ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Строение и свойства металлов и сплавов из "Конструкционные и электротехнические материалы " Посмотрим, как устроены реальные металлы, каковы детали и особенности их внутреннего строения, от которых зависят их важнейшие служебные свойства. Под служебными будем понимать такие свойства материалов, от которых зависит нормальная работа изготовленных из них изделий прочность, пластичность, электропроводность, магнитные свойства и т. д. [c.6] Кристаллическое строение металлов и его деффекты. За редким исключением, металлы в твердом состоянии представляют собой тела, состоящие из огромного количества мелких, различимых только в микроскоп зерен — кристаллитов. В свою очередь, эти зерна состоят из атомов, упорядоченно расположенных друг относительно друга в пространстве. [c.6] Находясь Б узлах кристаллической решетки, атомы колеблются относительно своего среднего положения с частотой около 10 Гц, не покидая (за исключением некоторых особых случаев) своих мест. [c.7] Чтобы понять это, надо вспомнить строение атомов. Известно, что атом любого металла состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его, несущих отрицательный заряд нескольких электронных оболочек. Каждая оболочка заполнена строго определенным количеством сильно связанных с ядром электронов, и только на последней оболочке находится несколько электронов, слабо связанных с ядром. Их число равно валентности металла. [c.7] С помощью этих электронов, называемых валентными, атомы металлов устанавливают связи, взаимодействуют с атомами других элементов, в том числе и металлов, а также друг с другом. [c.7] По современным научным воззрениям, расположенные в узлах кристаллической решетки атомы металлов связываются со своими ближайшими соседями при помощи валентных электронов, находящихся на их внешних оболочках или битах. Связь такого вида называется металлической. [c.7] Благодаря коллективизированным электронам металлы обладают электро- и теплопроводностью, характерным металлическим блеском и некоторыми другими чисто металлическими свойствами. Например, блеск объясняется отражением световых лучей от коллективизированных электронов. [c.7] Тип кристаллической решетки металла определяется формой того геометрического тела, которое составляет основу его элементарной ячейки. Наиболее распространенными типами кристаллических решеток металлов являются кубическая объемно центрированная [ОЦК], кубическая гранецентрированная [ГЦК1 и гексагональная плотноупакованная 1ГПУ (рис. 1.2). [c.7] Ячейка решетки ГПУ (рис. 1.2, в) представляет собой призму, основаниями которой являются центрированные одним атомом шестигранники. Внутри этой ячейки между основаниями находятся еще три атома, образующие равносторонний треугольник. [c.8] ГЦК-решетку имеют никель, медь, алюминий, свинец, серебро, железо при температурах 911 — 1392 °С и другие металлы ГПУ-решетку имеют магний, цинк, а также кобальт, цирконий и титан при комнатной температуре. [c.8] Способность металла изменять тип своей кристаллической решетки в зависимости от температуры называется аллотропией полиморфизмом). Полиморфные превращения свойственны также титану, цирконию, олову и другим металлам. [c.9] Аллотропические превращения имеют важное значение в технике благодаря им, например, оказывается возможным производить термическую обработку стали и других сплавов, имеющую целью изменять их структуру и свойства. [c.9] мы разобрали кристаллическое строение металлов и увидели строго упорядоченное расположение атомов в пространстве относительно друг друга. Из этого вытекает такая важная особенность, присущая всем кристаллическим телам, как анизотропия свойств. [c.9] Под анизотропией понимается неодинаковость механических и других свойств монокристаллов по различным направлениям. Так как свойства вдоль какого-нибудь направления зависят от количества расположенных на нем атомов, то анизотропия является закономерным следствием кристаллического строения. [c.9] Действительно, например, у монокристаллов с ОЦК-решеткой свойства вдоль ребер кубов отличаются от свойств вдоль их диагоналей, поскольку (рис. 1.2, а) вдоль ребра в ячейке насчитывается два атома, а вдоль диагонали три. [c.9] Монокристалл представляет собой как бы одно большое зерно металла, состоящее из огромного количества одинаково ориентированных ячеек. Реальные металлы являются поликристалличе-скими телами, состоящими из огромного числа мелких зерен с различной ориентировкой их ячеек. Ввиду этого в целом куске металла недостаток свойств в одних зернах по любому из направлений перекрывается их избытком в других зернах по этому же направлению и средние свойства в поликристаллическом теле по всем направлениям оказываются одинаковыми. Данное явление присуще реальным металлам, имеющим поликристаллическое строение, и называется псевдоизотропией или квазиизотропией. [c.9] У реальных металлов есть еще одна очень важная для понимания их свойств особенность. Кристаллическая решетка их зерен не является идеальным геометрическим построением, ей присущи такие дефекты, как вакансии, внедренные атомы и дислокации. [c.9] Вакансией называется незаполненный по той или иной причине узел кристаллической решетки (рис. 1.3, а). В местах нахождения вакансий кристаллическая решетка искажена, там возникают местные внутренние напряжения, который обусловлены нарушениями однородности сил межатомного взаимодействия, существующей в идеальной кристаллической решетке со всеми заполненными узлами. [c.9] Если в отдельных ячейках кристаллической решетки между ее узлами по каким-либо причинам оказываются как бы лишние атомы данного или другого элемента, то образующиеся при этом дефекты называются внедренными атомами (рис. 1.3, б). Внедренные атомы также искажают кристаллическую решетку и создают внутренние напряжения. При внедрении в междоузлия решетки атомов других элементов эти напряжения оказываются тем больше, чем значительнее разница между размерами атомов внедрения и данного металла. [c.10] Линейные несовершенства кристаллической решетки называются дислокациями. Дислокации можно представить таким образом если надрезать идеальный кристалл и сместить края надреза на величину, кратную периоду решетки, то внутри кристалла у края надреза возникнет некоторое искажение, которое и является дислокацией. [c.10] Вернуться к основной статье