defekti_kristalne_resetke_-_2b (1)

7/25/2019 Defekti_kristalne_resetke_-_2b (1)

1/31

Predavanje 2B (vii)

- mainski materijali -

Defekti kristalnereetke


2/31

Struktura realnih metalaKristalografska struktura koja je geometrijski potpuno pravilna vaisamo a idealne kristale! " tehni#koj praksi su realni kristali$ u #ijoj

kristalnoj gra%i se javljaju rali#ita odstupanja & greke reetke.'ealni metali sadre uvek odre%enu koli#inu atoma stranih elemenata!

a vrsta defekta predstavlja hemijsku greku! ako%e postoje olasti ukristalima koje ne odgovaraju idealnom rasporedu atoma i to sustrukturne greke!


3/31

*onokristali i polikristali

Kristalne materije se mogu podeliti u dve grupe+ monokristalii polikristali! *etalni monokristal predstavlja apreminu metala u kojoj

je orijenta,ija kristala jednona#na! radjuju se danas kaotv! vlaknasti kristalii masivni monokristali!

Vlaknasti kristaliimaju pre#nik nekoliko mikrometara$ aduinu do nekoliko ,entimetara! maju mali roj defekata$veliku ja#inu!

Idealankristal

.pr! ve/ su iradjenivlaknasti kristali (viskeri)gvodja$ ugljenika$ srera$lata$ akra$ nikla$ kalaja$

,inka itd!


4/31

Masivni monokristaliimaju pre#nike nekoliko santimetara$duinu nekoliko desetina santimetara! " poredjenju sa vlaknastimkristalima$ njihova unutranja gradja nije tako savrena! *asivnimonokristal je sloen od (lokova) deli/a pre#nika oi#no 0 do 1mm$ tv! surna!

Orijentacija zrnu monokristalu

Masivni

Monokristal Si

Lopatica turbine

napravljenaod masivnog


5/31

Pro,es doijanjapro,esorskog #ipa imonokristala


6/31

Polikristalne materije nastaju i vie ,entarakristalia,ije! rijenta,ija reetki susednih rna jerali#ita! S toga dolai do naruavanja kristalne gra%e

(greke tipa pranina$ primese$ disloka,ije) u tojolasti koja se ove granica zrna! 3eli#ina rna jevana metalografska karakteristika polikristalnihmaterijala! *aterijali sa sitnijim rnima imaju oljamehani#ka svojstva nego krupnornasti materijali!

Tena fazaTena fazaGranice metalnogzrna

Jezgrakristalizacije

Kristali od kojih seformira metalno zrno

Metalna zrna

Shema kristalizacije metala

Orijentacija zrnau polikristalu

Granicezrna


7/31

Strukturne greke Strukturni defekti predstavljaju odstupanja od

pravilnog geometrijskog rasporeda atoma

kristalne reetke!

i defekti poseno uti#u na mehani#ka i 4i#kasvojstva metalnih materijala!

d vrste$ koli#ine i uajamne interak,ije imedju

rali#itih vrsta defekata avise pro,esi koji sedeavaju u metalnim materijalima pri plasti#noj

oradi i termi#koj oradi!

Prema eometri skom oliku mo u se strukturni


8/31

5 3akan,ije ntersti,ijski atomi Sustitu,ijski atomi5 6otkijev defekt5 7renkelov defekt

5 Disloka,ije

8rani,e surna

8rani,e rna 8reke slaganja

a#kaste greke

9inijske greke

Povrinske greke

:apreminske greke

Podela strukturnih greaka

Pore$ pukotine$ uklju#,i


9/31

a#kaste greke

Takaste

bezdimenzijske! grekesu najjednostavnije greke

kristalne reetke!

.astaju npr! ora#ivanjemmetala #esti,ama visoke

energije (npr! neutronima)$

kao i og agrevanja

metala do visokih

temperatura (liskim

temperaturi topljenja)$ pa

rog hladjenja i prerade


10/31

Takasti defekti+ 3akan,ija (upranjeno

mesto u reetki)$ Supstitu,ija (amena

atoma)$

ntersti,ija (popuna atoma)!


11/31

;tomamene(sustitu,ija)

;tompopune(intersti,ija)

Primeri+Substitucija i intersticija

Sustitu,iono

legiranje(npr!


12/31

3akan,ije

"pranjena mesta atoma kristalne

reetke naivaju se vakancije.

Vakantan(lat!)$ upranjen$praan

3akan,ije mogu nastatidejstvom toplotne energije$ogporemeaja u rastu

kristalai og neravnoteeu naelektrisanju! Doiju li#esti,e u povrinskom slojukristala dovoljnu energiju(npr! toplotnu)$ osloadjajuse i svoje #vorne ta#ke ureetki i aposedaju #vorneta#ke na sloodnoj povrinikristala! sloodjena#vorna ta#ka ostajenepopunjena-stvorena je

vakan,ija!0 1 2 3 4 ! 104

"00

!00

00

400

300

Tem#era

t$ra%

&'

Koncentracija (akancija


13/31

*igra,ija vakan,ija

3akan,ije u kristalnoj reetki nisu

veane a odredjeno mesto$ ve/ semogu (pri viim temperaturama) krokristal pomerati

(migracija vakancija)! a je migra,ija veana a prelaenje

#esti,a (atoma)= npr! vakantno mestose pomeri i jednog poloaja u drugi$ anjegov prvoitni poloaj aumesusedni atom!

Pomeranja vakantnih mesta

predstavlja migra,iju kro kristal!


14/31

6otkijev i 7renkelov defekt

otkijev defekt

va greka se javlja uuravnoteenoj jonskojreetki u kojoj istovremeno

nedostaju anjon (>) i katjon(-)

!renkelov defekt.astaje tako to atom napustisvoju #vornu ta#ku i premesti se

u intersti,ijski poloaj! Parvakan,e i intersti,ijalne #esti,enaiva se !renkelova greka!e komponente Frenkelovegrekemogu se samostalno

premetati kro kristal$ tako danasta u dve neavisne reke


15/31

otkijev

defekt

Frenkelov

defekt

"atjon #njon

a#kaste greke imaju veliki uti,aj na 4i#keosoine metala (npr! na elektri#ni otpor) kao i namehani#ke osoine metala (npr! na tvrdo/u)!

5"atjon$vakancija % "atjon$intersticijal &!renkelov defekt

5"atjon$vakancija % #njon$vakancija &otkijev defekt


16/31

a) vakan,ija$ ) intersti,ija$ ,) supstitu,ija(manji atom)$d) supstitu,ija(ve/i atom)$ e) 7renkelova greka$ f)

6otkijeva greka


17/31

9inijske greke

?ednodimenijske greke - dislokacije- nastajunagomilavanjem nia ta#kastih defekata!

Disloka,ije se de4niu pomo/uBurgersove putanje (petlje)$ koja je aidealan kristal prikaana na sli,i gore!

;ko se podje i po#etne ta#ke () ipredje #etiri medjuatomna rastojanja upoitivnom prav,u ose @$ i atim uprav,u ose A$ pa onda nastavi usuprotnom smeru dolai se u po#etnu

poi,iju! Kae se da je Burgersovaputanja atvorena!

Suprotno tome$ Burgersova putanja nadelu kristala koji sadri disloka,ijune/e iti atvorena! 3ektor potrean

da se putanja atvori$ usmeren od "urgersova kontura


18/31

vi#na disloka,ija

Prema medjusonom poloaju Burgersovog vektora i tv!disloka,ione linije$ ralikuju se+ivinei5zavojnedisloka,ije

klizanjera(anklizanja

silasmicanja

;ko se na idealnu reetku deluje

silom smi,anja i/e potreanrelativno visok napon apomeranje gornjeg sloja atoma!" slu#aju kad u kristalu postojedisloka,ije (realni kristali)medjuatomne vee su slaije$ tese jedan sloj atoma lakepokre/e$ tj! napon te#enjanatno je nii!


19/31

dealankristal

kstra ravan

vi#na disloka,ija

Disloka,iona linija

vi#na disloka,ijaje grekakristalne reetke kojanastaje og formiranja

ekstra ravni smeteneimedju redovnih vertikalnihravni! :avrni red atomaumetnute poluravniorauje disloka,ionu liniju!Burgersov vektor upravan jena disloka,ionu liniju$oeleenu sa nakom !


20/31

Smi#u/i napon

Burgersov

vektor C

#nalogija gusenice


21/31

vi#na disloka,ija


22/31

:avojna disloka,ija

dealan kristal:avojnadisloka,ija

'avan se#enja iSmi,anja atoma

:avojna disloka,ija nastaje kao smi,anje u ravniklianja$ tako da je najve/e pomeranje$ odnosnodeforma,ija na po#etku i ta deforma,ija opadado nule!


23/31

:avojna disloka,ija

:avojnadisloka,ionalinija


24/31

Sloena disloka,ija

(vina

)avojna


25/31

'avanske greke (povrinske)

" poredjenju sa ta#kastim i linijskim grekama$ravanske (povrinske) greke predstavljajusloenije naruavanje kristalne reetke kojeahvata ve/u apreminu metala! u spadaju

5 granica subzrna#

5 granice zrna i

5 greke u slojevima.


26/31

8rani,e rna

Razliita usmerenost kristala u tri susedna zrna.

Granice zrna su zone izmeu zrna

Granice

zrna


27/31

8rani,e surna

Mali ugao

Granicezrna

Veliki ugao

Granice subzrna (bloka) jesu grani,e imedju olasti sauajamno malom ralikom u orijenta,iji kristalne reetke! Pri

malim ralikama u orijenta,iji$ struktura grani,a je relativnosavrena i ni u #emu nije naruena osim ravnomernorasporedjenim ivi#nim disloka,ijama$ koje se nalae imedjususednih surna! 8ovorimo ato o tv! dislokacionimgranicama(ili takodje o grani,i sa malim uglom$ ponekad osredjenoj granici)!


28/31

.agi

d

b

sin~ =b/d

8rani,e surna$tj! grani,e sa

malim uglovima$imaju natanuti,aj namehani#keosoine metala i

legura

;ko se nekoliko atomskih ravni avravau grani#noj olasti i tako orauje niivi#nih disloka,ija sa Burgersovimvektorom b$ medjusono udaljenih a

duinud= susedne mree imedju seeaklapaju ugao*! 6to se vie ralikujuorijenta,ije mree$ tj! to je ve/i ugao $tim se udaljenost imedju susednihdisloka,ija smanjuje - disloka,ije se

gunjavaju (ugao deorijenta,ije ovakvegrani,e je sinED)!


29/31

8rani,e rna imaju veliki uti,aj nahemijska$ +zikai mehanikasvojstva metala i legura!

.pr! hemijske reak,ije-korozija,oksidacija - odvijaju se prvenstvenopo grani,ama rna!

Kao posledi,a ve/eg stepenanaruavanja kristalne gradje$ takodje

je i difuzijapo grani,ama rna ranegu unutar rna!

Temperatura topljenja grani,a rna

je nia nego u delu kristala sapravilnim rasporedom atoma$ te semetali i legure po#inju topiti nagrani,i rna!

Kretanje disloka,ija$ koje je osnovnimehaniam a plastinu


30/31

Va$nost dislokacija

5 Disloka,ije su vrlo vane a mehani#ka svojstva materijala! :anjihovo prou#avanje (FG0H! god!) asluni su aAlor$ roIan iPolAani koji su apo#eli s istraivanjem i raumevanjem mehani#kihsvojstava materijala! na se i do danas intenivno istrauju!

5 Postojanje disloka,ija (jednodimenijskih$ linijskih nesavrenosti) ukristalima omogu/ava mehaniam pomo/u kog dolai do promeneolika ili mehani#ke deforma,ije!

5 Kristalni materijali koji nemaju disloka,ije su krti i prakti#noneupotreljive kao konstruk,ijski materijal$ pogotovo u mainstvu!

5 Postojanje disloka,ija u kristalima osigurava duktilnost (sposonostdeformisanja)$ jer je teorijska #vrsto/a kristalnih materijaladrasti#no smanjena og njihove prisutnosti!

5 Sva mehani#ka svojstva kristalnih krutih materijala avise odponaanja disloka,ija!


31/31

:apreminske greke

:apreminske greke su veomasloene i ouhvataju+

pore prsline i uklju#ke

defekti_kristalne_resetke_-_2b (1)

Documents