Кристаллическое строение металлов – атомы выстраиваются в определенную объемную структуру, называемую кристаллической решеткой, число атомов в вершинах и на гранях этой структуры, а также дистанция между ними определяют такие физические свойства металла, как электро- и теплопроводность, вязкость и текучесть.
1.1. Аморфныеи кристаллические тела
В твердыхтелах атомы могут размещаться впространстве двумя способами:
-
Беспорядочное расположение атомов, когда они не занимают определенного места друг относительно друга. Такие тела называются аморфными.
Аморфныевещества обладают формальными признакамитвердых тел, т.е. они способны сохранятьпостоянный объем и форму. Однако они неимеют определенной температуры плавленияили кристаллизации.
-
Упорядоченное расположение атомов, когда атомы занимают в пространстве вполне определенные места, Такие вещества называются кристаллическими.
Атомы совершаютотносительно своего среднего положенияколебания с частотой около 1013 Гц. Амплитуда этих колебанийпропорциональна температуре.
Благодаряупорядоченному расположению атомов в пространстве,их центры можно соединить воображаемымипрямыми линиями. Совокупность такихпересекающихся линий представляетпространственную решетку, которую называюткристаллической решеткой.
Внешниеэлектронные орбиты атомов соприкасаются,так что плотность упаковки атомов вкристаллической решетке весьма велика.
Кристаллическиетвердые тела состоят из кристаллическихзерен – кристаллитов. В соседних зернахкристаллические решетки повернутыотносительно друг друга на некоторый угол.
В кристаллитахсоблюдаются ближний и дальний порядки. Этоозначает наличие упорядоченногорасположения и стабильности как окружающихданный атом ближайших его соседей (ближнийпорядок), так и атомов, находящихся отнего на значительных расстояниях вплоть дограниц зерен (дальний порядок).
а) б)
Рис. 1.1. Расположениеатомов в кристаллическом (а) и аморфном (б)веществе
Вследствие диффузии отдельные атомымогут покидать свои места в узлахкристаллической решетки, однако при этомупорядоченность кристаллического строенияв целом не нарушается.
Источник: http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1.htm
Основные группы металлов в промышленности
Индустрия делит металлы на большие группы:
- Черные.
- Цветные легкие.
- Цветные тяжелые.
- Благородные.
- Редкоземельные и щелочные.
Черные металлы
В эту группу входят железо, марганец, хром и их сплавы. Группа также включает в себя стали, чугуны и ферросплавы. Эти вещества обладают хорошей электропроводностью и уникальными магнитными характеристиками.
Черные металлы
Черные металлы покрывают до 90% мировой потребности в металлоизделиях.
Легкие цветные металлы
Отличаются низкой плотностью. Группа включает в себя алюминий, титан, магний. Эти реже встречаются, чем железо, и обходятся дороже в добыче руды и в производстве. Они используются там, где малый вес изделия или детали окупает ее большую стоимость – в самолетостроении, производстве электроники, в коммуникационной индустрии.
Легкие цветные металлы
Титан не вызывает отторжения со стороны иммунной системы и применяется в протезировании костной ткани.
Тяжелые цветные металлы
Это элементы с большим удельным весом, такие, как медь, олово, свинец, цинк и никель. Обладают хорошей электропроводностью.
Они широко используются как катализаторы реакций, в изготовлении электроматериалов, в электронике, на транспорте – везде, где требуются достаточно прочные, упругие и коррозионностойкие материалы.
Благородные металлы
В эту группу входят золото, серебро, платина, а также редко встречающееся рутений, родий, палладий, осмий, иридий. Они обладают наибольшим удельным весом, высокой коррозионной устойчивостью и высокой электрической и тепловой проводимостью.
На заре человечества золото, серебро и платина применялись как универсальный платежный инструмент и как средство накопления богатств. С развитием цифровой экономики и переходом платежей в виртуальность важнее стаи их уникальные физические свойства
Редкоземельные и щелочные
К редкоземельным относятся скандий, иттрий, лантан и еще 15 редких элементов. Эти элементы отличаются значительным удельным весом, высокой химической активностью и применяются в высокотехнологичных отраслях.
К щелочным относятся литий, калий, натрий и другие. Все они отличаются малым удельным весом и исключительной химической активностью и при реакции с водой образуют щелочи, широко применяемы в быту и промышленности в составе мыла и других моющих средств.
Щелочные металлы
Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/kristallicheskoe-stroenie-metallov.html
Общее строение
Металлы – твёрдые вещества, имеющие кристаллическое строение. Исключение составляет ртуть – жидкий металл. Кристаллические решётки представляют собой упорядоченные определённым образом атомы металла. Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и нескольких отрицательно заряженных электронов. В атомах металлов недостаточно электронов, поэтому они являются ионами.
Единица кристаллической решётки – элементарная кристаллическая ячейка, в условных узлах и на гранях которой находятся положительно заряженные ионы. Их удерживают вместе металлические связи, возникающие за счёт беспорядочного движения отделившихся от атомов электронов (благодаря чему атомы превратились в ионы).
Отрицательно заряженные электроны держат на равном расстоянии положительно заряженные электроны, предавая кристаллической решётке правильную геометрическую форму.
Рис. 1. Схема металлической связи.
Свободное движение электронов обусловливает электро- и теплопроводность металлов.
Источник: http://obrazovaka.ru/himiya/kristallicheskoe-stroenie-metallov-kratko.html
1.2. Основныетипы кристаллических решеток
Все металлы являются кристаллическимителами, имеющими определенный типкристаллической решетки, состоящей измалоподвижных положительно заряженныхионов, между которыми движутся свободныеэлектроны (так называемый электронный газ).Такой тип структуры называется металлическойсвязью.
Тип решетки определяется формойэлементарного геометрического тела,многократное повторение которого по тремпространственным осям образует решеткуданного кристаллического тела.
кубическая (1 атом на ячейку) а) |
объемно-центрированная кубическая (ОЦК) (2 атома на ячейку) б) |
гранецентрированная кубическая (ГЦК) (4 атома на ячейку) в) |
гексагональная плотноупакованная (ГП) (6 атомов на ячейку) г) |
Рис.1.2. Основные типыкристаллических решеток металлов
Металлы имеют относительно сложные типыкубических решеток – объемноцентрированная (ОЦК) и гранецентрированная(ГЦК) кубические решетки.
Основу ОЦК-решетки составляет элементарнаякубическая ячейка (рис. 1.2,б), в которойположительно заряженные ионы металланаходятся в вершинах куба, и еще один атом вцентре его объема, т. е. на пересечении егодиагоналей. Такой тип решетки вопределенных диапазонах температур имеютжелезо, хром, ванадий, вольфрам, молибден идр. металлы.
У ГЦК-решетки (рис. 1.2, в) элементарнойячейкой служит куб с центрированнымигранями. Подобную решетку имеют железо,алюминий, медь, никель, свинец и др. металлы.
Третьей распространенной разновидностьюплотноупакованных решеток являетсягексагональная плотноупакованная (ГПУ, рис.1.2, г). ГПУ-ячейка состоит из отстоящих другот друга на параметр с параллельныхцентрированных гексагональных оснований.Три иона (атома) находятся на среднейплоскости между основаниями.
У гексагональных решеток отношениепараметра с/а всегдабольше единицы. Такую решетку имеют магний,цинк, кадмий, берилий, титан и др.
Компактность кристаллическойрешетки или степень заполненности ееобъема атомами является важной характеристикой.Она определяется такими показателями какпараметр решетки, число атомов в каждойэлементарной ячейке, координационное числои плотность упаковки.
Параметр решетки – это расстояние междуатомами по ребру элементарной ячейки.Параметры решеткиизмеряется в нанометрах (1 нм = 10-9м = 10 Å). Параметры кубическихрешеток характеризуются длиной ребра кубаи обозначаются буквой а.
Для характеристики гексагональной решеткипринимают два параметра – сторонушестигранника а и высоту призмы с. Когдаотношение с/а = 1,633, то атомы упакованынаиболее плотно, и решетка называется гексагональнойплотноупакованной (рис. 1.2 г). Некоторыеметаллы имеют гексагональную решетку сменее плотной упаковкой атомов (с/а >1,633). Например, для цинка с/а = 1,86, длякадмия с/а = 1,88.
Параметры а кубических решетокметаллов находятся в пределах от 0,286 до 0,607нм. Для металлов с гексагональной решеткой алежит в пределах 0,228-0,398 нм, а с впределах 0,357- 0,652 нм.
Параметры кристаллических решетокметаллов могут быть измерены с помощьюрентгеноструктурного анализа.
При подсчете числа атомов в каждойэлементарной ячейке следует иметь в виду,что каждый атом входит одновременно внесколько ячеек. Например, для ГЦК-решетки,каждый атом, находящийся в вершине куба,принадлежит 8 ячейкам, а атом, центрирующийгрань, двум. И лишь атом, находящийся вцентре куба, полностью принадлежит даннойячейке.
Такимобразом, ОЦК- и ГЦК-ячейки содержат соответственно2 и 4 атома.
Подкоординационным числом понимаетсяколичество ближайших соседей данного атома.
Рис.1.3.Координационное число в различныхкристаллических решетках для атома А:
а) – объемноцентрированнаякубическая (К8); б) – гранецентрированнаякубическая (К12); в) – гексагональнаяплотноупакованная (Г12)
В ОЦК решетке (рис. 1.3, а)атом А (вцентре) находится на наиболее близкомравном расстоянии от восьми атомов,расположенных в вершинах куба, т. е.координационное число этой решетки равно 8 (К8).
В ГЦК решетке (рис. 1.3, б) атом А (награни куба) находится на наиболее близкомравном расстоянии от четырех атомов /, 2, 3,4, расположенных в вершинах куба, отчетырех атомов 5, 6, 7, 8, расположенных награнях куба, и, кроме того, от четырех атомов9, 10, 11, 12, принадлежащих расположеннойрядом кристаллической ячейке. Атомы 9, 10, 11,12 симметричны атомам 5, 6, 7, 8. Такимобразом, ГЦК решетки координационноечисло равно 12 (К12).
В ГПУ решетке при с/а = 1,633 (рис. 1.3, в) атом Ав центре шестигранного основания призмынаходится на наиболее близком равномрасстоянии от шести атомов /, 2, 3, 4, 5, 6, размещенныхв вершинах шестигранника, и от трех атомов 7,8, 9, расположенных в средней плоскостипризмы. Кроме того, атом А оказываетсяна таком же расстоянии еще от трех атомов 10,11, 12, принадлежащих кристаллическойячейке, лежащей ниже основания. Атомы 10, 11,12 симметричны атомам 7, 8, 9.
Следовательно,для ГПУ решетки координационное числоравно 12(Г12).
Плотность упаковки представляет собойотношение суммарного объема, занимаемогособственно атомами в кристаллическойрешетке, к ее полному объему. Различные типыкристаллических решеток имеют разнуюплотность упаковки атомов. В ГЦК решеткеатомы занимают 74 % всего объемакристаллической решетки, а межатомныепромежутки («поры») 26 %. В ОЦК решетке атомызанимают 68 % всего объема, а «поры» 32 %.Компактность решетки зависит отособенностей электронной структурыметаллов и характера связи между ихатомами.
Оттипа кристаллической решетки сильнозависят свойства металла.
Источник: http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1.htm
Классификация металлов по химическому составу
Химические свойства чистых элементов определяются строением атомов реальных металлов и прежде всего их атомным числом, характеризующим их способность реагировать с водородом, кислородом и другими элементами. Химические характеристики реально применяемых металлов могут сильно отличаться от параметров чистого вещества как в лучшую, так и в худшую сторону.
Нежелательные добавки называют примесями, а те, что вносятся преднамеренно для изменения параметров в нужную сторону — легирующими присадками.
Общепризнанной является классификация, основанная на указании главного компонента сплава.
Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/kristallicheskoe-stroenie-metallov.html
Атомно — кристаллическое строение металлов
Внутреннее строение металлов и их характеристики определяют их физико-химические свойства. Электроны на внешних орбитах атомов слабо связаны с ядром и имеют отрицательный заряд. При наличии разницы потенциалов электроны мигрируют к положительному полюсу, создавая электрический ток. Это физическое явление обуславливает электропроводность.
Кристаллическое строение свойственно металлам и их сплавам в твердом фазовом состоянии. Атомы выстраиваются в определенную объемную структуру, называемую кристаллической решеткой.
Число атомов в вершинах и на гранях этой структуры, а также дистанция между ними определяют такие физические свойства металла, как электро- и теплопроводность, вязкость, текучесть и т.д.
Кристаллическое строение металлов и сплавов может быть двух типов:
- Межатомная дистанция одинакова по всем направлениям. Это так называемое изотропное строение. При этом физические свойства кристалла также одинаковы по всем направлениям.
- Межатомное расстояние по горизонтали и по вертикали разное. Такой кристалл называют анизотропным, и его физические параметры меняются в зависимости от направления.
Атомно-кристаллическое строение металлов
В реальном куске металлов, составленному из множества изолированных кристаллических фрагментов, атомно кристаллическое строение принадлежит к третьему типу — квазиизотропному. В среднем свойства такого куска близки к изотропным.
При выстраивании кристаллической решетки некоторые атомы не попадают на свое место, смещаются или теряются. В этом случае говорят о дефектах кристаллического строения металлов. Дефекты структуры отрицательно влияют на свойства изделия, особенно если оно должно быть монокристаллом, как, например, в электронике, лазерной технике и других отраслях высоких технологий.
Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/kristallicheskoe-stroenie-metallov.html
1.3. Кристаллографическиенаправления и плоскости
Упорядоченность кристаллического строенияв пространственной решетке позволяетвыделить отдельные кристаллографическиенаправления и плоскости.
Кристаллографические направления– это характерные прямые линии, выходящие източки отсчета, вдоль которых вкристаллической решетке располагаютсяатомы. Точками отсчета, могут служитьвершины куба, а кристаллографическиминаправлениями – его ребра и диагонали, атакже диагонали граней (рис. 1.4, а).
Рис.1.4. Кристаллографические направления иплоскости в кристаллической решетке: а) -основные направления и их обозначение; б),в), г) – основныеплоскости и их обозначение
Кристаллографическими плоскостямиявляются, например, плоскости граней кубов(рис. 1.4, б), а также их различныедиагональные плоскости вместе снаходящимися на них атомами (рис. 1.4, в, г).Для ГПУ-решеток кристаллографическимиплоскостями могут быть плоскости оснований(рис. 1.2, г).
Для определения индекса какого-либонаправления необходимо найти индексближайшего к данной точке отсчета атома,находящегося на данном направлении. Например,индекс ближайшего атома вдоль оси ОХ обозначаетсяцифрами 100 (рис. 1.4,а). Этицифры представляют собой координатыупомянутого атома относительно точки О,выраженные через количество параметроввдоль осей OX, OY и OZ соответственно.
Индексы направления ОХ и параллельных емунаправлений обозначаются [100].Соответственно направления OYи OZ обозначаются[010] и [001]. Кристаллографические направлениявдоль диагоналей граней XOZ,XOY и YOZ обозначают[101], [110] и [011]. Пользуясь указанной методикой,можно определить индекс любого направления.Например, индекс направления вдольдиагонали куба выразится так: [111].
Для определения индексакристаллографической плоскостинеобходимо вначале найти координатыближайших точек ее пересечения с осямикоординат, проведенными из точки отсчета О.Затем взять обратные им величины изаписать их в круглых скобках в обычнойпоследовательности. Например,координатами точек пересечения с осямикоординат ближайшей плоскости,параллельной плоскости XOY,выраженными черезпараметры решеток, являются числа Ґ,Ґ, 1 (см. рис. 1.4, б). Поэтомуиндекс этой плоскости можно записать ввиде (001).
Индексами плоскостей, параллельныхплоскостям XOZ иYOZ, окажутсявыражения (010) и (100) (рис. 1.4, б). Индексвертикальной диагональной плоскости кубавыразится через (110), (рис. 1.2, в),а индекс наклонной плоскости,пересекающейся со всеми тремя осямикоординат на удалении одного параметра,примет вид (111) (см. рис. 1.4, г).
Источник: http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1.htm
Геометрия решетки[править]
Орты (единичные векторы) [math]{bf n}_alpha[/math], задающие направление от некоторого атома кристаллической решетки к его ближайшим соседям, могут быть представлены в виде:
[math]textbf{n}_{1,2,3,4,5,6,7,8}=frac{1}{sqrt{3}}(pm textbf{i}pm textbf{j}pm textbf{k})[/math]
где [math]{bf i},,{bf j},,{bf k}[/math] — орты Декартовой системы координат.
Источник: http://tm.spbstu.ru/Объемноцентрированная_кубическая_решетка
Взаимодействие кислот с металлами
С кислотами металлы реагируют по-разному. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду активности металлов (ЭРАМ) до водорода, взаимодействуют практически со всеми кислотами.
Взаимодействие неокисляющих кислот с металлами, стоящими в электрическом ряду активности металлов до водорода
Происходит реакция замещения, которая также является окислительно-восстановительной:
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑{displaystyle {mathsf {Mg+2HCl=MgCl_{2}+H_{2}uparrow }}}2Al+2H3PO4=2AlPO4+3H2↑{displaystyle {mathsf {2Al+2H_{3}PO_{4}=2AlPO_{4}+3H_{2}uparrow }}}
Взаимодействие концентрированной серной кислоты H2SO4 с металлами
Окисляющие кислоты могут взаимодействовать и с металлами, стоящими в ЭРАМ после водорода:
Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O{displaystyle {mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}=CuSO_{4}+SO_{2}uparrow +2H_{2}O}}}
Сильно разбавленная кислота реагирует с металлом по классической схеме:
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑{displaystyle {mathsf {Mg+H_{2}SO_{4}=MgSO_{4}+H_{2}uparrow }}}
При увеличении концентрации кислоты образуются различные продукты:
Mg+2H2SO4=MgSO4+SO2↑+2H2O{displaystyle {mathsf {Mg+2H_{2}SO_{4}=MgSO_{4}+SO_{2}uparrow +2H_{2}O}}}3Mg+4H2SO4=3MgSO4+S↓+4H2O{displaystyle {mathsf {3Mg+4H_{2}SO_{4}=3MgSO_{4}+Sdownarrow +4H_{2}O}}}4Mg+5H2SO4=4MgSO4+H2S↑+4H2O{displaystyle {mathsf {4Mg+5H_{2}SO_{4}=4MgSO_{4}+H_{2}Suparrow +4H_{2}O}}}
Реакции для азотной кислоты (HNO3)
Продукты взаимодействия железа с HNO3 разной концентрации
Cu+4HNO3(60%)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O{displaystyle {mathsf {Cu+4HNO_{3}(60%)=Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}uparrow +2H_{2}O}}}3Cu+8HNO3(30%)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O{displaystyle {mathsf {3Cu+8HNO_{3}(30%)=3Cu(NO_{3})_{2}+2NOuparrow +4H_{2}O}}}
При взаимодействии с активными металлами вариантов реакций ещё больше:
Zn+4HNO3(60%)=Zn(NO3)2+2NO2↑+2H2O{displaystyle {mathsf {Zn+4HNO_{3}(60%)=Zn(NO_{3})_{2}+2NO_{2}uparrow +2H_{2}O}}}3Zn+8HNO3(30%)=3Zn(NO3)2+2NO↑+4H2O{displaystyle {mathsf {3Zn+8HNO_{3}(30%)=3Zn(NO_{3})_{2}+2NOuparrow +4H_{2}O}}}4Zn+10HNO3(20%)=4Zn(NO3)2+N2O↑+5H2O{displaystyle {mathsf {4Zn+10HNO_{3}(20%)=4Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}Ouparrow +5H_{2}O}}}5Zn+12HNO3(10%)=5Zn(NO3)2+N2↑+6H2O{displaystyle {mathsf {5Zn+12HNO_{3}(10%)=5Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}uparrow +6H_{2}O}}}4Zn+10HNO3(3%)=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O{displaystyle {mathsf {4Zn+10HNO_{3}(3%)=4Zn(NO_{3})_{2}+NH_{4}NO_{3}+3H_{2}O}}}
Легирование
Легирование — это введение в расплав дополнительных элементов, модифицирующих механические, физические и химические свойства основного материала.
Источник: http://wiki2.org/ru/Металлы
1.5.Аллотропия металлов
Некоторые металлы, например, железо, титан,олово и др. способны по достиженииопределенных температур изменятькристаллическое строение, т. е. изменять типэлементарной ячейки своей кристаллическойрешетки. Это явление получило название аллотропииили полиморфизма, а сами переходы отодного кристаллического строения к другомуназываются аллотропическими илиполиморфными.
На рис. 1.7 показано изменение свободной энергии F от температуры tдля двух вариантовкристаллического строения железа: ОЦК (кривая1) и ГЦК (кривая2).
В интервале температур 911-1392оC железо имеетрешетку ГЦК, так как при этом его свободнаяэнергия меньше. При t<911°С и t>1392°С, у негодолжна быть решетка ОЦК, обладающаяменьшей свободной энергией.
Рис.1.7. Изменение свободной энергии (Fсв) взависимости от температуры (T) и типакристаллической решетки: 1 – для ОЦК-решетки;2 – для ГЦК-решетки
Разные аллотропические формы металловобозначаются буквами греческого алфавита,при этом низкотемпературные модификацииобозначаются буквой a,а последующие в порядке роста температур -буквами b, g ,d ит. д. Аллотропическимиформами железа являются: до 911°С – альфа-железо(a-Fe),имеющее ОЦК-решетку, от 911°С до 1392 °С -гамма-железо(g -Fe) срешеткой ГЦК и от 1392°С до 1539 °С т. е. дотемпературы плавления – снова a-Feс решеткой OЦK, однако, чтобы отличить его отнизкотемпературной модификации, егопринято называть дельта-железом (d-Fе).
Известное в практике так называемоенемагнитное бета-железо (b-Fe) самостоятельной аллотропической формойне является, так как имеет такую же, как у a-FeОЦК-решетку и отличается от него толькоотсутствием магнитных свойств, которые онотеряет при 768°С (точка Кюри).
Источник: http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1.htm
Примечания[править]
- ↑ Для простых решеток подобную область называют ячейкой Вигнера-Зейтца.
Источник: http://tm.spbstu.ru/Объемноцентрированная_кубическая_решетка
1.6. Дефекты кристаллической решетки металла
Кристаллическая решетка, в которойотсутствуют нарушения сплошности и всеузлы заполнены однородными атомаминазывается идеальной кристаллическойрешеткой металла.
В решетке реального металла могутнаходиться различные дефекты.
Все дефекты кристаллической решеткипринято делить на точечные, линейные,поверхностные и объемные.
Точечные дефектысоизмеримы с размерами атомов. К нимотносятся вакансии, т. е. незаполненные узлырешетки, межузельные атомыданного металла (рис 1.8), примесные атомызамещения, т. е. атомы, по диаметрусоизмеримые с атомами данного металла и примесные атомы внедрения, имеющиеочень малые размеры и поэтому находящиеся вмеждоузлиях (рис 1.9). Влияние этихдефектов на прочность металла может бытьразличным в зависимости от их количества вединице объема и характера.
Рис.1.8. Схема образования пары вакансия-внедренный атом
Рис.1.9. Примесные атомы внедрения и замещения
Линейные дефекты имеютдлину, значительно превышающую ихпоперечные размеры. К ним относятся дислокации,т. е. дефекты, образующиеся в решетке врезультате смещений кристаллографическихплоскостей.
Дислокации бывают двух видов.
Наиболее характерной является краеваядислокация (рис. 1.10). Она образуется врезультате возникновения в решетке такназываемой полуплоскости илиэкстраплоскости.
Рис. 1.10.Схема краевой дислокации в идеальном кристалле
Нижний ряд экстраплоскости собственно ипринято называть дислокацией.
Другим типом дислокации является винтоваядислокация, которая представляет собойнекоторую условную ось внутри кристалла,вокруг которой закручены атомные плоскости(рис.1.11).
Рис. 1.11.Схема винтовой дислокация
В винтовой дислокации, так же как в краевой,существенные искажения кристаллическойрешетки наблюдаются только вблизи оси,поэтому такой дефект может быть отнесен клинейным.
Дислокации обладают высокой подвижностью,поэтому существенно уменьшают прочностьметалла, так как облегчают образованиесдвигов в зернах-кристаллитах поддействием приложенных напряжений.
Дислокационный механизм сдвиговой пластическойдеформации внутри кристаллов можетпривести к разрушению изделия. Таким образом, дислокациинепосредственно влияют на прочностныехарактеристики металла.
Для оценки этого влияния используетсяплотность дислокаций, под которой принятопонимать отношение суммарной длиныдислокаций к объему содержащего их металла.Плотности дислокаций измеряется в см-2или м-2.
На рис. 1.12 в виде кривой ABCсхематическипоказана зависимость прочности металла отплотности дислокаций. Точка А соответствуеттеоретической прочности металла, обусловленнойнеобходимостью одновременного разрывавсех межатомных связей, проходящих черезплоскость сдвига, в случае отсутствиядислокаций.
При увеличении количества дислокаций (см.участок АВ) прочность резко снижается,так как на несколько порядков уменьшаютсяусилия, необходимые для осуществлениясдвигов в зернах металла при егодеформировании и разрушении.
Рис.1.12. Зависимость предела прочности кристаллаот плотности линейных дефектов(дислокаций).Кривая Одинга
При плотности дислокаций 106-107 см-2 (точка В на кривой), прочностиминимальна, и на участке ВС происходитее рост. Это объясняется тем, что с ростомплотности дислокаций их передвижениепроисходит не только по параллельным, но ипо пересекающимся плоскостям, чтосущественно затрудняет процессдеформирования зерен.
Поэтомуначиная с точки В прочность металлавозрастает.
Максимальная плотностьдислокаций, может составить 1013 см-2. Придальнейшем росте плотности дислокацийпроисходит разрушение металла.
Поверхностные дефектывключают в себя главным образом границызерен (рис.1.13). На границах кристаллическая решеткасильно искажена. В них скапливаютсяперемещающиеся изнутри зерен дислокации.
Из практики известно, что мелкозернистыйметалл прочнее крупнозернистого. Так как упоследнего меньше суммарная протяженность(площадь) границ. То можно сделать вывод, чтоповерхностные дефекты способствуютповышению прочности металла. Поэтомусоздано несколько технологическихспособов получения мелкозернистыхсплавов.
Рис.1.13.Структура границы двух соседнихкристаллических зерен
Объемные дефектыкристаллической решетки включают трещины ипоры. Наличие данных дефектов, уменьшаяплотность металла, снижает его прочность.
Кроме того, трещины являются сильнымиконцентраторами напряжений, в десятки иболее раз повышающими напряжениясоздаваемые в металле рабочими нагрузками.Последнее обстоятельство наиболеесущественно влияет на прочность металла.
Источник: http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1.htm
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.5. Всего получено оценок: 160.
Источник: http://obrazovaka.ru/himiya/kristallicheskoe-stroenie-metallov-kratko.html
Ссылки
- Сайт журнала Металлы
- Электронный справочник по теплофизическим свойствам металлов
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, |
Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.
Источник: http://wiki2.org/ru/Металлы