1. Аллотропические превращения в железе

Ответ: Все вещества, в том числе и металлы, могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. При переходе из одного агрегатного состояния в другое, происходящем при определенных температурах, называемых критическими, происходит резкое изменение свойств вещества. Процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое характеризуется образованием кристаллов, т.е. упорядочением расположения атомов в веществе, сопровождается выделением теплоты и называется Энергия взаимодействия первичной кристаллизацией. Но у некоторых металлов образовавшаяся кристаллическая решетка может изменяться, т.е. в твердом состоянии происходит перестройка одного типа элементарной ячейки в другой, что называется вторичной кристаллизацией, или аллотропией. Образующиеся формы металла называются модификациями и обозначаются буквами греческого алфавита (α, β, γ, δ и т.д.).

Рассмотрим аллотропические превращения, происходящие при нагреве (охлаждении) чистого железа. При тнмпературе t=768°С появляется первая горизонтальная площадка (поглощение тепла), отмечающая переход железа из модификации Feα в модификацию Feβ, при этом железо теряет свои магнитные свойства. При температуре 910°С железо переходит в модификацию Feγ, меняя при этом кристаллическую решетку. Наконец, при температуре 1400°С железо снова перекристаллизовывается, образуя модификацию Feδ, сохраняющуюся до температуры плавления 1539°С. Практически считают, что у железа имеются две основные модификации: низкотемпературная Feα и высокотемпературная Feγ, имеющие различные кристаллические решетки .

2. Особенности строения реальных металлов

Ответ: В кристаллической решетке реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Различают следующие структурные несовершенства:

точечные – малые во всех трех измерениях;

линейные – малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем;

поверхностные – малые в одном измерении.

Поверхностные дефекты представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или субзернами в поликристаллическом металле; к ним относятся также дефекты упаковки.

Линейные дефекты малы в двух измерениях, в третьем они могут достигать длины кристалла (зерна). К линейным дефектам относятся цепочки вакансий, межузельных атомов и дислокации. Дислокации являются особым видом несовершенств в кристаллической решетке. С позиции теории дислокаций рассматриваются прочность, фазовые и структурные превращения.

Точечные дефекты малы в трех измерениях и размерами приближаются к точке. Одним из распространенных дефектов является вакансия, т. е. место, не занятое атомом (дефект Шоттки). На место вакантного узла может перемещаться новый атом, а вакантное место - ”дырка” - образуется по соседству.

3. Строение сплавов

Ответ: При производстве металлических конструкций в строительстве и машиностроении применяют, в основном, сплавы, так как чистые металлы обладают низкой прочностью. Сплав – сложное вещество, образованное сплавлением нескольких элементов. Химические элементы, образующие сплав, называются компонентами. Сплавы могут состоять из двух, трех и более компонентов. прочность Металлические сплавы в жидком состоянии, как правило, однородны и представляют собой одну фазу. При переходе из жидкого состояния в твердое в сплаве могут образоваться несколько фаз. Фазой называют однородную часть неоднородной системы, отделенную от других ее частей поверхностью раздела. При кристаллизации могут образовываться следующие типы сплавов: механическая смесь (эвтектика), твердый раствор, химическое соединение. Механическая смесь (эвтектика) образуется в том случае, когда компоненты не обладают взаимной растворимостью в твердом состоянии. Это происходит, когда компоненты резко отличаются периодом кристаллической решетки. Для эвтектики характерно сохранение кристаллических решеток образующих компонентов и строго определенное процентное соотношение компонентов. Таким образом, количество фаз в эвтектике равно количеству компонентов, из которых состоит сплав.