1. Дефекты кристаллического строения металлов.

В металлах встечается большое количество деффектов кристаллического строения, которые оказывают влиянте на свойство материалов.

Виды дефектов:

1 . Точечные дефекты малы во всех измерениях и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров. К точечным относятся:

а) Вакансии (дефекты Шотки) – узлы решётки, в которых атомы отстутствуют.

б) Межузельные атомы (дефекты Френгеля)(переход атома из узла в междоузлие – такие атомы называются дислоцированными).

В обеих случаях наблюдается искажение/искривление кристаллической решётки.

Точечные дефекты влияют на электропроводимость, магнитные свойства, на фазовые превращения в металлах и сплавах.

2. Линейные дефекты.

Имеют малые размеры в 2х измерениях и большую протяжённость в 3м измерении. Эти несовершенства называются дислокациями.

АС – плоскость скольжения, по которой дислокация перемещается, b – вектор сдвига.

Дислокации представляют собой локализованное искажение кристаллической решётки, вызванное наличием в ней «лишней атомной полуплоскости» (экстраплоскости), перпендикулярные плоскости чертежа PQ.

Винтовая дислокация - это прямая линия EF, вокруг которой атомные плоскости изогнуты по винтовой поверхности, т.е. в этом случае кристалл можно рассматривать как состоящей из одной атомной плоскости, закрученной в виде винтовой поверхности.

Основной характеристикой дислокации является величина плотности дислокации, обозначается ρ . (суммарная длинна плотности дислокации приходящаяся на единицу объёма)

3. Поверхностные дефекты

П од поверхностными дефектами понимают такие нарушения в кристаллической решётке, которые обладают большой протяжённостью в двух измерениях, и протяжённостью лишь в несколько атомных расстояний в третьем измерении. Поверхностные (плоские) дефекты представляют собой поверхности раздела между отдельными зёрнами или их блоками (субзёрнами) поли-кристаллического материала.

П од дефектами упаковки подразумевают локальные изменения расположения плотноупакованных плоскостей в кристалле. Двойникованием (образование двойников) называют симметричную переориентацию областей. Решётка внутри двойниковой прослойки является зеркальным отображением решётки в остальной части кристалла.

4. Объёмные дефекты.

Это те, которые имеют размеры в 3х измерениях: несплошности, пустоты, поры, неметаллические включения, трещины макро и микро, остаточные напряжения и так далее.

2. Фазовый состав сплавов.

Металлы в чистом виде применяются редко, чаще используются сплавы. При сплавлении 2х и более компонентов в результате их взаимодействия могут образовываться различные фазы. Фаза – однородная часть системы (сплава), которая характеризуется определённым составом, типом кристаллической решётки, своими свойствами и отделена от других фаз границей раздела.

В сплавах возможно присутствие следующих фаз: Жидкий раствор; Твёрдые/чистые металлы; Твёрдые растворы; Химические соединения.

В жидких растворах компоненты неограниченно растворимы. В твёрдом состоянии могут образовываться твёрдые растворы ограниченной и неограниченной растворимости. Компонент, в котором растворяется другой компонент, называется растворителем, а что растворяется – растворённым веществом.

Твёрдые растворы имеют решётку элемента растворителя. Две или несколько фаз в твёрдом состоянии могут образовывать между собой механические смеси.

Твёрдые растворы

Существует 2 вида твёрдых растворов: твёрдые растворы замещения и твёрдые растворы внедрения.

Т вёрдые растворы замещения могут быть переменного состава, а так же число замещенных атомом может меняться в широких пределах. Обозначаются эти растворы α, β, γ и так далее. Твёрдые растворы замещения образуются в тех системах, если размеры атомных радиусов компонентов отличаются не более, чем на 15%. Наличие растворённых атомов будет приводить к искажениям кристаллической решётки, что будет приводить к изменению периода кристаллической решётки и изменению свойств, т.е. будут иметь большую прочность но меньшую пластичность. Растворимость компонентов резко уменьшается в твердом состоянии при увеличении различия атомных радиуов.При образовании твёрдых растворов замещения возможно неограниченная растворимость если выполняется размерный фактор, и компоненты имеют один тип решётки. Пример: Cu-Ni, Cu-Au.

Т вёрдые растворы внедрения

Твёрдые растворы внедрения получают при растворении металлов с неметаллами, имеющими малый атомный радиус (С, B, H, N в качестве компонента В). В данном случае внедрённые атомы размещаются в порах, и они образуются растворителем только твёрдые растворы ограниченные, т.е. в определённом интервале концентраций. При образовании твёрдых растворов внедрения искажения кристаллической решётки ещё больше, и изменение свойств так же больше, по сравнению с твёрдыми растворами замещения.

Химические соединения. Фазы внедрения. Твердые растворы вычитания. Интерметаллиды. Электронные соединения.

Образуются между металлами и между металлами и неметаллами. Характерной особенностью всех химических соединений является их существенное отличие от твёрдых растворов:

• Кристаллическая решётка химического соединения отличается от решёток элементов, образующих химические соединения. Атомы в решётках располагаются упорядоченно друг относительно друга, и в определённом количестве.

• В химических соединениях всегда сохраняются простые кратные весовые соотношения элементов. Это позволяет выразить их состав формулой: AnBm.

• Резкое отличие свойств химических соединений от свойств образующих их элементов.

• Постоянная температура плавления.

• Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

Химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решёток. Наиболее важные химические соединения, образующиеся в сплавах:

Фазы внедрения. Переходные металлы Fe, Mn, Mo, Cr и другие образуют с С, N, B, H, т.е. элементами, имеющими малый атомный радиус, соединения: карбиды, нитриды, бориды, гидриды. Они имеют общность строения и называются фазами внедрения. Их можно описать формулами: . Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов не металла и металла . Если , то атомы металлов в этих фазах расположены по типу одной из простых кристаллических решёток: кубической или гексагональный, в которую внедряются атомы не металла, занимая в ней определённые поры. Примером MX является: TiC, NbX, WC, VC, MoC, TiN. : . Эти соединения обладают высокой электропроводностью и высокой твёрдостью и высокой температурой плавления.

Если , например для форбида железа, марганца или хрома, то образуются соединения с более сложными решётками, называемые твёрдыми растворами вычитания, или твёрдые растворы с дефектной решёткой. В твёрдых растворах вычитания часть узлов решётки, которые должны быть заняты атомами одного из компонентов, оказываются свободными в избытке, по сравнению со стехиометрическим соотношением имеется другой компонент. К ним относятся карбиды: . Такие растворы вычитания имеют более низкую температуру плавления.

Между металлами и металлами образуются химические соединения, которые называются интерметаллиды или интерметаллические соединения, которые имеют высокую твёрдость и могут образовываться в разных системных компонентах. Химическая связь между атомами интерметаллидов чаще металлическая. Пример: соединения магния с элементами 4-6-й группы периодической системы: .

Электронные соединения. Образуются между валентными Cu, Mg, Au, Li, Na или металлами переходных групп (Mn, Fe, Co) с одной стороны и простыми металлами с валентностью от 2 до 5 (Be, Mg, Zn, Cd, Al). Особенно часто электронные соединения встречаются в сплавах Cu, Au, Ag. У электронных соединений определённое отношение числа валентных электронов к числу атомов, т.е. они имеют определённую электронную концентрацию такую, как 3:2, 21:13, 7:4. Каждому из указанных соотношений соответствует и определённые типы кристаллической решётки, отличные от кристаллической решётки образующих компонент. Примером может являться сплав Cu с Zn (латунь): CuZn (3:2) (β-соединение), . Β-соединение имеет ОЦК решётку или гранецентрированную решётку.