Кривые охлаждения при кристаллизации металла и аморфного тела

Строение и кристаллизация металлов

Строение металлов

Вещества в твердом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение.

В аморфных (некристаллических) веществах атомы расположены беспорядочно. (янтарь, смола, битум, кварцевое стекло)

Кристаллическим называется такое строение, при котором атомы располагаются в строго определенном геометрическом порядке, закономерно повторяющемся в пространстве, при этом образуется кристаллическая решетка. Все металлы и сплавы на основе металлов имеют кристаллическое строение и для них характерны следующие типы решеток (рисунок 1):

а) б) в)

Рисунок 1

а – кубическая объемноцентрированная решетка (Cr, Ta, W, Mo, V, Feα)

б – кубическая гранецентрированная решетка (Pb, Ni, Pt, Cu, Al, Feγ)

в – гексагональная решетка (Mg, Ti, Zn)

Строение реальных металлов

В действительности реальный кристалл в отличие от идеального имеет структурные несовершенства: точечные, линейные и поверхностные.

Точечными дефектами являются пустые узлы или вакансии.

Линейными дефектами являются дислокации, представляющие как бы сдвиг части кристаллической решетки.

Поверхностные дефекты определяются наличием блоков внутри кристалла. По границам зерен решетка одного кристалла переходит в решетку другого.

Анизотропия кристаллов

В различных плоскостях кристаллической решетки атомы расположены с различной плотностью и поэтому многие свойства кристаллов в различных направлениях различны. Такое различие называется анизотропией.

Все кристаллы анизотропны. В отличие от кристаллов аморфные тела (смола, битум) в различных направлениях имеют в основном одинаковую плотность атомов и, следовательно, одинаковые свойства, т.е. они изотропны.

Кристаллизация металлов

Кристаллизацией называется переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры (первичная кристаллизация), а также перекристаллизация в твердом состоянии (вторичная кристаллизация).

Кривые охлаждения при кристаллизации металла и аморфного тела

Рисунок 2

Температура, соответствующая какому-либо превращению в металле, называется критической температурой или критической точкой.

Первичная кристаллизация состоит из двух стадий:

1 – образование центров кристаллизации;

2 – рост кристаллов из этих центров.

Кристаллы неправильной формы называют кристаллитами или зернами. Величина зерен зависит от скорости охлаждения. Чем больше скорость охлаждения металла, тем больше возникает в нем центров кристаллизации, и зерна получаются мельче.