1. Классификация 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.

2. Кристаллическое строение металла.

Металлы, описываемые пространственной кристаллической решеткой, под которой понимают наименший комплекс атомов, при многократной трансляции которых по всем направлениям воспроизводится пространственная кристаллическая решетка.В узлах кристаллической решетки располагаются атомы.

Пространственную кристаллическую решетку легче всего представить в виде элементарной кристаллической ячейки. Ячейка – это та часть решетки, при многократной трансляции которой она и воспроизводится.

Три основные вектора элементарной ячейки называются трансляционными плоскими осевыми единицами.

Абсолютная величина трансляции – это период кристаллической решетки.

Период кристаллической решетки измеряют в анкстреммах

1А=10^-8 см или в кХ (килоиксах), так называемых кристаллографических анкстреммах.

1кХ=1,00202 А

На одну элементарную ячейку приходится различное количество атомов; при чем атомы занимают определенные места в ячейке.

В зависимости от расположения атомов в ячейке различают простые, кубические, объемно-центрированные кубические, гранецентрированные кубические, гексагональные решетки.

1.Простая решетка представляется в виде куба, в узлах которой располагаются атомы.

П ростейшая решетка описывается одним параметром, которым является ребро куба а.

2.Объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК) представляет собой также куб, внутри которого дополнительно расположен еще один атом.

Параметры решетки определяются длиной ребра куба а.

3.Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК) представляет собой куб, В центре каждой грани которого расположены дополнительно по одному атому.

4.Гексагональная плотно упакованная решетка. В отличие от кубической характеризуется двумя параметрами а и с.

В случае, если отношение с/а=1,666, то решетка считается плотноупакованной, а иначе – неплотно упакованной.

Примеры:

ОЦК – вольфрам, молибден, железо Fe_;

ГЦК – алюминий, медь, никель, железо Fe_;

ГПУ – бериллий … .

Некоторые металлы, например индий, имеют тетрагональную решетку.

Свойства металлов при прочих равных условиях определяются типом кристаллической решётки, т.е. количеством атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку. На простую ячейку приходит с один полный атом.

На ОЦК ячейку приходится два атома: один атом вносится атомом и один принадлежит только этой ячейке.

Для ВЦК на одну ячейку приходится четыре атома.

Плотность кристаллической решетки определяется, так называемым координатным числом. Под координатным числом понимается число атомов, находящихся на кратчайшем расстоянии от данного атома. Для ОЦК решетки К=8, для ГЦК – К=12 и для ГПУ – К=12.

От величины координатного числа зависит компактность (плотность укладки) кристаллической решетки. Так в простой кристаллической решетки плотность укладки атомов в ячейке составляет менее 50%. В ОЦК – 50%, в решетках с координатным числом 12 – порядка 75%.

3. Анизотропия кристаллов. Квазитропия св-в сплавов. Анизотропия – св-ва неодинаковы по разным направлениям. Изотропия – св-ва одинаковы. Квази – почти одинаковы.

Кристаллы обладают анизотропией вследствие того, что по разным направлениям разное кол-во атомов.

Разные векторные св-ва: электропроводность, пластичность.

Реальные металлические материалы состоят из мн-ва зерен, разориентированных др отн друга на любые углы. Зерна – это реальные кристаллы.

Св-ва будут примерно одинаковы, если стр-ра равноосная (зерна имеют округлый характер).

Под действием внешних факторов может в структуре появиться текстура – зерна вытянуты вдоль какой-то оси.

I -I – ось структуры.

В разных направлениях пересекается различное кол-во зерен.

Текстура появляется после пластической деформации, а также при некоторых условиях литья. Внутри зерна могут быть более мелкие крист образования, разориентированные на очень малые углы. Если углы до 2⁰, то такие крист образования наз-ются полигоны (фрагменты). Внутри фрагментов могут быть еще более мелкие образования (блоки). Трехступенчатое строение не обязательно. Во всех случаях считают, что границы этих образований наиболее дефектны.