Теория обработки металлов давлением
Рис. Схема связей между характеристиками материала
Атомно-кристаллическое строение металлов
Кристаллическая решетка - воображаемая пространственная решетка, укладка атомов в которой характеризуется определенным порядком–периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям.
Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл, характеризует особенности его строения.
Для металлов характерны три основных типа решетки:
Объемно-центрированная кубическая (ОЦК).
Атомы располагаются в вершинах куба и один атом в центре куба.
ОЦК-решетку имеют металлы : Pb, K, Na, Li,Tiβ, Zrβ, Ta, W, V, Feα, Cr, Nb, Ba, Mo
Гранецентрированная кубическая (ГЦК)/
Атомы располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней
ГЦК-решетку имеют металлы: Feγ, Ni, Al, Caα, Ce, Srα, Pb, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Jr, Feγ, Cu, Coα
Гексагональная (в основании лежит шестиугольник) плотноупакованная (ГПУ).
Атомы располагаются в вершинах ячейки, по центру шестигранных оснований призмы, а три атома – в средней плоскости призмы.
ГПУ-решетку имеют металлы: Mg, Tiα,Cd, Re, Os, Ru, Zn, Coβ, Be, Caβ
Углерод в виде графита имеет простую гексагональную решетку (атомов в средней плоскости нет) – большое расстояние между плотноупакованными плоскостями, очень мягкий.
Рис. Кристаллические решетки металлов: а – объемно-центрированная кубическая (ОЦК); б – гранецентрированная кубическая (ГЦК); в – гексагональная плотноупакованная (ГПУ)
Координационное число К - число ближайших соседей данного атома, характеристика плотности упаковки решетки:
- для ОЦК-решётки К=8 (т.е. атомы, находящиеся в вершине, принадлежат восьми элементарным ячейкам)
- ГЦК-решётки К=12.
Вопрос-пример с графитом и алмазом: природа одна, а решетки разные, значит и расстояния тоже.
Свойства тела зависят:
- от природы атомов, из которых оно состоит,
- от силы взаимодействия между этими атомами (определяется расстояниями между ними и типом связи).
Анизотропия - зависимость свойств от направления.
Аморфные тела изотропны (свойства не зависят о направления, атомы хаотично расположены, расстояния между ними одинаковы).
Кристаллические тела:
- монокристаллы анизотропны (атомы упорядочены, расстояния между ними зависят от направления)
- поликристаллы квазиизотропны (произвольная ориентировка зерен приводит к усреднению свойств в поликристалле. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, вследствие чего свойства реальных металлов усредняются).
Дефекты кристаллической решетки металлов
Дефекты кристаллической решетки - структурные несовершенства, выражающиеся в ее локальных искажениях. При наличии дефектов изменяются расстояния между атомами, что влияет на свойства металла.
Дефекты:
точечные – малые во всех трех измерениях (нуль-мерные);
линейные – малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем (одномерные);
поверхностные – малые в одном измерении (двумерные);
объемные (трехмерные)
Прим. Малые размеры - нескольких атомных диаметров.