Тема 1.1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ

РАЗДЕЛ 1 ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ

Металловедение – наука, изучающая состав, строение и свойства металлов, а также закономерности изменения свойств под влиянием теплового, механического или химического воздействия. Как самостоятельная наука металловедение возникло в России в 19 веке под названием «металлография».

Возникновение ее обусловлено развитием промышленности и в первую очередь металлургии и машиностроения.

См. распечатку из учебника стр. 58

Тема 1.1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ

- строение металлов,

- сплавы, виды сплавов, способы получения

- свойства металлов и сплавов

- механические испытания

1. Строение металлов и их сплавов

Вещества в твердом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение. В идеальном кристаллическом веществе атомы расположены по геометрически правильной схеме и на определенном расстоянии друг от друга, в аморфном (стекле, канифоли) атомы расположены беспорядочно.

У всех металлов и металлических сплавов строение кристаллическое. При затвердении атомы металлов образуют кристаллы совершенно определенной формы. Внешняя форма кристалла отражает его внутреннее строение и обусловлена геометрически правильным расположением атомов или молекул, образующих кристалл. Кристаллы можно рассматривать как геометрически правильные системы, построенные в виде кристаллических решеток, состоящих из бесчисленного множества сопряженных друг с другом элементарных кристаллических ячеек.

Закономерное упорядоченное размещение атомов в пространстве называется кристаллической решеткой.

Элемент объема, образованный минимальным количеством частиц, образующих кристаллическую ячейку и характеризующий строение кристалла называется элементарной ячейкой.

Кристаллические решетки можно классифицировать как по виду частиц, образующих ее, так и по форме элементарной ячейки. В зависимости от вида частиц, образующих кристаллическую решетку различают: ковалентные (атомные), ионные, металлические, молекулярные кристаллические решетки. В узлах ковалентных (атомных) решеток находятся нейтральные атомы, связанные ковалентной связью. В узлах ионных решеток расположены чередуясь положительные и отрицательные ионы, связанные ионной связью. В узлах металлических решеток расположены положительные ионы, в промежутках между которыми находятся свободные электроны, связанные металлической связью. В узлах молекулярных решеток находятся молекулы, образованные за счет ковалентной и ионной связей.

Геометрически имеется всего 14 типов кристаллических решеток. Наиболее распространенными являются 3 типа (рис 1.)

Рис. Основные типы кристаллических решеток металлов и схемы упаковки атомов:

а - ОЦК; б - ГЦК; в - ГПУ, где а и c - пери­оды решетки (расстояние между центрами сосед­них атомов)

- Объемно центрированная кубическая (ОЦК) – атомы расположены в вершинах и в центре куба. Такую решетку имеют натрий, калий, хром, вольфрам, ванадий, железо и др.

- Гранецентрированная кубическая (ГЦК) – атомы расположены в вершинах куба и центре каждой грани. Такую решетку имеют алюминий, медь, никель, золото, серебро, кобальт, железо , свинец и др.

- Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) – 14 атомов расположены в вершинах и в центре шести угольных оснований призмы, а 3 - в средней плоскости призмы, образуя равносторонний треугольник. Такую решетку имеют магний, титан, цинк, кальций, бериллий, рений, гафний и др.

Кристаллическую решетку характеризуют следующие основные параметры: период, координационное число, базис и коэффициент компактности.

Рассматривая модель кристаллической решетки (рис. 1.) можно заметить, что плотность атомов в различных плоскостях не одинакова, значит и свойства отдельно взятого кристалла, в т.ч. химические, физические, механические в различных направлениях будут отличаться. Такое различие свойств называется анизотропией. Все кристаллы анизотропны. Помимо кристаллических тел существуют аморфные, в которых атомы совершают малые колебания вокруг хаотически расположенных равновесных приложений, т.е. не образуют кристаллическую решетку. В таких телах свойства не зависят от направления, т. е. аморфные тела изотропны. Технические металлы – вещества поликристаллические, состоящие из множества мелких различно ориентированных относительно друг друга кристаллов, и их свойства во всех направлениях усредняются. Это значит, что металлы и сплавы изотропны.

Реально кристаллы имеют дефекты и их структура отличается от схем приведенных идеальных решеток. Дефект – любое нарушение однородности электростатического поля, созданного решеткой. Дефекты могут быть: точечные; линейные; поверхностные и объемные (рис. 1.)

Точечные дефектым.б. в виде: вакансий; смещения; внедрения чужеродного атома в междуузлие решетки; замещения собственного атома атомом примеси.

Линейные дефекты называются дислокацией (краевой, винтовой) или смещением.

Поверхностные дефекты – это поверхности раздела между зернами и субзернами в металле.

Объемные дефекты - это поры, макротрещины, инородные включения.