Строение и кристаллизация металлов

Введение

Для изготовления деталей машин, приборов, элементов конструкций, оборудования требуются металлические материалы с различными свойствами: твердые и мягкие, способные работать при повышенных или отрицательных температурах, обладающие сопротивлением окислению в агрессивных средах, магнитные, немагнитные и др. Правильный выбор металла или сплава для практических целей основывается на знании свойств этих материалов. Свойства же в свою очередь зависят от природы металлов и сплавов и их внутреннего строения. Познание строения и свойств металлических материалов и связи между ними дает предмет материаловедение.

Основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии. В отличие от фундаментальных наук материаловедение – прикладная наука. Оно возникло в связи с потребностями техники в материалах с определенным комплексом свойств. Развитие материаловедения тесно связано с эволюцией техники и в первую очередь ее важнейшей отрасли машиностроения.

На современном этапе для быстроходных машин и высокопроизводительного оборудования требуются металлические материалы все более высокого качества, обеспечивающие надежную и долговечную работу изделий. Вопросы повышения качества металлопродукции, совершенствования технологии ее обработки, внедрения новых способов обработки, создания новых материалов для новой техники, рационального выбора металлических материалов и многие другие решаются на основе знаний основных положений материаловедения.

Конструкционные металлические материалы классифицируют по различным признакам:

- по химическому составу (сплавы на основе Al, Fe, Cu и т.д.);

- по технологии изготовления деталей конструкций и машин (сплавы литейные, деформируемые спечные (гранулируемые, порошковые, сплавы полученные методом ВЗР));

- по эксплуатационным свойствам, предъявляемым к готовым деталям летательных аппаратов (сплавы малой плотности на основе Mg, Be, Al, Ti, сплавы средней прочности и высокопрочные, сплавы жаропрочные и жаростойкие, работающие при высоких температурах, сплавы коррозионно-стойкие, нержавеющие, сплавы инструментальные и высокотвердые, а так же сплавы с особыми электро- и магнитными свойствами).

Внутреннее строение металлических материалов рассматривается с трех габаритных позиций: атомно-кристаллическая структура, описывающая расположение атомов в пространстве, микроскопическая структура, обнаруживаемая с помощью микроскопа, и макроструктура, наблюдаемая невооруженным глазом.

Все металлы и металлические сплавы – тела кристаллические: атомы (ионы) расположены в металлах закономерно с образованием пространственной кристаллической решетки, которая характеризуется наличием каркаса из малоподвижных положительно заряженных ионов, в промежутках которого с огромной скоростью движутся свободные электроны.

Наименьший объем металла, который характеризует атомно-кристаллическое строение всего объема, называется элементарной кристаллической ячейкой.

Кристаллические решетки металлов могут быть разных типов. Наиболее часто встречаются объемноцентрированная кубическая (ОЦК); гранецентрированная кубическая (ГЦК); гексагональная плотноупакованная (ГПУ). (рис.8.1.)

Рис.8.1. Расположение атомов в кристаллических решетках:

а – в объемноцентрированной кубической; б - гранецентрированной кубической; в – в гексагональной плотноупакованной.

Подробно различные типы кристаллических решеток металлов рассмотрены в предыдущих курсах «Физики» и «Химии».

Дата добавления: 2014-01-14