Министерство образования и науки Российской Федерации

СТИ НИТУ МИСиС

Оскольский политехнический колледж

М. Г. Подкопаева

Материаловедение

Конспекты лекций

для студентов специальностей

150401 Металлургия чёрных металлов

150412 Обработка металлов давлением

151901 – Технология машиностроения

151031 – Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)

Старый Оскол – 2012

1. Физико-химические закономерности формирования структуры металлов и сплавов.

1.1. Cтроение металлов и сплавов, особенности формирования их структуры.

Наиболее характерные свойства металлов

1. Высокая электро- и теплопроводность.

2. Положительный температурный коэффициент электросопротивления (т.е. повышение электросопротивления при нагреве.)

3.Способность к термоэлектронной эмиссии (т.е. испускание электронов при нагреве)

4.Повышенная способность к пластической деформации.

5.Повышенная отражательная способность.

Твёрдые металлы в обычном состоянии имеют кристаллическое строение (т.е. упорядоченное расположение атомов). В жидком состоянии металлы имеют аморфное строение (т.е. неупорядоченное расположение атомов). Аморфное строение у твёрдых металлов можно получить в результате сверхбыстрой кристаллизации со скоростью 10³-10^9оС/сек. Особенностью металлов является слабая связь внешних электронов со своим ядром. Такие электроны способны отрываться от своего ядра и выходить в межатомное пространство, образуя электронный газ. Таким образом, все металлы состоят из упорядоченно расположённых положительно заряженных ионов и электронного газа. Атомы удерживаются на определённом расстоянии благодаря металлической связи – взаимному притяжению ионов и электронного газа и взаимному отталкиванию соседних ионов.

Кристаллическая решётка – это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой находятся атомы.

Элементарная кристаллическая решётка – это наименьший объём кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объёме.

Типы кристаллических решёток металлов.

1.Объёмноцентрированая кубическая (ОЦК) (количество атомов на 1 ячейку – 1/8*8+1= 2)

2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК) (количество атомов – 1/8*8+1/2*6=4)

3. Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (количество атомов – 1/6*12+1/2*2+3=6)

Рис.1 Кубическая Кубическая Гексагональная

объёмноцентрированная гранецентрированная плотноупакованная

Дефекты кристаллических решёток металлов.

1.Точечные

а) Вакансия

б) Межузельный атом.

Рис.2 Точечные дефекты кристаллических решёток

2.Линейные

а) Краевая дислокация

Рис. 3. Краевые дислокации: а - сдвиг, создавший краевую дислокацию; б — пространственная схема краевой дислокации; в, г — схема расположения атомов у дислокации; в — положительной, г — отрицательной

б) Винтовая дислокация.

Рис.4. Винтовая дислокация:

а-сдвиг, создавший винтовую дислокацию; б — расположение атомов

3.Поверхностные дефекты представляют собой неправильные границы раздела между соседними кристаллами в результате их поворота относительно друг друга (рис.5).

В связи с различным расстоянием между атомами внутри каждого кристалла металла наблюдается анизотропия (различие) свойств в разных направлениях.

Все металлы – тела поликристаллические (т.е. состоят из большого количества различно ориентированных кристаллов), поэтому в целом свойства металлов изотропны (одинаковы) в различных направлениях.

Рис.5 Поверхностные дефекты

Полиморфизм (аллотропия) – это способность металла испытывать изменение кристаллической решётки при определённых температурах.

Температуры, при которых в металле происходят превращения, называются критическими точками.

К полиморфизму склонны железо, титан, олово, марганец и др.