3. Кристаллическое строение металлов.

Металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Все пространство кристалла можно разбить на элементарные ячейки. Повторяя в пространстве элементарную ячейку, можно описать весь кристалл. Простейшей кристаллической ячейкой является куб, по вершинам которого располагаются атомы. Основные типы кристаллических решеток металлов:

объемно-центрированная кубическая (О.Ц.К.) рис.1.1;

гранецентрированная кубическая (Г.Ц.К.). рис.1.2.;

гексагональная плотноупакованная (Г.П.У.) рис.1.3.

Рисунок 1. Типы кристаллических решеток.

Кристаллические решетки характеризуются следующими основными параметрами:

Период решетки - это расстояние между центрами двух соседних атомов. Для куба: один параметр – ребро куба, для ГПУ: два параметра - высота призмы и расстояние между вершинами основания.

Координационное число К- число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома. Для ОЦК К=8 (К8), для ГЦК – К12, для ГПУ – К12.

Коэффициент заполнения – отношение объема, занятого атомами, к объему всей ячейки. Для ОЦК – 68%, для ГЦК и ГПУ – 74%.

Базис или количество атомов, приходящихся на ячейку – на ячейку ОЦК приходится 2 атома (1+ 1/8·8), на ГЦК – 4 (1+ 1/2·6), на ГПУ – 6 (3+1/6·12+1/2·2).

Анизотропия свойств проявляется при использовании монокристаллов, полученных искусственным путем. В природных условиях кристаллические тела – поликристаллы. В этом случае анизотропии нет. Поликристаллы - квазиизотропны. В результате специальных обработок кристаллографические плоскости одного направления могут ориентироваться параллельно. Такие поликристаллы называют текстурованными, и они анизотропны.

4. Полиморфизм в металлах.

Полиморфизм – способность вещества иметь различные типы кристаллических структур в твердом состоянии при различных температурах. Различные кристаллические формы называются полиморфными модификациями (обозначение: α, β, γ и т.д.). Это явление основано на законе об устойчивости состояния с наименьшим запасом энергии.

Н апример, кристаллическая решетка железа в интервале температур от 0 до 910 град С – ОЦК (Fe -α); от 910 до 1392град С - ГЦК (Fe-γ); от 1392 до 1539 град С (плавление) - ОЦК (Fe-δ или Fe-α-высокотемпературное).

Происходит скачкообразное изменение свойств материала. Полиморфное превращение также называют перекристаллизацией. Если нагрев металла проведен до температуры, немного превышающей температуру полиморфного превращения (критической точки), получается очень мелкое зерно. Это явление используется в практике термической обработки металлов.

5. Реальное строение металлических кристаллов

В реальном кристалле всегда имеются дефекты строения.

Точечные дефекты: вакансии, межузельные атомы и чужеродные атомы внедрения. Эти дефекты появляются в кристаллах при любой температуре выше абсолютного нуля в результате тепловых колебаний.

Линейные дефекты: дислокации.

К раевые дислокации – край атомной полуплоскости внутри кристаллической решетки (экстраплоскость); винтовые дислокации – условная ось внутри кристалла, относительно которой закручиваются атомные плоскости в процессе кристаллизации.

Рис.5 Винтовая дислокация

Поверхностные дефекты – поверхности раздела между зернами и блоками, из которых состоят зерна. Различие зерен и блоков состоит в различной пространственной ориентации кристаллической решетки. Границы блоков образованы дислокациями.