Кристаллическое строение металлов

Вещества в твердом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение. В идеальном кристаллическом веществе атомы расположены по геометрически правильной схеме и на определен­ном расстоянии друг от друга, в аморфном же (стекле, канифоли), атомы расположены беспорядочно. Все металлы и их сплавы имеют кристаллическое строение.

Виды кристаллических решеток. При затвердевании атомы ме­таллов образуют кристаллы, которые можно рассматривать как геометрически правильные системы, построенные в виде кристал­лических решеток. Порядок расположения атомов в решетке может быть различным. Многие важнейшие металлы образуют решетки, расположение атомов в элементарных ячейках которых представля­ет собой форму централизованного куба (a и β-железо, α-титан, хром, молибден, вольфрам, ванадий), куба с центрированными гра­нями (γ-железо, алюминий, медь, никель, свинец, α-кобальт) или гексагональную, как у шестигранной призмы ячейку (магний, цинк, α-кобальт).

Большинство технических металлов имеют кристаллические ре­шетки: объемно центрированную кубическую, кубическую гранецентрированную или гексагональную.

Для представления кристаллической решетки достаточно знать размещение атомов в ее элементарной ячейке. Элементарная ячейка кубической объемно центрированной ре­шетки она ограничивается девятью атомами, восемь из которых расположены по вершинам куба, а девятый — в его центре. Повто­рением этой ячейки путем переносов образуется вся структура кри­сталла.

Элементарная ячейка кубической гранецентрированной решетки ограничивается 14 атомами: восемь из них расположены по вершинам куба и шесть по граням.

Элементарная ячейка гексагональной решетки ограни­чена 17 атомами, из них 12 атомов расположены по вершинам шес­тигранной призмы, 2 атома — в центре оснований и 3 — внутри призмы.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и не­скольких слоев (оболочек) отрицательно заряженных и движущих­ся вокруг ядра электронов.

Дефекты кристаллов оказывают существенное влияние на меха­нические, физические, химические и технологические свойства ме­таллов.

Некоторые металлы (железо, олово, титан, цирконий, кобальт и др.) способны испытывать превращение в твердом состоянии при изменении температуры, т. е. подвергаться так называемой вторич­ной кристаллизации. Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах с различным расположением атомов в элементарной ячейке решетки называется аллотропией, а процесс изменения кристаллической решетки — аллотропическим, или полиморфным превращением. Аллотропические формы металла называют модификациями и обозначают начальными буквами гре­ческого алфавита (α, β, γ, δ, и т. д.). Модификацию, устойчивую при низких температурах, обозначают буквой α, при более высоких — β, следующие (по температурной шкале) модификации — γ, δ и т. д. При вторичной кристаллизации происходит перестройка кристал­лической решетки из кристаллов прежней формации и образование новых кристаллов.

Железо может существовать в различных модификациях. Алло­тропические превращения железа можно проследить по кривым охлаждения и нагревания (рис.1). На кривой охлаждения при температуре 1539°С появляется первая горизонтальная площадка (остановка), отмечающая переход железа из жидкого состояния в твердое Fe δ с выделением значительного количества тепла. Обра­зующиеся кристаллы имеют кубическую объемно центрированную кристаллическую решетку.

Вторая остановка наблюдается при 1401°С, (точка Аr₄). При этом переходит в с более плотной, кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. Третья остановка происходит при 898°С (точка Аr3), во время которой пере­ходит в и имеет кубическую объемно центрированную кристал­лическую решетку. Последняя остановка наблюдается при 768 °С (точка Аr2), что соответствует переходу из состояния в без изменения кристаллической решетки.

Рис. 1. Кривые охлаждения и нагревания чистого железа

Выделение тепла при переходе в связано с внутриатом­ными изменениями, в результате которых у появляются резко выраженные магнитные свойства. Таким образом, фактически име­ются две модификации железа с разными кристаллическими ре­шетками.

Превращения, происходящие при нагревании железа, сопровож­даются поглощением тепла. Остановки чаще всего происходят при тех же или несколько более высоких температурах, чем при охлаж­дении. Критические температуры, при которых происходят аллотро­пические превращения железа, обозначаются, А с соответствующи­ми индексами (при нагревании применяют индекс-с с цифрой, при охлаждении — r с цифрой).

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: