Файл: Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 22.10.2024

Просмотров: 56

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ВВЕДЕНИЕ

Наиболее важные с практической точки зрения туго­ плавкие металлы, образующие «большую четверку» — вольфрам, молибден, ниобий и тантал—-обладают ря­ дом выдающихся свойств (табл. 1). Особенности струк­ туры и свойств этих металлов связаны с их положением в Периодической системе и кристаллическим строением.

Т -а б л и ц а 1

Некоторые физические свойства тугоплавких металлов с о.ц.к. решеткой

Металл

Ванадий .....................

Ниобий.........................

Тантал .........................

Х р о м ............................

М оли бден ..................

Вольфрам.....................

номер

масса

Атомный

Атомная

1

 

23

50,95

41

92,91

73

180,95

24

52,01

42

95,94

74

183,85

­

 

 

 

Плотность(г/см3) комнатнойпри тем пературе

с

Й

а

 

 

 

2

 

 

 

и

 

 

и

2

 

О

о

2

 

о

 

 

 

С

£

 

 

2

6,14

1900

3350—

24,80

8,58

2468

3000

(гою)

5127—

12,7

16.654

3000

4927

(20°С)

5300-

12,4

7,19

1875

6030

(18°С)

2199

12,8

10,2

2610

5560

(20°С)

5,78

19,35

3380

5900

(27°С)

5,5

 

 

 

(20Ю)

­

Іц

Температураперехо сверхпроводявда ­ состояниещее , К

 

2

 

2

 

о

 

и

 

2

 

г

 

X

 

и

5,13 135,0

(13 500)

9,22 90,8 (9 080)

4,38 188,3

(18 830)

— 250,0 (25 000)

0 ,9 - 336,3

0,98 (33 630)

0,05 415,0

(41 300)

В первую очередь следует отметить высокую темпера­ туру плавления, которая и дала название этой группе металлов. Основное применение тугоплавкие металлы и их сплавы, помимо их использования как легирующих добавок при создании специальных сталей, находят как жаропрочные .материалы для работы при высоких эксплуатационных температурах в таких отраслях, ікак авиация, ракетная, атомная и 'космическая техника.

Выдающуюся роль сыграли тугоплавкие металлы ^ и в первую очередь вольфрам и молибден — в развириң электровакуумной техники и светотехники.

«Большая четверка» тугоплавких металлов таит еще большие резервы для использования в новой технике. Эти резервы постепенно раскрываются по мере углуб-

П

ления наших знаний о металлах и познания рациональ­ ных путей создания эффективных сплавов на их основе.

Все эти знания базируются на подробном изучении структуры тугоплавких металлов и сплавов, ее деталей и особенностей, и различных факторов — в том числе роли легирующих добавок и примесей, — влияющих на разви­ тие структуры при разных воздействиях, и на установ­ лении связи между структурой металлов и их свойст­ вами. Так становится все более ясным, что фактически все свойства твердых тел, в том числе и тугоплавких металлов, являются структурно чувствительными. Отсю­ да изучение связи между структурой и свойствами при­ обретает первостепенное значение при разработке новых материалов. К рассмотрению структуры, особенностей ее развития и свойств металлов «большой четверки» и их сплавов мы и приступаем.

Г л а в а I

ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ

ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ С О. Ц. К. РЕШЕТКОЙ

ГЕОМЕТРИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Исследования систем скольжения в о. ц. к. металлах с привлечением методов следов скольжения, дифракци­ онной электронной микроскопии, рентгеновских методов привели к выводу, что строго фиксированным является лишь направление скольжения < 1 1 1 > . При пласти­ ческой деформации этих металлов наблюдают четыре

основных типа плоскостей скольжения: {ПО}, {112}, 1123/ и иррациональные плоскости.

В зависимости от температуры и скорости деформа­ ции скольжение протекает по тем или другим кристал­ лографическим плоскостям. Часто скольжение наблю­ дается сразу по нескольким группам плоскостей. В этом случае вклад каждой из них в общую деформацию мо­ жет меняться в зависимости от изменения условий

деформации. Обычно плоскости {ПО} и |і12[ рас­ сматривают как истинные действующие атомные систе­ мы скольжения. Эти системы наблюдают у всех туго­ плавких о. ц. к. металлов при низких температурах и высоких скоростях деформации, причем при очень низ­ ких температурах происходит преимущественное сколь­

жение лишь по одной из плоскостей |іЮ [ [1, с. 31—

70]. При комнатной же температуре и медленной дефор­ мации линии скольжения не соответствуют вполне опре­ деленным кристаллографическим плоскостям, часто в таких елучаях они волнообразны. Иногда различают

скольжение по плоскостям { 123 }, например при дефор­

мации тонких фольг молибдена, при растяжении не очень чистого ванадия [1, с. 31—70] и деформации трңкңх фольг хрома [2], а также в ряде других случаев.

Большинство авторов склоняются к тому, что следы плоскостей {і23| пли плоскостей, отвечающих некри­

}3

сталлографическому

скольжению,

состоят из участков

следов плоскостей ■{110} и {і12}

протяженностью

по­

рядка 10—20 векторов сдвига.

 

 

Другими словами, скольжение всегда протекает лишь

по плоскостям { ПО }

и {112}. Некрпсталлографическое

же скольжение и

скольжение

по плоскостям

типа

{ 123 } — есть результат скольжения, последовательно пе­

реходящего из плоскостей

типа] ПО }в

плоскости

] 112}-, затем омять в

-{101}-

и т. д. При этом в одной

системе скольжения

дислокации между

переходами

О

проходят путь не более 10 им (100 А). Некристаллографическое скольжение обычно проте-

кает по некристаллографпческой плоскости зоны

Рис. 1. ЛіШ'Ші сколь­ жения, наблюдаемые на поверхности об­ разцов -монокристал­ ла вольфрама, после деформирования его растяжением на 2,3 %

< 1 П > , в которой приведенное скалывающее напря­ жение максимально (или по плоскости, близкой к ней), На рис. 1 [3, с. 489—501] показаны линии скольже­ ния, наблюдаемые на поверхности образцов вольфрама

при растяжении.

ТИПЫ ДИСЛОКАЦИЙ

В металлах с о. ц. к. решеткой, как следует из рис. 2,

могут наблюдаться полные

дислокации с векторами

рдвига а/2 < 111 > , а < 0 1 0 >

и а < 1 1 0

> . Максимальной

стабильностью обладают дислокации

с вектором сдви­

га а/2 < 1 1 1 > . В исследованиях

с

использованием

электронного микроскопа и ионного проектора наблю­ дались также дислокации с векторами сдвига а<100>-

и 0<СІ10>. Однако основная

часть дислокаций, на­

блюдаемых при

исследовании

структуры тугоплавких

о. ц. к, металлов,

относится к типу а/2 < 1 П > , дисл^.-

И

каций а < 1 0 0 > и особенно а < 1 1 0 > сравнительно ма­

ло. Присутствие, дислокаций типа а<100> -

и а < П 0 >

обычно

объясняют различными

дислокационными

ре­

акциями

между дислокациями

а /2 < 1 1 1 >

как в

пер­

вичных,

так и в сопряженных

системах

скольжения.

На рис. 3 приведена дислокационная структура мо­ либденовой фольги, наблюдаемая в электронном микро-

Рис. 2. Векторы Бюртер-

Рис. 3.

Дислокационная

структу­

са дислокаций в

о. ц. к.

ра

на плоскости (ПО)

монокри­

решетке

 

сталлов

молибдена,

деформиро­

 

 

ванных растяжением на 1 % в на­

 

 

 

правлении

[100] при 223 К

скопе. Дислокации лежат в плоскости

(ПО),

основная

их масса относится к типу а /2 < Ш > ,

однако встреча­

ются дислокации типа

а < 1 0 0 >

(на рисунке

выделены,

стрелками). Обычно

дислокации а<100> и а< 110>

наблюдают в дислокационных сетках.

 

 

 

ДИСЛОКАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ

 

 

Дислокационные реакции хорошо

изучены

Хартли

[5, с. 219—235]

для дислокаций типа а/2 < 111 >

{ПО}.

Дислокация главной системы скольжеиия а/2 [111] (101)

может взаимодействовать с

дислокациями

типа а/2

<111> -{ 101 [

с образованием

дислокаций

а < 1 0 0 >

и а < 1 1 0 > . Если в реакции участвуют дислокации, не

лежащие в плоскости (101), то результирующие дисло­ кации располагаются вдоль линии пересечения соот­

ветствующей плоскости с плоскостью (101).

5

Смотрите также файлы