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Gleitsystem Das beschreibt in der Kristallmechanik mittels Gleitebene und Gleitrichtung die Verformung von Kristallen sp

Gleitsystem

Das Gleitsystem beschreibt in der Kristallmechanik mittels Gleitebene und Gleitrichtung die Verformung von Kristallen, speziell von Metallen durch Versetzungsbewegung.

Bei der plastischen Verformung werden diejenigen Versetzungen bewegt, in deren Gleitsystem ein bestimmter Grenzwert der Schubspannung erreicht oder überschritten wird. Wo die betätigte Gleitebene die freie Kristalloberfläche schneidet, entsteht eine Gleitspur. Die auf ein Gleitsystem wirkende Schubspannung wird durch die Orientierung des Gleitsystems zur anliegenden Spannung bestimmt (Schmidsches Schubspannungsgesetz). Durch die Versetzungsbewegung werden weitere Versetzungen erzeugt, die als Hindernisse die Versetzungsbewegungen erschweren. Als Resultat wird in den meisten metallischen Werkstoffen eine Verfestigung beobachtet.

Bei fortschreitender Verformung verdreht sich das Kristallgitter so lange, bis in einem anderen Gleitsystem die maximale Schubspannung wirkt und dieses die weitere Verformung des Kristalls übernimmt. Die dafür notwendige Spannung wird im Allgemeinen höher als in dem zuerst aktiven Gleitsystem sein, was einen weiteren Beitrag zur Verfestigung darstellt.

Gleitebene Bearbeiten

Die Gleitebenen bilden in einem Kristall die Ebenen zwischen Atomlagen mit dichtester Packung und großem Schichtabstand. In ihnen findet bei Verformung die Versetzungsbewegung statt, da die relativ kleinste kritische Schubspannung benötigt wird.

Gleitebenen werden mit den in der Kristallographie üblichen millerschen Indizes gekennzeichnet. Typische Beispiele sind

In Molekülkristallen mit komplizierter Struktur können sich die Gleitsysteme auch nach anderen Auswahlregeln richten. So wurde bei zwei isomorphen triklinen TCNQ-Komplexsalzen gefunden, dass die Gleitebene (010) parallel zu einer Art Gasse in der Struktur orientiert ist, welche nicht von Teilen der Moleküle gekreuzt wird, so dass Gleitung in den Gleitrichtungen [], [] und deren Gegenrichtungen erfolgen kann, ohne dass die Moleküle selbst beschädigt werden.

Gleitrichtung Bearbeiten

Gleitrichtung und Burgersvektor im kfz-Gitter
Gleitrichtung und Burgersvektor im krz-Gitter

Die Gleitrichtung ist die Richtung der dich(tes)ten Atompackung und somit die Richtung, in die das Gleiten der Atomschichten mit relativ kleinstem Energieaufwand möglich ist.

Typische Beispiele sind

  • im kubisch-flächenzentrierten Gitter die <110>-Richtung um den Betrag:
  • im kubisch-raumzentrierten Gitter die <111>-Richtung um den Betrag:
  • im hexagonalen Kristallsystem meistens die <1120>-Richtung um den Betrag

Gleitsysteme der wichtigsten Kristallstrukturen Bearbeiten

Aus den möglichen Gleitebenen und Gleitrichtungen ergeben sich verschiedene mögliche Gleitsysteme.

Kristallstruktur Gleitebene Gleitrichtung nichtparallele Ebenen Gleitrichtungen pro Ebene Anzahl Gleitsysteme Anmerkung
kfz {111} <110> 4 3 12
krz {110} <111> 6 2 12
{112} <111> 12 1 12
{123} <111> 24 1 24 nicht in allen krz-Metallen nachgewiesen
hex {0001} <1120> 1 3 3
{1010} <1120> 3 1 3 nicht in allen hex-Metallen aktiv
{1011} <1120> 6 1 6 nicht in allen hex-Metallen aktiv

Die unterschiedlichen Gleitsysteme erklären auch die unterschiedlich gute Verformbarkeit der Kristallstrukturen: In kfz- und krz-Strukturen sind Systeme des gleichen Typs räumlich gleichmäßig verteilt. Dagegen ermöglichen in hex-Strukturen die leicht aktivierbaren {0001}<1120>-Systeme eine Bewegung nur in einer Ebene; daher ist hier für beliebige Verformungen immer der Beitrag der anderen Gleitsysteme (oder die mechanische Zwillingsbildung) notwendig, was aber in der Regel eine deutlich höhere Spannung benötigt.

Kritische Schubspannung im Idealkristall an Beispielen der theoretischen Schubspannung als 0,1 des Schubmodul
Schubspannung Cu (kfz) Fe (krz) Cd (hex)
4200 8000 200
0,6 14 0,5

Literatur Bearbeiten

  • G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Metallkunde. 3. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-71104-9.
  • Gustav E. R. Schulze: Metallphysik. 2. Auflage. Springer, Wien 1974, ISBN 3-211-81113-3.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Heinz H. W. Preuß: Trikline TCNQ-Komplexsalze als Modellkörper zur Untersuchung der Kristallplastizität bei niederer Symmetrie, Dissertation B (Habilitationsschrift) Leipzig, 1977. In: Freiberger Forschungsheft. B 204. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1978.
  2. Van Vliet, Krystyn J. (2006); "3.032 Mechanical Behavior of Materials"
  3. damask.mpie.de/Documentation/FCC, Übersicht aller Systeme und Kugelmodell.
  4. damask.mpie.de/Documentation/BCC, Übersicht aller Systeme und Kugelmodell.
  5. damask.mpie.de/Documentation/hex, Übersicht aller Systeme und Kugelmodell.
  6. Wolfgang Weißbach: Werkstoffkunde : Strukturen, Eigenschaften, Prüfung. 16. Auflage. Vieweg, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0295-8.
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Das Gleitsystem beschreibt in der Kristallmechanik mittels Gleitebene und Gleitrichtung die Verformung von Kristallen speziell von Metallen durch Versetzungsbewegung Bei der plastischen Verformung werden diejenigen Versetzungen bewegt in deren Gleitsystem ein bestimmter Grenzwert der Schubspannung erreicht oder uberschritten wird Wo die betatigte Gleitebene die freie Kristalloberflache schneidet entsteht eine Gleitspur Die auf ein Gleitsystem wirkende Schubspannung wird durch die Orientierung des Gleitsystems zur anliegenden Spannung bestimmt Schmidsches Schubspannungsgesetz Durch die Versetzungsbewegung werden weitere Versetzungen erzeugt die als Hindernisse die Versetzungsbewegungen erschweren Als Resultat wird in den meisten metallischen Werkstoffen eine Verfestigung beobachtet Bei fortschreitender Verformung verdreht sich das Kristallgitter so lange bis in einem anderen Gleitsystem die maximale Schubspannung wirkt und dieses die weitere Verformung des Kristalls ubernimmt Die dafur notwendige Spannung wird im Allgemeinen hoher als in dem zuerst aktiven Gleitsystem sein was einen weiteren Beitrag zur Verfestigung darstellt Inhaltsverzeichnis 1 Gleitebene 2 Gleitrichtung 3 Gleitsysteme der wichtigsten Kristallstrukturen 4 Literatur 5 EinzelnachweiseGleitebene BearbeitenDie Gleitebenen bilden in einem Kristall die Ebenen zwischen Atomlagen mit dichtester Packung und grossem Schichtabstand In ihnen findet bei Verformung die Versetzungsbewegung statt da die relativ kleinste kritische Schubspannung benotigt wird Gleitebenen werden mit den in der Kristallographie ublichen millerschen Indizes gekennzeichnet Typische Beispiele sind die 111 Ebene im kubisch flachenzentrierten Gitter kfz engl fcc die 110 und 112 Ebenen im kubisch raumzentrierten Gitter krz engl bcc die 0001 Gleitebene im hexagonalen Kristallsystem hex engl hcp meistens nbsp 111 Gleitebene in einem kubisch flachenzentrierten Gitter nbsp 110 Gleitebene in einem kubisch raumzentrierten Gitter nbsp In Molekulkristallen mit komplizierter Struktur konnen sich die Gleitsysteme auch nach anderen Auswahlregeln richten So wurde bei zwei isomorphen triklinen TCNQ Komplexsalzen gefunden dass die Gleitebene 010 parallel zu einer Art Gasse in der Struktur orientiert ist welche nicht von Teilen der Molekule gekreuzt wird so dass Gleitung in den Gleitrichtungen 101 displaystyle 101 nbsp 10 1 displaystyle 10 bar 1 nbsp und deren Gegenrichtungen erfolgen kann ohne dass die Molekule selbst beschadigt werden 1 Gleitrichtung Bearbeiten nbsp Gleitrichtung und Burgersvektor im kfz Gitter nbsp Gleitrichtung und Burgersvektor im krz GitterDie Gleitrichtung ist die Richtung der dich tes ten Atompackung und somit die Richtung in die das Gleiten der Atomschichten mit relativ kleinstem Energieaufwand moglich ist Typische Beispiele sind 2 im kubisch flachenzentrierten Gitter die lt 110 gt Richtung um den Betrag b a 2 110 a 2 2 displaystyle b frac a 2 langle 110 rangle a frac sqrt 2 2 nbsp im kubisch raumzentrierten Gitter die lt 111 gt Richtung um den Betrag b a 2 111 a 3 2 displaystyle b frac a 2 langle 111 rangle a frac sqrt 3 2 nbsp im hexagonalen Kristallsystem meistens die lt 1120 gt Richtung um den Betrag b a displaystyle b a nbsp Gleitsysteme der wichtigsten Kristallstrukturen BearbeitenAus den moglichen Gleitebenen und Gleitrichtungen ergeben sich verschiedene mogliche Gleitsysteme Kristallstruktur Gleitebene Gleitrichtung nichtparallele Ebenen Gleitrichtungen pro Ebene Anzahl Gleitsysteme Anmerkungkfz 3 111 lt 110 gt 4 3 12krz 4 110 lt 111 gt 6 2 12 112 lt 111 gt 12 1 12 123 lt 111 gt 24 1 24 nicht in allen krz Metallen nachgewiesenhex 5 0001 lt 1120 gt 1 3 3 1010 lt 1120 gt 3 1 3 nicht in allen hex Metallen aktiv 1011 lt 1120 gt 6 1 6 nicht in allen hex Metallen aktivDie unterschiedlichen Gleitsysteme erklaren auch die unterschiedlich gute Verformbarkeit der Kristallstrukturen In kfz und krz Strukturen sind Systeme des gleichen Typs raumlich gleichmassig verteilt Dagegen ermoglichen in hex Strukturen die leicht aktivierbaren 0001 lt 1120 gt Systeme eine Bewegung nur in einer Ebene daher ist hier fur beliebige Verformungen immer der Beitrag der anderen Gleitsysteme oder die mechanische Zwillingsbildung notwendig was aber in der Regel eine deutlich hohere Spannung benotigt Kritische Schubspannung t 0 displaystyle tau 0 nbsp im Idealkristall an Beispielen der theoretischen Schubspannung t t h displaystyle tau th nbsp als 0 1 des Schubmodul 6 Schubspannung Cu kfz Fe krz Cd hex t t h displaystyle tau th nbsp 4200 8000 200t 0 displaystyle tau 0 nbsp 0 6 14 0 5Literatur BearbeitenG Gottstein Physikalische Grundlagen der Metallkunde 3 Auflage Springer Berlin 2007 ISBN 978 3 540 71104 9 Gustav E R Schulze Metallphysik 2 Auflage Springer Wien 1974 ISBN 3 211 81113 3 Einzelnachweise Bearbeiten Heinz H W Preuss Trikline TCNQ Komplexsalze als Modellkorper zur Untersuchung der Kristallplastizitat bei niederer Symmetrie Dissertation B Habilitationsschrift Leipzig 1977 In Freiberger Forschungsheft B 204 VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie Leipzig 1978 Van Vliet Krystyn J 2006 3 032 Mechanical Behavior of Materials damask mpie de Documentation FCC Ubersicht aller Systeme und Kugelmodell damask mpie de Documentation BCC Ubersicht aller Systeme und Kugelmodell damask mpie de Documentation hex Ubersicht aller Systeme und Kugelmodell Wolfgang Weissbach Werkstoffkunde Strukturen Eigenschaften Prufung 16 Auflage Vieweg Wiesbaden 2007 ISBN 978 3 8348 0295 8 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Gleitsystem amp oldid 220993844