8.Атомно-кристаллическая структура металлов. Дефекты кристаллического строения металлов.

Для описания кристаллической структуры ме-таллов пользуются понятием кристаллической ре-шетки. Кристаллическая решетка -- это вообра-жаемая пространственная сетка, в узлах которой располагаются атомы (ионы), образующие ме-талл. Частицы вещества (ионы, атомы), из кото-рых построен кристалл, расположены в опреде-ленном геометрическом порядке, который перио-дически повторяется в пространстве. В отличие от кристаллов в аморфных телах (стекло, пласт-массы) атомы располагаются в пространстве бес-порядочно, хаотично.

Формирование кристаллической решетки в ме-талле происходит При пе-реходе металла из жидкого в твердое состояние расстояние между атомами сокращается, а силы взаимодействия между ними возрастают. Харак-тер взаимодействия атомов определяется строе-нием их внешних электронных оболочек. При сближении атомов электроны, находящиеся на внешних оболочках, теряют связь со своими ато-мами вследствие отрыва валентного электрона одного атома положительно заряженным ядром другого и т. д. Происходит образование свобод-ных электронов, так как они не принадлежат отдельным атомам. Таким образом, в твердом состоянии металл представляет собой структуру, состоящую из положительно заряженных ионов, омываемых свободными электронами.

Связь в металле осуществляется электростатическими силами. Между ионами и свободными электронами возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы. Такую, связь между частицами металла называют металлической.

Силы связи в металлах определяются силами отталкивания и силами притяжения между ио-нами и электронами. Ионы находятся на таком расстоянии один от другого, при котором потен-циальная энергия взаимодействия минимальна. В металле ионы располагаются в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Та-кое расположение ионов обеспечивается взаимодействием их с валентными электронами, кото-рые связывают ионы в кристаллической решетке.

1. Объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК)

2. Гранецентрированная кубическая решетка(ГЦК)

3. Гексоганально плотно упакованная решетка

Дефекты: точечные, линейные, поверхностные, объёмные. Точечные: внедрение, вакансия, вызывают искажения. Линейные: дислокации, определяют высокую пластичность материала, эффект имеет длину. Поверхностные: границы зёрен, резко повышают пластичность и снижают прочность материала. Объёмные – порог в металле, дефекты имеют объём. Зерно – кристалл неправильной формы.

9. Строение металлического слитка.

Кристаллы, образующие в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные (древовидные) кристаллы, получившие название дендритов (рис. 15). При образование кристаллов их развитие идет в основном в направлении перпендикулярном к плоскостям с максимальной плотностью упаковки атомов. В результате чего сперва появляются оси первого порядка, затем перпендикулярно к ним оси второго порядка, затем третьего и так далее. Дендритное строение характерно для макро- и микроструктуры литого металла (сплава).

У поверхности слитка, в результате большой скорости охлаждения образуется тонкий слой мелких равноосных кристаллов, затем по мере удаления от поверхности образуются зона удлиненных дендритных кристаллов по направлению отвода тепла, т.е. перпендикулярно стенкам изложницы. В случае медленного охлаждения могут образоваться в середине слитка равноосные зерна с дендритной структурой (рис.16). Хотя зона столбчатых кристаллов обладает высокой плотностью, на границах эта плотность резко уменьшается, что может привести к возникновению трещин при ковке или прокатке. Поэтому для малопластичных металлов, в том числе для стали, развитие столбчатых кристаллов не желательно. Наоборот, для получения более плотного слитка у пластичных металлов (например, меди и ее сплавов) желательно распространение зоны столбчатых кристаллитов по всему объему слитка. При фасонном литье стремятся получить мелкозернистую равноосную структуру.

Жидкий металл имеет большой удельный объем, чем твердый; поэтому в той части слитка, которая застывает в последнюю очередь, образуется пустота - усадочная раковина. Усадочная раковина обычно окружена наиболее загрязненной частью металла, в которой после затвердевания образуются микро- макропоры и пузыри.