1.Кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решёток.

Все тела состоят из атомов. Тела, в кото­рых атомы расположены беспорядочно, называютаморф­ными(стекло, канифоль, воск, смола и др.).Кристалли­ческие тела(все металлы и метал­лические сплавы), характеризуются упорядоченным рас­положением атомов. В металлах и металлических спла­вах атомы находятся в узлах пространственных кристал­лических решеток.

В процессе кристаллизации металлов и сплавов могут образовываться кристаллические решетки разного типа. Наиболее распространенными являются объемно-центрированная кубическая (рис.1, а) (К,V, Сr,Fе_а, Мо,W), гранецентрированная кубическая (рис.1, б) (Аl,Fe, Ni, Сu, Аg, Аu, Рb) и гексагональная решетки(рис.1, а) (Ве, Мg, Со,Zn, Тi). Гранецентрированная кубическая и гексагональная решетки характеризуются наиболее плотной упаковкой атомов и их компактным размещением.

Расстояния между соседними атомами в кристаллической решетке (параметр решётки) Рис.1

исключительно малы. Для их измерения пользуются особой единицей - ангстремом (А°), который ра­вен 1А°=10^-8см, или наномет­ром (1 нм=10^-9см).

2. Аллотропические превращения в металлах.

Некоторые металлы в твердом состоянии (железо, марганец, кобальт и др.) в зависимости от температуры нагрева могут иметь кристаллические решетки различ­ного строения и, следовательно, обладать различными свойствами. Это явление называется аллотропией, илиполиморфизмом.Кроме того, известен полиморфизм под влиянием температуры и давления. При нагреве до 2000 °С и давлении ~ 10¹⁰Па углерод в форме графита перекристаллизовывается в алмаз.

Аллотропические формы принято обо­значать буквами греческого алфавита: альфа, бета, гамма и т. д.

К металлам, не претерпевающим аллотропических превращений в твердом состоянии при нагревании и охлаждении, относятся алюминий, магний, медь и др. Большое число технически важных металлов (олово, цинк, никель, кобальт и др.) подвержено аллотропиче­ским изменениям.

3. Процесс кристаллизации. Дефекты кристаллического строения.

Кристаллизациейназывается образование кристаллов в металлах и сплавах при переходе из жидкого состояния в твёрдое (первичная кристаллизация), а также перекристаллизация в твёрдом состоянии (вторичная кристаллизация).

Про­цесс кристаллизации металла складывается из двух эле­ментарных процессов: образования центров кристалли­зации (зародышей) и роста кристаллов из этих центров. При температуре кристаллизации в жидком металле сначала образуются центры кристаллизации, причем их роль играют разные примеси, мельчайшие шлаковые и неметаллические включения. После образования заро­дышей атомы жидкого металла, расположенные беспо­рядочно, начинают располагаться вокруг этих зароды­шей и образуют кристаллы правильной геометрической формы. Так как кристаллизация начинается одновремен­но во многих местах и рост кристаллов идет по всем направлениям, то смежные кристаллы, сталкиваясь меж­ду собой, мешают свободному росту каждого. Это при­водит к тому, что кристаллы приобретают неправильную внешнюю форму, несмотря на их упорядоченное внутрен­нее строение. Кристаллы неправильной формы принято называть кристаллитами, полиэдрами, или зернами. Образовавшиеся реальные кристаллы имеют те или иные несовершенства (дефекты) кристал­лического строения, которые принято классифицировать по характеру их измерения в пространстве на точечные (нульмерные), линейные (одномерные),

Рис. 2. Точечные дефекты в кристаллической решетке:

а — вакансия; б — межузельный атом; в — примесный атом внедрения

поверхностные (двухмерные), объемные (трехмерные).

Наиболее распространены точечные. К ним относят вакансии(узлы в кри­сталлической решетке, свободные от атомов),межузельные атомы (атомы, находящиеся вне узлов кристалличе­ской решетки), а такжепримесные атомы(рис.2).