1. Понятие о металлах. Природа металлической связи. Основные свойства металлов. Роль русских ученых в развитии науки о металлах.

Материаловедение – это наука, изучающая строение и свойства материалов(или металлов?), устанавливает связь между их составом, структурой и свойствами. Первые зачатки этой науки были заложены великим русским металлургом П.П.Аносовым (1799-1851). Он работал на заводе в г.Златоусте. Он впервые использовал микроскоп, разрабатывал способ производства качественной стали, раскрыл секрет качественной стали. Дмитрий Константинович Чернов: 1868- первый доклад (при нагреве сталь меняет свою структуру). Его назвали отцом металлургии. Создал диаграмму состояния углерода. Александр Александрович Бочва(?): в 1934 амер. Перс. Обнаружил аномальную пластичность сплавов (Al-Zn), ввел термин «сверхпластичность».

Металлы – вещества, обладающие характерным блеском, в той или иной степени присущей всем Ме, и пластичностью. Кроме того все Ме обладают высокой электро- и теплопроводностью, положительным температурным коэффициентом линейного расширения, термоэлектронной эмиссией, около 30 Ме сверхпроводимостью. Особенность строения - все построены из таких атомов, у которых внешние электроны слабо связаны с ядром. Это наличие свободных электронов и обуславливает высокую электро- и теплопроводность. Для Ме характерно наличие металлической связи, когда положительно заряженные ионы образуют плотную, но пластичную кристаллическую решетку. При металлической связи возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы. Ионы в твердых металлах располагаются на таком расстоянии друг от друга и в таких точках пространства, в которых силы притяжения и отталкивания взаимно уравновешиваются, но каждый металл имеет определенную прочность и не рассыпается, так как силы притяжения преобладают над силами отталкивания. Наличие металлической связи объясняет многие свойства металла: каждый Ме состоит из одинаковых атомов, поэтому расстояния между этими точками пространства в разных направлениях должны быть одинаковыми и для каждого Ме своими. Это приводит к тому, что атомы и «+» ионы располагаются в пространстве закономерно, образуя правильную кристаллическую (пространственную) решетку, что соответствует минимальной энергии взаимодействия атомов.

2. Газообразное, жидкое и твердое состояния. Термодинамическая функция энергетического состояния системы.

3. Кристаллизация металлов. Изменение свободной энергии при кристаллизации. Критический зародыш.

Подавляющие большинство металлов получают путем кристаллизации из жидкого состояния.

При переходе метала из жидкого состояния в кристаллическое образуются кристаллы. Процесс этот называется кристаллизацией. Металл стремиться перейти в термодинамически более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией.

В процессе кристаллизации закладываются основные особенности поликристаллического состояния металла. В процессе кристаллизации формируется реальная структура, характеризующаяся низкими экскурсионными свойствами металла, которые потом исправляются обработкой давлением или термической обработкой, а так же их сочетанием. Состояние любого вещества определяется температурой и давлением. При постоянном давлении, если детали находятся на земной поверхности, где единственным изменением параметром вещества будет температура, которая влияет на состояние вещества не непосредственно, а через термодинамические характеристики. F- основанная характеристика состояния вещества, называемая энергией Гиббса, которая представляет собой ту часть ионной энергии вещества, которая может изменяться в различных процессах и может превращаться в работу.

F=U–TS+PV, гдеU– полная внутренняя энергия вещества, Т – абсолютная температура,S– энтропия (вероятность пребывания вещества в данном состоянии)или показывает число способов, которыми система может придти в данное состояние,P– давление,V– объем. Свободная энергия с увеличением температуры уменьшается по кривой, так как теплоемкость жидкого состояния больше теплоемкости твердого состояния одного и того же вещества одинакового состава. При какой тоt₀свободная энергия жидкого состояния и твердого будут равны и могут существовать сколь угодно долго. При повышенииt>t₀ вещество плавится, при понижении – кристаллизуется. В жидком металле атомы не расположены хаотично, как в газообразном состоянии, но в тоже время в их расположении нет той правильности, которая характерна для сложного кристаллического тела. Когда атомы сохраняют постоянные межпластинчатые расстояния и угловые соотношения на больших расстояниях, то это называется дальним порядком.

Микрообъемы, возникшие с правильным расположением атомов в жидком сплаве могут существовать некоторое время, а потом они рассасываются и возникают вновь в других местах. С понижением tразмеры этих микрообъемов увеличиваются и постепенно металл кристаллизуется. Зародыши, возникшие в процессе кристаллизации могут быть разной величины. Зародыш может расти только в том случае, если он достиг определенной величины, начиная с которой его рост ведет к уменьшению энергии Гиббса. Минимальный размер зародыша, способный к росту при данных температурных условиях называется критическим размером зародыша.