Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Матеріалознавство

Предмет: 
Тип роботи: 
Курс лекцій
К-сть сторінок: 
91
Мова: 
Українська
Оцінка: 

нагріванні стає крихким.

 
4.2.2.     Формування будови металів. Кристалізація.
Первинна кристалізація починається при досягненні деякої граничної температури, яка характеризує переохолодження рідини чи насичення пару, тоді практично миттєво виникає значна кількість центрів кристалізації. З часом ці центри зростають, приєднуючи до себе інші атоми чи молекули рідини, утворюючи полікристали чи зерна. (рис. 1).
 
Рисунок 1. – Схема формування структури при кристалізації.
 
При подальшому зниженні температури, кількість утворених центрів кристалізації зменшується,  швидкість зростання полікристалів знижується, тому при кристалізації можуть утворюватися різні форми і структури кристалів (багатогранні, пластинчаті, голчасті, дендритні і т.п.). Швидкість процесу первинної кристалізації і характер формування структури матеріалу значно залежить від швидкості охолодження і кількості центрів кристалізації, що виникають в одиницю часу в одиниці об’єму. Тому чим більше швидкість охолодження, утворення центрів кристалізації та менше швидкість їх зростання тим менше розміри зерна, тобто більш дрібнозерниста структура.
Джерелом утворення центрів кристалізації можуть бути різні тверді частки, що є в рідині (домішки). Вони, практично не змінюючи хімічного складу, можуть служити центрами кристалізації й призводити до утворення дрібного зерна. В металургійних процесах штучно вводять в розплав тверді домішки, щоб отримати максимальне число зародків зерен і дрібнозернисту структуру, що забезпечує гарні фізико-механічні характеристики матеріалу.
В твердому стані металеві матеріали являють собою полікристалічну речовину, що складається з значного числа по-різному орієнтованих по відношенню один до одного кристалітів (зерен), розміри, форма і взаємне розташування яких формується при охолодженні в процесі кристалізації.
В процесі кристалізації  неминуче виникають різні дефекти будови. Ці дефекти впливають на форму та розташування зерен в матеріалі призводячи до анізотропії будови твердих матеріалів.
Вторинна кристалізація відбувається шляхом дифузії атомів, поглинання зерен структури новоутвореними будовами, зсувами часток кристалів внаслідок різких термодинамічних процесів тощо. Ріст зародків нової фази відбувається невпорядкованим переходом атомів шляхом дифузії через границю розділу фаз до новоутвореної фази. Якщо між вихідною і новою фазами існує структурна відповідність (когерентність), то нова фаза розміщується між вихідною у вигляді внутрішніх утворень (пластинок, голок). Якщо нова фаза по складу чи будові суттєво відрізняється від вихідної, то ця фаза є нестійкою і може бути проміжною (метастабільною), тобто може змінюватись при певних умовах і переходити до стабільного стану.
Вторинна кристалізація може відбуватися не тільки за рахунок дифузії
атомів, але й шляхом впорядкованого переміщення (зсуву) атомів, молекул чи окремих частин кристалів при різкому переохолодженні високотемпературних модифікацій на відстані малі в порівнянні з міжатомними. Таке перетворення називають мартенситним, а утворену структуру – мартенсит. Мартенситне перетворення в сплавах відбувається без зміни концентрації фаз. З цим перетворення пов'язані такі явища як гартування, "ефект пам'яті форми" тощо.
Швидкість процесу вторинної кристалізації і характер утворення структури матеріалу при різних умовах підпорядковується тим же закономірностям, що й при первинній кристалізації.
 
Лекція 3
 
5. Будова металевих матеріалів.
5.1. Атомно – кристалічна будова металів.
Кожному металу в твердому стані відповідає певна кристалічна будова, яка описується геометричними представленнями, а саме кристалічними решітками або ґратками.
Кристалічні ґратки – просторове періодичне розташування атомів (іонів, молекул) в кристалічній речовині.
Точки кристалічних ґраток, в яких розміщуються атоми називаються вузлами.
Напрямки, що проходять крізь два вузли ґраток називають кристалографічними напрямками, а площини, що проходять через три вузли – кристалографічними (атомними) площинами.
В основі кристалічних ґраток лежить елементарна комірка – це побудований на вузлах мінімальний об’єм кристалічної речовини, що відбиває всі його особливості і його повторення дозволяє побудувати всі ґратки.
Для однозначної характеристики елементарної комірки слід знати її параметри:
період – відстань між сусідніми атомами в одній площині;
координаційне число – кількість атомів ґраток, які знаходяться на найменшій рівній відстані відносно одного вибраного;
щільність упаковки – відношення об’єму зайнятого атомами до об’єму всіх ґраток;
Для більшості металів характерні три типи кристалічних ґраток  (рис.2): Об’ємно – центровані кубічні ґратки (ОЦК). Ці ґратки мають метали: Pb,
K, Na, Li, W, V, Cr, Nb, Tiβ, Feα.
Гранецентровані кубічні ґратки (ГЦК). Характерні металам: Caα, Ni, Ag,
Au, Cu, Coα, Feγ.
Гексагональні ґратки (ГГУ). Характерні металам: Mg, Tiα, Cd, Re, Os, Zn,
Coβ, Be.
 
Рисунок 2. – Типи кристалічних ґраток металів: а – ОЦК, б – ГЦК, в – ГГУ.
Кристалічні ґратки в металі внаслідок фазових перетворень об'єднуються і утворюють полікристал або кристаліт. Сукупність полікристалів це зерно металу. Саме з зерен і складається на макроскопічному рівні структура металу.
Однак ідеальної будови в природі не існує. В наслідок фазових перетворень відбувається відхилення реальної будови матеріалу від ідеальної. Тому в металах можливі дефекти кристалічних ґраток. За геометричними ознаками їх розрізняють на точкові, лінійні, поверхневі, та об'ємні.  За розташуванням та природою існують такі дефекти як вакансії, дислокації, міжвузловий атом, домішкові атоми. Властивості металів визначаються параметрами кристалічних ґраток та видом і кількістю дефектів.
 
5.2.  Анізотропія властивостей кристалів.
У різних кристалографічних площинах, проведених через центри атомів у кристалічних решітках, число атомів і відстані між ними неоднакові. У зв'язку з 
Фото Капча