1. Кристаллическое строение металлов. Понятие об элементарной ячейке кристаллической решетки. Параметр решетки.

Атомно-кристаллическое строение металлов и сплавов. Вещество в твердом состоянии может иметь кристаллическое или аморфное строение. В аморфном веществе, например стекле, атомы расположены беспорядочно, а в кристаллическом — по геометри­чески правильной схеме, на определенном расстоянии друг от друга.

Общим свойством металлов и сплавов является их кристалли­ческое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сет­кой с ионами (атомами) в узлах.

Атомно-кристаллическая структура может быть представлена изображением не ряда периодически повторяющихся объемов, а с одной элементарной ячейкой. Элементарной ячейкой называется ячейка, повторяющаяся во всех трех измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести струк­туру кристалла.

2. Основные типы кристаллических решеток металлов

Наиболее часто металлы имеют кристаллические решетки следующих типов: Кубическая объемно-центрированная или сокращенно ОЦК (свинец, вольфрам) 9 атомов; Кубическая гранецентрированная (ГЦК) (серебро, золото) 14 атомов; гексагональная плотно-упакованная (ГПУ) (магний, цинк).

Решетки ГЦК и ГПУ более компактны, чем ОЦК.

3. Анизотропия кристаллов. Полиморфизм. Примеры.

Полиморфизм металлов. Некоторые металлы при разных температурах могут иметь различную кристаллическую решетку. Способность металла суще­ствовать в различных кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. Известны полиморфные превращения железа, титана и других элементов.

Температура превращения одной кристаллической модифика­ции в другую называется температурой полиморфного превра­щения.

При полиморфном превращении меняется форма и тип кри­сталлической решетки. Это явление называется перекристалли­зацией. α,β,γ,δ –обозначение полиморфных превращений (модификации). Т_α (титан α)↔ Т_β (титан β) при тем-ре 882.

Полиморфные превращения сопровождаются скачкообразными изменениями свойств Ме: удельный объем, теплопроводность, электрическая проводимость, мех-е св-ва, физ-е св-ва. При температурах ниже 911 °С устойчиво Fe_α, имею­щее кристаллическую решетку ОЦК. Выше 911 °С до 1392 °С устойчиво Fe_γ, имеющее решетку ГЦК. При нагреве выше 911 °С атомы решетки ОЦК перестраиваются, образуя решетку ГЦК. На явлении полиморфизма основана термическая обработка.

4. Дефекты строения реальных металлов. Точечные дефекты. Линейные дефекты. Поверхностные дефекты. Влияние дефектов на свойства кристаллов.

Строение реальных металлов. Из жидкого расплава можно вырастить монокристалл. Их обычно используют в лабораториях для изучения свойств того или иного вещества.

Металлы и сплавы, полученные в обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов, то есть, имеют поликристаллическое строение. Эти кристаллы называются зернами. Они имеют неправильную форму и различно ориентированы в пространстве. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, отличную от ориентировки соседних зерен, вследствие чего свойства реальных металлов усредняются, и явления анизотропии не наблюдается.

Дефекты кристаллического строения, их влияния на свойства металлов. В кристаллической решетке реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Различают следующие структурные несовершенства:

• точечные (нульмерные)- малые во всех трех измерениях;

• линейные (одномерные) - малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем;

• поверхностные (двухмерные) - малые в одном измерении.

Точеные дефекты

Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей.

Вакансия - отсутствие атомов в узлах кристаллической решетки, «дырки», которые образовались в результате различных причин. Образуется при переходе атомов с поверхности в окружающую среду или из узлов решетки на поверхность (границы зерен, пустоты, трещины и т. д. ), в результате пластической деформации, при бомбардировке тела атомами или частицами высоких энергий (облучение в циклотроне или нейтронной облучение в ядерном реакторе). Концентрация вакансий в значительной степени определяется температурой тела. Перемещаясь по кристаллу, одиночные вакансии могут встречаться. И объединяться в дивакансии. Скопление многих вакансий может привести к образованию пор и пустот. Точечные дефекты искажают кристаллическую решетку и ухудшают св-ва Ме.

Линейные дефекты

Основными линейными дефектами являются дислокации. Дислокация - это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей. Дислокации облегчают пластическую деформацию.

Поверхностные дефекты - границы зерен, фрагментов и блоков

Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов).

Граница между зернами представляет собой тонкую в 5 - 10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.

Строение переходного слоя способствует скоплению в нем дислокаций. На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию. Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеального строения кристаллической решетки. Имеются участки, разориентированные один относительно другого на несколько градусов Эти участки называются фрагментами. Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией.

В свою очередь каждый фрагмент состоит из блоков, разориентированных на угол менее одного градуса . Такую структуру называют блочной или мозаичной. Анизотропия – различие св-в в зависимости от направления испытания.