• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Ліквація, її види.

Речовини в твердому стані мають кристалічну або аморфну будову.

В аморфних речовинах (скло, каніфоль) атоми розташовані хаотично.

Всі метали та їх сплави мають кристалічну будову – упорядковане розміщення атомів, які утворюють кристалічні решітки.

Кристалічна решітка – уявна просторова сітка, у вузлах якої розміщені атоми (позитивні іони), що утворюють тверде кристалічне тіло.

Атоми твердого тіла намагаються так розташуватись у просторі, щоб енергія їх взаємодії була мінімальною.

Найменший об’єм кристалічної решітки, який повторюється і дає уявлення про атомну структуру, називається елементарною кристалічною коміркою. Переміщенням і повторенням її в просторі можна побудувати весь кристал.

Рисунок 2.1. Розміщення атомів в елементарних комірках: а) об’ємноцентрована кубічна (Cr, Feα, V, Tiβ, Na, Mo, W); б) гранецентрована кубічна (Ni, Cu, Al, Ag, Feγ); в) гексагональна щільноупакована (Mg, Zn, Be, Cd, Tiα).

Більшість металів мають один з трьох типів кристалічних решіток:

1) об’ємноцентрована кубічна (ОЦК ) (рис.2.1, а) – елементарна комірка має 9 атомів, 8 з яких розташовані по вершинах куба, а 9-й – в його центрі; її мають Fe_α, Ti_β, W, Mo, V, K, Na, Cr та ін.;

2) гранецентрована кубічна (ГЦК) (рис.2.1, б) – елементарна комірка має 14 атомів: 8 з них – по вершинах куба і 6 – в центрі кожної грані; її мають Fe_γ, Al, Cu, Ni, Pb, Ca, Au, Ag, Pt та ін.;

3) гексагональна щільноупакована (ГЩУ) (рис.2.1, в) – елементарна комірка має 17 атомів, з них 12 – по вершинах 6-гранної призми, 2 атоми – в центрі кожної основи та 3 – всередині призми; її мають Mg, Zn, Ti_α, Cd та ін.

Кристалічні решітки характеризуються:

1) параметр (період) – відстань між центрами найближчих атомів в елементарній комірці, нм (0,1-0,7 нм);

2) кількість атомів, що припадає на одну елементарну комірку: ОЦК – 2; ГЦК – 4; ГЩУ – 6;

3) координаційне число – число атомів, які знаходяться на однаковій найменшій відстані від даного атому: ОЦК – 8; ГЦК – 12; ГЩУ – 12;

4) коефіцієнт компактності – відношення об’єму, зайнятого атомами, до об’єму комірки: ОЦК – 68%, ГЦК – 74%, ГЩУ – 74%.

Реальні кристали мають будову, що відрізняється від будови ідеальних кристалічних решіток. Вони мають такі дефекти:

1. Точкові (0-мірні):

- пусті вузли або вакансії;

- міжвузлові атоми.

Точкові дефекти малі у всіх трьох вимірах, розміри їх – не більше кількох атомних діаметрів; відіграють важливу роль у процесі дифузії.

2. Лінійні (1-мірні) – малі в двох вимірах, мають значну протяжність у третьому. До них відносять дислокації (крайові і гвинтові) – одна частина кристалу зсувається відносно іншої по частині площини кристалу. Значно впливають на міцність.

3. Поверхневі (2-мірні) – пов’язані з наявністю зерен, які мають різну орієнтацію кристалічних решіток. По межах зерен решітка одного кристалу переходить в решітку іншого, порушуючи симетрію розташування атомів. Суттєва впливають на механічні, фізичні, хімічні та технологічні властивості металів.

Анізотропія – різниця властивостей кристалу в залежності від напрямку випробування. Вона виникає через неоднакову щільність атомів в різних площинах і напрямах решітки. Аморфні тіла, на відміну від металів, ізотропні (властивості однакові у всіх напрямах).

Алотропія (поліморфізм) – здатність металу утворювати різні кристалічні решітки при різних температурах.

Процес перетворення однієї кристалічної будови в іншу (під дією температури або тиску) – алотропічне перетворення. Воно відбувається з виділенням або поглинанням тепла; відбувається при певній температурі.

Структура, що має ту чи іншу решітку – алотропічна форма або модифікація.

Різні модифікації позначають грецькими буквами α, β, γ і т.п. (в порядку підвищення температури).

Різні алотропічні форми мають Fe (Fe_α , Fe_γ ), Ti (Ti_α ,Ti_β), Sn (Sn_α , Sn_β), Co (Co_α , Co_γ), Mn (Mn_α , Mn_β , Mn_γ) та ін.

При температурі 910^оС Fe_α → Fe_γ (ОЦК → ГЦК).

Поліморфізм впливає на поведінку металів при нагріві і охолодженні під час термічної обробки та при експлуатації.

Первинна кристалізація – утворення кристалів в металах при переході з рідкого стану в твердий. Вона відбувається внаслідок переходу системи до більш стійкого термодинамічного стану з меншою вільною енергією.

Вторинна кристалізація – процес утворення нових кристалів в твердому стані (поліморфні перетворення, розкладання твердих розчинів, утворення і розкладання хімічних сполук).

В процесі кристалізації можна виділити дві стадії (закони):

1) утворення центрів кристалізації (зародків);

2) ріст кристалів із цих центрів.

Центрами кристалізації є тверді включення в металах (неметалеві включення).

Рисунок 2.2. Схема кристалізації металу

а б

Рисунок 2.3. Графік залежності вільної енергії F в рідкому і твердому стані від температури (а) та криві охолодження при кристалізації металу з різними швидкостями (V₁ < V₂ < V₃ ) (б).

F_р – енергія рідкого стану; F_т – енергія твердого стану.

При рівноважній температурі Т_п F_р = F_т

Процес кристалізації починається і розвивається, коли виникає різниця енергій

Δ F = F_р - F_т

Для цього метал необхідно переохолодити нижче рівноважної температури Т_п.

Різниця між рівноважною і дійсною температурою кристалізації Т_к називається ступінь переохолодження:

ΔТ = Т_п - Т_к

Для визначення Т_к будують криві охолодження, для чого через рівні проміжки часу визначають температуру металу термоелектричним пірометром, а потім будують графік в координатах температура – час.

Процес кристалізації відбувається при постійній температурі, тому на кривих охолодження є горизонтальні відрізки, що відповідають процесу кристалізації.

Розглянемо криву охолодження заліза (рис. 2.4).

Фактори, які впливають на розмір зерен металу: швидкість охолодження, ступінь переохолодження, хімічний склад, темпера-тура розливки металу, теплопровідність форми. Чим більше швидкість охолодження (Vохол), ступінь переохолодження ΔТ, кількість центрів кристалізації, тим менше розміри зерен, тим вище механічні властивості. Процес кристалізації починається від стінок ливарної форми або виливниці. В таких умовах кристалізація має дендритний характер, тобто ріст кристалів відбувається в напрямку площин з найбільшою щільністю атомів, в якому швидкість росту максимальна. Дендрити – деревоподібні кристали.

Рисунок 2.4. Крива охолодження заліза.

В результаті дендритної кристалізації зливок має таку будову:

З метою регулювання розмірів і форми зерна вживають такі заходи: - модифікування (введення речовин, які утворюють штучні центри кристалізації); - зниження температури розливки металу; - продувка інертним газом; - збільшення швидкості охолодження.

В результаті дендритної кристалізації в різних місцях кристалу хімічний склад є неоднорідним.

Неоднорідність хімічного складу всередині окремих кристалів – дендритна ліквація. Неоднорідність хімічного складу в різних зонах зливка – зональна ліквація. Чим більше розвинена дендритна ліквація, тим менше зональна.

Контрольні питання:

1. Визначення кристалічної решітки.

2. Кристалічні решітки яких типів мають більшість металів?

3. Яке розміщення атомів комірки ОЦК кристалічної решітки?

4. Яке розміщення атомів комірки ГЦК кристалічної решітки?

5. Яке розміщення атомів комірки ГЩУ кристалічної решітки?

6. Що таке точкові дефектиі на що вони впливають?

7. Що таке лінійні дефекти і на що вони впливають?

8. Що таке поверхневі дефекти і на що вони впливають?

9. Що таке анізотропія?

10. Що таке алотропія? Що такеалотропічне перетворення?

11. Що таке первинна кристалізація?

12. Що таке вторинна кристалізація?

13. Які дві стадії (закони) можна виділити в процесі кристалізації?

14. Охарактеризуйте криву охолодження заліза.

15. Які фактори впливають на розмір зерен металу?

16. Яку будову має зливок в результаті дендритної кристалізації?

17. Які заходи вживають для регулювання розмірів і форми зерна?

18.Що таке дендритна ліквація та зональна ліквація?

Читайте також:

1. Адміністративний проступок: поняття, ознаки, види.
2. Акти застосування юридичних норм: поняття, ознаки, види.
3. Акціонерне товариство, як форма організацій бізнесу. Акції, їх суть і види.
4. Валютний курс та його види.
5. Виробнича структура та її види.
6. Держава як суб’єкт міжнародного приватного права. Імунітет держави: поняття, ознаки, види.
7. Державні боргові цінні папери та їх види.
8. Десенсибілізація.Види.
9. Ділове спілкування, його форми й види. Писемне ділове спілкування
10. Довіреність та її види. Представництво без повноважень.
11. Додаткові види.
12. Економічні збитки від забруднення навколишнього середовища, їх види.

Переглядів: 1737