Реферат на тему: Матеріалознавство. Конструкційні та інструментальні матеріали

Виконав:

Учень групи №7

Копилець В.Ю.

Кристалічна будова металів

Усі метали у твердому стані мають кристалічну будову, їхні атоми розташовуються в просторі з визначеною закономірністю, створюючи кристалічну решітку (гратку).

1. Кристалічні решітки металів

Найбільш характерними для металів є три типи решіток (рис.1):

об"ємна центрована кубічна (о.ц.к.),

гранецентрована кубічна (г.ц.к.)

гексагональна щільно упакована (г.щ.у.).

У системі о.ц.к. кристалізуються, наприклад, Cr, Mo, W, V; у системі г.ц.к. - Ni, А1, Сu, Рb; у системі г.щ.у. - Be, Cd, Zn, Mg і ін.

2. Поліморфізм металів

У деяких металів при нагріванні відбуваються зміни в будові кристалічної решітки. Існування того самого металу в різних кристалічних формах (модифікаціях) називається поліморфізмом, а перехід з однієї модифікації в другу - поліморфним перетворенням.

Окремі модифікації металів позначають літерами грецького алфавіту: a, b, g, d і т.д. Наприклад, залізо при кімнатній температурі володіє о.ц.к. решіткою; цю модифікацію називають a-залізом. При нагріванні до 768 °С a- залізо втрачає магнітні властивості, кристалічні гратки при цьому не змінюється. При 911°С о.ц.к. решітка в залізі перетворюється в г.ц.к.; залізо з такими решітками називають g-залізом. При 1392°С g- залізо перетворюється в d- залізо з о.ц.к. решітками, що існують до температури плавлення 1539 °С.

Рис. 1 Кристалічні гратки металів

При поліморфних перетвореннях поряд із зміною будівлі кристалічної решітки у значній мірі змінюються і властивості металів (об"єм, пластичність, твердість і т.п.). Тому наявність поліморфних перетворень багато в чому визначає поведінка і властивості металу при механічній і термічній обробці, легуванні, при роботі в умовах низьких і високих температур.

3. Анізотропія металів

Як видно з рис.1, у різних площинах кристалічної решітки число атомів і відстані між ними неоднакові. У зв"язку з цим властивості окремих кристалів (монокристалів) у різних напрямках виявляються неоднаковими. Таке явище називається анізотропією.

Рис.2 Дефекти кристалічної будови

Реальні метали – тіла полікристалічні, тобто складаються із великого числа по-різному орієнтованих у просторі кристалів (зерен). Тому властивості таких металів у різних напрямках стають усередненими, однаковими. Однак у випадках, коли обробка металів сприяє переважному кристалографічному орієнтуванню окремих зерен (при прокатці, куванню), полікристалічні метали також стають анізотропними. Так, наприклад, міцність зразків, вирізаних із листа уздовж напрямку прокатки, більше міцності зразків, вирізаних поперек прокатки.

4. Дефекти кристалічної будови

Описана вище кристалічна побудова металів, коли в кожному вузлі решітки знаходиться атом, є ідеальним. У дійсності в гратках є багато дефектів: точкових, лінійних, поверхневих.

До точкових дефектів відносяться вакансії – вільні вузли 1 (рис.2) у кристалічних решітках, зміщені атоми 2, атоми домішок 3.

Основні види лінійних дефектів - дислокації. На рис.2 показана крайова дислокація 4, що представляє собою край «зайвої» кристалографічної напівплощини. При іншому характері зміщення атомів може утворитися більш складна дислокація – гвинтова.

Поверхневі дефекти, звичайно утворюються по границях зерен, на вільних поверхнях.

Дислокації грають велику роль у пластичній деформації металів, полегшуючи або утруднюючи її, тобто сприяють знеміцненню або зміцненню металу. Точкові дефекти виявляються більше в дифузійних процесах, зв"язаних із переміщенням атомів.