- •Ю. А. Манаков материаловедение
- •Методические указания по выполнению семестрового задания
- •Теоретические материалы
- •Тема 1. Основные понятия
- •Теоретический материал
- •1.1. Общие понятия и определения
- •1.2. Классификация материалов
- •1.3. Требования к материалам при их выборе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 2. Строение металлов
- •Теоретический материал
- •2.1. Кристаллические и аморфные тела
- •2.2. Строение чистых металлов
- •2.3. Кристаллографические направления и индексы
- •Анизотропия
- •2.4. Влияние типа химической связи на структуру и свойства кристаллов. Типы кристаллов
- •2.5. Дефекты кристаллического строения
- •2.6. Дислокационный механизм пластической деформации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 3. Строение сплавов. Диаграммы состояния
- •Теоретический материал
- •3.1. Строение сплавов
- •3.2. Диаграммы состояния двойных сплавов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 4. Строение неметаллических материалов
- •Теоретические материалы
- •4.1. Строение полимеров
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.2. Строение стекол
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.3. Строение керамики
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.4. Композиционные материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 5. Свойства материалов и их определение
- •Теоретические материалы
- •5.1. Классификация свойств материалов, их общая характеристика
- •5.2. Механические (прочностные) свойства материалов
- •5.3. Твердость материала
- •5.4. Теплофизические свойства
- •5.5. Изменение свойств материалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 6. Термическая и химико-термическая обработка
- •Теоретические материалы
- •6.1. Диффузия
- •6.2. Термическая обработка
- •Виды и операции то
- •6.3. Химико-термическая обработка
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 7. Металлические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •7.1. Сплавы железа с углеродом Общая характеристика железоуглеродистых сплавов
- •Классификация сталей
- •Углеродистые стали
- •Легированные стали
- •Стали и сплавы с особыми свойствами
- •Сортамент сталей
- •Вопросы для самопроверки
- •7.2. Цветные металлы и сплавы Медь и ее сплавы
- •Проволока дкрнм-0,6-кт-л80ам гост 1066-80 –
- •Алюминий и его сплавы
- •Сплавы магния
- •Сплав мл5 гост2856-79. Титан и его сплавы
- •Бериллий и сплавы на его основе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 8. Неметаллические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •8.1. Термопластичные и термореактивные пластмассы
- •8.2. Керамика, стекло, ситаллы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Темы 9,10,11. Электротехнические материалы
- •Теоретические материалы
- •9.1. Энергетические зоны твердого тела
- •9.2. Проводниковые материалы Понятие об электропроводности
- •Электрические свойства и параметры проводниковых материалов
- •Классификация и характеристика проводниковых материалов
- •9.3. Полупроводниковые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 10. Диэлектрические материалы
- •Теоретические материалы
- •10.1. Классификация и основные свойства диэлектриков
- •10.2. Поляризация диэлектриков и ее виды
- •.Влияние температуры и частоты на поляризацию
- •10.3. Электропроводность диэлектриков. Виды электропроводности
- •10.4. Диэлектрические потери
- •10.5. Электрическая прочность диэлектриков
- •10.6. Нагревостойкость диэлектриков
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 11. Магнитные материалы
- •Теоретические материалы
- •11.1. Общие положения
- •11.2. Основные свойства и параметры магнитных материалов
- •11.3. Классификация магнитных материалов и их характеристика
- •Магнитомягкие материалы
- •Магнитотвердые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 12. Понятие о точности обработки и шероховатости поверхности
- •Теоретические материалы
- •12.1. Точность размеров
- •12.2. Шероховатость поверхности
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Содержание
2.2. Строение чистых металлов
Большинство металлов и сплавов имеют кристаллическое строение. Свойства кристаллов зависят от ряда факторов и поэтому могут рассматриваться с разных позиций:
- пространственного расположения частиц в кристалле (определяет его геометрическое строение);
- электронного строения атомов и характера взаимодействия их в кристалле (определяется типом химической связи между атомами);
- химического состава (чистый металл или сплав).
Взаимодействие этих факторов и описывается понятием строение.
Упорядоченность расположения частиц характерна для металлов. Она образует кристаллическую пространственную структуру, которая определяет геометрическое строение кристалла.
Если соединить атомы воображаемыми линиями в трех взаимно перпендикулярных направлениях, получиться пространственная кристаллическая решетка. Её наименьшим структурным образованием является элементарная ячейка, которая представляет собой простую геометрическую фигуру: куб, параллелепипед, шестигранную призму и другие. Многократные повторения примыкающих друг к другу ячеек в пространстве и образует кристалл. В вершинах простых геометрических фигур находятся атомы. Они образуют узлы кристаллической пространственной решетки.
Н аиболее простой кристаллической решеткой у металлов является кубическая (рисунок 2), в узлах ячейки которой находятся по 1 атому, всего в ячейке - 8 атомов. Проведя через ребра куба три оси (направления) x, y, z, как указано на
рисунке 2, положение узлов элементарной ячейки можно описать шестью величинами: тремя отрезками, равными расстояниям а, в, с, и тремя углами , , между этими отрезками. Расстояния между атомами ячейки кристаллической решетки а, в, с, называют периодами (параметрами) решетки. Соотношения между этими величинами определяют систему. Если, а = в = с; = = = 90о, то такая кристаллическая система называется кубической, например, у марганца. Если а = в с; = = = 90о – тетрагональная система (элементарная ячейка представляет собой параллелепипед); а = в с; = = 90о, = 120о – система гексагональная (элементарная ячейка – шестигранная призма). На рисунке 3 приведены основные типы элементарных ячеек металлов: объемно - центрированная кубическая (ОЦК–молибден, вольфрам, α-железо) – рисунок 3,а; гранецентрированная кубическая (ГЦК –медь, никель, алюминий, свинец, кобальт, γ-железо) – рисунок 3,б; гексагональная плотноупакованная (ГП – бериллий, кадмий, магний, цинк) – рисунок 3,в, которые имеют более сложное строение, чем простая кубическая (рисунок 2). Частицы могут находиться не только, в узлах, но и на гранях и в центре элементарной ячейки.
О степени сложности строения решеток судят по числу частиц, приходящихся на одну элементарную ячейку. В простой кубической решетке на одну ячейку приходится одна частица, в ОЦК – две, ГЦК ячейке – четыре. ОЦК решетку имеют Mo, V, - Fe, ГЦК решетку имеют Cu, Ni, Al, Pb, Co, - Fe, ГП – Ве, Cd, Mg, Zn и другие. металлы. Система, период и число частиц на одну элементарную ячейку полностью определяют расположение частиц в кристалле. Для описания различных явлений, происходящих в кристаллах, особенностей свойств кристаллических тел вдоль различных направлений и плоскостей, используются понятия кристаллографические направления и плоскости.