1.1.3 Кристаллическое строение металлов.

Правильная форма свободно растущих кристаллов еще в 19 веке привела ученых к мысли о правильном расположении в пространстве атомов, образующих эти кристаллы. Применение рентгеновских лучей позволила получить экспериментальные доказательства этих представлений (1912г).

Впервые структуру металлов изучил выдающийся русский металлург П.П.Аносов. Он убедительно подтвердил, что все металлы имеют кристаллическое строение, а каждый кристалл состоит из атомов.

А томы располагаются в определенном порядке, по прямым линиям и плоскостям. Если мысленно провести через ряды атомов линии получим пространственную кристаллическую решетку, из нее можно выделить элементарный объем, который повторяется во всем объеме кристалла. Такой объем называется элементарной ячейкой или элементарной кристаллической решеткой вещества.

Для металлов характерны 3 типа элементарных кристаллических решеток.

1. Объемно-центрированный куб (ОЦК) – такую элементарную кристаллическую решетку имеют металлы – Cr, Mo, -Fe, V, W.

2. Гранецентрированный куб (ГЦК) – такую элементарную кристаллическую решетку имеют металлы – Ni, Cu, Au, γ – Fe.

3. Гексагональную элементарную кристаллическую решетку имеют металлы – Mg, Zn, Ti, Co.

Некоторые металлы имеют различное расположение атомов в кристалле в зависимости от температуры. Например: железо образует решетку ОЦК до t⁰ 910⁰C, и при t 1400 – 1535⁰ С, а в интервале 910÷1400⁰C образует решетку ГЦК.

Под элементарной кристаллической ячейкой понимается наименьшее количество атомов, которое при многократном повторении в пространстве образует пространственную кристаллическую решетку. Все выше сказанное относится к отдельным монокристаллам. Реальный металл состоит из многих кристаллов, имеющих такое же строение, как и монокристаллы, по-разному ориентированные в пространстве. Такое тело называется поликристаллическим.

1.1.4 Свойства кристаллов.

Атомы в кристаллах располагаются в определенном порядке. Это приводит к различному расположению и плотности атомов в разных кристаллографических плоскостях и направлениях. Например, в решетку ОЦК замечаем различную плоскость и порядок взаимного расположения атомов в плоскостях. Заметно также различие в частоте расположения атомов по направлениям A, B и C.

Так как свойства кристаллов в различных плоскостях и направлениях определяются частотой и характером взаимного расположения атомов, то свойства кристаллических веществ, и в частности металлов, будут различными в разных направлениях. Это особенность кристаллов называется анизотропией. Таким образом, анизотропией называется изменение свойств металлов (кристаллов) в зависимости от направления. Анизотропия имеет место в деформированном металле. Она тем больше, чем больше степень деформации. Это происходит, потому что при деформации зерна, деформируясь, вытягиваются в длину и в различных направлениях деформированного металла появляются различные свойства, т.е. имеет место анизотропия.

Эти свойства мы рассмотрели относительно монокристалла. Но ведь промышленные сплавы состоят из множества кристаллов, кристаллические решетки которых различно ориентированы в пространстве. Поэтому в любом направлении получаем усредненные свойства. Это независимость свойств от направления называется изотропией.

Таким образом, выяснили, что монокристаллы – анизотропные, а поликристаллы – изотропные. Но не все свойства зависят от направления, например: масса, плотность и объем тела. А механические, физические и химические характеристики зависят.