Полиморфизм железа.
Полиморфизм – способность вещества иметь различные типы кристаллических структур в твердом состоянии при различных температурах. Различные кристаллические формы называются полиморфными модификациями
Рис.2 Кривая охлаждения чистого железа и его полиморфные модификации
кристаллическая решетка железа в интервале температур от 0 до 768 град С – ОЦК (Fe-α); от 768 до 911 град С - ОЦК (Fe-β); от 911 до 1392 град С - ГЦК (Fe-γ); от 1392 до 1539 град С ОЦК (Fe-δ); 1539 – расплав железа. При этом происходит скачкообразное изменение свойств материала. Полиморф-ное превращение также называют перекристаллизацией. Если нагрев металла проведен до температуры, немного превышающей температуру полиморфного превращения (критической точки), получается очень мелкое зерно. Это явление используется в практике термической обработки металлов.
Дефекты кристаллического строения и их влияние на прочность металлов и сплавов.
В реальном кристалле всегда имеются дефекты строения.
Точечные дефекты: вакансии, межузельные атомы и чужеродные атомы внедрения. Эти дефекты появляются в кристаллах при любой температуре выше абсолютного нуля в результате тепловых колебаний. Линейные дефекты: дислокации. Краевые дислокации – край атомной полуплоскости внутри кристаллической решетки (экстраплоскость); винтовые дислокации – условная ось внутри кристалла, относительно которой закручиваются атомные плоскости в процессе кристаллизации.
Поверхностные дефекты – поверхности раздела между зернами и блоками, из которых состоят зерна. Различие зерен и блоков состоит в различной пространственной ориентации кристаллической решетки. Границы блоков образованы дислокациями.
Рис. 9. Типы точечных дефектов решеток
Классификация металлов. Распространенность в природе. Характерные свойства металлов.
Все металлы условно поделены на черные и цветные. Черные металл обычно имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Некоторые из них (железо, титан, кобальт, марганец, цирконий, уран и др.), обладают полиморфизмом (аллотропией). Наиболее типичным черным металлом является железо.
Цветные металлы имеют красную, желтую, белую окраску. Они обладаю большой пластичностью, малой твердостью, низкой температурой плавления. Известно, что олово имеет полиморфизм. Типичный представитель – медь.
К черным металлам относятся:
− железные металлы – железо, кобальт, никель, марганец;
− тугоплавкие металлы; имеют температуру плавления выше чем у железа, т.е. более 15390С
- титан, ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам, технеций, гафний, рений;
− урановые металлы (актиноиды) – торий, актиний, уран, нептуний, плутоний и др. (с 89 до 103 элемента);
− редкоземельные металлы (с 57 -71 элементы), лантан, церий, ниодим и д.р.;
− щелочноземельные металлы
- литий, натрий, кальций, калий, рубидий, стронций, цезий, барий, франций, родий, скандий.
К цветным металлам относятся:
− легкие – бериллий, магний, алюминий;
− благородные металлы
- рутений, радий, палладий, осмий, иридий, платина, золото, серебро и полублогородная медь;
− легкоплавкие металлы – цинк, кадмий, ртуть, галлий, индий, талий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьма, висмут.
Большая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические соединения. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия. Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Золото, серебро и платина относятся также к драгоценным (благородным) металлам. Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде, растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).
Характерные свойства металлов
Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)
Хорошая электропроводность
Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако некоторые металлы, например германий и висмут, непластичны)
Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)
Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
Большая теплопроводность
В реакциях чаще всего являются восстановителями