Введення
Матеріалознавство - Це наука, що вивчає будову і властивості металів і встановлює зв'язок між складом, структурою і властивостями.
Визначення металлам дають з точки зору тієї науки, з позиції якої її розглядають.
Метали з точки зору фізики і техніки володіють спільністю атома кристалічного будови і характерними фізичними властивостями.
матеріалознавство наука компонент сплав
Атомно-кристалічна будову металу
Метали, описувані просторової кристалічної гратами, під якою розуміють наименш комплекс атомів, при багаторазовій трансляції яких за всіма напрямками відтворюється просторова кристалічна решітка.
У вузлах кристалічної решітки розташовуються атоми.
Просторову кристалічну решітку найлегше представити у вигляді елементарної кристалічної комірки. Осередок - це та частина решітки, при багаторазовій трансляції якій вона і відтворюється.
Три основні вектора елементарної комірки називаються трансляційними плоскими осьовими одиницями.
Абсолютна величина трансляції - це період кристалічної решітки.
Період кристалічної решітки вимірюють в анкстреммах
1А = 10-8 см або в КХ (кілоіксах), так званих кристалографічних анкстреммах.
1кХ = 1,00202 А
На одну елементарну комірку доводиться різну кількість атомів; при чому атоми займають певні місця в комірці.
В Залежно від розташування атомів в комірці розрізняють прості, кубічні, об'ємно-центровані кубічні, гранецентрированную кубічні, гексагональні решітки.
1.Простая грати представляється у вигляді куба, у вузлах якої розташовуються атоми.
Найпростіша решітка описується одним параметром, яким є ребро куба а.
2.Об'емно-центрована кубічна решітка (ОЦК) являє собою також куб, всередині якого додатково розташований ще один атом.
Параметри решітки визначаються довжиною ребра куба а.
3.Гранецентрірованная кубічна решітка (ГЦК) являє собою куб, В центрі кожної грані якого розташовані додатково по одному атому.
4.Гексагональная щільно упакована решітка. На відміну від кубічної характеризується двома параметрами а і с.
У випадку, якщо відношення с/а = 1,666, то грати вважається плотноупакованной, а інакше - нещільно упакованої.
Приклади:
ОЦК - вольфрам, молібден, залізо Fe пЃЎ;
ГЦК - алюміній, мідь, нікель, залізо Fe пЃ§;
ГПУ - берилій ....
Деякі метали, наприклад індій, мають тетрагональную решітку.
Властивості металів за інших рівних умов визначаються типом кристалічної решітки, тобто кількістю атомів, що припадають на одну елементарну комірку. На просту осередок приходить з один повний атом.
На ОЦК осередок доводиться два атоми: один атом вноситься атомом і один належить тільки цій комірці.
Для ВЦК на одну комірку припадає чотири атома.
Щільність кристалічної решітки визначається, так званим координатним числом. Під координатним числом розуміється число атомів, що знаходяться на найкоротшому відстані від даного атома. Для ОЦК решітки К = 8, для ГЦК - К = 12 і для ГПУ - К = 12.
Від величини координатного числа залежить компактність (щільність укладання) кристалічної решітки. Так в простій кристалічної решітки щільність укладання атомів в осередку складає менше 50%. У ОЦК - 50%, в гратах з координатним числом 12 - близько 75%.
Кристалографічні позначення атомів, площин і напрямків
Під кристалографічними площинами розуміється 3 цілих взаємно простих числа назад пропорційних числу осьових одиниць, що відсікаються даної площиною по координатним осям x, y, z.
ABCD (100), AFKB (001), BKLD (010)
Під індексами кристалографічних площин і напрямків було викликано потребою пояснити залежність властивостей металів від напрямків кристалографічних площин. Іншими словами, дати пояснення з точки зору техніки поняття впливу анізотропіі.По різними напрямами в кристалі розташовуються різні кількості атомів: фізичні, хімічні, механічні за інших рівних умов і визначаються числом атомів, розташованим в даному напрямку; чим більше кількість атомів розташоване в даному напрямку, тим вище рівень властивостей.
Неоднаковість властивостей по різних напрямках у кристалі і називається анізотропією.
Будь кристал - анізотропії. Однак, оскільки реальні метали складаються з великої числа зерен (на 1 см2 - десятки тис. зерен) створюється враження, що метал Ізотропія, тому що кожне з зерен орієнтоване по-своєму - це явище отримало назву квазіанізотропіей (помилковою).
Тому, якщо випробовувати метал по різних напрямках, то властивості його будуть однакові. Деформування металів призводить до орієнтації зерен, а також кристалографічних площин в напрямку деформації. Закономірна орієнтація кристалографічних площин в напрямку діючих навантажень називається текстурою.
Дефекти кристалічної будови або реальне будова атома
Реальні метали в своїй структурі містять дефекти, які поділяються на точкові, лінійні і поверхневі.
Точкові дефекти виникають при впливі теплових або силових навантажень. Атоми, знаходяться у вузлах кристалічної решітки коливаються. У будь-який момент у кристалі завжди проявляються атоми, що мають велику енергію в порівнянні з довколишніми атомами. При чому цієї енергії вистачає не лише на те, щоб атоми вийшов зі свого вузла, але і на те, щоб він подолав потенційні бар'єри, вибудовуються на його шляху довколишніми атомами.
В Внаслідок вузол, з якого вийшов атом, залишається вакантним. Цей дефект отримав назву - вакансія. Що вийшов атом, що потрапив в міжвузля - також дефект, що отримав назву дислокований атом.
Як в першому, так і в другому випадках кристалічна решітка спотворюється навколо дефекту на кілька атомних періодів.
Навколо вакансій грати як би спотворюється, намагаючись залікувати вакансію, а навколо дислокованого атома - навпаки. Вакансію інакше називають В«діркоюВ».
Лінійні дефекти. На відміну від точкових лінійні дефекти мають велику протяжність в одному напрямку і мале спотворення решітки в інших. Лінійні дефекти отримали назва - дислокації.
Дислокації бувають крайові й гвинтові.
Крайова дислокація являє собою локалізоване викривлення атомної площини за рахунок введення в неї додаткової атомної півплощини - екстра площині, розташованої перпендикулярно площині креслення.
Так само є і гвинтова дислокація; спотворення відбувається по гвинтовій площині.
Важливою характеристикою дислокації є щільність дислокації; представляє собою сумарну довжину дислокації в одиниці об'єму ()
У найбільш скоєних кристалах щільність дислокації дорівнює = 106 ... 108 см-2.
В деформованих = 106 ... 108см-2
Поверхневі дефекти. До них відносяться границі зерен, фрагментів, блоків.
Якщо під мікроскопом спостерігати мікроструктуру металу, то видно, що метал складається з окремих зерен, тобто має місце зерен будова. Найбільш дефектні ділянки в структурі - границі зерен, тобто місця стику зерен. По кордону, крім домішок, концентруються і дефекти кристалічної решітки: вакансії та дислокації. Однак зерно саме по собі не є досконалим. Воно складається як б з мозаїки окремих блоків 10-5 ... 10-6 см. Це так звані блоки мозаїки.
Кордон стиків між блоками так само є дефектними ділянками в структурі. Блоки можна спостерігати тільки за допомогою електронного мікроскопа, що збільшує в десятки тисяч разів.
Блоки разоріентіровани один щодо одного на кут в кілька хвилин. Блоки можуть об'єднуватися в більші утворення, які отримали назви фрагменти.
Пружна і пластична деформації
Під впливом прикладених з поза навантажень метали можуть деформуватися в пружної області (без залишкових явищ), а саме без ...
