نابجایی

لینک دانلود فیلم حرکت نابجایی ها(21 مگابایت)

لینک دانلود فیلم شبیه سازی حرکت نابجایی(20 مگابایت)

لینک دانلود 17 صفحه متن و تصاویر

نابـِجایی یکی از مفاهیم فیزیک در زمینه بلورشناسی است.

نابجایی‌ها، نقصهایی هستند که حرکت آنها، در تنش‌هایی کمتر از مقاومت تئوری کریستال کامل در برابر تنش برشی باعث تغییر شکل مومسان بلور می‌شود.
گرچه نابجایی‌ها باعث نرم‌تر شدن ماده و بیشتر شدن تغییر شکل پلاستیک آن می‌شوند، ولی اگر چگالی نابجایی‌ها در ماده از حد معینی بیشتر شود، این امر منجر به برهمکنش نابجایی‌ها و قفل شدن آنها می‌شود و ماده سخت تر می‌شود.

انواع نابجایی
از نظر بردار برگرز
نابجایی لبه
اگر یک نیم صفحه از اتم ها را در بین صفحات اتمی یک کریستال وارد کنیم موجب تغییر موقعیت اتم های اطرافش می گردد. به چنین خرابی ای، نابجایی لبه گفته می شود.
نابجایی پیچشی
نابجایی پیچشی عموما به صورت یک پیچ یا رمپ پارکینگ های طبقاتی توصیف می گردد بدین صورت که اگر یک دور حول محور نابجایی بچرخید به مکان قبلی خود بر نمی گردید.
نابجایی مختلط
نابجایی که همزمان هر دو خصوصیت نابجایی پیچشی و لبه را داشته باشد نابجایی مختلط خوانده می شود.
از نظر کامل بودن
نابجایی کامل
نابجایی جزئی (نابجایی ناقص)
نابجایی جزئی یا نابجایی ناقص (به انگلیسی: Partial Dislocation)‏ نوعی نابجایی است که بردار برگرز کسری دارد. یعنی اندازهٔ بردار برگرز آن منطبق بر پارامترهای شبکه بلوری نیست. خط این ناجایی مرزهای یک عیب چیدمان را مشخص می‌کند.

مشخصه های نابجایی ها
نابجاییها و مشخصات آنها تاثیرات مهمی بر روی خواص مکانیکی فلزات دارند. مهمترین این مشخصات میدان کرنشی است که در اطراف نابجایی ها وجود دارد. این میدان کرنش بر تحرک سایر نابجایی ها و امکان تشکیل نابجایی جدید تاثیر گذار است.
جهت انجام تغییر شکل پلاستیک به قطعه انرژی داده می شود که بخشی از آن درون فلز باقی می ماند. انرژی ذخیره شده بصورت انرژی کرنشی همراه نابجایی هاست.
علاوه بر این در حین تغییر شکل پلاستیک هر نابجایی، نابجایی جدیدی تولید میکند. علاوه بر آن مرز دانه ها و عیوب داخلی نیز می توانند منجر به تشکیل نابجایی های جدید شوند و به این ترتیب چگالی نابجایی ها بشدت افزایش می یابد.
چگالی نابجایی: مجموع طول نابجاییها در واحد حجم و یا تعداد نابجایی هایی که یک واحد از سطح مقطع دلخواه را قطع می کنند.
کاهش نابجایی ها
کاهش نابجایی ها در اثر بازیابی که با میزان نابجایی موجود مرتبط است. به عنوان مثال خنثی شدن دو نابجایی لبه ای پس از تلاقی با یکدیگر.
سیستمهای لغزش:
سهولت حرکت نابجاییها در جهات مختلف کریستالوگرافی متفاوت است. بر همین اساس حرکت در یک صفحه ترجیحی اتفاق می افتد که به آن صفحه لغزش می گویند و جهت این حرکت نیز جهت لغزش نام دارد. ترکیب صفحه لغزش و جهت لغزش معرف سیستم لغزش می باشد. سیستم لغزش به ساختار بلوری فلز و اعوجاج اتمی بستگی دارد.
در یک ساختار بلوری مشخص، صفحه لغزش صفحه ای است که بیشترین چگالی یا فشردگی اتمی را دارد. جهت آن نیز جهتی است که دارای بیشترین چگال خطی باشد.
برای هر ساختار کریستالی سیستمهای متعدد لغزش امکانپذیر خواهد بود. به عنوان مثال برای ساختار FCC چهار صفحه و بازای هر یک از آنها سه جهت وجود دارد که منجر به ایجاد 12 سیستم لغزش متفاوت خواهد شد
فلزات با ساختار FCC و BCC تعداد سیستمهای لغزش بیتری دارند و بنابراین انعطاف پذیری بیشتری نسبت به فلزات با ساختار HCP دارند.
لغزش تک کریستال:
دیدیم تغییر شکل پلاستیک معلول حرکت نابجاییها در اثر اعمال تنش برشی است. حتی در حالت تنش محوری
خالص نیز مولفه های تنش برشی حضور دارند.
تک بلور تعداد سیستمهای مختلف لغزش دارد ولی میزان تنش برشی برای هر یک متفاوت است.
اگر میزان تنش برشی ماکزیمم از تنش برشی بحرانی لغزش برای یک سیستم مشخص بالاتر رود لغزش در آن سیستم روی خواهد داد.
لغزش مواد چند بلوری:
برای مواد چند بلوری مکانیزم کار پیچیده تر است. جهات بلوری در دانه های مختلف متفاوت است و بطور اتفاقی توزیع شده است. بنابراین برای هر دانه حرکت نابجایی در راستای سیستم لغزشی رخ می دهد که جهت ترجیحی دارد.
میکروگراف از مس چند بلوری که قبل از تغییر شکل پولیش شده است.
برای غالب دانه ها دو سیستم لغزش عمل کرده که با دو سری خطوط متقاطع قابل تشخیص است.
تغییر در ابعاد دانه ها نتیجه مجموع لغزشها در صفحات مختلف است.
تغییر شکل توسط دوقلویی:
دوقلویی تغییر شکل نیروی برشی است که میتواند اتمهای یک سمت از صفحه مرز دو قلویی را در موقعیت آینه ای نسبت به سمت دیگر قرار دهد. میزان تغییر شکل در ناحیه دوقلویی متناسب با فاصله از صفحه دوقلویی است. تغییرشکل در جهات و صفحات خاصی رخ می دهد. معمولا در دماهای پایین و نرخ بارگذاری بالا ضربه ای( امکان وقوع)دارد و در فلزات با ساختار BCC و HCP رخ می دهد. دوایرتوخالی موقعیت اولیه و دوایر توپر موقعیت نهایی پس ازتغییر شکل دوقلویی را نشان می دهند.
تغییر شکل عمده معمولا ناشی از لغزش است تا دوقلویی ولی اهمیت این مکانیزم در تغییرجهات کریستالی و ایجاد جهات جدید که میتواند جهات ترجیحی لغزش در راستای تنش اعمالی باشد است.
مکانیزمهای استحکام دهی فلزات:
معمولا هدف در طراحی مواد توسط مهندسین مواد دستیابی به مواد دارای استحکام بالا و در عین حال انعطاف پذیری و چقرمگی مناسب می باشد.
دلیل طرح مباحث مربوط به نابجایی ها، لغزش و ساختار کریستالی مواد تاثیر این پارامترها بر رفتار مکانیکی مواد بود.
تغییر شکل پلاستیک معلول حرکت تعداد زیادی از نابجایی هاست و توانایی یک فلز برای تغییر شکل پلاستیک به توانایی نابجاییها برای حرکت بستگی دارد. محدود کردن و جلوگیری از حرکت نابجاییها در یک ماده منجر به افزایش سختی و استحکام آن می گردد.
تمامی روشهای استحکام دهی که در این بخش مورد بحث قرار می گیرد بر همین اصل استوار است.
استحکام دهی توسط کاهش اندازه دانه:
مرز دانه ها یکی از موانع حرکت نابجایی ها محسوب می شوند. دو دانه مجاور جهات کریستالی متفاوت و مرز مشترک دارند.
نابجایی که از دانه A به سمت دانه B حرکت میکند، نیازمند تغییر جهت حرکت است که منجر به مشکل شدن ادامه حرکت آن می گردد.
بی نظمی ساختار اتمی در مرز دانه منجر به ناپیوستگی صفحات لغزش در دو سوی مرز میگردد........