- •Матеріалознавство
- •Передмова
- •Умови роботи обладнання переробної промисловості
- •Розділ 1. Матеріалознавство. Особливості атомно-кристалічної будови металів
- •1.2. Метали, особливості атомно-кристалічної будови
- •1.3. Поняття про ізотропію і анізотропію
- •1.4. Алотропія, або поліморфні перетворення
- •1.5. Магнітні перетворення
- •Розділ 2. Будова реальних металів. Дефекти кристалічної будови
- •2.1. Дефекти кристалічної структури
- •2.2. Дислокація, її утворення та види
- •Розділ 3. Кристалізація металів. Методи дослідження металів
- •3.1. Механізм та закони кристалізації металів
- •3.2. Будова металевого злитку
- •3.3. Методи дослідження металів: структурні і фізичні
- •3.4. Визначення хімічного складу
- •3.5. Вивчення структури
- •3.6. Фізичні методи дослідження
- •Розділ 4. Загальна теорія сплавів. Будова, кристалізація і властивості сплавів. Діаграма стану
- •4.1. Поняття про сплави і методи їх отримання
- •4.2. Особливості будови, кристалізації і властивостей сплавів: механічних сумішей, твердих розчинів, хімічних сполук
- •4.3. Класифікація сплавів твердих розчинів
- •Розділ 5. Механічні та експлуатаційні властивості металів
- •5.1. Механічні властивості і способи визначення їх кількісних характеристик: твердість, в'язкість, втомна міцність
- •5.2. Експлуатаційні властивості
- •Розділ 6. Залізовуглецеві сплави. Діаграма стану «залізо – вуглець»
- •6.1. Залізовуглецеві сплави
- •6.2. Компоненти і фази залізовуглецевих сплавів
- •6.3. Структури залізовуглецевих сплавів
- •Розділ 7. СталІ. Класифікація і маркування сталей
- •7.1. Вплив вуглецю і домішок на властивості сталей
- •7.2. Призначення легуючих елементів та їх розподіл у сталях
- •7.3. Класифікація і маркування сталей
- •Розділ 8. Чавуни. Будова, властивості, класифікація і маркування чавунів
- •8.1. Класифікація чавунів
- •8.2. Будова, властивості, класифікація і маркування сірих чавунів
- •8.3. Високоміцний чавун із кулькоподібним графітом
- •8.4. Ковкий чавун
- •Розділ 9. Кольорові метали і сплави на їх основі
- •9.1. Титан і його сплави
- •9.2. Алюміній і його сплави
- •9.3. Магній і його сплави
- •9.4. Мідь і її сплави
- •Розділ 10. Пластмаси й їх класифікація, властивість і галузь застосування
- •10.1. Загальні відомості про пластмаси й їх класифікація
- •10.2. Термопластичні пластмаси
- •10.3. Термореактивні пластмаси
- •10.4. Синтетичні еластоміри, каучук, гума
- •Розділ 11. Деревина та її властивості
- •11.1. Загальні відомості
- •11.2. Будова дерев. Види деревини
- •11.3. Фізичні і механічні властивості деревини
- •11.4. Матеріали і напівфабрикати із деревини
- •Розділ 12. Скло. Властивості та застосування
- •12.1. Загальні відомості
- •12.2. Технологія отримання скла
- •12.3. Марки скла
- •12.4. Властивості скла
- •12.5. Види скла за призначенням
- •Протипожежне скло – армоване скло. Розділ 13. Практичне застосування матеріалів у харчовій і переробній промисловостЯх
- •13.1. Вироби з чорних та кольорових металів
- •13.2. Неметалеві матеріали в переробній промисловості
- •13.3. Екологічна небезпека матеріалів у переробній промисловості
- •Організація та методика проведення лабораторних робіт
- •Лабораторна робота 2 металографічний аналіз металів та сплавів
- •Лабораторна робота 3 вивчення структури сталей та чавунів
- •Лабораторна робота 4 вивчення мікроструктури кольорових металів та сплавів
- •Лабораторна робота 5 вивчення властивостей пластмас
- •Лабораторна робота 6 Вивчення властивостей деревини
- •6.2. Будова деревини
- •6.2.1. Макроструктура
- •6.2.2. Мікроструктура
- •6.3. Фізико-механічні властивості
- •6.3.1. Визначення вологості деревини прискореним методом
- •6.3.2. Визначення середньої густини деревини
- •6.3.3. Визначення граничної міцності за стискання
- •6.3.4. Визначення граничної міцності за згинання
- •6.4. Контрольні запитання для захисту роботи
1.2. Метали, особливості атомно-кристалічної будови
З-поміж величезної кількості матеріалів метали з давніх часів завжди займали особливе місце.
Підтвердження цьому: в назвах епох (золоте, срібне, бронзове, залізне століття), на які греки ділили історію людства; в археологічних знахідках металевих виробів (ковані мідні прикраси, сільськогосподарські знаряддя); в побутовому використанні металів і сплавів в сучасній техніці.
Причина цього – в особливих властивостях металів, що вигідно відрізняють їх від інших матеріалів і роблять у багатьох випадках незамінними.
Метали – один із класів конструкційних матеріалів, що характеризується відповідним набором властивостей: «металевий блиск» (добра відбивна здатність), пластичність, висока теплопровідність, висока електропровідність.
Дані властивості обумовлені особливостями будови металів. Згідно теорії металевого стану, металом є речовина, що складається з позитивних ядер, навколо яких по орбітах обертаються електрони. На останньому рівні число електронів невелике і вони слабо зв'язані з ядром. Ці електрони мають можливість переміщуватися по всьому об’єму металу, тобто належати цілій сукупності атомів.
Таким чином, пластичність, теплопровідність і електропровідність забезпечуються наявністю «електронного газу».
Усі метали, що твердіють у нормальних умовах, є кристалічними речовинами, тобто укладання атомів у них характеризується відповідним порядком – періодичністю як у різних напрямах, так і у різних площинах. Цей порядок визначається поняттям «кристалічна решітка».
Іншими словами, кристалічна решітка – це уявні просторові ґрати, у вузлах яких розташовуються частинки, створюючи тверде тіло.
Елементарний осередок – елемент об’єму з мінімального числа атомів, багаторазовим перенесенням якого в просторі можна побудувати весь кристал.
Елементарний осередок характеризує особливості будови кристала. Основними параметрами кристала є (рис. 1.1):
розміри ребер елементарного осередку (а, в, с);
відстані між центрами найближчих атомів;
кути між вісями (α, β, χ);
координаційне число (К) вказує на число атомів, розташованих на найближчій однаковій відстані від будь-якого атома в ґратах;
щільність упаковки атомів у кристалічній решітці – об'єм, зайнятий атомами, які умовно розглядаються як жорсткі кулі. Її визначають як відношення об'єму, зайнятого атомами, до об'єму осередку (для об'ємноцентрованих кубічних ґрат – 0,68, для гранецентрованих кубічних ґрат – 0,74).
Класифікація можливих видів кристалічних решіток була проведена французьким вченим О. Браве; відповідно, вони отримали назву «Ґрати Браве».
Усього для кристалічних тіл існує чотирнадцять видів ґрат, розбитих на чотири типи;
примітивний – вузли ґрат співпадають із вершинами елементарних осередків;
базцентрований – атоми займають вершини осередків і два місця в протилежних гранях;
об'ємно-центрований – атоми займають вершини осередків і їх центр;
гранецентрований – атоми займають вершини осередків і центри всіх шести граней.
Рис. 1.1. Схема кристалічної решітки
Основними типами кристалічних ґрат є:
Об'ємно-центрована кубічна (ОЦК) (рис. 1.2 а): атоми розташовуються у вершинах куба і в його центрі (V, W, Ti, Fe).
Гранецентрована кубічна (ГЦК) (рис. 1.2 б): атоми розташовуються у вершинах куба і по центру кожної з 6 граней (Ag, Au, Fe).
Гексагональна, в основі якої лежить шестикутник: проста – атоми розташовуються у вершинах осередку і по центру двух основ (вуглець у вигляді графіту);
Щільноупакована з трьома додатковими атомами в середній площині (Zn).
Рис. 1.2. Основні типи кристалічних решіток: а – об'ємно-центрована кубічна; б – гранецентрована кубічна; в – гексагональна щільноупакована