1.3. Відмінні властивості металів від неметалевих матеріалів.

У кристалічних  речовинах  кожний  атом складається з позитивно зарядженого ядра і  кількох  шарів  (оболонок) негативно  заряджених  електронів,  які рухаються навколо   ядра.   Електрони  зовнішніх  оболонок  атомів  металів називають валентними. Вони легко відщеплюються, швидко рухаються між ядрами і називаються   вільними. Наявність  у  металах  таких  електронів  зумовлює електропровідність і теплопровідність.

В окремих  кристалах  властивості  (в  основному  механічні) різні в різних напрямках. Таку   властивість    кристалів     називають     анізотропністю.  Анізотропність кристалів  пояснюється особливостями  розташування атомів у просторі.

Аморфні речовини  ізотропні,  тобто  всі  властивості в них однакові у всіх напрямках.

 

1.4. Кристалізація реальних металів.

 Кристалізацією називається  утворення  кристалів  у  металах  (сплавах) при переході з  рідкого  стану  в твердий  (первинна  кристалізація).   Процес кристалізації складається з двох етапів:  утворення центрів кристалізації і росту кристалів.

Процес кристалізації  металу  найлегше  простежити  за допомогою лічильника часу і термоелектричного пірометра.

Покази пірометра автоматично записуються в часі, і за цими даними будуються криві охолодження в координатах температура - час (рис. 5).  

 

Перехід з   рідкого   стану   в  твердий  при  охолодженні  супроводжується утворенням кристалічної решітки.  Щоб  розпочалася  кристалізація,  рідкий метал необхідно перехолодити дещо нижче від температури плавлення.  

На кривій охолодження  (металів)  можна  відмітити  горизонтальну  площадку (ав). Точка  а  - початок, в - завершення кристалізації.  Ділянка ав вказує на незмінність температури у часі під час плавлення.  Це показує,  що  теплова енергія витрачається на внутрішні перетворення у металі.  

В аморфних речовинах криві охолодження  плавні,  без  площадок  і  уступів.  Тому, якщо  метали мають температуру кристалізації і температуру плавлення, то аморфні речовини мають інтервал затвердіння і розрідження.  Якщо метали  на  кривій  охолодження мають одну площадку (ав),  то сплави - декілька площадок і уступів.

 

1.5. Алотропні перетворення у металах.

Алотропія металів (або поліморфізм) - це властивість перебудовувати решітку при певних температурах у процесі  нагрівання  або  охолодження.  Алотропія властива всім  елементам,  які  змінюють  валентність при зміні температури (залізо, марганець,  нікель,  олово та ін.). Кожне алотропне перетворення проходить при температурі  1184 ⁰К,  нижче від якої атоми складають решітку центрованого куба, а вище - решітку гранецентрованого куба.

         Структура, що має ту чи іншу решітку,  називається алотропною формою або модифікацією. Різні модифікації позначаються грецькими буквами ,  ,   і  т.п.  Алотропні перетворення    супроводжуються  віддачею   (зменшенням)   або поглинанням (збільшенням) енергії.

 

1.6. Загальні відомості про вади будови металів.

Реальні метали складаються з кристалів з певними вадами.

Вади бувають:

- точкові - це  пусті  вузли,  або  вакансії (рис. 6а) та міжвузлові атоми (рис. 6б); кількість цих вад зростає з підвищенням температури;

- лінійні - це дислокації (крайові та гвинтові), які є ніби зсув частини кристалічної   решітки   (по   лінії  АВ    рис. 6в).    Дислокації характеризуються великою протяжністю в одному напрямі;

- поверхневі - це наявність субзерен  або  блоків  1,2  всередині  кристала (рис.  6г), а   також  різною орієнтацією  кристалічних  решіток  зерен  1, 2  (рис. 6д).

Вади кристалів істотно впливають на всі властивості металів.