Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Омский авиационный техникум имени Н.Е. Жуковского

Краткий курс лекций

по дисциплине Материаловедение

для специальности 1201,1202,1209,1207.

2006

ОДОБРЕНА

цикловой методической комиссией

________________________________

________________________________

________________председатель ЦМК

Протокол от «___» ______200 г. № __

Автор:

Введение

^{Материаловедение - изучает свойства и строение материалов, связь между ними, а также способы и методы получение материалов с наперед заданными свойствами}

Раздел1 Физико-химические основы материаловедения.

Тема1.1.Строение и кристаллизация металлов.

^{Кристаллическое строение и свойства металлов.}

^{Все тела по расположению атомов делятся на аморфные и кристаллические}

^{Аморфные тела имеют хаотичное расположение атомов (нет постоянной t˚ кристал­лизации) – стекло, пластмасса, воск, парафин, канифоль, битум. Кристаллические тела имеют порядочное расположение атомов - металлы и минералы.}

^{Кристаллические тела могут иметь следующие типы кристаллических решеток.}

^{а) объемно -центрированная кубическая решетка:}

^{- 9 атомов.}

^{- Встречаются -}

^{Rb, K, Na, Li, Ti}_β^{, Zr}_β^{, Ta, Fe}_α^{, Mo, W, V, Cr, Ba, и др.}

^{б) гране центрированная кубическая решетка}

^{- 14 атомов.}

^{Встречаются –Са}_а^{, Се, Sr}_а^{, РЬ, Ni, Аg, Аu, Рb, Pt, Rh, Ir, Fе}_γ^{, Сu и др.}

^{в) гексагональная решетка.}

^{-17 атомов}

^{Встречаются –Мg, Тi}_а^{, Сd, rе, Оs, Ru, Zn, Со}_а^{, Ве, Т1}_а^{, Zr}_в ^{и др.}

^{Кристаллическая решетка характеризуется размерами-период решетки,измеряются в ангстремах1А=10-8см.}

^{Между атомами может существовать: металлическая, ковалентная, ионная связи.}

^{Свойства материал определяются типом решетки, связи между атомами, размерами кристаллической решетки, атомным строением, наличие дефектов.}

Анизотропия

^{. Вследствие того, что расстояние между атомами в кристаллической решетке в разных направлениях различно, многие свойства (химические, физические, механические) кристалла зависят от направления. Подобная неодинаковость свойств монокристалла в разных кристаллографических направлениях называется анизотропией.}

^{Технические металлы являются поликристаллами, т. е. состоят из большого числа анизотропных кристаллитов. В большинстве случаев кристаллиты различно ориентированы, поэтому во всех направлениях свойства более или менее одинаковы, т. е. поликристаллическое тело является изотропным. В кристаллах с одинаковой ориентировкой такой мнимой изотропности наблюдаться не будет.-наз-ся квазиизотропия.Аморфные тела имеют хаотическое расположение атомов,в разных направлениях количество атомов примерно одинаково и свойства будут одинаковы в разных направлениях-изотропия}

Кристаллическое строение реальных кристаллов.

^{Дефекты кристаллической решетки. В строении любого реального кристалла всегда имеются несовершенства (дефекты). Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на точечные, линейные и поверхностные.}

^{1)Точечные дефекты малы во всех трех измерениях, размеры их не превышают нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относят}

^{а) вакансии (дефекты Ш о т т к и), т. е. узлы решетки, в которых атомы отсутствуют. Число вакансий при температуре, близкой к температуре плавления, может достигнуть 1 % по отношению к числу атомов в кристалле.}

^{б)межузельные а томы}

¹²

^{1 - вакансия; 2 - межузельные атомы; 3 - замещенный примесный атом; 4 - внедренный примесный атом; 5 – краевая дислокация; 6 - малоугловая граница; 7 - моноатомный слой примесных атомов; 8 - большеугловая граница.}

^{Возникновение межузельных атомов в металлах затруднено, основными точечными дефектами в них являются тепловые вакансии.}

^{Точечные дефекты вызывают местное искажение кристаллической решетки и влияют на некоторые физические свойства (электропроводность, магнитные и др.), а также на фазовые превращения в сплавах.}

^{2)Линейные несовершенства (дефекты) имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Эти несовершенства называются дислокациями.}

^{а)краевая дислокация представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное наличием в ней «лишней» атомной полуплоскости или экстраплоскости (перпендикулярна к плоскости чертежа).}

^{б)винтовая дислокация так же, как и краевая, образована неполным сдвигом кристалла по плоскости Q Вокруг дислокаций на протяжении нескольких межатомных расстояний возникают искажения решетки.}

^{Дислокации образуются в процессе кристаллизации металлов (при срастании зерен и блоков) из группы вакансий, а также в процессе пластической деформации и фазовых превращений. Важной характеристикой дислокаций является их плотность. Под плотностью дислокаций понимают суммарную длину дислокаций ℓ , см, приходящуюся на единицу объема V, см3, кристалла: ρ =∑ ℓ /V . Таким образом размерность плотности дислокаций см -2.}

^{Краевая дислокация}

^{-расположение атом у дислокации}

^{3) Поверхностные несовершенства малы только в одном измерении. Они представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или их блоками (субзернами) поликристаллического металла.}

^{Каждое зерно металла состоит из отдельных субзерен (блоков), образующих так называемую субструктуру Обычно зерна металла разориентированы на величину от нескольких долей градуса, (малоугловые границы) до нескольких градусов или нескольких десятков градусов (высокоугловые границы).}

^{Б локи (субзерна) повернуты один по отношению к другому на угол от нескольких секунд до нескольких минут (малоугловые границы), их размеры на три-четыре порядка меньше размеров кристаллитов (10 -6 - 10 -4 см). Если не учитывать точечные несовершенства, то в пределах каждого блока (или суб зерна) решетка почти идеальная.}

^{Границы между отдельными кристаллитами (зернами) представляют собой переходную область шириной в 5-10 межатомных расстояний, в которой атомы расположены менее правильно, чем в объеме зерна По границам зерен в технических металлах концентрируются примеси, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов.}

^{Границы блоков (субзерен), а также малоугловые границы зерен образованы дислокациями.В реальном поликристаллическом металле число дислокаций огромно (10 -4 - 1012 см -2).}