1-лекция Введение. Внутреннее строение металлов. 1. 2. 3. 4. 5. Типы кристаллических решеток. Аллотропические свойства и полиморфизм металлов. Внутреннее строение реальных металлов. Дефекты кристаллических решеток. Точечные, линейные и поверхностные дефекты. Типы кристаллических решеток. Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Атомы в твердом металле образуют пространственную кристаллическую решетку. Воображаемые линии, проведенные через центры атомов, образуют кристаллографическую плоскость. Многократное повторение расположенных параллельно кристаллографических плоскостей воспроизводит пространственную кристаллическую решетку. Расстояние между атомами называются параметрами решеток и измеряются в ангстремах (А=10-8 см). С повышением температуры или давления параметры решеток могут изменяться. Некоторые металлов в твердом состоянии при различных температурных интервалах приобретают различную кристаллическую решетку, что всегда приводит к изменению их физико-химических свойств. Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название аллотропии, или полиморфизма. Перестройка кристаллических решеток при определенных критических температурах называется аллотропическими превращениями-формами, обозначенными греческими буквами α, β, γ и другими, которые в виде индекса добавляют к символу элемента. Аллотропическую форму при самой низкой температуре обозначают буквой α, при более высокой температуре буквой β и т.д. Например, железо при нагреве испытывает следующие аллотропические превращения: 1. При температуре 1539-1400 0С имеет решетку объемноцентрированного куба с параметром 2,93 А и обозначается Fe δ. 2. При температуре 1400-910 0С имеет решетку гранецентрированного куба с параметром 3,6 А и обозначается Fe γ (немагнитное). 3. При температуре 910-768 0С превращается в Fe β имеет решетку с объемно-центрированного куба с параметром 2,93 А (немагнитное). 4. При температуре менее 768 0С Fe β превращается в магнитное Fe α. 5. Кроме железа марганец, кобальт, олово и др. металлы обладают свойствами полиморфизма. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большего числа мелких (10-1-10-5 см) кристаллов, разориентированных по отношению друг к другу. Металлы и металлические сплавы Кристаллы с металлическим типом связи, наличие электронного газа Кристаллы (кристаллическая решетка) Наличие дальнего порядка в расположении атомов Свойства Термоэлектронная эмиссия Высокая тепло- и электропроводность Металлический блеск, отражательнаяспособность Повышенная способность пластическогодеформирования Положительный температурный коэффициент электросопротивления Атомы располагаются на расстоянии, когда энергия отталкивания и притяжения равны Строение кристаллической решетки описывается элементарной ячейкой. Элементарная ячейка—это наименьший объем кристалла, дающий представление о строении всего кристалла. Характеристики ячейки— ребра a, b, c и углы между ними α, β, γ; отрезки a, b, c называются периодами решетки. Рис 2.1 Разновидность кристаллической решетки а) Объемно-центрированного куба (о.ц.к.), б) Гранецентрированного куба (г.ц.к.), в) Гексагональная плотно упакованная. ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ Материаловедение—наука о металлах, сплавах и неметаллических материалах Материаловедение изучает: —строение(структура) и свойства материалов, связь между составом, строением, свойствами. состав строение свойства —закономерности изменения структуры материалов под воздействием внешних факторов; —тепловое(термообработка); —механическое(деформация); —электрохимическое; —химическое; —радиационное; —химико-термическое; —термомеханическое. Методы исследования материалов Металлографические методы—применяются для изучения особенностей структуры металлов: —микроанализ—изучение объектов структуры под микроскопом при увеличении до 1000 раз; —макроанализ—изучение структуры невооруженным глазом. Фрактография—изучение изломов Методы структурного анализа-применяются для исследования атомнокристаллического строения и его дефектов: —рентгеноструктурный анализ; —электронно-графический анализ. Специальные виды испытаний: —физические методы исследования; —испытания на коррозионную стойкость. Определение механических свойств : —испытания на растяжение; —определение ударной вязкости; —испытания на выносливость; —испытания на ползучесть и длительную прочность и др.
