2. Зеренное строение металлов. Границы зерен и субзерен. Материаловедение. Шпаргалка

2. Зеренное строение металлов. Границы зерен и субзерен

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.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Строение древесины

Строение древесины
Сделав только поперечный срез, можно четко рассмотреть строение древесины. Каждый брусок необтесанного дерева имеет кору – это кожа дерева, которая не используется в работе, ее обязательно снимают. Под корой располагается зона роста дерева, которая

Строение древесины

Строение древесины
Сделав только поперечный срез, можно четко рассмотреть строение древесины. Каждый брусок необтесанного дерева имеет кору – это кожа дерева, которая не используется в работе, ее обязательно снимают. Под корой располагается зона роста дерева, которая

ЛЕКЦИЯ № 1. Строение древесины

ЛЕКЦИЯ № 1. Строение древесины
1. Виды древесных пород и части дерева
Растущие деревья имеют следующие составные части: корни, ствол, ветви, листья. Корневая система деревьев выполняет функции поставщика влаги и питательных веществ из почвы по стволу и ветвям к листьям.

2.

 Макроскопическое строение древесины

2. Макроскопическое строение древесины
При поперечном разрезе ствола дерева можно установить главные макроскопические признаки: заболонь, ядро, годичные слои, сердцевинные лучи, сосуды, смоляные ходы и сердцевинные повторения.У молодых деревьев всех пород древесина

1. Строение металлов

1. Строение металлов
Металлы и их сплавы – основной материал в машиностроении. Они обладают многими ценными свойствами, обусловленными в основном их внутренним строением. Мягкий и пластичный металл или сплав можно сделать твердым, хрупким, и наоборот. Для того чтобы

V НОВЫЕ ГРАНИЦЫ

V
НОВЫЕ ГРАНИЦЫ
Советская страна так велика и так разнообразна, что нам потребовалось немало времени, чтобы обозреть ее физическую карту, ту основу, на которую уже потом общественная жизнь накладывает свой отпечаток — к изломам морского побережья, к змейкам рек, к

§ 3.

3 Строение атомов и периодический закон Менделеева

§ 3.3 Строение атомов и периодический закон Менделеева
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости (или, выражаясь алгебраически, образуют периодическую функцию) от их атомных весов.
Д.И. Менделеев
Считается,

§ 3.6 Строение ядер

§ 3.6 Строение ядер
Чем больше в ядре должно поместиться нуклонов, тем больше должна быть площадь поверхности ядра, где происходят присоединения то протонов, то нейтронов… Этим особенностям лучше всего отвечает форма ядра в виде двух пирамид Хеопса, соединённых

§ 4.14 Строение вещества и химическая связь

§ 4.14 Строение вещества и химическая связь
Что, наконец, представляется нам затверделым и плотным,
То состоять из начал крючковатых должно несомненно,
Сцепленных между собой наподобие веток сплетённых.
В этом разряде вещей, занимая в нём первое место,
Будут алмазы

Глава 32 Строение Пространства – Времени

Глава 32 Строение Пространства – Времени
«Действие есть кривизна Мира»
Павел Дмитриевич Успенский, 1911 год
Мы уже предполагали аналогии квантового строения микромира и макромира, при определенных условиях. Далее, будет показаны законы резонансного строения нашего

8. Плавление металлов и строение расплавов

8. Плавление металлов и строение расплавов
Плавление – это физический процесс перехода металла из твердого состояния в жидкое расплавленное. Плавление – процесс, обратный кристаллизации, происходит при температуре выше равновесной, т. е. при перегреве. Поскольку

10. Строение слитка и аморфные сплавы

10.  Строение слитка и аморфные сплавы
Строение стального слитка впервые дано в 1878 г. Д.К. Черновым. Структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона – наружная мелкозернистая корка, которая состоит из дезориентированных мелких кристаллов –

Форма — зерно — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Cтраница 4

Рассмотрим форму зерна катализатора, более близкую к реальной, — шар.
 [47]

На форму зерен многофазной микроструктуры влияет два различных фактора. Начальный фактор включает кинетику превращения с изменениями в химическом равновесии. Вторым фактором является тенденция к достижению геометрического равновесия и минимальной энергии границ.
 [48]

По форме зерна округлые, полукруглые, остроугольные, осколочные.
 [49]

Поэтому наименее инерционной формой зерна является шар, далее — короткий и неограниченный цилиндры, а наиболее инерционная форма — неограниченная пластина.
 [50]

Величина и форма зерен зависит от природы металла, условий затвердевания и последующей обработки — механической или термической. Поэтому вид излома позволяет приближенно судить о качестве металла. В большинстве случаев металл с мелкозернистым строением обладает более высокими механическими свойствами, чем металл с крупнозернистым строением. Правильно закаленная сталь обладает мелкозернистым строением и, как известно, более высокими механическими свойствами по сравнению с незакаленной сталью с крупнозернистым строением.
 [51]

Величина и форма зерен, а также соотношение отдельных элементов в сплаве характеризуют свойства металлов.
 [52]

Размеры и форма зерен влияют на скорость первого этапа; от них зависит также длина шути диффузии, что оказывается на степени доступности внутренней поверхности катализатора.
 [53]

Чем определяется форма зерен металла.
 [54]

Строение и форма зерен флюсов различных марок наглядно представлены на фиг.
 [55]

Увеличение угловатости формы зерен обычно связано с увеличением пористости осадочной породы, так как сопровождается увеличением трения между частицами, в результате чего замедляется образование плотной структуры, а любое уменьшение сферичности приводит к увеличению площади поверхности и соответственно объема поглощаемой у поверхности воды. Существует общая обратная зависимость между угловатостью формы зерен и размером частиц осадочных пород, объясняемая пластинчатостью структуры глин и тем, что более мелкие частицы обычно подвергаются меньшей обработке природными силами.
 [56]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Metal Grains: Скрытый король металлургического производства…

В центре каждого ненавистного урока естествознания в средней школе находятся теории и законы, окружающие атомы. Атомы составляют наш мир и все, что в нем есть. Это пища, которую мы едим, стол, за которым мы едим, и стул, на котором мы сидим. Мы знаем, что в твердом состоянии материи атомы неподвижны и связаны с другими атомами, образуя определенную решетку. Однако то, как атом управляет свойствами твердого вещества, такими как механическая прочность и пластичность, во многом объясняет, почему атомы так важны в научном сообществе. В этой статье мы рассмотрим, как атомы определяют свойства металлов.

Итак, давайте поговорим об атомах металлов…

Атомы в твердом веществе выравниваются, образуя форму. Пока электроны внутри атома вращаются, сам атом не движется и связан с другими атомами. В металле эти атомы выстраиваются в заданную структуру. Это известно как кристаллическая структура. В зависимости от присутствующих фаз и различных атомов эта кристаллическая решетка может варьироваться от сплава к сплаву. В одном из наиболее распространенных сплавов, нержавеющей стали 301, структура аустенитной нержавеющей стали формируется за счет кубической кристаллической структуры с гранецентром. Это также известно как структура FCC. Для классификации этих структур металлурги используют элементарные ячейки. Элементарные ячейки представляют собой диаграммы кристаллической структуры, составленные из атомов, составляющих один из этих кристаллов.

Гранецентрированная кубическая структура характеризуется наличием четырех атомов, окружающих один атом в центре каждой грани куба. Эта кристаллическая структура повторяется по всей массе материала и составляет то, что мы называем металлом. Очевидно, эта повторяющаяся структура встречается в материале неизмеримое количество раз. Эта повторяющаяся структура, если смотреть на нее макроскопически, и составляет зерно.

Что такое зерна и границы зерен?

Зерно представляет собой совокупность множества повторяющихся кристаллических структур, ориентированных в одном направлении . Зерна могут различаться по длине и ширине, в зависимости от того, как долго сохраняются повторяющиеся кристаллы. При встрече двух зерен, ориентированных в разных направлениях, образуется граница зерна . Как видно на изображении ниже, это явление границ зерен связано с различной ориентацией в кристаллических структурах. Множество зерен и границ зерен составляют весь материал. Эти зерна могут различаться по размеру и форме, направлению и ориентации.

Дислокация возникает там, где в кристаллической структуре зерна имеется неравномерность, которая позволяет атомам скользить друг по другу. Границы зерен действуют как барьер для этой дислокации. Небольшой размер зерна увеличивает количество этих границ зерен, которые должны расступиться, прежде чем может произойти движение. Этот небольшой размер зерна, имеющий больше границ зерен, приводит к более прочному материалу. Весь процесс компании Ulbrich, работающей на прецизионном прокатном стане, вращается вокруг понимания и манипулирования зерном и его структурой, подобной этой. Чем больше у нас контроля над этим процессом, тем жестче могут быть наши механические допуски, а также ряд других улучшений.

Как деформационное упрочнение влияет на зерно?

Для изменения структуры металла на микроскопическом уровне требуется большое количество энергии. Эта энергия в нашем случае исходит из двух источников; механическая деформация и термическая обработка. Механическая деформация, или холодная прокатка при комнатной температуре, является сердцем Ульбриха. На первый взгляд может показаться, что прецизионная повторная прокатка на прокатном стане хороша только для производства более тонкого материала. Однако улучшение механических свойств, особенно предела текучести за счет деформационного упрочнения в прокатном стане, делает этот тип измельчения зерна привлекательным. Закалка материала посредством прокатки изменяет зерна, обеспечивая высокую механическую прочность материала с небольшими недостатками. В основе процесса прокатки лежит манипулирование зернами.

Измельчение зерна посредством отжига

Другим методом изменения структуры зерна является термическая обработка, известная как отжиг. Теплота — гораздо более грубая и сухая форма энергии, и ее процесс изменения зерен можно объяснить очень просто. По мере отжига металла зерна начинают набирать все больше и больше энергии. Зерна изменятся, как только им будет дано достаточно энергии при определенной температуре, известной как температура рекристаллизации. Эта энергия заставляет зерна зарождаться наружу. По мере роста зерен они должны «поедать» друг друга, при этом более крупные зерна включают в себя более мелкие. То, что у вас остается, — это микроструктура крупных зерен, готовая к повторному отпуску или использованию для различных целей. Повышение температуры выше температуры рекристаллизации может привести к увеличению размера зерен, но может привести к полному стиранию зернистой структуры, если это делается слишком долго или при слишком высокой температуре.

Как размер и структура зерна влияют на ваши производственные операции?

Производство металлов так сильно зависит от зерен, размеров зерен и манипулирования структурой зерен, потому что этот процесс является ключом к получению хорошего продукта. Путем научного и точного манипулирования зерном производитель может не только создать конечный продукт в соответствии со спецификацией, но и сделать это с гораздо большей легкостью и точностью. Благодаря указанию не только механических свойств, но и размера зерна, этапы последующей обработки, такие как волочение, штамповка, чеканка и механическая обработка, становятся гораздо более согласованными с более низким уровнем брака. Зернистость напрямую влияет на каждое приложение постобработки. Структура зерна со слишком большим предпочтительным направлением может привести к трудностям при рисовании. Недостаточно отожженная зернистая структура может вызвать проблемы при формовании. Но клиент, работающий с последовательной и точной структурой зерна каждой партии, означает меньше времени на оснастку для каждой отдельной партии материала и больше времени на производство.

Приобретая более качественный материал с указанным размером зерна, вы можете сэкономить много часов производственного времени и средств. Вот почему в Ulbrich есть команда металлургов, которые помогают нашим клиентам определить идеальные характеристики зерна и материала, необходимые для их производственных операций, спецификаций и, в конечном итоге, применения. Если у вас есть вопросы о зерне или любых других характеристиках сплава, мы будем рады помочь! Свяжитесь со специалистом сегодня, чтобы узнать, как сэкономить время и деньги, купив идеальный материал для ваших нужд!

Все статьи

Metal Grain Direction: что нужно знать

19 августа 19 августа 2019 года

Metal Grain Direction: что нужно знать

Мэтт Керстер2019-08-19T08:37:09-07:00

К
Мэтт Керстер

Металлы

Комментарии к записи Metal Grain Direction: что вам нужно знать отключены

В то время как многие продукты, которые мы отправляем, просто обрезаются по размеру перед установкой или креплением, другие должны быть сначала сформированы, часто путем сгибания. А для этого требуется немного базовых знаний о внутренней структуре алюминия и металлов в целом.

Влияние зерна на состав металла

Большинство металлов, включая алюминий, обычно находятся в поликристаллическом состоянии. Поликристаллические материалы представляют собой твердые тела, состоящие из множества различных кристаллитов, которые также обычно называют зернами металла. Эти зерна различаются по размеру и ориентации, но обычно имеют микроскопический размер, и их направление определяется условиями обработки.

Структуры кристаллической решетки образуются при охлаждении металла из его расплавленного состояния и удерживаются вместе тонкими слоями аморфного твердого вещества. Обработка металла может включать прокатку слябов и блюмов в различные переходные формы, такие как пластины, листы, полосы, рулоны, заготовки, стержни и стержни. Эта обработка влияет на выравнивание кристаллической структуры, что приводит к текстуре, которую можно рассматривать как процент кристаллов, имеющих предпочтительную ориентацию.

Кроме того, согласно Sciencedirect.com,

«… расположение атомов в решетке внутри каждого зерна почти идентично, но ориентация атомов различна для каждого соседнего зерна. Поверхность, разделяющая соседние зерна, называется границей зерна. Границы зерен препятствуют движению дислокаций и тем самым оказывают упрочняющее действие».

Почему все это имеет значение? Потому что текстуру или направление волокон необходимо учитывать, чтобы точно предсказать поведение и характеристики материала при формовании или изгибе.

Влияние зерна на прочность металла

Согласно одному источнику, 

«Прочность металла напрямую связана с размером его зерна; уменьшение размера зерна является распространенным способом повышения прочности материала, который часто практически не влияет на ударную вязкость материала. Это чрезвычайно важно, когда речь идет о гибке материалов по довольно маленькому радиусу, например, при формовании листа листогибочным прессом. Материалы с крупными зернами часто подвержены разрушению на границах зерен материала, что технически является дислокацией в плоскости скольжения металла, и часто эти материалы ограничены тем, насколько малым радиусом они могут быть согнуты до того, как произойдет разрушение».

Когда поликристаллические материалы изгибаются с помощью таких методов, как использование листогибочного пресса, направление волокон, проходящих через материал, становится критическим. Обычный способ предотвратить разрушение материала или растрескивание заключается в изгибе металла против волокон или перпендикулярно волокнам.

Это важно отметить, особенно в аэрокосмической и авиационной промышленности, поскольку изгиб с по направлению волокон или параллельно направлению волокон может привести к разрушению материала. Это может быть проблематичным или катастрофическим в зависимости от применения конечного продукта. Это происходит потому, что изгиб вдоль зерен позволяет разделить границы зерен.

Однако направление волокон металла обычно имеет значение только при изгибе. Это связано с тем, что можно сделать более резкие или плотные изгибы поперек волокон без образования трещин. Кроме того, необходимо учитывать направление волокон, когда радиус изгиба менее чем в два раза превышает толщину, в зависимости от материала и его твердости.

Работа с направлением зерна

Итак, как на самом деле «выглядит» зерно при реальном использовании?

Например, при работе с алюминиевым листом необходимо уделять особое внимание формовке с (продольным) или поперечным (поперечным) направлением волокон.

Волокна листа идут параллельно направлению прокатки.

Имейте в виду, что направление волокон листа является результатом процесса прокатки, который растягивает металлургическую структуру и включения материала. И, как отмечалось ранее, зерна металла располагаются параллельно направлению прокатки.

The Fabricator.com указывает, что,

«Формирование с зерном требует меньшего изгибающего усилия, потому что пластичность материала легко растягивается. Но это растяжение приводит к растеканию зерен, что проявляется в виде растрескивания по внешнему радиусу изгиба. Чтобы предотвратить или, по крайней мере, уменьшить это растрескивание при изгибе вдоль направления волокон, может потребоваться использование большего радиуса изгиба. При изгибе поперек направления волокон сниженная пластичность увеличит требуемый тоннаж формовки, но она будет способна принять гораздо более узкий внутренний радиус изгиба без разрушения внешней поверхности изгиба».

Ваш эксперт по качественным металлам для аэрокосмической отрасли

Независимо от того, нужны ли вам 100 футов изделия из алюминиевого сплава или всего несколько листов плакированного алюминия, AAA Air Support обещает всегда быстро и эффективно доставлять ваши заказы на запчасти. Наша цель всегда состоит в том, чтобы предоставить вашей компании средства для завершения этого проекта или поднять этот самолет с земли и обратно в воздух.