Кристаллическое строение металлов

Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение, их атомы располагаются в пространстве с определенной закономерностью, образуя кристаллическую решетку.

1. Кристаллические решетки металлов.Наиболее характерными для металлов являются три типа решеток: объемно центрированная кубическая (о. ц. к.), гранецентрированная кубическая (г. ц. к.) и гексаго­
нальная плотноупакованная (г.п.у.). В системе о. ц. к. кристаллизуются,
например, Cr, Mo, W, V; в системе г. ц. к.— №, Al, Cu, Pb; в системе
г. п. у.— Be, Cd, Zn, Mg и др .(рис. 1,2).

2. Полиморфизм металлов.У некоторых металлов при нагреве происходят изменения в строении кристаллической решетки. Существование одного и того же металла в различных кристаллических формах (модифи­кациях) называется полиморфизмом, а переход из одной модификации в другую — полиморфным превращением.

Отдельные модификации металлов обозначают буквами греческого алфавита: а, р, у, б и т. д. Например, железо при комнатной температуре обладает о. ц. к. решеткой; эту модификацию называют а-железом. При нагреве до 768 °С а-железо теряет магнитные свойства, кристалличе;кея решетка при этом не меняется. При 911 °С о. ц. к. решетка в железе пре­вращается в г. ц. к.; железо с такой решеткой называют у-железом. При 1392 °С v-железо превращается в б-железос о .ц. к. решеткой, существу­ющее до температуры плавления 1539 °С.

При полиморфных превращениях наряду с изменением строения крис­таллической решетки в значительной степени изменяются исвойства металлов (объем, пластичность, твердость и т. п.). Поэтому наличие по­лиморфных превращений во многом определяет поведение и свойства металла при механической и термической обработке, легировании, при работе в условиях низких и высоких температур.

3. Анизотропия металлов.Как видно из рис. 1.1, в различных плос­костях кристаллической решетки число атомов и расстояния между ними неодинаковы. В связи с этим свойства отдельных кристаллов (монокрис­таллов) в различных направлениях оказываются неодинаковыми.Такое явление называется анизотропией. Реальные металлы являются телами поликристаллическими, т. е. состоят из большого числа различно ориентированных в пространстве кристаллов (зерен). Поэтому свойства lavvx металлов в различных направлениях становятся усредненными, одинаковыми. Однако в ел- -чаях, когда обработка металлов способствует преимущественной .кристал­лографической ориентировке отдельных зерен (при прокатке, ковке). поликристаллические металлы также становятся анизотропными. Так, например, прочность образцов, вырезанных из листа вдоль направлений прокатки, больше прочности образцов, вырезанных поперек прокатки.

4. Дефекты кристаллического строения. Описанное выше кристалли­ческое строение металлов, когда в каждом узле решетки находится атом, является идеальным. В действительности в решетке имеется много дефек­тов: точечных, линейных, поверхностных. К точечным дефектам относятся вакансии — свободные узлы 1 (рис. 3а) в кристаллической решетке, смещенные атомы 2, атомы при­месей 3. Основным видом линейных дефектов являются дислокации. На рис. 3б, б показана так называемая краевая дислокация 4, представля­ющая собой край «лишней» кристаллографической полуплоскости. При другом характере смещения атомов может образоваться более сложная дислокация — винтовая. Поверхностные дефекты обычно образуются по границам зерен, на свободных поверхностях (рис. 3в).

Дислокации играют большую роль в пластической деформации метал­лов, облегчая или затрудняя ее, т. е. способствуют разупрочнению или упрочнению металла. Точечные дефекты проявляются больше в диффу­зионных процессах, связанных с перемещением атомов (рис.4).

5 .Магнитные превращения. Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы. При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определенной температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа -768 град.С). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.

ЛЕКЦИЯ 2

1.Кристаллизация сплавов.

2.Строение слитка

3.Механические и эксплутационные свойства материалов