Строение, свойства и способы испытания металлов

утворюють кристали, які можна розглядати як геометричне правильні системи, побудовані у вигляді кристалічних решіток. Порядок розташування атомів у решітці може бути різним. Багато найважливіших металів утворюють решітки, розташування атомів в елементарних комірках яких має форму центрованого куба (а- і {3-залізо, а-титан, хром, молібден, вольфрам, ванадій), куба з центрованими гранями (у-залізо, алюміній, мідь, нікель, свинець, (3-кобальт) або гексагональну, як у шестигранної призми, комірку (магній, цинк, а-кобальт).

Більшість технічних металів мають кристалічні решітки: об'ємно-центровану кубічну, кубічну гранецентровану або гексагональну.

Щоб мати уявлення про кристалічну решітку, досить знати розташування атомів в елементарній комірці її. Елементарна комірка кубічної об'ємно-центрованої решітки обмежується дев'ятьма атомами, вісім з яких розташовані по вершинах куба, а дев'ятий — у його центрі. Повторенням цієї комірки шляхом переносів утворюється вся структура кристала.

Частину кубічної об'ємно-центрованої решітки. Тут узято вісім суміжних елементарних комірок; вузли, які розташовані по вершинах і в центрі кожної комірки, помічені кружками.

Елементарна комірка кубічної гранецентрованої решітки обмежується 14 атомами: 8 з них розташовані по вершинах куба і 6 — по гранях.

Елементарна комірка гексагональної решітки обмежена 17 атомами, з них 12 атомів розташовані по вершинах шестигранної призми, 2 атоми — у центрі основ і 3 — усередині призми.

Параметр решіток (сторона куба або шестигранника) у міді 0,36 нм, в алюмінію 0,405 нм, у цинку 0,267 нм і т. д. :

Кожний атом складається з позитивно зарядженого ядра і кількох шарів (оболонок) негативно заряджених електронів, які рухаються навколо ядра. Електрони зовнішніх оболонок атомів металів називають валентними. Вони легко відщеплюються, швидко рухаються між ядрами і називаються вільними

Внаслідок наявності вільних електронів атоми металів є позитивно зарядженими іонами.

Отже, у вузлах решіток містяться позитивно заряджені іони. Іони, проте, не перебувають у спокої, а безперервно коливаються біля положення рівноваги.

З підвищенням температури амплітуда коливань збільшується, що веде до розширення кристалів, а при температурі плавлення коливання частинок збільшується настільки, що кристалічна решітка руйнується.

Реально кристали мають дефекти, і їх структура відрізняється від схем наведених ідеальних решіток. Точковими дефектами є пусті вузли, або вакансії та міжвузлові атоми кількість цих дефектів зростає з підвищенням температури. Найважливішими лінійними дефектами є дислокації (крайові і гвинтові), які являють собою ніби зсув частини кристалічної решітки. Дислокації характеризуються великою протяжністю в одному напрямі і малою в другому. Поверхневі дефекти спричинюються наявністю субзерен або блоків всередині кристала, а також різною орієнтацією кристалічних решіток зерен. По границях зерен решітка одного кристала переходить у решітку іншого, тут порушено симетрію розташування атомів.

Дефекти кристалів істотно впливають на механічні, фізичні, хімічні та технологічні властивості металів.

Анізотропність і спайність кристалів. В окремих кристалах властивості різні в різних напрямах. Якщо взяти великий кристал (є лабораторні і виробничі методи вирощування крупних кристалів), вирізати з нього кілька одинакових за розміром, але по-різному орієнтованих зразків і випробувати їх властивості, то іноді спостерігається дуже значна різниця у властивостях окремих зразків. Наприклад, при випробуванні зразків, вирізаних з кристала міді, відносне видовження змінювалося в межах від 10 до 55 %, а границя міцності — від 14 до 35 кгс/мм2 для різних зразків. Цю властивість кристалів називають анізотропністю. Анізотропність кристалів пояснюється особливостями

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Похожие работы