Тема: Будова і властивості металів і сплавів

Лекція № 2

Мета:Вивчити будову металів та дефекти кристалічних грат

Методи:словесний

План:

1 Будова металів

2 Дефекти кристалічних грат

Матеріально-технічне забезпечення та дидактичні засоби, ТЗН:

Схеми кристалічних решіток, схеми дефектів кристалічних грат

Подивимося, як «улаштовані» реальні метали, які деталі й особливості їхньої внутрішньої будови, від яких залежать їх найважливіші службові властивості. Під службовими будемо розуміти такі властивості матеріалів, від яких залежить нормальна робота виготовлених з них виробів: міцність, пластичність, електропровідність, магнітні властивості й т.д.

Кристалічна будова металів і його дефекти. За рідкісним винятком, метали у твердому стані являють собою тіла, що складаються з величезної кількості дрібних, помітних тільки в мікроскоп зерен — кристаликів. У свою чергу, ці зерна складаються з атомів, упорядковано розташованих друг щодо друга в просторі.

Розташовуючись у просторі, найближчі друг до друга атоми утворять контур якого-небудь геометричного тіла, наприклад куба (мал. 1.1). Таким чином, кожне зерно металу складається з безлічі таких однаково орієнтованих геометричних тіл, називаних елементарними осередками. У сусідніх зернах металу ці осередки орієнтовані по-іншому.

Перебуваючи у вузлах кристалічних ґрат, атоми коливаються щодо свого середнього положення із частотою близько 10¹³ Гц, не залишаючи (за винятком деяких особливих випадків) своїх місць.

Щоб зрозуміти це, треба згадати будову атомів. Відомо, що атом будь-якого металу складається з позитивно зарядженого ядра й навколишніх його, що несуть негативний заряд декількох електронних оболонок. Кожна оболонка заповнена строго певною кількістю сильно пов'язаних з ядром електронів, і тільки на останній оболонці перебуває кілька електронів, слабко пов'язаних з ядром. Їхнє число дорівнює валентності металу. За допомогою цих електронів, називаних валентними, атоми металів установлюють зв'язку, взаємодіють із атомами інших елементів, у тому числі й металів, а також один з одним.

Завдяки колективізованим електронам метали володіють электро- і теплопровідністю, характерним металевим блиском і деякими іншими чисто металевими властивостями. Наприклад, блиск пояснюється відбиттям світлових променів від колективізованих електронів.

Тип кристалічних ґрат металу визначається формою того геометричного тіла, що становить основу його елементарного осередку. Найпоширенішими типами кристалічних ґрат металів є кубічна об'ємно центрована [ОЦК], кубічна гране центрована [ГЦК] і гексагональна щільно упакований [ГПУ] (мал. 1.2).

Як видно з наведених малюнків, в обох типів кубічних ґрат по 8 атомів перебуває у вершинах куба, а інші — у центрі куба на перетинанні його діагоналей — в ОЦК (мал. 1.2, а)— або на перетинанні діагоналей кожної грані, тобто в її центрі — у ГЦК (мал. 1.2,б).

Комірка ґрат ГПУ (мал. 1.2, в) являє собою призму, фундамент якої є центровані одним атомом шестигранники. Усередині цього осередку між фундаментом перебувають ще три атоми, що утворять рівносторонній трикутник.

Кристалічні ґрати металів незалежно від їхнього типу є щільно упакованими. Це означає, що атоми, що перебувають у їхніх вузлах, стикаються один з одним своїми зовнішніми електронними оболонками (видні праворуч на мал. 1.2).

Метали відрізняються один від іншого крім типу кристалічних ґрат ще і її параметрами, які являють собою характерні розміри геометричного тіла, що становлять її комірку. Наприклад, у кубічній комірці — ребро а (мал. 1.2, а, б), у гексагональної — сторона основи а й відстань між основами з (мал. 1.2, в).

Здатність металу змінювати тип своїх кристалічних ґрат залежно від температури називається алотропією (поліморфізмом). Поліморфні перетворення властиві також титану, цирконію, олову й іншим металам.

Алотропічні перетворення мають важливе значення в техніці; завдяки їм, наприклад, виявляється можливим робити термічну обробку сталі й інших сплавів, що мають метою змінювати їхню структуру й властивості.

Ми бачимо, що будова металів це впорядковане розташування атомів у просторі відносно один одного. Із цього випливає така важлива особливість, властивим всім кристалічним тілам, як анізотропія властивостей.

Під анізотропією розуміється неоднаковість механічних і інших властивостей кристалів по різних напрямках. Тому що властивості уздовж якого-небудь напрямку залежать від кількості розташованих на ньому атомів, то анізотропія є закономірним наслідком кристалічної будови.

Дійсно, наприклад, у кристалів з Оцк-решіткою властивості уздовж ребер кубів відрізняються від властивостей уздовж їхніх діагоналей, оскільки (мал. 1.2, а) уздовж ребра в осередку налічується два атоми, а уздовж діагоналі - три.

Вакансієюназивається незаповнений по тій або іншій причині вузол кристалічних ґрат (мал. 1.3, а). У місцях знаходження вакансій кристалічні ґрати перекручені, там виникають місцеві внутрішні напруження, які обумовлені порушеннями однорідності сил міжатомної взаємодії, що існує в ідеальних кристалічних ґратах з усіма заповненими вузлами.

Якщо в окремих осередках кристалічних ґрат між її вузлами за якимись причинами виявляються як би «зайві» атоми даного або іншого елемента, то дефекти, що утворяться при цьому, називаються впровадженими атомами (мал. 1.3, б). Впроваджені атоми також спотворюють кристалічні ґрати й створюють внутрішні напруження. При впровадженні між вузлів ґрат атомів інших елементів ці напруги виявляються ще більше, ніж значніше різниця між розмірами атомів впровадження й даного металу.

Лінійні недосконалості кристалічних ґрат називаються дислокаціями.Дислокації можна представити в такий спосіб: якщо надрізати ідеальний кристал і змістити краю надрізу на величину, кратну періоду ґрат, те усередині кристала в краю надрізу виникне деяке перекручування, що і є дислокацією

Якщо краї надрізу зрушені паралельно надрізу, то дислокація, що утвориться, називається гвинтовою.Якщо ж краї надрізу розсунути й усередину щілини, що утворилася, вставити (або видалити з її) зайву атомну площину того ж матеріалу , це приведе до утворення дислокації іншого типу - крайового (мал. 1.3, в)

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Конструкційні та електротехнічні матеріали	\|	Тема: Вступ. Загальні відомості про литійне виробництво

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.