1.2. Кристаллическое строение металлов и сплавов. Типы кристаллических решеток. Их характеристика.
Все вещества в природе могут иметь аморфное или кристаллическое строение.
Аморфное строение характеризуется хаотичным расположением атомов относительно друг друга.
Кристаллическое состояние характеризуется строго упорядоченным расположением атомов, в этом случае говорят о наличии кристаллической решетки определенного типа.
У металлов и сплавов существует 3 типа кристаллических решеток:
(изображены на рис. )
1) |
ОЦК- объемно-центрированная кубическая - атомы (ионы) металла расположены в вершинах куба, а один атом (ион) - в центре его |
Характерен: Feα, W, V, Mo. Б =1/8∙8+1=2 Г =8 Q=0,68% |
2)
|
ГЦК- гранецентрированный куб - атомы (ионы) металла расположены в вершинах куба и в центре каждой из его граней |
Feγ, Al, Cu, Ni, Pb. Б=1/8∙8+1/2∙6=4 Г=12 Q=0,74% |
3)
|
ГПУ- гексагональная плотно упакованная решетка - 12 атомов расположены в вершинах шестигранной призмы, 2 -в центре оснований и 3 -в среднем сечении |
Mg, Zn, Cd Б=6 Г=12 Q=0,74% |
[температурные модификации химических элементов обозначаются в виде букв греческого алфавита: α,β,γ,δ]
Каждой температурной модификации соответствует определенный тип кристаллической решетки; при нагреве или охлаждении химического элемента наблюдается смена типа кристаллических решетки, что приводит к изменению свойств элемента.- этот процесс называется полиморфизмом (или аллотропией)
Кристаллическая решетка характеризуется:
I Параметр кристаллической решетки - расстояние между двумя атомами.
Для металлов и сплавов на их основе: α~2,5-5,5 Ȧ, где 1Ȧ=10-10м
II Базис(Б) – число атомов формально принадлежащих элементарной кристаллической ячейке: с/α=1,633
III Координатное число(Г) – число атомов находящихся на наиболее близком и равноудаленном расстоянии друг от друга.
IV Коэффициент компактности(Q) – показывает сколько процентов занимают атомы:
Q=Vатомов/Vэл.крист.реш.
1.3. Строение и свойства сплавов железо-углерод. Твердые растворы, механические смеси, химические соединения.
Сплав – вещество полученное сплавлением двух и более химических элементов(компонентов).
Компонент преобладающий в сплаве – основной, другие компоненты называются примесями или легирующими.
При сплавлении вещества могу образовываться:
1Твердые растворы замещения,
2 Твердые растворы внедрения.
2) Механические смеси.
3) Химические соединения.
Твердые растворы замещения - образуются в результате оплавления двух химических элементов обладающих схожими:
валентностями
размерами атомов
типами кристаллической решетки
в результате сплавления тип кристаллической решетки не меняются, свойства меняются незначительно.
Твердые растворы внедрения - возникают в результате сплавления химических элементов у которых наблюдается несовпадения в ряде параметров, например: Feα – это раствор внедрения углерода в железо => α -модификация
В результате такого сплавления вещество обладает типом кристаллической решетки основного компонента сплава, механические свойства меняются значительно.
Механические смеси- могут образовываться из расплавленного состояния (из однородной жидкой фазы) и называется эвтектическими механическими смесями (эвтектика);
- могут образовываться при охлаждении из твердой фазы, в этом случае они называются эвтектоидными (эвтектоид).
Например: для железоуглеродистых сплавов примером эвтектики может служить Л- ледобурит – эвтектический чугун. А примером эвтектоидной механической смеси П- перлит-эвтектоидная сталь.[примером механической смеси могут служить сплавы Ме с Ме, Ме с неМе]
Свойства сплавов значительно отличаются от свойств компонентов входящих в сплав.
Химические соединения - в результате возникает новый тип кристаллической решетки(отличный от типов решеток компонент), свойства меняются весьма значительно. Химическим соединениям присуще постоянство химического состава, вплоть до t плавления(т.е. при нагреве не наблюдается повышение растворимости хим.элементов друг в друге).