ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллическое строение металлов из "Металлы и сплавы Справочник " Общее свойство металлов и сплавов — их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сеткой с ионами (атомами) в узлах. [c.8] Атомно-кристаллическая структура может быть представлена не рядом периодически повторяющихся объемов, а одной элементарной ячейкой. Так называется ячейка, повторяющаяся во всех трех измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести структуру кристалла (рис. 1.1). [c.8] Для однозначного описания элементарной ячейки кристаллической решетки необходимо знание величин параметров а, Ь, с я углов между ними. [c.8] В 1848 г. французский ученый Бравэ показат, что изученные трансляционные структуры и элементы симметрии позволяют выделить 14 типов кристаллических решеток. [c.8] На рис. 1.2 показаны три типа элементарных ячеек кристаллических решеток, наиболее характерные для металлов объемно центрированная кубическая (ОЦК) гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГП), а также схемы упаковки в них атомов. [c.8] В кубической гранецентрированной решетке (ГЦК А1) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани (рис. 1.2, б). [c.8] В кубической объемноцентрированной решетке (ОЦК А2) атомы расположены в вершинах куба, а один атом — в центре его объема (рис. 1.2, а). [c.8] В гексагональной плотноупакованной решетке (ГП АЗ) атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома — в средней плоскости призмы (рис. 1.2, в). [c.8] Для характеристики кристаллических решеток вводят понятия координационного числа и коэффициента компактности. Координационным числом /к называется число атомов, находящихся на наиболее близком и равном расстоянии от данного атома. Для ОЦК решетки координационное число равно 8, для решеток ГЦК и ГП оно составляет 12. Из этого следует, что решетка ОЦК менее компактна, чем решетки ГЦК и ГП. В решетке ОЦК каждый атом имеет всего 8 ближайших соседей, а в решетках ГЦК и ГП их 12. [c.8] Если принять, что атомы в решетке представляют собой упругие соприкасающиеся шары, то нетрудно видеть, что в решетке, помимо атомов, имеется значительное свободное пространство. Плотность кристаллической решетки, т. е. объем, занятый атомами, характеризуется коэффициентом компактности. [c.9] Для простой кубической решетки = (1/8) 8=1 V-a = 2Kf, коэффициент компактности Q= 52%. [c.9] Схема определения базиса ОЦК решетки приведена на рис. 1.3. На решетку ОЦК приходится два атома один центральный и один как сумма от вершин куба, так как ячейке принадлежит 1/8 атома от каждого угла. [c.9] Для ОЦК решетки п - (1/8) 8+1=2. Учитывая, что атомы соприкасаются по диагонали куба, длина которой равна 4 атомным радиусам, параметр решетки а = 4Кл/з, а коэффициент компактности 2оцк 68 %. [c.9] Таким образом, решетки ГЦК и ГП более компактны, чем ОЦК. [c.9] Некоторые металлы при разных температурах могут иметь различную кристаллическую решетку. Способность металла существовать в различных кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. Принято обозначать полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, индексом а (a-Fe), при более высокой индексом р, затем у и т.д. [c.9] Известны полиморфные превращения железа Fe F y (a-Fe - y-Fe), титана Ti - Ti (a-Ti у- Ti) и других элементов. [c.9] Температура превращения одной кристаллической модификации в другую назьшается температурой полиморфного превращения. [c.9] При полиморфном превращении меняются форма и тип кристаллической решетки. Это явление называется перекристаллизацией. Так, при температуре ниже 91 °С устойчиво РСц, в интервале 911-1392 °С устойчиво Fe . При нагреве выше 911 °С атомы решетки ОЦК перестраиваются, образуя решетку ГЦК. На явлении полиморфизма основана термическая обработка. [c.9] При переходе из одной полиморфной формы в другую меняются свойства, в частности плотность и соответственно объем вещества. Например, плотность Fe на 3 % больше плотности F a, а удельный объем соответственно меньше. Эти изменения объема необходимо учитывать при термообработке. [c.9] Вернуться к основной статье