Понятие о кристаллическом строениеи металоов моно- и поликристаллиты.
Особенность строения металлических веществ - все они построены из атомов, у которых внешние электроны слабо связаны с ядром. Это обусловливает и особый характер химического взаимодействия атомов металла, и металлические свойства.
Важной особенностью металлических материалов является то, что они имеют атомно-кристаллическое строение. В определенных местах кристаллической решетки располагаются положительно заряженные ионы, а наружные свободные электроны создают внутри металла как бы «электронный газ», который беспорядочно движется во всех направлениях.
Кристаллическое состояние характеризуется правильным, закономерным расположением частиц (атомов, молекул) в пространстве.
Кристаллическое строение можно представить себе в виде пространственной решетки, в узлах которой расположены атомы
Процесс кристаллизации при затвердевании жидкого (расплавленного) металла идет одновременно в очень большом количестве центров кристаллизации. В результате этого технический металл представляет собой не единый кристалл, а конгломерат зерен (кристаллитов), форма, размеры и направление кристаллографических осей которых зависят от условий кристаллизации и последующей обработки. Такое строение называется поликристаллическим
Тела, для всего объема которых характерно постоянство направления определенных кристаллографических плоскостей в пространстве (вне зависимости от внешней формы этого тела), называют монокристаллами.
2.Типы кристаллических решеток и их характеристики.
Так как атомы стремятся занять места максимально близко друг к другу, число вариантов их расположения (число типов элементарных кристаллических ячеек) невелико. для большинства металлических материалов характерны три типа элементарных кристаллических ячеек: объемноцентрированная кубическая (ОЦК), гранецентрированная кубическая (ГЦК), гексагональная плотноупакованная (ГПУ)
Элементарные кристаллические ячейки:
а – кубическая объемноцентрированная;
б – кубическая гранецентрированная;
в – гексагональная плотноупакованная
Объемноцентрированная кубическая кристаллическая решетка.
Характерна для таких металлов, как ванадий (V), вольфрам (W), молибден (Mo), ниобий (Nb), альфа-железо (Fe(α), тантал (Та), хром (Cr) и др. У ОЦК-решеток α = β = γ = 90 град., а параметры решетки a = b = c.
Одной из важнейших характеристик ЭКЯ является наличие кристаллографических плоскостей и направлений, наиболее плотноупакованных атомами (плотноупакованных плоскостей и направлений). Слоев (плоскостей) с плотнейшей упаковкой атомов в ОЦК решетках нет. Наиболее плотноупакованные плоскости в этом типе ЭКЯ – это плоскости (110) и близкие к ним по плотности упаковки плоскости (112), (113) и др. Плотноупакованным направлением является направление [111] – пространственная диагональ куба.
ОЦК решетка характеризуется малым объемом пустот, с чем связана малая растворимость примесей внедрения.
Гранецентрированная кубическая кристаллическая решетка
- алюминий (Al), медь (Cu), золото (Au), серебро (Ag), платина (Pt), свинец (Pb), никель (Ni), гамма-железо (Fe(γ) и др. У ГЦК-решеток α = β = γ = 90 град., параметры решетки a = b = c. Плотнейшеупакованными слоями в ГЦК решетке являются плоскости (111), а плотнейшеупакованными направлениями – [110] – диагонали плоскостей куба.
Объемы пустот в ГЦК решетке примерно в 1,45 раз больше, чем в ОЦК, что объясняет более высокую растворимость примесей в виде атомов внедрения.
Гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка - цинк (Zn), магний (Mg), альфа-титан (Ti(α)), бериллий (Be), кадмий (Cd) и др. У ГПУ-решеток параметры a = b ≠ c, соотношение осей c/a = 1,633. Плотнейше упакованными плоскостями являются плоскости базиса (основания шестиугольной призмы) (0001), а плотнейше упакованными направлениями диагонали оснований призмы – [1120]. Различия в энергетическом отношении между ГПУ и ГЦК решетками незначительное, они различаются порядком чередования плотноупакованных слоев. Эта последовательность может легко нарушаться во время роста кристалла и в процессе пластической деформации с образованием дефектов упаковки.