Глава 1. Кристаллическое строение металлов.

§ 1. Основные типы кристаллических решеток и их характеристики.

Всего существует 14 типов кристаллических решеток. Мы же будем рассматривать только 4.

1. Кубическая объемоцентрированная (оцк).

(таким типом кристаллической решетки обладают тугоплавкие металлы: )

где соответственно «железо» и «титан» (модификации).

Параметры:

1). Å (ангстрем), 1 Åсм.

2). Координационное число ()- число ближайших соседей атома. Для ОЦК: .

3). Базис- число атомов, приходящееся на одну элементарную ячейку.

(учитываем что угловые атомы принадлежат и соседним ячейкам).

4). Коэффициент компактности:

Учитывая, что , получаем следующее выражение для коэффициента компактности:

5). Радиус поры (поры занимают углерод, кислород, водород).

2. Кубическая гранецентрированная (гцк).

1). Å.

2). .

3).

4).

5).

Таким типом кристаллической решетки обладают

3. Гексогональная плотноупакованная (ГПУ).

1).

2).

3).

4).

5).

(Три атома в центре расположены в плоскости, параллельной основанию).

Подобную кристаллическую решетку имеют малопластичные металлы .

4. Тетрагональная решетка.

Образуется после некоторых видов термической обработки (например, после закалки).

§ 2. Полиморфизм (аллотропия).

Полиморфизм- способность металла изменять тип кристаллической решетки в зависимости от температуры.

Например, для железа:

Для титана:

Полиморфизм проявляется также у ,.

14.09.07.

§ 3. Дефекты кристаллического строения.

1). Классификация:

– точечные дефекты;

– линейные дефекты;

– поверхностные дефекты;

– объемные дефекты;

Рассмотрим каждый класс дефектов отдельно:

а). Точечные дефекты:

1. Вакансия (пустое незанятое атомное место в кристаллической решетке).

С увеличением температуры число вакансий возрастает. Это связано с амплитудой колебания атомов.

при : вакансия на атомов

при : вакансия на атомов

Изобразим вакансию:

Вокруг вакансии образуется поле упругих искажений кристаллической решетки. Атомы смещены на доли межатомного расстояния.

Вакансии играют большую роль в диффузионных процессах так как диффузия осуществляется за счет обмена местами вакансии с ближайшим атомом.

2. Замещающий атом.

и – металлы разных типов.

Для данного рисунка .

Атом кристаллической решетки может быть замещен каким-либо атомом иной природы. Из-за разности атомных размеров в решетке возникнут искажения.

3. Внедренный атом (атом в междоузлии).

При значительной пластической деформации или в результате радиационного облучения атом может быть выбит из своего места и располагаться в междоузлии.

§ 4. Влияние точечных дефектов на свойства.

Точечные дефекты не оказывают практически никакого влияния на механические свойства. Но зато влияют на физические. С увеличением числа точечных дефектов возрастает электросопротивление и уменьшается электропроводность.

В магнитомягких материалах с уменьшением числа точечных дефектов снижается коэрцетивная сила.

- коэрцетивная сила

б). Линейные дефекты.

Их размеры в двух поперечных направлениях малы, однако протяженность (длина) составляет многие тысячи параметров решетки.

– дислокации (подвижные дефекты). Могут перемещаться под действием приложенной нагрузки.

Существует сложная теория дислокации, теория упругости.

Дисклокации бывают краевые и винтовые.

Краевая дислокация.

экстраплоскость.

Красным цветом на рисунке выделена

область искажений.

В зависимости от обозначения на рисунке

различают следующие дислокации:

положительная дислокация

T – отрицательная дислокация

При встрече двух дислокаций разных знаков происходит их аннигиляция (взаимное уничтожение).

Винтовая дислокация.

Винтовая дислокация- это линия, вокруг которой атомные плоскости закручены по винтовой поверхности.

в). Поверхностные дефекты.

Металл представляет собой поликристалл (тело, состоящее из множества кристаллов, которые по разному повернуты друг к другу).

Граница зерен представляет собой слой атомов, кристаллографическое положение которого не связано ни с одним из кристаллов. Кристаллы по-разному повернуты. Ширина границы зерен достигает 2-3 межатомных расстояния, а длина на несколько порядков превышает ширину.

По границам зерен скапливается множество точечных дефектов. Из-за высокой концентрации вакансий у границ по границам зерен развивается преимущественная диффузия. Иными словами, по границам зерен больше вакансий, чем в теле зерна, следовательно по границам диффузия осуществляется легче, чем в теле зерна.

Границы зерен являются препятствиями для движения дислокаций. Дислокация не может перейти из одного зерна в другое! Дислокации скапливаются у границ, формируя напряжение.

И именно граница зерен является поверхностным дефектом.