2.3. Особенности строения кристаллических тел.

К особенностям кристаллического строения металлов относят зернистость и анизотропность.

Зернистость структуры – это проявление кристаллического строения металлов и их сплавов. Образование зерна происходит в процессе охлаждения расплавленного металла.

Кристаллическое строение хорошо наблюдается на изломе. Причем, легкие металлы и их сплавы имеют мелкозернистую структуру, которую можно увидеть только в микроскоп.

В разных кристаллографических плоскостях, проведенных через центры атомов в кристаллических решетках, число атомов и расстояние между ними неодинаковы.

Например, в плоскости, проведенной через основание гексагональной решетки, размещаются семь, а в плоскости ее грани – четыре атома.

В связи с этим свойства кристаллов в разных направлениях неодинаковы. Это явление называется анизотропией. Анизотропия проявляется в неодинаковости сопротивления электрическому току, отличии механических свойств и др.

Реальные металлы являются телами поликристаллическими, т.е. состоящими из большого числа по-разному ориентированных в пространстве кристаллов (зерен). Поэтому свойства таких металлов в любом направлении усредненно-одинаковые. В случае, когда обработка металлов благоприятствует ориентированию отдельных кристаллов (при ковке, прокатывании), поликристаллические металлы становятся также анизотропными. Так, прочность образцов, вырезанных из листа вдоль направления прокатывания, выше прочности образцов, вырезанных поперек прокатывания.

2.4. Особенности существования кристаллических тел.

Некоторые металлы (железо, олово, титан) способны испытывать превращения в твердом состоянии, они изменяют тип кристаллической решетки при изменении температуры, т.е. подвергаются так называемой вторичной кристаллизации (перекристаллизации). Например, железо имеет четыре аллотропические формы: α-Fe; β-Fe, γ-Fe, δ-Fe. Практическое значение имеют α-Fe и γ-Fe, так как β-Fe и δ-Fe отличаются от α-Fe только величиной межатомного расстояния, а для β-Fe характерно отсутствие магнитных свойств.

α-железо (α-Fe) при температурах до 911˚С имеет тип кристаллической решетки ОЦК, при дальнейшем ее повышении (911…1401˚С) атомы перестраиваются в кристаллическую решетку типа ГЦК, образуется γ-железо (γ-Fе), при температурах более 1401˚С атомы вновь перестраиваются в объемно-центрированную кубическую кристаллическую решетку, образуется α-Fe.

Температура, при которой происходит переход металла из одного аллотропического вида в другой, называется критической. Величины этих температур видны на диаграмме охлаждения и нагревания чистого железа (рис. 2.4), которые соответствуют горизонтальным участкам графика, свидетельствующих о том, что фазовые превращения происходят с выделением тепла при охлаждении и поглощением его при нагревании.

Рис. 2.4. Кривые охлаждения и нагревания железа

Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах (модификациях) называется – полиморфизмом. А переход из одной модификации в другую – полиморфным превращением, которое сопровождается выделением или поглощением теплоты.

Разные полиморфные модификации обозначают буквами греческого алфавита α, β, γ, δ, которые добавляют к названиям металлов, например α-Fe, γ-Fe.

При полиморфных превращениях изменяется не только строение кристаллической решетки металла, но и его свойства – прочность, пластичность и др.

Полиморфизм металлов имеет большое значение, т.к. определяет свойства металлов при механической и термической обработке, его работе в условиях низких и высоких температур.