренной вакансии возрастает, возможно образование тривакансий и целых цепочек.
Дислоцированные атомы – это атомы, вышедшие из узла кристаллической решетки и занявшие место в междоузлии. Относятся к точечным дефектам.
Примесные атомы занимают в кристаллической решетке место основных атомов или внедряются внутрь ячейки (разновидность точечных дефектов).
Если правильность кристаллического строения вокруг вакансий, дислоцированных атомов и атомов примесей нарушается, то нарушается и уравновешенность силовых полей атомов во всех направлениях. Все изменения составляют не больше нескольких атомных диаметров. Точечные дефекты взаимодействуют друг с другом. Имеет место взаимодействие точечных дефектов и с дефектами линейными – дислокациями.
Линейные дефекты малы в двух измерениях, в третьем они большего размера, который может быть соизмерим с длиной кристалла. К линейным дефектам относятся цепочки вакансий, межузельных атомов и дислокации. Дислокации могут быть достаточно протяженными в одном направлении, и иметь небольшое протяжение в противоположном направлении. От наличия дислокаций напрямую зависят прочность и пластичность металлов.
Линейные несовершенства – дислокации, они являются особым видом несовершенств в кристаллической решетке. Характеристикой дислокационной структуры является плотность дислокаций.
В настоящее время известны различные механизмы образования дислокаций. Дислокации могут возникать при росте зерен, при образовании субзерен. Экспериментально установлено, что границы зерен и блоков имеют большую плотность дислокаций. При кристаллизации из расплава энергетически выгодно, когда зародыш растет с образованием винтовой дислокации на его поверхности. Способствуют образованию дислокаций и сегрегации примесей. В затвердевшем металле дислокации возникают в результате скопления вакансий.
Область несовершенства кристалла вокруг края экстраплоскости называется краевой (линейной) дислокацией. Краевая дислокация представляет быстрозатухающее поле упругих напряжений в кристаллической решетке вокруг края экстраплоскости, которое вызвано тем, что выше этого края параметры решетки несколько сжаты, а ниже соответственно растянуты. В одном измерении протяженность дислокации имеет макроскопический характер (дислокация может обрываться только на границе кристалла – она является границей зоны сдвига). Движение краевой дислокации – консервативное.
Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокацию называют положительной; если экстраплоскость находится в нижней части кристалла, то ее называют отрицательной.
Винтовые дислокации образуются, если две части кристалла сдвинуты к плоскости скопления вакансий.
Если винтовая дислокация образована вращением по часовой стрелке, то ее называют правой, если вращение против часовой стрелки – левой. Вакансия и межузельные атомы к винтовой дислокации не стекают. Также возможно образование частичных и смешанных дислокаций. Образование дислокаций повышает энергию кристалла.
Читайте также: