Материаловедение�Раздел 1. Металлы и сплавы�

Урок № 4

Кристаллические решетки металлов

​

​

​

​

​

​

​

Учебник В.Н. Заплатина «Основы материаловедения» (металлообработка) 1.2. Строение металлов

стр. 7 - 16

Учебник В.А. Волгожанина, Ю.П. Солнцева, А.Ф. Иголкина, «Материаловедения» 2.3. Дефекты строения кристаллических тел стр. 46- 53

​

Кристаллические �решетки металлов�

Алмаз

Горный хрусталь

Сера

Поваренная соль

Стекло

Шоколад

Пластилин

Жевательная резинка

Классификация веществ

1.Правильное расположение частиц, образующих кристаллическую решетку

2.Строго определенные

Т_пл и Т_кип

1.Нет строгого расположения частиц, нет кристаллической решетки.

2.Нет четкой

Т_пл и Т_кип

Кристаллическая решетка

Кристаллическая решётка вещества –

Узлы решетки –точки,

в которых размещены

частицы кристалла.

это структура с геометрически упорядоченным расположением частиц в определённых точках пространства.

Типы кристаллических решеток

Любой металл можно представить не как однородную цельную массу, а как массу сложенную из множества элементарных ячеек. Блок элементарных атомных кристаллических ячеек образует атомно- кристаллическую решетку (ячейку)

В зависимости от металла меняется структура кристаллической решетки

Типы металлических решеток

Кубическая

Объемно-центрированная

Fе, Cr, V, W

Гранецентрированная

Fe, Al, Cu, Ni, Pb

​

Гексагональная

Mg, Zn, Cd, Ti

Кубическая кристаллическая решетка. Характерна для неметаллов, которые обладают наибольшей плотностью и удельным весом, имеет восемь атомов которые расположены в каждой вершине куба

Объемно-центрированная кубическая решетка. Состоит из восьми атомов которые расположены в каждой вершине куба и один атом в его центре на равных расстояниях от его граней

Эту форму атомной кристаллической решетки имеют железо, вольфрам, молибден, тантал, хром (Fe, W, Mo, Ta, Cr, т.е. в основном черные металлы)

Гранецентрированная кубическая решетка. �Имеет 14 атомов – по одному атому в каждой вершине куба (восемь атомов) и по одному атому в центре каждой грани (шесть атомов)

Гранецентрированную кубическую решетку имеют Al, Fe, Co, Au, Ni, Ag, Pl в основном это цветные металлы, реже черные

Гексагональная плотноупакованная решетка состоит из 17 атомов. Форма решетки шестигранная призма, по шесть атомов в каждом основании

По одному атому в центре оснований решетки и три атома в центре одной из граней решетки (через грань). ГПУ решетку имеют Be, Cd, Mg, V, Ta

Простая гексагональная решетка состоит из 12 атомов, которые расположены в вершинах верхнего и нижнего оснований призмы. Такую решетку имеют Pb и Zn

Связь между атомами в кристаллической решетке и между решетками осуществляется за счет так называемой металлической связи, от прочности этой связи и зависит прочность и твердость металлов

Чем выше связь, тем большую прочность и твердость имеют металлы. Механизм связи между атомами в решетке имеет сложную физико-химическую природу

В природе идеальное расположение кристаллических решеток не наблюдается, кристаллы имеют искаженную геометрическую форму и величину

Типы кристаллических решеток металлов?

Вопросы?�Виды кристаллических решеток металлов?

Тип кристаллической решетки?

Тип кристаллической решетки?

Тип кристаллической решетки?

Тип кристаллической решетки?

Из чего состоят узлы кристаллической решетки?

Какие металлы имеют тип данной кристаллической решетки?

Какие металлы имеют тип данной кристаллической решетки?

Какие металлы имеют тип данной кристаллической решетки?

Какие металлы имеют тип данной кристаллической решетки?

Что влияет на свойства металлов?

Какое в природе расположение кристаллических решеток металлов?

THE END

Анизотропия металлов

Анизотропия металлов

Анизотропия – неодинаковость физических свойств среды (тела) в различных направлениях. Анизотропия предполагает зависимость металлов от направления по плоскостям атомно-кристаллических решеток

Анизотропия проявляется в процессе обработки конструкционных материалов давлением (проката, волочения, штамповки и других технологических способов получения заготовок и изделий)

ШТАМПОВКА МЕТАЛЛА

ПРОКАТ МЕТАЛЛА

Все металлы анизотропны, так как состоят из кристаллов. Кристаллическое строение металлов обусловливает его пластическую деформацию т.е. изменение внешней формы и размеров под воздействием нагрузок без разрушения

Способность металлов и сплавов пластически деформироваться положена в основу их обработки давлением – проката, волочение, ковка, штамповка, прессование

При обработке металла давлением, например прокате, происходит перемещение одного слоя атомных решеток к другому по кристаллографическим плоскостям

В процессе деформации металла происходит изменение не только размеров заготовок, но и изменения микроструктуры металла

Зерна под действием давления прокатных волков (при волочении металла) искажаются приобретая продолговатую форму, а затем преобразуются в волокна

Что такое анизотропия?

Когда появляется анизотропия?

Почему все металлы анизотропны?

Перечислите виды обработки металла при котором появляется анизотропия

Что происходит при обработке металла давлением, например при его прокате, со слоем атомных решеток?

На какие свойства металла влияет его кристаллическая решетка?

THE END

Дефекты строения кристаллических тел

Идеальная кристаллическая решетка представляет собой многократное повторение элементарных кристаллических ячеек. Для реального металла характерно наличие большого количества дефектов строения, нарушающих периодичность расположения атомов в кристаллической решетке, что оказывает существенное влияние на свойства материала

Различают три типа дефектов кристаллического строения: точечные, линейные и поверхностные. Дефекты характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях. Величина их не превышает нескольких атомных диаметров �

К точечным дефектам относятся свободные места в узлах кристаллической решетки - вакансии

Атомы сместившиеся из узлов кристаллической решетки в межузельные промежутки – дислоцированные атомы

Атомы других элементов, находящиеся в узлах, так и в межузолиях кристаллической решетки – �примесные атомы

Точечные дефекты примесных и дислоцированных атомов могут располагаться обособленно или образовывать цепочки

Точечные дефекты образуются в процессе кристаллизации под тепловыми, механическими, электрическими воздействиями, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами

Вакансии и дислоцированные атомы могут появляться в следствии теплового движения атомов. В характерных для металлов решетках энергия образования дислоцированных атомов значительно больше энергии образования тепловых вакансий, поэтому основными точечными дефектами в металлах являются тепловые вакансии

При комнатной температуре количество вакансий невелика 1018 атомов, но резко повышается при нагреве, особенно в близи температуры плавления. Точечные дефекты не закреплены в определенным объемах металла, они непрерывно перемещаются в кристаллической решетке в результате диффузии

Линейные дефекты. Такие дефекты характеризуются малыми размерами в двух измерениях, но имеют значительную протяженность в третьем измерении. Наиболее важный вид линейных дефектов - дислокации

Теория дислокаций позволила объяснить природу прочности металлов. Ее использование дало возможность объяснить огромную разницу между теоретической и практической прочностью металлов

Линейная атомная полуплоскость FEH называется экстраплоскостью а нижний край экстраплоскости EH линией дислокации, линии дислокации могут друг от друга отталкиваться и притягиваться в зависимости от полярности

Помимо краевых дислокаций в кристаллах могут образовываться винтовые дислокации. Винтовые могут быть получены частичным сдвигом атомных слоев по плоскости, который нарушает параллельность атомных слоев. Дислокации образуются входе кристаллизации металлов, пластической деформации и фазовых превращений

Установлено, что дислокации притягивают в свою зону атомы примесей, которые осаждаются в виде цепочки вдоль края экстраплоскости. Такие атомы снижают уровень искажений дислокационной структуры. Цепочки инородных атомов образуют, так называемые атмосферы (или облака) Котлера. С повышением температуры металла облака рассеиваются, с понижением до предела растворимости могут выделять дисперсные выделения второй фазы

Расчетное усилие для смещения одной части кристалла относительно другой оказалось на 2 -3 порядка выше фактически затрачиваемого при пластической деформации металла. Так теоретическая прочность железа 13 000 Мпа, а фактическая 250 Мпа, такое расхождение объясняется постепенным перемещением дислокаций. Чем легче перемещаются дислокации, тем меньше прочность металла

Упрочнению способствуют и другие несовершенства кристаллического строения, тормозящие движения дислокаций. К ним относятся атомы растворенных в металле примесей и легирующих элементов, частицы выделений 2 фазы, термическая и термомеханическая обработка. Снижение температуры препятствует перемещению дислокаций

Поверхностные дефекты. Такие дефекты имеют малую толщину и значительные размеры в двух других измерениях, обычно это места стыка двух ориентированных участков кристаллической решетки. Ими могут быть границы зерен

По мимо перечисленных дефектов в металле имеются макродефекты объемного характера: поры, газовые пузыри, неметаллические включения, микротрещины и т.д. которые снижают прочность металла

Что представляет собой идеальная кристаллическая решетка?

Что характерно для реального металла?

Что оказывает существенное влияние на свойства металла?

Типы дефектов кристаллического строения?

Виды дефектов кристаллического строения?

Перечислите виды точечных дефектов?

Какой вид точечного дефекта называется вакансией?

Какой вид точечного дефекта называется замещением?

Какой вид точечного дефекта называется внедрением?

Какие макродефекты бывают в металле?

Какие дефекты кристаллической решетки называют линейными?

Какое общее свойство у точечных дефектов примесных и дислоцированных атомов?

Что способствует упрочнению кристаллического строения?

Когда и из чего образуются облака Котлера?

Что такое дислокация?

Что такое линия дислокации?

Что такое линия дислокации?

Что такое линия экстраплоскость?

Причины возникновения дислокаций?

Что такое винтовая дислокация?

Что такое линия винтовой дислокации?

Почему расчетное усилие для смещения одной части кристалла относительно другой оказалось на 2 -3 порядка выше фактически затрачиваемого при пластической деформации металла?

В чем смысл теории дислокации в металлах?

THE END