02 imperfections in solids - สำนักวิชา...

36
Imperfections in Solids

Upload: vandien

Post on 31-Aug-2018

219 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Imperfections in Solids

“��ก�������� �� ���������”

Page 2: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Introduction

��ก�������������� ������� ��� �� ���!� ก��"�����#$��!� ก%�&%��' ()�''* �+��ก���'ก� �� ��$%�����*,%� #�!� ก���������* �ก�'�*���"���'ก� ����ก��" - ����!�����'��#�.#�ก����ก�"������'ก� �� = Imperfection���'ก� ���0��%ก�*,%

- Point Imperfection

- Line Imperfection

Page 3: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Point Imperfection

���'ก� ��* ���� Point Imperfection ����ก1(��*,%��� ������"� ��� �"�������%2���Point Imperfection ����ก

- Vacancy ก� �����"�*��������- Self-Interstitials ก� �������.%#����"�ก�%�� ก�" �����

.�������������- Interstitial atom ก� ��������*�ก*����� ก�" �����

.�������������

Page 4: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Vacancy Self-Interstitials

Page 5: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

−=kT

QNN v

v exp

Nv = Equilibrium number of vacancies

N = Total number of atomic sites

Qv = Energy require for the formation of vacancy

Katom

Jk

.1038.1

23−×=

Page 6: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Vacancy ��'�'����ก� �� $%���� ��" vacancy diffusion �0�$���ก#�ก� ��"������������ �����' #��(����� vacancy concentration ���ก�%

Page 7: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Interstitial atom ��'�'���0�$���ก#�ก� �� ��� interstitial atom�*���.����� ����� parent atom - ���������0���3����#+�ก � ��"�4���ก �'�%ก� .�'��5�!#�������"ก� ��#���� )'�%� 2��%�� ��% �0�$��.#&%��%��������5����!#���� &%

Page 8: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

.#&%��%�67���ก�" )����ก� ��'��#���%��%ก� � ก� ��� ก� .�'��5�!#���"ก� ��#���� )'�% ก �'�%ก� %�&� �"ก�� “Carburizing”

.#&%��%���ก�'��"$��' "�ก�+������� )'�%�� �0�$���� )'�%�� �����.#&%��%�'' Interstitial Diffusion

Page 9: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Line Defects (Dislocation)

Line imperfection � 2� Dislocation �ก#���ก plastic deformation � 2� vacancy condensation � 2� mismatch insolid solution

Dislocation �� 2 * �����2� - Edge Dislocation

- Screw Disclocation

Page 10: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Edge Dislocation

Edge Dislocation �2�ก� �� �%�'���������ก#%��ก*ก�#���������������ก#%��%�&%� �"ก�� “Dislocation line” - ���0�� �' edge dislocation ���� dislocation line ��&�4�กก�'�#+���ก� ���2��%������ dislocation

Edge Dislocation $.���3��ก1() ⊥

Page 11: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Edge Dislocation

Page 12: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Screw Dislocation

Screw Dislocation �2�ก� �������� atomic lattice '#��'�&"��0�$���ก#�ก� �������2��%���ก� ��'��������� (atomic mismatch)Dislocation line ����ก' #��(����ก#� atomic mismatch - �����#+����%�%ก�'�#+���ก� ���2��%������ dislocation

Screw Dislocation $.���3��ก1() �

Page 13: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Screw Dislocation

Page 14: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Burger Vector

ก� �� Burger Vector �0������"ก� ��ก vector �*��� atomic lattice ���� �' dislocation ���"�0�%�%�#+�������� 8 ก�% ��2����ก vector �� 5��������'�� vector ������ �*9����� dislocation ��� ��� Burger Vector %#"��$���*,% vector �������ก� ��2��$��ก� *9�������' ()

Page 15: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

������ก��� ����� Edge ��� Screw disc.

��&� Edge dislocation ��� Screw Dislocation ���� ��0��%ก������ก��������ก Burger Vector - �����#+������ก�%��"�0�� �' Edge dislocation ���� Burger Vector ���%�%ก�'�#+���ก� ���2��%������ dislocation ��% Screw dislocation ���� Burger Vector ����&�4�กก�'�#+���ก� ���2��%������ dislocation

��&� edge dislocation ��� screw dislocation ���0�$���ก#� stress field ��"��ก1(� stress field ����ก#�� &%ก5�����ก�%Edge disc. Tension, Compression stress

Screw disc. Shear stress

Page 16: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Edge Dislocation Screw Dislocation

Page 17: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Mixed Dislocation

Dislocation ��&�����''����ก#�� &%� ���ก�%��� ��"�ก#��*,% Dislocation Loop � 2����� �"ก�� Mixed Dislocation - ������ก1(��*,%�����%

��"�� Burger Vector ��&�4�กก�%������2��%������"�#+��������&�4�กก�% ��ก�����ก��� �' Shear stress $%�#+������"�ก�%���0�$�� disc. ���2��%����*$%�#+������ก�%�0�$�� disc loop �"�"�����ก

Page 18: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection
Page 19: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection
Page 20: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection
Page 21: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Crystalline Imperfection $%��%�#+�ก �

Imperfection ������ก�������&�����ก#�� &%ก�'������ก.%#���&���ก �'�%ก� ��5����������� ��"��������� polycrystalline structure ���/� 2� ��;���!���������� imperfection �%%�% ������������* �+��ก imperfection ����ก Single Crystal �%2�����ก* �ก�'�*���"!� ก����"� � ����� �"�� �����!� ก �"��� ก5�� single crystal ���* �ก�'�*���" vacancy ��� self-interstitials ก5�����ก"��%ก��'�* �(���������"$%������������ ������������ �� ���!� ก�������������������� �"�����*,% ��'�"' ��2������������������(���#��0�ก������������ ��� #���ก#�!� ก� &% ��"�ก#�� &%����ก1(��*,%ก#��ก��% � �"ก�� “Dendrite”

Page 22: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

“Dendrite”

Page 23: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Crystalline Imperfection $%��%�#+�ก �

��2����������������5�������* dendrite ����#'��� &%����"�"����%��' �'ก�% ��"������กก� ��5������ 5��#&% dendrite ������%��ก��"�*,% “Grain” ���� grain ��ก�%�*,% microstructure

Dendrite ������%�����#+������ atomic lattice ��ก���ก�%�* ���%�&%� ��0��*,%����������� �"�� ����� dendrite

���' #��( �"������%�&���� imperfection �"��ก��"�������*,% vacancy, self interstitial, dislocation �"������%�&� �"ก�� “Grain Boundary”

Page 24: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

grain

Page 25: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection
Page 26: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Grain boundary

A อัตอมทีไ่มเปนของทะ้งสอง latticeB compression zone

C tension zoneD อัตอมที่เปนของทะ้งสอง lattice

คือบริเวณที่แบงแยกรัหวางแตลัเกรนหรือเฟสออกจากกะนอยางชะดเจน เปรียบเสมือนพรมแดนของแตลัปรัเทศ

Grain boundary model

Page 27: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection
Page 28: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection
Page 29: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Macroscopic Examination

Macroscopic exam. ����ก�% microscopic exam. $%���"ก�%%�ก Mineralogy %0�� �������� etching ���"ก ����������������%����2��$����5% macrostructure

Widmanstatten ���%0���กก�'��- �������)* �ก�'��%$�3�*,%���5ก�������� etching �0�$����5% macrostructure ������ ��"������ �� ���%�&�ก��&�.2����� Widmanstatten

Page 30: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Macroscopic Examination

Macroscopic examination ������0�� �'ก� � ����'�� �� �����������'2&����% ����� �� �������������� ����'�������������"��ก#%�*

����"�� macroscopic examination ����กก� � ����'�� �� ��������%���, �"�.2���, ก� .�'��5�!#� �*,%��%

Page 31: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

��ก Macrostructure .#&%��%!�%ก� �.2��� �����"��" �����ก� $.���% �"��ก�ก#�� &%' #��( Heat Affected Zone (HAZ)

Etch ���"�� ����" 2%Nital

Page 32: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

Macrostructure ����$����5%�#+���ก� ���2��%�������%2&����� (Flow line) ���.#&%��%���!�%ก� forging

Etch ���"�� ����"Water:H2SO4:HCL

3 : 2 : 1

Page 33: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

��� Sulfur Print ��� �� ��6����ก� ก ���"������ Sulfur $%.#&%��%

ก� �� �"� sulfur print �0���"%0�.#&%��%%0� bromide-type photographic

paper �����$%�� ����"ก � sulfuric 2% ������ ����%0�.#&%��%����� �"�!#�������ก���' ��6��กK�-��ก$����� �#&�����*,%���� 3 – 10 %��� ����� �%0�.#&%��%��ก����� �"��%&0�������2�� - ������� �' #��(����� sulfur ��ก ��" sulfur $%.#&%��% (�"$% * MnS) ���0�*N#ก# #"�ก�'ก � sulfuric $��กK�- hydrogen sulfide - �����0�*N#ก# #"�ก�' silver bromide $%ก ���1�*���"%�*,% silver sulfide - ������%&0����

Page 34: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

��� macrostructure �����ก���' #���;#O���!�%ก� ���

Page 35: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

���' #��($ก��!%���''���������� �ก� �"5%������� 5�ก���0�$������ก %��������"� � �"ก�� “Chill Grain”

������ก%�&%� ก���*$%��%���������� �ก� �"5%�����0����0�$�����0�%�%%#�����"�%��"��ก� �"�"�����ก ����"�"����*����#+�����&�4�กก�'!%���''��� � �"ก�� “Columnar Grain”

' #��($�ก��������%����������ก� �ก#�!� ก� &%- ������� �ก� ��"������ ��%���ก�%��ก�#+���� ��� * �����ก�%�#+��� � �"ก�� “Equiaxed Grain”

Page 36: 02 Imperfections in Solids - สำนักวิชา ...eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Imperfections_Solids.pdf · Imperfections in Solids “ก ... Crystalline Imperfection

��� c �*,%�� �� ��������%������$����'��#�.#�ก���������2����ก %�����"������� &%�"ก�'�#+���