- •Введение
- •1. Основы металловедения
- •1.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2. Реальное строение металлических кристаллов
- •1.3. Анизотропия кристаллов
- •1.4. Кристаллизация металлов
- •1.5. Аллотропия (полиморфизм) металлов
- •1.6. Основы теории сплавов
- •1.6.1. Кристаллическое строение сплавов
- •1.6.2. Особенности кристаллизации сплавов
- •1.6.3. Диаграммы состояния двойных сплавов
- •1.6.4. Свойства металлов и сплавов
- •1.7. Железо и его сплавы
- •1.7.1. Фазы в железоуглеродистых сплавах
- •1.7.2. Диаграмма состояния железо — цементит
- •1.7.3. Применение диаграммы Fe—Fe3c
- •1.7.4. Основные виды термической обработки стали
- •1.7.5. Классификация углеродистых сталей
- •1.7.6. Стали обыкновенного качества
- •1.7.7. Углеродистые качественные стали
- •1.7.8. Автоматные стали
- •1.7.9. Углеродистые инструментальные стали
- •1.7.10. Легированные стали
- •1.7.11. Классификация легированных сталей
- •1.7.12. Маркировка легированных сталей
- •1.7.13. Чугуны
- •1.8. Цветные металлы и сплавы
- •2.2. Сплавы с заданным температурным коэффициентом модуля упругости
- •3. Материалы с особыми физическими свойствами
- •3.1. Материалы с особыми магнитными свойствами
- •3.1.1. Общие сведения о ферромагнетиках
- •3.1.2. Магнитно-мягкие материалы
- •3.1.3. Магнитно-твердые материалы
- •4. Полупроводниковые материалы
- •5. Диэлектрики
- •6. Проводниковые материалы
- •6.1. Электропроводность твердых тел
- •6.2. Металлы высокой проводимости
- •6.3. Припои
- •6.4. Сверхпроводники
- •6.5. Сплавы повышенного электросопротивления
- •Рассмотрим характеристики некоторых сплавов повышенного электросопротивления.
- •6.6. Контактные материалы
- •7. Неметаллические материалы
- •7.1. Пластмассы
- •7.1.1. Классификация пластмасс
- •7.1.2. Термопластичные пластмассы
- •7.1.3. Полярные термопласты
- •7.1.4. Термореактивные пластмассы
- •7.1.5. Пластмассы с порошковыми наполнителями
- •7.1.6. Газонаполненные пластмассы
- •7.2. Резины
- •7.3. Клеи
- •7.4. Неорганическое стекло
- •7.5. Ситаллы (стеклокристаллические материалы)
- •7.6. Керамические материалы
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.2. Реальное строение металлических кристаллов
Необходимо отметить, что не по всему объему кристалла (кристаллической решетки) сохраняется такой порядок в расположении атомов (упаковка), как это было показано при описании элементарных ячеек кристаллической решетки.
В действительности имеется некоторое отступление от такого идеального порядка в упаковке атомов в кристаллической решетке. Как известно, атомы находятся в колебательном движении возле узлов решетки. Чем выше температура, тем больше амплитуда этих колебаний. Хотя большинство атомов металла в данной кристаллической решетке обладает одинаковой (средней) энергией и колеблется при данной температуре с одинаковой амплитудой, отдельные атомы имеют энергию, значительно превышающую среднюю энергию.
Такие атомы имеют не только амплитуду колебаний, большую, чем средняя, но могут вообще перемещаться из одного места в другое (из узла в междоузлие). Такой, вышедший из нормальной позиции (узла решетки) атом, называется дислоцированным (рис. 2). Место, где находился такой атом, остается в решетке незаполненным и называется вакансией. Вакансии и дислоцированные атомы представляют собой точечные дефекты и вызывают искажения кристаллической решетки (рис. 2). Они не остаются неподвижными, а непрерывно перемещаются.
а б
Рис. 2. Искажения кристаллической решетки около
дислоцированного атома (а) и около вакансии (б)
При перемещении по кристаллической решетке вакансии могут встречаться друг с другом и объединяться с образованием пустоты (рис. 3, а). Скопления вакансий способны перерождаться в другой вид несовершенства кристаллического
строения – так называемые дислокации (рис. 3, б).
а б
Рис. 3. Один из случаев образования дислокации
из скопления вакансий
Этот дефект является линейным, потому что распространяется в длину, существуют также и винтовые дислокации. Кроме образования из вакансий, дислокации возникают также при образовании кристаллов и в процессе пластической деформации.
Количество и характер распределения дефектов кристаллической решетки оказывают влияние на физико-механические свойства металлов и сплавов.
1.3. Анизотропия кристаллов
В разных плоскостях кристаллической решетки атомы расположены с различной плотностью, и поэтому свойства кристаллов в разных направлениях различны. Такое различие называется анизотропией
Все кристаллы анизотропны. Степень анизотропности может быть значительной. Исследования монокристалла (единичного кристалла) меди в различных направлениях показали, что предел прочности в изменяется от 118 до 353 Мн/м2 (от 12 до 36 кГ/мм2), а удлинение от 10 до 55%.
В металлах, состоящих из большого количества по-разному ориентированных мелких анизотропных кристаллов (поликристалл), свойства во всех направлениях одинаковые (усредненные). Эта кажущаяся независимость свойств от направления называется квазиизотропией (ложной изотропией).
Если в структуре металла создается одинаковая ориентировка кристаллов, то появляется анизотропия (например, различные механические свойства вдоль и поперек прокатки).