Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект лекцій з курсу “Матеріалознавство” .DOC
Скачиваний:
118
Добавлен:
04.11.2018
Размер:
2.57 Mб
Скачать

Тема I. Кристалічна будова металів

    1. Загальна характеристика металів

З відомих у даний час 110 елементів 76 є металами, яким у твердому і почасти в рідкому станах характерні такі властивості:

  1. висока тепло- і електропровідність;

2) позитивний температурний коефіцієнт електричного опору - з підвищенням температури опір чистих металів зростає; велике число металів (~30) має надпровідність - у цих металів при температурі, близькій до абсолютного нуля, опір стрибкоподібно падає практично до нуля;

3) термоелектронна емісія, тобто спроможність випускати електрони при нагріванні;

4) гарна відбивна спроможність; метали непрозорі і мають металевий блиск;

5) підвищена спроможність до пластичної деформації.

Всі метали і металеві сплави - тіла кристалічні: атоми (іони) розміщені в металах закономірно з утворенням кристалічної гратки.

Показані властивості характерні для металевого стану речовини, основною з яких є наявність вільних електронів. Металевий стан виникає в комплексі атомів, коли при їхньому зближенні зовнішні електрони втрачають зв'язок з окремими атомами, стають загальними, тобто колективізуються і вільно переміщаються по визначених енергетичних рівнях між позитивно зарядженими періодично розташованими в просторі іонами. Отже, стійкість металу, що представляє собою іонно-електронну систему, визначається електричною взаємодією між позитивно зарядженими іонами і колективізованими електронами. Така взаємодія одержала назву металевого зв'язку. Його сила визначається співвідношенням між силами відштовхування і силами тяжіння між іонами й електронами. Атоми (іони) розташовуються на такій відстані один від іншого, щоб енергія взаємодії була мінімальною (рис.1.1). Цьому становищу відповідає рівноважна відстань Ro. Зближення атомів (іонів) на відстань менше Ro або віддалення їх на відстань більше Ro можна здійснити лише при вчиненні певної роботи проти сил відштовхування чи притягування. При закономірному розташуванні атомів у металі з утворенням правильної кристалічної гратки буде реалізований стан з мінімальною енергією взаємодії атомів.

Характер зміни потенційної енергії атомів у кристалічній гратці показаний на рис.1/1. Атоми (іони) займають положення з мінімальною потенційною енергією. Атоми, які складають поверхневий шар, мають підвищену потенційну енергію за рахунок наявності некомпенсованих сил взаємодії (приймаючи сферичний характер силового поля навколо атома (іона)).

Метали - це полікристалічні тіла, які складаються з великого числа дрібних (1000…0,1 мкм), по-різному орієнтованих один відносно другого кристалів, які мають неправильну форму і називаються кристалітами або зернами.

Чисті метали у звичайному структурному стані мають низьку міцність і не забезпечують у багатьох випадках необхідних властивостей. Тому їх застосовують рідко. (Власне, поняття “чистий метал” умовне. Будь-який чистий метал у більшій чи меншій кількості містить домішки і, отже, повинен розглядатися як сплав. Надалі під терміном чистий метал ми будемо розуміти метал, який містить 99,99...99,999 % основного металу. Технічно чистий метал (99,5...99,9 % основного металу) отримується звичайними промисловими способами).

Найширше використовуються сплави - речовини, які отримують сплавленням, спіканням, рідше – осадженням, двох або більше металів або металів з неметалами. Вони мають характеристики, властиві металевому стану.

Розрізняють макроструктуру (будову металу чи сплаву, видиму неозброєним оком або при невеликому збільшенні - до 30 разів) і мікроструктуру (будову металу чи сплаву, яка спостерігається за допомогою мікроскопа при великих збільшеннях).

Макроструктуру вивчають за допомогою макрошліфів. Для їх отримання з великих заготовок (злитків, поковок тощо) або виробів вирізують темплети, поверхню яких шліфують, а потім травлять спеціальними реактивами. При дослідженні макрошліфа можна визначити форму і розташування зерен у литому металі; напрямок волокна (деформовані кристаліти) у поковках і штамповках; дефекти, які порушують суцільність металу (усадочна розпушеність, газові пухирі, раковини, тріщини тощо); хімічну неоднорідність сплаву, викликану кристалізацією чи створену термічним або хіміко-термічним обробленням.

Мікроструктура показує взаємне розташування фаз, їхню форму і розміри. Мікроструктуру вивчають на мікрошліфах. Для цього одну з площин зразка шліфують, полірують і травлять спеціальними реактивами. Мікроструктуру металів спостерігають у світловому або електронному мікроскопах. В останньому випадку готують не мікрошліф, а спеціальний об'єкт - фольгу або репліку. Корисне збільшення в оптичному мікроскопі не перевищує 2000 разів. Застосування великих збільшень марне,, тому що нові, дрібніші деталі структури не стають видимими, адже спроможність мікроскопа, обумовлена хвилястою природою світла, не змінюється.