Вопрос 2. типы кристаллических решеток

Вопрос. Основные понятия материаловедения (что изучает? На какие группы делятся по химической основе)

Наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами материалов, а также методы обработки металлических и неметаллических материалов, называется материаловедением.

Материаловедение изучает различные конструкционные материалы, их состав, строение и свойства, а также способы изменения их свойств в процессе обработки.

Свойства материалов определяются не только химическим составом, но и их структурой. Изменять структуру можно различными путями: легированием, гранулированием, деформированием, термической, химико- термической и термомеханической обработками и др. На структуру и свойства материалов помимо этого оказывают влияние высокое давление, вакуум, ультразвук, скорость охлаждения, ядерное облучение, обработка лазером и т.д.

Все материалы по химической основе делятся: Металлические материалы принято классифицировать по основному компоненту. Различают черную и цветную металлургию. К материалам черной металлургии принадлежат стали, чугуны, ферросплавы и сплавы на основе железа, легированные цветными металлами в количестве превосходящим стали. К материалам цветной металлурги принадлежат важнейшие цветные металлы - алюминий, медь, цинк, свинец, никель, олово и сплавы на их основе. К металлическим материалам относятся и материалы порошковой металлургии. Неметаллические материалы различают по основным классам: резина, керамика, стекло, пластические массы, ситаллы. Композиционными материалы - сложные или составные материалы, состоящие из двух разнородных материалов (например: стекла и пластмассы – стеклопласти

Металлы – вещества, которые обладают ковкостью, блеском, электропроводностью и теплопроводностью. В технике все металлические материалы называют металлами и делят на две группы.

Сплав — макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смесидвух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.

Вопрос 3 Аморфные и кристаллические тела

Имеются две разновидности твердых тел, различающихся по свойствам – кристаллические и аморфные.

Кристаллически е тела – сохраняют свою форму, остаются твердыми до температуры плавления, затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении идет обратный процесс. Кристаллические тела характеризуются упорядоченным расположением составляющих их частиц (ионов, атомов, молекул). Основу кристаллических тел составляют кристаллы. Частицы, из которых построен кристалл, сближены до соприкосновения (между ними имеются химические связи) и располагаются различно, но в закономерном порядке по разным направлениям на значительном протяжении. Говорят, что кристаллические тела имеют дальний порядок.

Аморфные тела, находясь в твердом состоянии, при нагревании размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние. Соответственно их состояние называют: стеклообразное – высокоэластичное – вязкотекучее – жидкое. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. Аморфные тела не обладают в пространстве на значительном протяжении таким упорядоченным расположением частиц, как кристаллы. Но в них имеется упорядоченность, распространяющаяся на небольшие области. Говорят, что аморфные тела имеют ближний порядок.

Ряд материалов, например, полимеры, могут иметь и кристаллические, и аморфные области своей структуры.

Металлы имеют кристаллическое строение. Однако при высокой скорости охлаждения, порядка миллион градусов в секунду, можно получить аморфные металлические структуры – металлические стекла. Например, аморфные магнитные сплавы находят применение в приборостроении в качестве сердечников измерительных трансформаторов, головок магнитной записи.

Вопрос. Кристаллизация металлов

Когда металл переходит из жидкого состояния в твердое, этот процесс называется кристаллизацией

Превращения, связанные с кристаллизацией, в значительной степени определяют свойства металлов. Впервые процессы кристаллизации были изучены в 1878 г. Д. К. Черновым. Сущность кристаллизации состоит в следующем: в жидком металле атомы непрерывно движутся, по мере понижения температуры движение замедляется, атомы сближаются и группируются в кристаллы, которые называют центрами кристаллизации. Далее к этим центрам присоединяются вновь образующиеся кристаллы. Одновременно появляются новые центры. Таким образом, кристаллизация состоит из двух стадий: образования центров кристаллизации и роста кристаллов вокруг этих центров.

На рис. 3 показан механизм кристаллизации. Первоначально рост кристаллов не встречает препятствий (рис. 3, а - в)и они сохраняют правильность строения решетки. При дальнейшем росте кристаллы сталкиваются (рис. 3, г - е) и образовавшиеся группы кристаллы имеют уже неправильную форму, но сохраняют правильность решетки внутри каждого кристалла. Такие кристаллы называют зернами или кристаллитами На рис. 3, еприведены границы зерен различных размеров.

Вопрос 11 Вязкое разрушение

РАЗРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМЫ. Выход из строя металлических конструктивных элементов может быть связан с неправильным выбором металла или сплава для данного вида применения, дефектами металла, ошибками в расчете конструкции или отклонениями рабочих условий от заданных при проектировании. Вязкое разрушение – путем среза под действием касательных напряжений. Ему всегда предшествует значительная пластическая деформация.

Трещина тупая раскрывающаяся. Величина пластической зоны впереди трещины велика. Малая скорость распространения трещины. Энергоемкость значительная, энергия расходуется на образование поверхностей раздела и на пластическую деформацию. Большая работа затрачивается на распространение трещины. Поверхность излома негладкая, рассеивает световые лучи, матовая (волокнистый) излом. Плоскость излома располагается под углом.

Твёрдые растворы

По способу расположения атомов второго компонента в решётке растворителя подразделяют на:

А). Твёрдые растворы типа замещения

Б). Типа внедрения

В). Типа вычитания.

Юм - Розери сформулировал ряд правил для образования твёрдых растворов типа замещения:

1). Размерный фактор. Размеры атомов сплавляемых компонентов не должны различаться более, чем на 10-15%. Например:

Ag-Au dr=0.2% ГЦК; Ni-Cu r=2.7% ГЦК; V-Ti r = 2% ОЦК

2). Структурный фактор.

Решётки атомов растворителя и растворимого вещества должны быть изоморфны, т.е. структурно подобны.

3). Валентный фактор.

А). Атомы должны принадлежать к одному или соседним столбцам в таблице Менделеева, т.е. иметь валентность почти одинаковую.

Б). Атомы растворимого вещества должны быть гораздо меньше атомов растворителя (> 15%).

Внедряющиеся атомы: N, H, C, ...

В). Определяется электронным фактором и в данном курсе не обсуждается.

Для характеристики состояния сплава необходимо знать число фаз и их концентрацию.

Для твёрдого раствора типа внедрения характерна только ограниченная растворимость. Это обусловлено тем, что размеры атомов сплавляемых компонентов различны, вследствие этого атомы сплавляемых компонентов располагаются в ограниченных объёмах кристаллах, называемых пустотами.

Вопрос. Основные понятия материаловедения (что изучает? На какие группы делятся по химической основе)

Вопрос 2. типы кристаллических решеток

Кристалли́ ческая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами. Решёткой является совокупность точек, которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции. Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково. Применение к решётке в целом любой из присущих ей трансляций приводит к её параллельному переносу и совмещению. Для удобства анализа обычно точки решётки совмещают с центрами каких-либо атомов из числа входящих в кристалл, либо с элементами симметрии.

Для большинства металлов характерны следующие типы кристаллических решеток: объемно-центрированная кубическая (ОЦК); гранецентрированная кубическая(ГЦК); гексагональная плотноупакованная (ГПУ). Основные типы кристаллических решеток представлены на рис. 2.4. Вобъемно-центрированной кубической решетке (рис. 2.4, а) атомы расположены в углах и центре куба. Период решетки равен а, координационное число К=8, базис решетки равен 2; 8 атомов расположены в углах куба, 1 атом в центре куба принадлежит только одной ячейке). Данный тип решетки имеют металлы К, Na, Li, Та, W, Mo, Fe_a, Cr, Nb и др.

В гранецентрированной кубической решетке (рис. 2.4, б) атомы расположены в углах куба и центрах его граней. Эта решетка характеризуется периодом а, координационном числом К= 12, базисом, равным 4: (1/8) • 8 + ½ • 6 = 4; 8 атомов в углах куба и 6 атомов в центрах граней, каждый из которых принадлежит двум элементарным ячейкам. Кубическую гранецентрированную решетку имеют следующие металлы: Са, Pb, Ni, Ag, Au, Pt, FeY и др.

В гексагональной плотноупакованной решетке(рис. 2.4, в)атомы расположены в вершинах и центрах шестигранных оснований призмы, кроме того, три атома находятся в средней плоскости призмы. Периоды решетки — аи с, причем с/а > 1 (например, с/а =1, 633 для Ru, Cd и с/а > 1, 633 для Mg, Zn), координационное число К=12, базис решетки равен 6.

Полиморфные превращения в металлах. Для ряда металлов характерно явление полиморфизма.Этим термином называют способность вещества формировать различные типы кристаллических решеток. Так, при разных температурах железо может иметь ОЦК или ГЦК решетку, кобальт — ГЦК или ГПУ решетку. Полиморфизм характерен и для других металлов. Различные кристаллические формы одного и того же вещества называются полиморфнымиили аллотропными модификациями.Превращение одной модификации в другую с изменением кристаллической решетки называется полиморфным превращением.Полиморфное превращение происходит в результате нагрева или охлаждения: в чистых металлах при постоянной температуре, а в сплавах — в интервале температур.

Анизотропия кристаллов и изотропия кристаллических тел. В кристаллических решетках атомная плотность по различным плоскостям неодинакова — на единицу площади разных атомных плоскостей приходится неодинаковое количество атомов. Сравним, например, для ОЦК решетки количество атомов в плоскости, совпадающей с гранью, и диагональной. Вследствие этого свойства в различных плоскостях и направлениях кристаллической решетки будут неодинаковыми. Различие свойств по разным кристаллографическим направлениям называется анизотропией кристалла.

Крупнейшая многопрофильная строительная компания ПСК «Строй с нами» предлагает фундамент для загородных домов, бань из кирпичных и деревянных материалов, а так же стеновых манелей.

12 3 4 Следующая ⇒