budowa wewnętrzna materiałów metalicznych

BUDOWA WEWNĘTRZNA
MATERIAŁÓW METALICZNYCH
Zakres tematyczny
y
y
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
1
STRUKTURA IDEALNYCH KRYSZTAŁÓW
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
2
1
Sieć przestrzenna kryształu
TRANSLACJA WĘZŁA
TRANSLACJA PROSTEJ SIECIOWEJ
TRANSLACJA PŁASZCZYZNY
SIECIOWEJ
Schemat tworzenia sieci przestrzennej kryształu
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
3
Sieć przestrzenna kryształu
BUDOWA ELEMENTARNEJ KOMÓRKI
SIECIOWEJ
Parametry sieci:
a, b,
b c
– periody
i d identyczności
id t
ś i
, ,  – kąty pomiędzy osiami
głównymi układu
Układy krystalograficzne
Schematy rodzajów sieci przestrzennych (wg Bravais’go)
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
4
2
Gęstość wypełnienia sieci krystalicznej:
• liczba koordynacyjna lK – liczba najbliższych i równooddalonych
sąsiadów;
• stopień wypełnienia przestrzeni (gęstość upakowania) U –
stosunek objętości przestrzeni zajętej przez atomy (cząsteczki) do
objętości komórki sieciowej;
• liczba atomów (cząsteczek) przypadających na jedną komórkę
elementarną lA
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
5
Anizotropia kryształów
Wskaźnikowanie elementów sieci krystalicznej
Wskaźnikowanie węzłów, kierunków oraz płaszczyzn sieciowych – wskaźniki Millera
Przykłady wskaźnikowania
Klasyfikacja ciał krystalicznych
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
6
3
Sieć A0 – prymitywna układu regularnego
• liczba rdzeni atomowych lRa = 8
• lA = 1
• lK = 6
http://www.msm.cam.ac.uk/
• U = 0,52
7
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
Sieć A1 – ściennie centrowana układu regularnego (RSC)
• lRa = 14
http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/fizyka/c_fizyka_metali/
• lA = 4
• lK = 12
• U = 0,74
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
8
4
Sieć A2 – przestrzennie centrowana układu regularnego (RPC)
• lRa = 9
http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/fizyka/c_fizyka_metali/
• lA = 2
• lK = 8
• U = 0,68
9
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
Sieć A3 – heksagonalna zwarta (HZ)
http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/fizyka/c_fizyka_metali/
• lRa = 9
• lA = 2
• lK = 12
• U = 0,74
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
10
5
Sekwencje ułożenia warstw atomowych w kryształach
Polimorfizm (alotropia)
Odmiany alotropowe węgla
Projekcja stereograficzna
Sposób wyznaczania rzutów sferycznych
Rzutowanie biegunów sferycznych na płaszczyznę krystalograficzną
Siatka Wulfa
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
11
RZECZYWISTA STRUKTURA METALI
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
12
6
Odkształcenie kryształu
Warunek zachowania spójności kryształu
Teoretyczne i empiryczne właściwości kryształów
Zależność właściwości wytrzymałościowych metali od gęstości wad budowy krystalicznej
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
13
Klasyfikacja wad budowy krystalicznej
Podział ze względu na cechy geometryczne:
• wady
d punktowe;
kt
• wady liniowe;
• wady powierzchniowe.
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
14
7
Defekty punktowe
Wakans
Atom w pozycji
międzywęzłowej
At
Atom
obcy
b
w pozycji węzłowej
Atom obcy w pozycji
międzywęzłowej
Mechanizmy tworzenia się wad punktowych budowy krystalicznej (Schottky
(Schottky’ego,
ego, Frenkla)
Zależność koncentracji wakansów od temperatury
15
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
Defekty liniowe
DYSLOKACJA KRAWĘDZIOWA
DYSLOKACJA ŚRUBOWA
Znaczenie wektora Burgersa
Cechy dyslokacji
Postaciowe i objętościowe odkształcenie sieci krystalicznej
Możliwość przemieszczania w krysztale
POŚLIZG
WSPINANIE
Możliwość rozmnażania
ŹRÓDŁO FRANKA-READA
Wzajemne oddziaływanie
Przecinanie się
dyslokacji
Anihilacja przez poślizg
poprzeczny
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
Omijanie przeszkód mechanizmem
poślizgu poprzecznego
16
8
Defekty powierzchniowe
Rodzaje:
• granice (szerokątowe) ziarn;
• granice (wąskokątowe) podziarn;
• granice
i międzyfazowe;
i d f
• granice bliźniacze;
• błędy ułożenia.
17
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
Granice ziarn
Granice podziarn
Granice międzyfazowe
KOHERENTE
NIEKOHERENTE
PÓŁKOHERENTE
Granice bliźniacze
Błędy ułożenia
Wewnętrzny błąd ułożenia
Zewnętrzny błąd ułożenia
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
18
9
Literatura źródłowa:
1.
Szarras S.: Budowa ciała stałego. WNT, Warszawa 1974
2.
Dobrzański L. A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WNT, Warszawa 1999
3.
Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa 1999
4.
Prowans S.: Struktura stopów. PWN, Warszawa 2000
5.
Szarras S.: Budowa ciała stałego. WNT, Warszawa 1974
6.
Jasiński W.: Materiałoznawstwo – wykłady. http://www.jaswal.ps.pl/
7.
Przybyłowicz K.: Podstawy teoretyczne metaloznawstwa. WNT, Warszawa 1999
Literatura uzupełniająca:
Sieniawski J., Cyunczyk A.: Struktura ciał stałych. Oficyna Wyd. PRz, Rzeszów 2008
Trzaska Durski Z., Trzaska Durska H.: Podstawy krystalografii strukturalnej i rentgenowskiej. PWN,
Warszawa 1994
Schulze G. E. R.: Fizyka metali. PWN, Warszawa 1982
Ashby M. F., Jones R. H.: Materiały inżynierskie – cz. I i II. WNT, Warszawa 1995
Rudnik S.: Metaloznawstwo. PWN, Warszawa 1998
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
19
10