Металл.
Основные виды кристаллических решеток металлов и сплавов, виды твердых растворов.
А |
Б |
В |
Г |
|
|
|
|
А – Кубическая плотно-упакованная (ПКУ);
Б – Объемно-центрированная кубическая (ОЦК);
В – Гранецентрированная кубическая (ГЦК);
Г – гексагональная плотноупакованная (ГПУ).
ОЦК – α-Fe, Cr, W.
ГЦК – γ-Fe, Al, Cu.
ГПУ – Mg, Zn.
Р-примитвная кубическая решетка. 1 атом на ячейку. Координационное число (КЧ)-число, котрое показывает число ближайших соседей у каждого атома, находящихся на одинаковых от него расстояниях. КЧ=6. Плотность заполнения решетки (коэффициент заполнения решетки) (У) ~50%.
I-объемноцентрированная кубическая решетка (О.Ц.К.). 2 атома на ячейку. КЧ=8. У~65%. Элемтарная О.Ц.К. представляет собой куб с 8 атомами в вершинах и 1 атом в центре на пересечении объемных диагоналей. Такой решеткой обладают a-железо,хром, молибден, вольфрам, ванадий, высокотемпературные b-модификации титана, циркония, гафния, литий, калий, натрий и др.
F-гранецентрированная кубическая решетка (Г.Ц.К.). 4 атома на элементарную ячейку. КЧ=12. У~72%. Представляет собой куб с ребром а. В вершинах куба находятся 8 атомов. Кроме того, в центре каждой из граней находится по одному атому. Г.Ц.К. имеет медь, никель, аллюминий, свинец, железо, паладий.
4. Гексагональная плотноупакованная решетка. Представляет собой правильную шестигранную призму с 12 атомами в вершинах. Внутри ячейки находятся еще 3 атома, расположенные в плоскости, проходящей по середине высоты призмы. Г.П.У. характеризуется двумя размерами: а и с. На ячейку 6 атомов. У~74%. КЧ=12. Такую решетку имеют магний, цинк, кадмий, берилий, низкотемпературные а-модификации титана, циркония, гафния, рений.
Дефекты кристаллического строения.
В кристаллах всегда имеются дефекты (несовершенства) строения, обусловленные нарушением правильного расположения атомов кристаллической решетки. Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на точечные, линейные поверхностные.
Атомы совершают колебательные движения возле узлов решетки, а с повышением температуры амплитуда этих колебаний увеличивается. Большинство атомов данной кристаллической решетки имеют одинаковую (среднюю) энергию и колеблются при данной температуре с одинаковой амплитудой. Однако отдельные атомы обладают энергией значительно большей средней энергии и перемещаются из одного места в другое. Наиболее легко перемещаются атомы поверхностного слоя, выходят на поверхность. Место, где находится такой атом, называется вакансией. На это место через некоторое время перемещается один из атомов соседнего слоя и т. д. Таким образом вакансия перемещается в глубь кристалла. К точечным дефектам относят также атом, внедренный в междоузлие кристаллической решетки, и замещенный атом, когда место атома одного металла замещается в кристаллической решетке другим, чужеродным атомом. Точечные дефекты вызывают местное искажение кристаллической решетки.
Линейные дефекты являются другим важнейшим видом несовершенства кристаллической решетки, когда в результате сдвига на одно межатомное расстояние одной части решетки относительно другой вдоль какой-либо плоскости число рядов атомов в верхней части решетки на один больше, чем в нижнем. В данном случае в верхней части решетки появилась как бы лишняя атомная плоскость (экстра-плоскость). Край экстра-плоскости, перпендикулярный направлению сдвига, называется краевой или линейной дислокацией, длина которой может достигать многих тысяч межатомных расстояний. Ширина дислокации мала и составляет несколько атомных расстояний.
Кристаллическая решетка в зоне дислокаций упруго искажена, поскольку атомы в этой зоне смещены относительно их равновесного состояния. Для дислокаций характерна их легкая подвижность. Это объясняется тем, что атомы, образующие дислокацию, стремятся переместиться в равновесное состояние. Дислокации образуются в процессе кристаллизации металлов, а также при пластической деформации, термической обработке и других процессах.
Поверхностные дефекты представляют собой границы раздела между отдельными кристаллами. На границе раздела атомы расположены менее правильно, чем в его объеме. Кроме того, по границам раздела скапливаются дислокации и вакансии, а также концентрируются примеси, что еще больше нарушает порядок расположения атомов. При этом сами кристаллы разориентированы, т. е. могут быть повернуты относительно друг друга на десятки градусов. Прочность металла может либо увеличиваться вследствие искажений кристаллической решетки вблизи границ, либо уменьшается из-за наличия примесей и концентраций дефектов. Дефекты в кристаллах существенно влияют на свойства металлов.
Виды дефектов:
0 – мерный дефект или точечный. Вакансии, межузельные атомы, атомы замещения, атомы внедрения.
1 – мерный дефект или линейный. Дислокации краевая и винтовая.
2 – мерный дефект или плоский. Границы зерен.
3 – мерный дефект или объемный. Микропустоты, микротрещены.