Sciaga_z_pnomu2[1].rtf

Zestaw1

ęłęó1. Na czym polega różnica między kryształami idealnymi i rzeczywistymi?Kryształy idealne mają budowę zgodną z prawami krystalografii w związku z tym nie zawierają one żadnych defektów czyli nieprawidłowości w układzie atomów. W naturze takie kryształy w ogóle nie występują. Kryształy rzeczywiste zawierają różne defekty, które powodują pewne zniekształcenie sieci krystalicznej i są ośrodkami nagromadzenia energii wynikającej stąd, że każdy defekt powoduje przesunięcie atomów z ich położeń równowagi, czyli odpowiadających minimalnej energii potencjalnej                                                                       ęłęó                                       

2. Jaki jest wpływ defektów na własności kryształów? Wpływ defektów sieci na własności kryształów jest bardzo istotny - często znacznie większy niż wpływ typu sieci krystalicznej. Tak Np. wakacje ułatwiają dyfuzję atomów a wiadomo, że dyfuzja jest podstawą prawie wszystkich procesów i przemian zachodzących w materiałach. Z kolei defekty liniowe ułatwiają odkształcanie metali i bez nich przeróbka plastyczna byłaby niemożliwa. Bardzo ważne są także granice ziaren jako defekty powierzchniowe, które są czynnikiem umacniającym materiał, ale w pewnych przypadkach mogą odgrywać negatywną rolę. Dlatego znajomość defektów i ich roli w różnych procesach jest bardzo ważna w nowoczesnym materiałoznawstwie                                                                                       3.ęłęóCo to są defekty liniowe? Defekty liniowe, zwane dyslokacjami, mają jeden wymiar znacznie większy w porównaniu z dwoma pozostałymi (poprzecznymi). Wokół nich następuje zniekształcenie sieci. Początkowo zostały one wprowadzone na bazie rozważań teoretycznych w celu wytłumaczenia rozbieżności między teoretyczną i rzeczywistą granicą plastyczności kryształów. Podczas gdy teoretyczne naprężenie poślizgu  wynosi G/30 to rzeczywiste jest ok. 1000 razy mniejsze i wynosi poniżej 1 MPa. Póżniej wykryto występowanie dyslokacji w kryształach i stwierdzono, że odgrywają one zasadniczą rolę w procesie odkształcenia plastycznego metali, a także przy ich umocnieniu. Dyslokacje różnią się orientacją, sposobem ich powstawania i własnościami. Mogą być krawędziowe, śrubowe lub mieszane, jednostkowe lub cząstkowe, poślizgowe lub osiadłe. Dyslokacje wprowadzają zaburzenie układu atomów ułatwiające ich przesuwanie się względem siebie pod wpływem naprężeń, a więc odkształcenie plastyczne. Poza tym są one ośrodkami nagromadzenia energii odkształcenia, odgrywają rolę w dyfuzji, przemianach fazowych, korozji i innych procesach.                                                                                                                                                                              4.ęłęóCo to są defekty powierzchniowe? Defekty powierzchniowe są to dwuwymiarowe defekty struktury krystalicznej, takie jak: granice ziarn, granice międzyfazowe, błędy ułożenia, granice domen antyfazowych

ęłęó5. Co to są wakancje? Wakancja jest defektem powstałym w wyniku nieobsadzenia węzła sieci przez atom Wskutek tego sąsiednie atomy przesuwają się w kierunku pustego miejsca, co wywołuje zniekształcenie sieci i wytwarza pole naprężeń rozciągające. Wakancje zalicza się do defektów termodynamicznie trwałych, co oznacza, że przy każdej temperaturze ustala się ich równowagowa koncentracja Nv, zgodna z prawem Boltzmanna: nv -w/kT Nv = ÄÄ ÷ A e na gdzie Nv - liczba wakancji, na - liczba atomów, A - stała, w - energia niezbędna do utworzenia jednej wakancji (wynosi ok.0,8 eV), k - stała Boltzmanna.

Z wzoru wynika, że jest to zależność wykładnicza, tzn. że równowagowa koncentracja wakancji rośnie gwałtownie z temperaturą  i w pobliżu temperatury topnienia ich koncentracja Nv = ok. 5*10-4, podczas gdy przy temperaturze pokojowej Nv = ok.10-15, czyli że zmiana wynosi 11 rzędów wielkości (1011 razy). W kryształach jonowych taki defekt nazywa się defektem Shottky'ego.

7.ęłęóCo to jest atom międzywęzłowy? Atom międzywęzłowy jest to defekt, który polega na tym, że w sieci zbudowanej z identycznych atomów lub o zbliżonych średnicach jeden z atomów osnowy znajduje się między węzłami sieci Powoduje to przemieszczenie sąsiednich atomów z położeń równowagi na zewnątrz, wywołując pole naprężeń ściskających (a więc przeciwnie niż w przypadku wakancji). Atomy międzywęzłowe w metalach powstają najczęściej parami wraz z wakancjami na skutek oddziaływania z fononami, odkształcenia plastycznego lub naświetlania cząstkami o wysokiej energii (neutrony, cząstki alfa). W warunkach równowagi ich koncentracja jest znikomo mała. W kryształach jonowych atom międzywęzłowy nazywany jest defektem Frenkla

8.ęłęóJakie atomy domieszek zaliczamy do międzywęzłowych? Do międzywęzłowych zaliczamy atomy, które cechuje mała wielkość. Są to atomy o małych liczbach atomowych zlokalizowane na początku układu okresowego. Jedynie atomy wodoru mają tak małą średnicę, że swobodnie mieszczą się w lukach nie wywołując żadnego zniekształcenia sieci, co powoduje że dyfundują one bardzo szybko. Inne atomy (B,C,N,O) są większe niż luki, które zajmują i w związku z tym silnie zniekształcają sieć. Uważa się, że atomy boru mogą częściowo zajmować luki międzyatomowe, a częściowo zastępować atomy osnowy w węzłach sieci. Atomy międzywęzłowe tworzą z atomami osnowy roztwory międzywęzłowe, które zawsze są granicznymi

10.ęłęóCo to jest wektor Burgersa dyslokacji i jak się go wyznacza? Wektor Burgersa wskazuje kierunek i wielkość przesunięcia atomów przy powstawaniu lub ruchu dyslokacji. Wektor Burgersa jednoznacznie charakteryzuje dyslokację. Dla tej samej dyslokacji, b ma wartość stałą. Kierunek, zwrot i wielkość wektora Burgersa można wyznaczyć za pomocą tzw. obwodu Burgersa. Sposób wyznaczania wektorów Burgersa dyslokacji krawędziowej i śrubowej jest pokazany na . Najpierw w pobliżu dyslokacji wybieramy jeden atom jako punkt początkowy obwodu Następnie przesuwamy się od tego atomu w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara od atomu do atomu o taką samą liczbę odległości międzyatomowych, parami we wzajemnie równoległych, ale przeciwnych kierunkach, zakreślając zamknięty obwód. W przypadku gdy wewnątrz zakreślonego obwodu znajduje się dyslokacja, to obwód nie zamyka się i odcinek domykający BA stanowi wektor Burgersa tej dyskolacji. Zwrot wektora Burgersa jest zgodny z kierunkiem wykreślania obwodu. Z rysunków wynika wyraźnie, że wektor BA jest prostopadły do dyslokacji na i równoległy na . Wektor Burgersa i linia dyslokacji wyznaczają jej płaszczyznę poślizgu. Dla dyslokacji krawędziowej jest to jedna płaszczyzna, dla śrubowej wiele płaszczyzn równoległych do linii dyslokacji.

12.ęłęóNa czym polega istota i znaczenie wspinania dyslokacji? Wspinaniu mogą podlegać tylko dyslokacje krawędziowe, gdyż tylko one mogą oddziaływać z wakancjami, które są niezbędne do wspinania. Istota wspinania wynika z . Dojście wakancji do krawędzi dyslokacji powoduje, że zostaje ona skrócona lokalnie o jeden atom (rys.a-jest to wspinanie dodatnie) i na odwrót dołączenie się atomu do ekstrapłaszczyzny powoduje lokalne wydłużenie ekstrapłaszczyzny, podczas gdy wakancja dyfunduje w głąb sieci (rys.b- jest to wspinanie ujemne). Oczywiście, aby dyslokacja mogła wspiąć się na całej swojej długości o jednoatomową odległość. Wymagane jest przyłączenie się (lub odłączenie) od ekstrapłaszczyzny dużej liczby wakancji. Wspinanie powoduje ruch dyslokacji krawędziowych w kierunku prostopadłym do płaszczyzny poślizgu. Cechuje się tym, że proces następuje atom po atomie, a jego szybkość jest kontrolowana przez dyfuzję wakancji, czyli samodyfuzję. Wspinanie może być intensyfikowane przez naprężenie normalne. Np.ściśnięcie kryształu w kierunku prostopadłym do ekstrapłaszczyzny spowoduje wspinanie dodatnie, a rozciągnięcie - ujemne. Dzięki wspinaniu dyslokacje mogą stanowić źródło lub ujście wakancji i przez to wpływać na ustalenie się równowagowej koncentracji wakancji w krysztale. Wspinanie powoduje obniżenie energii odkształcenia, prowadzi do skracania, zaniku lub porządkowania się dyslokacji i jest podstawowym procesem towarzyszącym zdrowieniu i rekrystalizacji, a także odgrywa rolę w przeróbce plastycznej na gorąco i przy pełzaniu.

13.ęłęóNa czym polega różnica między poślizgiem i wspinaniem dyslokacji? Różnica polega na tym, że poślizg następuje pod wpływem naprężeń stycznych (działających równolegle do b) i może zachodzić również przy niskich temperaturach, a wspinanie w wyniku działania naprężeń normalnych (równoległych do b i prostopadłych do ekstrapłaszczyzny) i może zachodzić tylko przy wyższych temperaturach. Poślizg wymaga jednoczesnego ruchu dużej liczby atomów, wspinanie natomiast następuje atom po atomie mechanizmem dyfuzyjnym. W przypadku poślizgu wakancje nie odgrywają istotnej roli, a przy wspinaniu są one decydujące. Przy poślizgu ruch dyslokacji następuje w kierunku równoległym do b, a przy wspinaniu w kierunku prostopadłym do b i do linii dyslokacji.

15.ęłęóNa czym polega wzajemne oddziaływanie między defektami sieci? Wzajemne oddziaływanie między defektami sieci polega w istocie na oddziaływaniu ich pól naprężeń. Każdy defekt wywołuje bowiem charakterystyczne dla niego pole naprężeń rozprzestrzeniające się w głąb sieci, dzięki czemu defekty mogą wyczuwać się na odległość. Istnieje zasada, że jeśli nakładające się pola naprężeń redukują energię odkształcenia, to takie defekty się przyciągają i po spotkaniu mogą ulec anihilacji (znikają). Jeśli natomiast energia wzrasta, to defekty się odpychają. Przykładem na pierwszą ewentualność jest wzajemne oddziaływanie wakancji i atomu w położeniu międzywęzłowym lub dyslokacji krawędziowej ujemnej i dodatniej albo śrubowej prawo i lewoskrętnej. Odpychają się defekty identyczne , np. dwie wakancje lub dyslokacje tego samego znaku, znajdujące się na tej samej płaszczyźnie poślizgu. Wzajemne oddziaływanie może następować także pomiędzy różnymi defektami. Tak np. wakancje oddziaływują z dyslokacjami krawędziowymi przez co następuje ich wspinanie, atomy domieszek międzywęzłowych są przyciągane do dyslokacji krawędziowych w wyniku czego tworzą się tzw. atmosfery Cottrella, czyli skupiska atomów domieszek, hamujące ruch dyslokacji. Dyslokacje są blokowane przez granice ziarn, cząstki obcych faz lub inne dyslokacje

16.ęłęóCo to są błędy ułożenia?Błędami ułożenia nazywamy zaburzenia w sekwencji ułożenia płaszczyzn najgęstszego wypełnienia, występujące najczęściej w metalach o sieci A1 i A3. Tak np. w sieci A1, dla której normalna sekwencja jest ABCABC, mogą występować warstwy o sekwencji ABABA, typowe dla sieci A3 lub na odwrót. Na granicy błędu ułożenia nie jest zaburzona tzw.koordynacja I rzędu, tzn.że nadal każdy atom jest otoczony 12 najbliższymi atomami, ale liczba dalszych sąsiadów ulega zmianie. To daje wkład do podwyższenia energii takiej granicy. Energia granicy BU jest jednak bardzo mała (zbliżona do energii koherentnej granicy bliźniaczej) w porównaniu z energią zwykłej granicy ziarn

17.ęłęóJakie są rodzaje granic ziarn? Pod względem budowy granice ziarn można podzielić na granice daszkowe (nachylenia), oddzielające ziarna mające wspólny kierunek krystalograficzny równoległy do granicy oraz granice skręcenia, oddzielające ziarna o wspólnym kierunku krystalograficznym prostopadłym do granicy Przypadkowe granice mają zwykle składowe daszkowe i skręcenia. Pod względem stopnia dezorientacji, granice dzielimy na granice małego kąta i dużego kąta. Szczególnym przypadkiem granic daszkowych dużego kąta są granice bliżniacze. Pod względem stopnia dopasowania granice dzielimy na przypadkowe i specjalne

19.ęłęóJakie defekty występują w materiałach polikrystalicznych? W materiałach polikrystalicznych występują te same defekty co w monokryształach, a oprócz tego różnego rodzaju defekty powierzchniowe: granice ziarn różnych typów i granice międzyfazowe. Ogólna powierzchnia granic ziarn zależy od wielkości ziarna. Im większe jest ziarno, tym mniejsza jest powierzchnia granic ziarn. Zmagazynowana w granicach ziarn energia jest siłą napędową procesu rozrostu ziarn. W materiałach polikrystalicznych może też występować t.zw struktura mozaikowa (poligonalna lub podziarnowa). Struktura taka składa się z bardzo małych obszarów krystalicznych oddzielonych od siebie granicami ziarn małego kąta Strukturę ziarnistą można ujawnić za pomocą badań metalograficznych wykorzystując efekt trawienia granic ziarn lub granic poligonów (do wytawiania tych granic trzeba stosować specjalne odczynniki, trawiące selektywnie nawet pojedyncze dyslokacje). Można również wykorzystać metodę badania przełomów czyli fraktografię.

20.ęłęóCo to jest tekstura? Teksturą nazywamy kierunkowe ustawienie się ziarn w materiale polikrystalicznym z wyróżnieniem określonego kierunku krystalograficznego, a w blachach również płaszczyzny. Oznacza to, że w większości ziarn ten sam kierunek krystalograficzny jest wspólny (równoległy). Zwykle jednak nie wszystkie ziarna ustawiają się w ten sposób , a poza tym w części ziarn występują mniejsze lub większe odchylenia od idealnego ustawienia. W związku z tym mówimy o doskonałości tekstury lub o odchyleniu od tekstury idealnej. W wielu przypadkach tekstury nakładają się na siebie tzn. że wyróżniony jest nie jeden, a dwa kierunki krystalograficzne. W tych przypadkach materiały cechują się większą izotropią własności

21.ęłęóJaki jest wpływ wielkości ziarna na własności materiałów?

Wielkość ziarna ma bardzo istotny wpływ na własności materiałów. Przy niskich temperaturach są one czynnikiem umacniającym, tzn. że ze zmniejszaniem wielkości ziarna zwiększają się własności wytrzymałościowe i obniżają plastyczne. Ilościową ilustracją tego jest zależność Halla - Petcha: sd = s0 + k d-1/2 gdzie sd - dolna granica plastyczności, so i k - stałe, d - przeciętna wielkość ziarn (podziarn). Dlatego jest zasadą, że w materiałach konstrukcyjnych pracujących przy temperaturze pokojowej staramy się wytworzyć możliwie minimalne ziarno. Rola granic ziarn zmienia się jednakże przy podwyższonych temperaturach.

Ze względu na możliwość wspinania się dyslokacji i pochłaniania dyslokacji przez granice ziarn ich efektywność umacniająca maleje, a poza tym występuje poślizg po granicach ziarn, który polega na tym że pod wpływem naprężeń stycznych do granicy, ziarna mogą się ślizgać sztywno względem siebie bez dostrzegalnych odkształceń wewnątrz ziarn. W związku z tym granice ziarn osłabiają materiał przy podwyższonej temperaturze (powyżej ok.0,4 Ttop). Dotyczy to np. łopatek turbin, kotłów energetycznych i tp. Dlatego dąży się do tego aby materiały takie miały możliwie duże ziarno (np. łopatki turbin wytwarza się w postaci monokryształów) lub aby na granicach ziarn spowodować wydzielenia trudno rozpuszczalnych cząstek blokujących poślizg. Ostatnio stosuje się w tym celu kompozyty.

22.ęłęóJakie rodzaje tekstur występują w drutach i blachach?

Rozróżniamy teksturę włóknistą, powstającą w drutach i teksturę płaską w blachach. Pierwsza polega na ustawieniu się określonego kierunku krystalograficznego równolegle do osi drutu , druga na ustawieniu się określonej płaszczyzny krystalograficznej równolegle do płaszczyzny walcowania, a kierunku krystalograficznego do kierunku walcowania Tak np. w drutach z metali o sieci A2, równolegle do kierunku ciągnienia ustawia się kierunek <110>, a w sieci A1 kierunki <111> i <100>. Natomiast w blachach z metali o sieci A2 powstaje tekstura {100}<011>

23.ęłęóNa czym polega anizotopia własności materiału wywołana przez włóknistość struktury?

W materiałach poddawanych kierunkowej przeróbce plastycznej może wystąpić anizotropia własności nie spowodowana teksturą, lecz włóknistością struktury. Ma to miejsce zwłaszcza w stalach zanieczyszczonych wtrąceniami niemetalicznymi, w szczególności siarczkami. Wtrącenia takie są plastyczne przy temperaturze przeróbki plastycznej i wyciągają się w kierunku odkształcenia, w wyniku czego powstaje charakterystyczna struktura włóknista widoczna na Powoduje to pogorszenie poprzecznych własności zarówno wytrzymałościowych jak i plastycznych i to nie tylko w płaszczyźnie blachy ale i prostopadle do niej, co jest szczególnie ważne w spawanych blachach okrętowych. Można temu zapobiec obniżając zawartość siarki lub wprowadzając metale ziem rzadkich, które tworzą kruche siarczki nie wyciągające się wzdłuż kierunku walcowania. Szczególnie odpowiedzialne elementy powinny być wykonywane w taki sposób, aby naprężenia ścinające nie były równoległe do kierunku włókien, gdyż wówczas ich zniszczenie jest utrudnione.

Zestaw 2

ęłęó1. Na czym polega różnica między kryształami idealnymi i rzeczywistymi?Kryształy idealne mają budowę zgodną z prawami krystalografii w związku z tym nie zawierają one żadnych defektów czyli nieprawidłowości w układzie atomów. W naturze takie kryształty w ogóle nie występują. Kryształy rzeczywiste zawierają różne defekty, które powodują pewne zniekształcenie sieci krystalicznej i są ośrodkami nagromadzenia energii wynikającej stąd, że każdy defekt powoduje przedsunięcie atomów z ich położeń równowagi, czyli odpowiadających minimalnej energii potencjalnej                                                                       ęłęó                                         2. Jaki jest wpływ defektów na własności kryształów? Wpływ defektów sieci na własności kryształów jest bardzo istotny - często znacznie większy niż wpływ typu sieci krystalicznej. Tak np. wakancje ułatwiają dyfuzję atomów a wiadomo, że dyfuzja jest podstawą prawie wszystkich procesów i przemian zachodzących w materiałach. Z kolei defekty liniowe  ułatwiają odkształcanie metali i bez nich przeróbka plastyczna byłaby niemożliwa. Bardzo ważne są także granice ziarn jako defekty powierzchniowe , które są czynnikiem umacniającym materiał, ale w pewnych przypadkach mogą odgrywać negatywną rolę. Dlatego znajomość defektów i ich roli w różnych procesach jest bardzo ważna w nowoczesnym materiałoznawstwie\                                                                                                                                                                                                                  3.ęłęóCo to są defekty liniowe? Defekty liniowe, zwane dyslokacjami, mają jeden wymiar znacznie większy w porównaniu z dwoma pozostałymi (poprzecznymi). Wokół nich następuje zniekształcenie sieci. Początkowo zostały one wprowadzone na bazie rozważań teoretycznych w celu wytłumaczenia rozbieżności między teoretyczną i rzeczywistą granicą plastyczności kryształów. Podczas gdy teoretyczne naprężenie poślizgu  wynosi G/30 to rzeczywiste jest ok. 1000 razy mniejsze i wynosi poniżej 1 MPa. Póżniej wykryto występowanie dyslokacji w kryształach i stwierdzono, że odgrywają one zasadniczą rolę w procesie odkształcenia plastycznego metali, a także przy ich umocnieniu. Dyslokacje różnią się orientacją, sposobem ich powstawania i własnościami. Mogą być krawędziowe, śrubowe lub mieszane, jednostkowe lub cząstkowe, poślizgowe lub osiadłe. Dyslokacje wprowadzają zaburzenie układu atomów ułatwiające ich przesuwanie się względem siebie pod wpływem naprężeń, a więc odkształcenie plastyczne. Poza tym są one ośrodkami nagromadzenia energii odkształcenia, odgrywają rolę w dyfuzji, przemianach fazowych, korozji i innych procesach.                                                                                                                                                                              4.ęłęóCo to są defekty powierzchniowe? Defekty powierzchniowe są to dwuwymiarowe defekty struktury krystalicznej, takie jak: granice ziarn, granice międzyfazowe, błędy ułożenia, granice domen antyfazowych

ęłęó5. Co to są wakancje? Wakancja jest defektem powstałym w wyniku nieobsadzenia węzła sieci przez atom Wskutek tego sąsiednie atomy przesuwają się w kierunku pustego miejsca, co wywołuje zniekształcenie sieci i wytwarza pole naprężeń rozciągające. Wakancje zalicza się do defektów termodynamicznie trwałych, co oznacza, że przy każdej temperaturze ustala się ich równowagowa koncentracja Nv, zgodna z prawem Boltzmanna: nv -w/kT Nv = ÄÄ ÷ A e na gdzie Nv - liczba wakancji, na - liczba atomów, A - stała, w - energia niezbędna do utworzenia jednej wakancji (wynosi ok.0,8 eV), k - stała Boltzmanna.

Z wzoru wynika, że jest to zależność wykładnicza, tzn. że równowagowa koncentracja wakancji rośnie gwałtownie z temperaturą  i w pobliżu temperatury topnienia ich koncentracja Nv = ok. 5*10-4, podczas gdy przy temperaturze pokojowej Nv = ok.10-15, czyli że zmiana wynosi 11 rzędów wielkości (1011 razy). W kryształach jonowych taki defekt nazywa się defektem Shottky'ego.

7.ęłęóCo to jest atom międzywęzłowy? Atom międzywęzłowy jest to defekt, który polega na tym, że w sieci zbudowanej z identycznych atomów lub o zbliżonych średnicach jeden z atomów osnowy znajduje się między węzłami sieci Powoduje to przemieszczenie sąsiednich atomów z położeń równowagi na zewnątrz, wywołując pole naprężeń ściskających (a więc przeciwnie niż w przypadku wakancji). Atomy międzywęzłowe w metalach powstają najczęściej parami wraz z wakancjami na skutek oddziaływania z fononami, odkształcenia plastycznego lub naświetlania cząstkami o wysokiej energii (neutrony, cząstki alfa). W warunkach równowagi ich koncentracja jest znikomo mała. W kryształach jonowych atom międzywęzłowy nazywany jest defektem Frenkla

8.ęłęóJakie atomy domieszek zaliczamy do międzywęzłowych? Do międzywęzłowych zaliczamy atomy, które cechuje mała wielkość. Są to atomy o małych liczbach atomowych zlokalizowane na początku układu okresowego. Jedynie atomy wodoru mają tak małą średnicę, że swobodnie mieszczą się w lukach nie wywołując żadnego zniekształcenia sieci, co powoduje że dyfundują one bardzo szybko. Inne atomy (B,C,N,O) są większe niż luki, które zajmują i w związku z tym silnie zniekształcają sieć. Uważa się, że atomy boru mogą częściowo zajmować luki międzyatomowe, a częściowo zastępować atomy osnowy w węzłach sieci. Atomy międzywęzłowe tworzą z atomami osnowy roztwory międzywęzłowe, które zawsze są granicznymi

10.ęłęóCo to jest wektor Burgersa dyslokacji i jak się go wyznacza? Wektor Burgersa wskazuje kierunek i wielkość przesunięcia atomów przy powstawaniu lub ruchu dyslokacji. Wektor Burgersa jednoznacznie charakteryzuje dyslokację. Dla tej samej dyslokacji, b ma wartość stałą. Kierunek, zwrot i wielkość wektora Burgersa można wyznaczyć za pomocą tzw. obwodu Burgersa. Sposób wyznaczania wektorów Burgersa dyslokacji krawędziowej i śrubowej jest pokazany na . Najpierw w pobliżu dyslokacji wybieramy jeden atom jako punkt początkowy obwodu Następnie przesuwamy się od tego atomu w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara od atomu do atomu o taką samą liczbę odległości międzyatomowych, parami we wzajemnie równoległych, ale przeciwnych kierunkach, zakreślając zamknięty obwód. W przypadku gdy wewnątrz zakreślonego obwodu znajduje się dyslokacja, to obwód nie zamyka się i odcinek domykający BA stanowi wektor Burgersa tej dyskolacji. Zwrot wektora Burgersa jest zgodny z kierunkiem wykreślania obwodu. Z rysunków wynika wyraźnie, że wektor BA jest prostopadły do dyslokacji na i równoległy na . Wektor Burgersa i linia dyslokacji wyznaczają jej płaszczyznę poślizgu. Dla dyslokacji krawędziowej jest to jedna płaszczyzna, dla śrubowej wiele płaszczyzn równoległych do linii dyslokacji.

12.ęłęóNa czym polega istota i znaczenie wspinania dyslokacji? Wspinaniu mogą podlegać tylko dyslokacje krawędziowe, gdyż tylko one mogą oddziaływać z wakancjami, które są niezbędne do wspinania. Istota wspinania wynika z . Dojście wakancji do krawędzi dyslokacji powoduje, że zostaje ona skrócona lokalnie o jeden atom (rys.a-jest to wspinanie dodatnie) i na odwrót dołączenie się atomu do ekstrapłaszczyzny powoduje lokalne wydłużenie ekstrapłaszczyzny, podczas gdy wakancja dyfunduje w głąb sieci (rys.b- jest to wspinanie ujemne). Oczywiście, aby dyslokacja mogła wspiąć się na całej swojej długości o jednoatomową odległość. Wymagane jest przyłączenie się (lub odłączenie) od ekstrapłaszczyzny dużej liczby wakancji. Wspinanie powoduje ruch dyslokacji krawędziowych w kierunku prostopadłym do płaszczyzny poślizgu. Cechuje się tym, że proces następuje atom po atomie, a jego szybkość jest kontrolowana przez dyfuzję wakancji, czyli samodyfuzję. Wspinanie może być intensyfikowane przez naprężenie normalne. Np.ściśnięcie kryształu w kierunku prostopadłym do ekstrapłaszczyzny spowoduje wspinanie dodatnie, a rozciągnięcie - ujemne. Dzięki wspinaniu dyslokacje mogą stanowić źródło lub ujście wakancji i przez to wpływać na ustalenie się równowagowej koncentracji wakancji w krysztale. Wspinanie powoduje obniżenie energii odkształcenia, prowadzi do skracania, zaniku lub porządkowania się dyslokacji i jest podstawowym procesem towarzyszącym zdrowieniu i rekrystalizacji, a także odgrywa rolę w przeróbce plastycznej na gorąco i przy pełzaniu.

13.ęłęóNa czym polega różnica między poślizgiem i wspinaniem dyslokacji? Różnica polega na tym, że poślizg następuje pod wpływem naprężeń stycznych (działających równolegle do b) i może zachodzić również przy niskich temperaturach, a wspinanie w wyniku działania naprężeń normalnych (równoległych do b i prostopadłych do ekstrapłaszczyzny) i może zachodzić tylko przy wyższych temperaturach. Poślizg wymaga jednoczesnego ruchu dużej liczby atomów, wspinanie natomiast następuje atom po atomie mechanizmem dyfuzyjnym. W przypadku poślizgu wakancje nie odgrywają istotnej roli, a przy wspinaniu są one decydujące. Przy poślizgu ruch dyslokacji następuje w kierunku równoległym do b, a przy wspinaniu w kierunku prostopadłym do b i do linii dyslokacji.

15.ęłęóNa czym polega wzajemne oddziaływanie między defektami sieci? Wzajemne oddziaływanie między defektami sieci polega w istocie na oddziaływaniu ich pól naprężeń. Każdy defekt wywołuje bowiem charakterystyczne dla niego pole naprężeń rozprzestrzeniające się w głąb sieci, dzięki czemu defekty mogą wyczuwać się na odległość. Istnieje zasada, że jeśli nakładające się pola naprężeń redukują energię odkształcenia, to takie defekty się przyciągają i po spotkaniu mogą ulec anihilacji (znikają). Jeśli natomiast energia wzrasta, to defekty się odpychają. Przykładem na pierwszą ewentualność jest wzajemne oddziaływanie wakancji i atomu w położeniu międzywęzłowym lub dyslokacji krawędziowej ujemnej i dodatniej albo śrubowej prawo i lewoskrętnej. Odpychają się defekty identyczne , np. dwie wakancje lub dyslokacje tego samego znaku, znajdujące się na tej samej płaszczyźnie poślizgu. Wzajemne oddziaływanie może następować także pomiędzy różnymi defektami. Tak np. wakancje oddziaływują z dyslokacjami krawędziowymi przez co następuje ich wspinanie, atomy domieszek międzywęzłowych są przyciągane do dyslokacji krawędziowych w wyniku czego tworzą się tzw. atmosfery Cottrella, czyli skupiska atomów domieszek, hamujące ruch dyslokacji. Dyslokacje są blokowane przez granice ziarn, cząstki obcych faz lub inne dyslokacje

16.ęłęóCo to są błędy ułożenia?Błędami ułożenia nazywamy zaburzenia w sekwencji ułożenia płaszczyzn najgęstszego wypełnienia, występujące najczęściej w metalach o sieci A1 i A3. Tak np. w sieci A1, dla której normalna sekwencja jest ABCABC, mogą występować warstwy o sekwencji ABABA, typowe dla sieci A3 lub na odwrót. Na granicy błędu ułożenia nie jest zaburzona tzw.koordynacja I rzędu, tzn.że nadal każdy atom jest otoczony 12 najbliższymi atomami, ale liczba dalszych sąsiadów ulega zmianie. To daje wkład do podwyższenia energii takiej granicy. Energia granicy BU jest jednak bardzo mała (zbliżona do energii koherentnej granicy bliźniaczej) w porównaniu z energią zwykłej granicy ziarn

17.ęłęóJakie są rodzaje granic ziarn? Pod względem budowy granice ziarn można podzielić na granice daszkowe (nachylenia), oddzielające ziarna mające wspólny kierunek krystalograficzny równoległy do granicy oraz granice skręcenia, oddzielające ziarna o wspólnym kierunku krystalograficznym prostopadłym do granicy Przypadkowe granice mają zwykle składowe daszkowe i skręcenia. Pod względem stopnia dezorientacji, granice dzielimy na granice małego kąta i dużego kąta. Szczególnym przypadkiem granic daszkowych dużego kąta są granice bliżniacze. Pod względem stopnia dopasowania granice dzielimy na przypadkowe i specjalne

19.ęłęóJakie defekty występują w materiałach polikrystalicznych? W materiałach polikrystalicznych występują te same defekty co w monokryształach, a oprócz tego różnego rodzaju defekty powierzchniowe: granice ziarn różnych typów i granice międzyfazowe. Ogólna powierzchnia granic ziarn zależy od wielkości ziarna. Im większe jest ziarno, tym mniejsza jest powierzchnia granic ziarn. Zmagazynowana w granicach ziarn energia jest siłą napędową procesu rozrostu ziarn. W materiałach polikrystalicznych może też występować t.zw struktura mozaikowa (poligonalna lub podziarnowa). Struktura taka składa się z bardzo małych obszarów krystalicznych oddzielonych od siebie granicami ziarn małego kąta Strukturę ziarnistą można ujawnić za pomocą badań metalograficznych wykorzystując efekt trawienia granic ziarn lub granic poligonów (do wytawiania tych granic trzeba stosować specjalne odczynniki, trawiące selektywnie nawet pojedyncze dyslokacje). Można również wykorzystać metodę badania przełomów czyli fraktografię.

20.ęłęóCo to jest tekstura? Teksturą nazywamy kierunkowe ustawienie się ziarn w materiale polikrystalicznym z wyróżnieniem określonego kierunku krystalograficznego, a w blachach również płaszczyzny. Oznacza to, że w większości ziarn ten sam kierunek krystalograficzny jest wspólny (równoległy). Zwykle jednak nie wszystkie ziarna ustawiają się w ten sposób , a poza tym w części ziarn występują mniejsze lub większe odchylenia od idealnego ustawienia. W związku z tym mówimy o doskonałości tekstury lub o odchyleniu od tekstury idealnej. W wielu przypadkach tekstury nakładają się na siebie tzn. że wyróżniony jest nie jeden, a dwa kierunki krystalograficzne. W tych przypadkach materiały cechują się większą izotropią własności

21.ęłęóJaki jest wpływ wielkości ziarna na własności materiałów?

Wielkość ziarna ma bardzo istotny wpływ na własności materiałów. Przy niskich temperaturach są one czynnikiem umacniającym, tzn. że ze zmniejszaniem wielkości ziarna zwiększają się własności wytrzymałościowe i obniżają plastyczne. Ilościową ilustracją tego jest zależność Halla - Petcha: sd = s0 + k d-1/2 gdzie sd - dolna granica plastyczności, so i k - stałe, d - przeciętna wielkość ziarn (podziarn). Dlatego jest zasadą, że w materiałach konstrukcyjnych pracujących przy temperaturze pokojowej staramy się wytworzyć możliwie minimalne ziarno. Rola granic ziarn zmienia się jednakże przy podwyższonych temperaturach.

Ze względu na możliwość wspinania się dyslokacji i pochłaniania dyslokacji przez granice ziarn ich efektywność umacniająca maleje, a poza tym występuje poślizg po granicach ziarn, który polega na tym że pod wpływem naprężeń stycznych do granicy, ziarna mogą się ślizgać sztywno względem siebie bez dostrzegalnych odkształceń wewnątrz ziarn. W związku z tym granice ziarn osłabiają materiał przy podwyższonej temperaturze (powyżej ok.0,4 Ttop). Dotyczy to np. łopatek turbin, kotłów energetycznych i tp. Dlatego dąży się do tego aby materiały takie miały możliwie duże ziarno (np. łopatki turbin wytwarza się w postaci monokryształów) lub aby na granicach ziarn spowodować wydzielenia trudno rozpuszczalnych cząstek blokujących poślizg. Ostatnio stosuje się w tym celu kompozyty.

22.ęłęóJakie rodzaje tekstur występują w drutach i blachach?

Rozróżniamy teksturę włóknistą, powstającą w drutach i teksturę płaską w blachach. Pierwsza polega na ustawieniu się określonego kierunku krystalograficznego równolegle do osi drutu , druga na ustawieniu się określonej płaszczyzny krystalograficznej równolegle do płaszczyzny walcowania, a kierunku krystalograficznego do kierunku walcowania Tak np. w drutach z metali o sieci A2, równolegle do kierunku ciągnienia ustawia się kierunek <110>, a w sieci A1 kierunki <111> i <100>. Natomiast w blachach z metali o sieci A2 powstaje tekstura {100}<011>

23.ęłęóNa czym polega anizotopia własności materiału wywołana przez włóknistość struktury?

W materiałach poddawanych kierunkowej przeróbce plastycznej może wystąpić anizotropia własności nie spowodowana teksturą, lecz włóknistością struktury. Ma to miejsce zwłaszcza w stalach zanieczyszczonych wtrąceniami niemetalicznymi, w szczególności siarczkami. Wtrącenia takie są plastyczne przy temperaturze przeróbki plastycznej i wyciągają się w kierunku odkształcenia, w wyniku czego powstaje charakterystyczna struktura włóknista widoczna na Powoduje to pogorszenie poprzecznych własności zarówno wytrzymałościowych jak i plastycznych i to nie tylko w płaszczyźnie blachy ale i prostopadle do niej, co jest szczególnie ważne w spawanych blachach okrętowych. Można temu zapobiec obniżając zawartość siarki lub wprowadzając metale ziem rzadkich, które tworzą kruche siarczki nie wyciągające się wzdłuż kierunku walcowania. Szczególnie odpowiedzialne elementy powinny być wykonywane w taki sposób, aby naprężenia ścinające nie były równoległe do kierunku włókien, gdyż wówczas ich zniszczenie jest utrudnione.

...