Материаловедение

Несмотря на все более широкое использование неметаллических материалов, металлы и сплавы останутся и в ближайшем бедующем основным конструкционным и инструментальным материалом. Поэтому в курсе “Материаловедение” основное внимание уделено металлам.

Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определенным набором свойств:

- «металлический блеск» (хорошая отражательная способность);

- пластичность;

- высокая теплопроводность;

- высокая электропроводность.

(В таблице Менделеева около 80 % металлы)

Благодаря многообразию обладают очень широким диапазоном свойств:

Температура плавления: Ртуть - -38,97ºС; Вольфрам - 3422 ºС

Плотность: Литий – 534 кг/м³; Осьмий – 22500 534 кг/м³

Электропроводность: Серебро – наилучшая; Титан – в 300 раз ниже

1. Классификация металлов

Все металлы и сплавы принято делить на две группы:

Черные металлы имеют темно - серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления, относительно высокую твердость и во многих случаях обладают полиморфизмом.

Цветные металлы чаще всего имеют характерную окраску: красную, желтую, белую. Обладают большой пластичностью, низкой твердостью, относительно низкой температурой плавления, для них характерно отсутствие полиморфизма.

Черные металлы в свою очередь можно подразделить на:

- железные (Fe, Co, Ni) – ферромагнетики и Mn

- тугоплавкие (Cr, W, Mo, Ta) - t_пл > 1540 ^оС (Железо)

- урановые (актиноиды)

- Редкоземельные металлы (РЗМ) – (лантан, церий, неодим, празеодим и др.), объединённые под названием лантаноидов, и сходные с ними по свойствам иттрий и скандий;

- щелочноземельные (К,Са, Na)

Цветные металлы:

- легкие металлы (Mg, Ве, Аl, Ti);

- благородные (Ag, Au, Pt, Pd, Родий)

- легкоплавкие (Zn (410 C), Pb (327 C) , Sn (232 C))

2. Кристаллическое строение металлов

Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность

обеспечиваются наличием «электронного газа».

Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.

Кристаллическая решетка - это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов,

многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.

Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются:

- размеры ребер элементарной ячейки. a, b, c – (периоды решетки) – расстояния между центрами ближайших атомов.

В одном направлении выдерживаются строго определенными.

Для характеристики используют 1А = 10^-8 см = 0,1Нм

- углы между осями.

Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток.

В металлах распространены следующие виды кристаллических решеток:

1. Простая кубическая

2. Объумно-центрированная

3. Гране-центрированная

4. Гексагональная плотноупакованная