機械工学/機械材料
この解説書は翻訳であり、ドイツ版ウィキブックスの記事『Werkstoffkunde Metall/ Innerer Aufbau/ Gitterfehler』などを引用元として抜粋した、翻訳の文書です。
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加筆・訂正や翻訳(和訳)を行ってくれる協力者をお待ちしています。日本版の内容は暫定的な物です。
現時点では、翻訳がメインですが、和訳に意訳が含まれるところもあり、元記事と内容が異なる場合もありますので、ご容赦ください。
また将来的には、日本版の独自の記述を追加したりなど、日本版の独自化があるかもしれません。
また、その他の国のウィキブックスなどからの翻訳和訳も、記事内容に追加するかもしれません。
執筆の方針についての議論などは、詳しくは「議論」ページを利用したいと思います。
以下、教科書の本文です。
理想から現実の結晶へ
選択的な欠陥
編集
空孔
編集スペースは非正規格子サイト占有されている。理論的には、全ての格子サイトは絶対零度である0 Kの温度でのみ占有することができる。温度の上昇とともに、原子の振動が増加(ブラウン運動、Brownsche Molekularbewegung)し、その結果、この振幅の半径の衝突過程に起因して、より多くの原子はその場所に維持できない。
– 空孔の濃度は温度と共に指数関数的に増加する。 –
空孔濃度は急速冷却により "凍結"することができます。結果として、材料は、通常の冷却速度よりもはるかに柔らかくなる。
格子間原子編集
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侵入型固溶体 | |
置換
編集- 格子における、格子点の原子は、他の原子に置き換えられる場合がある。(置換、substitution):
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置換型固溶体 | |
- 短距離秩序 Nahordnung:化合物の極性に起因するいくつかの化合物の共有結合性の挙動、規則的な構造である。
- クラスタリング Clusterbildung:所定の温度で、(B)の含有量は溶解度 (A) を超えたとき成分の局所的な蓄積(B)が発生する。これらは、特にアルミニウムに大きな役割を果たす。
線状欠陥/転位
編集
背景
編集私たちは最初の結晶の理論強度を考えてみましょう。しかし、せん断(せんだん)強度、みなし表面に平行に作用する力に対する抵抗 - 私たちは、引張強さ(引張応力が格子面効果の純粋分離になる)を考慮していない。すなわち、互いに格子面に対して移動することができる力を、加える。
以下のせん断応力を計算する方程式が適用されます。:
- せん断応力(N/mm²) Schubspannung 、 G – せん断弾性係数(N/mm²)Schubmodul 、 – 長さの変化 、 -せん断ひずみ
Dehnung .
微視的なレベルでは、個々の原子の層が互いにずれていることで、せん断応力が発生します。
- 臨界せん断応力 kritische Schubspannung: .
しかし、結果の値は理論的である - それのごく一部に実験的に検出可能な値の量:
Material | (N/mm²) | (N/mm²) | (%) | (N/mm²) |
---|---|---|---|---|
Ag | 1000 | 0,37 | 0,037 | 20 |
Al | 900 | 0,78 | 0,087 | 30 |
Cu | 1400 | 0,49 | 0,035 | 51 |
Ni | 2600 | 3,2 | 0,123 | 121 |
-Fe | 2600 | 27,5 | 1,058 | 150 |
これは注目に値する、その実験的に証明された理論、せん断'理論'より、数百倍から数千倍は小さい。次のように結論付けることができる。この変形は、けっして原子層の層全体のスライディングではなく、層の一部による塑性変形が引き起こされてる示唆している。この運動では、特殊な格子ひずみが関与している- 転位(てんい、versetzung )である。
特に純粋な金属は、転位が主に妨害されずに小さな力で滑ることができる - 大きな加工変形性とその低強度によって説明することができる。
不純物、結晶粒界などの格子欠陥は転位の動きを妨げ、それらは互いに干渉する。
転位密度
編集転位は避けられない欠陥と不純物の通りです。それらは、熱応力による溶融物からの材料の冷却中に形成される。遅い冷却は、少ない転位密度をとります。対照的に、塑性加工性を増加させる。転位密度(Versetzungsdichte)は、ギリシャ文字 ρ (rho) で与えられる。上述したように、転位がその滑り運動において、たがいに干渉し - 強度が転位密度の平方根に比例して増加する。:
転位の考え方は、ここで説明したようにモデルである。構造内の応力が、本当の原因である。
TEM 1 | Versetzungen in Silizium, geätzt 500-fach vergrößert mit Interferenz-Lichtmikroskop |
TEM 2 |
刃状転位
編集刃状転位(Stufenversetzungen)は挿入格子面によって形成される。このレベルが終了するエッジは、転位線(てんいせん)と呼ばれる。周囲の格子は、高い応力下にあるので、このラインの周りの歪み場は、非常にエネルギッシュです。
転位は、二つの重要なパラメータで記述することができます:転位線自体は、その場所、その長さ、などからなる-バーガース・ベクトル (W. G. Burgers にちなんで名付けられた)で記述される。
らせん転位
編集らせん転位は、次のような転位線である。
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Burgersvektor einer Schraubenversetzung | Der Burgersumlauf verläuft wie bei einer Schraube spiralförmig um die Versetzungslinie. |
エッジの刃状転位と、スクリューの らせん転位(Schraubenversetzungen)は、転位の基本的なタイプです。
転位線が自分の場所を変更することができるので、エッジとスクリューの転位の間に、すべての可能な中間的な形態が可能である。