Самостійна робота №4 Тема 2.1. Будова і властивості металів

План:

1.Атомно-кристалічна будова металів.

2.Анізотропність та її значення.

3.Алотропічні перетворення в металах.

4.Криві нагрівання й охолодження чистого металу і аморфного тіла.

5.Поняття про властивості металів.

6.Випробовування на твердість за методом Брінелля, Роквелла і Віккерса.

7.Основні відомості про випробування металу на міцність і в'язкість.

1.Атомно-кристалічна будова металів.

Дослідження свідчать, що атоми (іони) в металах просторово розташовуються в суворому порядку, утворюючи кристалічну решітку. Форма і тип кристалічної решітки визначаються характером взаємного розташування атомів у кристалі. Кожний тип кристалічної решітки може бути охарактеризований елементарною коміркою, під якою розуміють мінімальне угруповання атомів, яке відображає повну симетрію кристалу, і переміщуючи яку паралельно саму собі в просторі, можна побудувати весь кристал.

Кристалічні решітки, в яких частинки розташовані тільки у вершинах елементарної комірки, називаються простими (наприклад, куб). У складних кристалічних решітках з щільною упаковкою атомів частинки знаходяться не тільки у вершинах, але і в середині комірок чи на їх гранях.

Розміри елементарної комірки характеризують періодом, під яким розуміють відстань між паралельними атомними площинами, утворюючими елементарну комірку.

Іншими важливими характеристиками кристалічної решітки елементарної комірки є: координаційне число К, коефіцієнт компактності h і базис Б.

Під координаційним числом розуміють число атомів, мінімально рівновіддалених від даного атома.

Коефіцієнт компактності решітки визначається як відношення об’єму, зайнятого атомами в решітці, до усього об’єму решітки. Величини К і h характеризують щільність упаковки атомів у решітці. (Чим більша К і h, тим більша щільність решітки).

Під базисом решітки розуміють число атомів, яке припадає на одну елементарну комірку. Базис характеризує складність решітки.

Метали можуть мати різні типи кристалічних структур (решітка), але частіше інших зустрічаються слідуючи: об’ємноцентрована кубічна, гранецентрована кубічна і гексагональна щільно упакована.

Об’ємноцентрована кубічна (ОЦК) решітка має в елементарній комірці вісім іонів, розташованих у вершинах куба і один іон в його центрі. Характеризується ця решітка одним періодом – відстанню між центрами іонів, розташованих по одному ребру (період а ). Величина а для кожного металу має своє власне значення.

У гранецентрованій кубічній (ГЦК) решітці іони розташовані у вершинах куба і в центрі кожної грані. Центр куба залишається вільним. Кубічна гранецентрована решітка також характеризується одним періодом – довжиною ребра куба а. Цей тип решітки мають такі метали як мідь, нікель, алюміній, свинець, срібло, залізо при Т від 911оC до 1392оC та ін. У ГЦК кристалів К=12, h=0,74 і Б=4.

Період решітки металів, які кристалізуються у кубічній сингонії, знаходиться у межах (2,85 – 6,06)*10-10м.

Елементарна комірка гексагональної щільно упакованої (ГЩУ) решітки являє собою шестигранну призму. Іони розташовані у вершинах шестикутників і в їх ценрах. У середині призми утворено правильний трикутник з іонами в вершинах.

Гексагональна щільно упакована решітка характеризується двома періодами решітки: стороною шестикутника а і довжиною ребра с. Найбільша щільність упаковки досягається при співвідношенні параметрів с/а=1,633 (наприклад, титан, кобальт, цинк та інші метали). У гексагональній системі а≈(2,26 – 3,97)*10-10м і с≈(3,56 – 6,51)*10-10м, К=12, h=0,74 і Б=6.

Поняття анізотропії. Полікристалічна будова металів