Реферати українською » Физика » Будова атомів металів


Реферат Будова атомів металів

«>Будоваатомівметалів»

>Середбезлічіматеріалів,здавнавідомихлюдині й широковикористовуваних нею усвоємужитті ідіяльності, метализавждипосідалиособливемісце: й вназвахепох (золотого,срібного, бронзового,залізноговіку), на котрі грекиподілялиісторіюлюдства; й вархеологічнихзнахідкахметалевихвиробів (>кутімідніприкраси,сільськогосподарськізнаряддя); й вповсюдномувикористанніметалів йсплавів усучаснійтехніці.

>Метали —найпоширеніші вприродіелементи. Причина цого — вособливихвластивостяхметалів, щовигідновідрізняють їхні відіншихматеріалів йроблять убагатьохвипадкахнезамінними.Вонискладають один зкласівконструкційнихматеріалів, щохарактеризуєтьсявизначеним наборомвластивостей:

«>металевийблиск» (>гарнавідбивназдатність);

>пластичність;

>високатеплопровідність;

>високаелектропровідність.

Зпозиціїхімії метали (їхніблизько 80) —цеелементи,атоми якіскладаються із позитивнозарядженого ядра,навколоякого нарізнійвідстаніобертаються негативнозарядженіелектрони,утворюючипевніелектронніоболонки.Зовнішняелектроннаоболонкаметалівміститьневеликукількістьелектронів (1...2). Силапритягування ядра атомащодозовнішніх (>валентних)електронівзначноюміроюкомпенсуєтьсяелектронамивнутрішніхоболонок. Томуатомиметалівдосить легковтрачаютьзовнішніелектрони йперетворюються на позитивнозарядженііони.Вільніелектрони легкопересуваються в всіхнапрямкахміжутвореними позитивнозарядженимиіонами,нагадуючи рухчастинок газу («>електронний газ»).Існуванняводночаснейтральних таіонізованихатомів йвільнихелектронівєпідставою дляуявленьщодоособливого типуміжатомного зв'язку,притаманного лишеметалам, —металевого. Уметаліпостійновідбуваєтьсяобмінелектронамиміжнейтральними ііонізованими атомами,завждиєпевнакількістьелектронів, що на даний момент не належатиякомусь ізатомів.Якщостворити уметалірізницюпотенціалів, рухелектронівнабудепевного напрямі йвиникнеелектричнийструм.Наявністювільних (>колективізованих)електронівпояснюютьіснуванняспільних для всіхметаліввластивостей (>пластичність,непрозорість,блиск,високіелектро- йтеплопровідність), а їхнікількістьвизначаєрізнийступінь «>металевості» окремихметалів.

Метал якхімічнийелементможе бути компонентом,тобторечовиною, котраутворює систему й входити у складсплавів із двох чикількохелементів.

>Кожний метав (>речовина)можеперебувати утрьохагрегатних станах:газоподібному,рідкому й твердому.

Угазоподібномуметалівідстаньміж атомами (>частинками) велика,силивзаємодіїємалими іатоми хаотичнопересуваються упросторі івідштовхуються один від одного. Угазоподібномустаніатомимаютьбільшукінетичнуенергію.

Урідкомустаніатоми (>частинки)зберігаютьлише так званьблизький порядок,тобто воб'ємізакономірнорозташована невеликакількістьатомів, а чи неатомивсьогооб'єму.Близький порядокєнестійким.

>Будоварідкихметалів йсплавівпевноюміроювпливає наформуваннядеякихособливостей їхньогобудови в твердомустані, щомаєекспериментальніпідтвердження задопомогоюсучаснихметодівдосліджень йвикористовується прирозробленнітехнологіївиплавки йтвердіннясплавів.

>Рідкі метали, як йкристалічні,характеризуютьсяблизькимизначеннямигустини, тому їхніоб'єднують подназвоюконденсованих фаз.Вонисуттєвовідрізняються відметалевого газу.Кристалічний метавхарактеризується далеким порядкомрозташуванняатомів,тобтоповністюзакономірнерозміщенняатомів упросторіспостерігається на великихвідстанях відокремо взятого (>даного атома). Урідкомуметалівпорядкованерозташуванняспостерігається лише внайближчомуоточенніпевного атома, томубудоварідкогометалухарактеризуєтьсянаявністюблизького порядку.

>Властивостіметалівзумовлює їхніатомнабудова йкристалічна структура.Залежно відбудови йвластивостей металиоб'єднують урізнігрупи. Зазагальною йнайпоширенішоюкласифікацією металиподіляють надвігрупи:чорні ікольорові (рис. 1.1). Дочорнихметалів належатизалізо та йогосплави (сталь,чавун), а докольорових —рештаметалів.

>Рис. 1.1Загальнакласифікаціяметалів

Закласифікацією Про. П.Гуляєвачорні металимаютьтемно-сірийколір,вищітемпературиплавлення,значнутвердість йгустину,здатні дополіморфнихперетворень (>окрімNi).Серед нихрозрізняють:

>залізні — Fe, Co,Ni,Mn;

>тугоплавкі — температураплавлення які вищий за температуруплавленнязаліза (понад 1539 °З) — W,Mo,Re,Nb,Ti, V,Cr;

>уранові —актиніди;

>рідкісноземельні (>РЗМ) — La,Ce,Nd,Pr таінші.

Утехніцівикористовується понад 90 %чорнихметалів.

Докольоровихналежитьрештаметалів.Характерним їмєзабарвлення (>червоне,жовте,біле),високапластичність,низькатвердість,відноснонизька температураплавлення,відсутністьполіморфізму.Типовимпредставникомгрупикольоровихметалівємідь йсплави наїїоснові (бронза, латунь).Середкольоровихметаліврозрізняють:

>легкі (>Мg,Ве,Аl, титану), котрімають малугустину;

>легкоплавкі (>Zn,Cd,Hg,Sn,Pb,Bi, Tl,Sb) ізтемпературоюплавлення,нижчою відзаліза;

>тугоплавкі (W, Мо,Nb, Та) ізтемпературоюплавленнявищою, ніж узаліза;

>благородні (>Аg,Аu,Рt) ізвисокоюстійкістюпротикорозії;

>уранові (>актиніди), котрівикористовуються ватомнійтехніці;

>рідкісноземельні (>РЗМ) —лантаноїди;

>лужні (>Na, До,Zn) — увільномустанімайже незастосовуються.

>Кольорові металидодають у складлегованих сталей йсплавів дляполіпшенняїхньоїструктури тавластивостей, атакожвикористовують длявиготовленнярізноманітнихвиробів.


>КОНТРОЛЬНІЗАПИТАННЯ ТАЗАВДАННЯ

1.Назвітьхарактернівластивостіметалів.

2. У якіагрегатних станахможеперебуватикожний метав?

3. яккласифікуються метали?

4. Чи належати метали доконструкційнихматеріалів?

5.Скількиметалів уперіодичнійсистемі Д. І.Менделєєва?

6.Якіхарактернівластивостічорнихметалів закласифікацією Про. П.Гуляєва?

7.Якіхарактернівластивостікольоровихметалів закласифікацією Про. П.Гуляєва?

8.Назвітьтиповихпредставниківгрупикольоровихметалів.

9.Назвітьблагороднікольорові метали.


«>Атомно-кристалічнабудоваметалів»

>Підатомно-кристалічноюструктуроюрозуміютьвзаємнерозташуванняатомів (>іонів) у реальномукристалі.Залежно відбудови (>розташуванняатомів)твердітілаподіляють нааморфні такристалічні.

>Аморфнітілахарактеризуютьсяхаотичнимрозташуванняматомів, тому,зберігаючипостійну форму, смердоті немаютьпевних (>критичних) температурплавлення такристалізації.Залежно відзовнішніх умівїхнівластивостізмінюютьсяпоступово.Аморфний станметалівреалізується за умівінтенсивногоохолодження под годинукристалізації.

Зазвичайних умівтверднення метали у твердомустанімаютькристалічнубудову. Длякристалічного станухарактернимєпевнезакономірнерозташування упросторі.Кожен атом (>іон) укристаліоточенийвизначеноюкількістюнайближчихатомів (>сусідів),розташованих наоднаковійвідстані віднього.

Зпоглядувнутрішньоїбудови смердотімаютьнеоднаковийступіньупорядкованостіструктурнихчастинок —іонів,атомів, молекул. Уаморфнихтілах (>каніфоль,скло, смола)спостерігаєтьсяблизький порядокрозміщеннячастинок,якийпоширюєтьсялише вмежахкількохміжатомнихвідстаней. Укристалічнихтілах, до які належатиусі метали,упорядкованерозміщенняхарактерне для якзавгодновіддаленихчастинок. Томуговорять, що тамспостерігається далекий порядок.Такеправильне,регулярнерозміщеннячастинок у твердомутілі, щохарактеризуєтьсяперіодичноюповторюваністю у всіхтрьохвимірах,утворюєпросторову (>кристалічну)ґратку (рис. 1.2).


>Рис. 1.2. Схемакристалічноїґратки: a, b, з —періодиґратки

Доосновнихпараметрівкристалічнихґраток належати:

>елементарнакомірка —ценайменшакількість (комплекс)атомів, Яка прибагаторазовомуповторі упросторідозволяєпобудуватипросторовікристалічнуґраткупевноїсистеми;

>відрізки, щодорівнюютьвідстаням донайближчихатомів (>іонів) покоординатних вісях утривимірномупросторі,позначаютьлітерами а, b, з;

гуляйміжцимивідрізкамипозначають,,співвідношеннявідрізків йкутіввизначає формукомірки;

>період чи параметрґраткидорівнюєдовжині ребракомірки у напряміголовних осейкристалічноїґратки.Параметривимірюють унанометрах (нм),ангстремах (>);

>координаційне число (До)характеризуєщільністьпакуванняґратки,визначаєкількістьнайближчих йрівновіддаленихатомів упевнійкристалічнійґратці.Координаційне числопростоїкристалічноїґраткипозначаютьК6 (літеруозначає типґратки, цифра —кількістьатомів),об'ємоцентричноїкубічної —К8;гранецентричноїкубічної —К12;гексагональної —Г6;гексагональноїщільногопакування —Г12;

базис —цекількістьатомів (>іонів), котрі належати дооднієїкомірки;

>атомнийрадіус — половинавідстаніміж центраминайближчихатомів укристалічнійґратціпевноїкристалічноїсистеми;

>коефіцієнткомпактності —це ставленняоб'єму,якийзаймаютьатоми (>іони), довсьогооб'ємукомірки цого типу.

>Якщоякесьтілостановить одинкристал, йогоназиваютьмонокристалом (відгрецьк. — один, Єдиний). Однак практично усіметалевівироби, щозустрічаються вмашинобудуванні,складаються ізвеличезноїкількостікристалів (зеренрізноїформи йрозмірів,дендритів), й тому їхніназиваютьполікристалами (відгрецьк. —численний).Властивостіполікристалічнихматеріалівзначноюміроюзалежать відформи йрозмірівкристалів,протеїхнявнутрішнябудоваєнастільки жзакономірною, як умонокристалів.

Для характеристикиатомно-кристалічноїструктуритвердихтілкористуютьсяпоняттямелементарноїкомірки. Ценайменший комплексструктурнихчастинок,багатократнепересуванняякого упросторіповністювідтворюєбудовукристалу.

>Простороверозташуванняатомів укристалічномутілізалежить відприродиметалу, характеруміжатомнихзв'язків,температури,тиску.Прагненняатомів донайщільнішогорозміщення приводити дозначноїкількостікомбінацій їхнівзаємногорозташування.Середпромисловихметалівнайпоширенішимиєутвореннятрьохосновнихтипівкристалічнихґраток (рис. 1.3):об'ємоцентричноїкубічної (>ОЦК),гранецентричноїкубічної (>ГЦК) йгексагональноїщільногопакування (>ГЩП).


>Рис. 1.3.Елементарнікристалічніґратки: а —об'ємоцентричний куб; бгранецентричний куб; в —гексагональнащільногопакування

Уоб'ємоцентричнійкубічнійґратціатомирозташовані у вершинах куба і один атом уцентрі куба.ТакукристалічнуґраткумаютьP, K,Na,Li,Ti,Zr,Ta, W, V,Fe,Cr,Nb,Ba іінші метали. Угранецентричнійкубічнійґратціатомирозташовані у вершинах куба й вцентрікожноїграні.Кристалічнуґратку такого типумаютьСа, Се,Sr,Th,Pb,Ni,Ag,Au,Pd,Pt,Ir,Fe,Cu іінші метали.

>ГексагональнуґраткущільногопакуваннямаютьMg,Ti,Cd,Re,Os,Ru,Zn,Co,Be,Ca іінші метали.Атоми уГЩП-ґратцірозташовані у вершинах йцентрішестигранних основпризми та триатоми — усереднійплощиніпризми.

>Багатометалів йдеякітехнічноважливінеметаликристалізуються урізнихкристалічнихґраткахзалежно від такихзовнішніх умів, як температура йтиск, їхньогоназиваютьалотропнимимодифікаціями, атакеявищеполіморфізмом.Низькотемпературнумодифікаціюпозначають, ависокотемпературні —,, тощо. Кожнамодифікаціямаєсвійтемпературнийінтерваліснування.Внаслідокполіморфногоперетворенняутворюютьсяновікристалічні зернаіншоїформи тарозміру, томутакеперетворенняназиваютьперекристалізацією.

Приполіморфнихперетворенняхзмінюється нелише типкристалічноїґратки, але й івластивостіметалу, при цьомувластивостізмінюютьсястрибкоподібно. Так,ОЦК-ґратка-заліза при 911 °Зперетворюється вГЦК-ґратку-заліза, Якаможерозчинитизначнобільшукількістьвуглецю, ніж-ґратка.Феромагнітнівластивостімає лише-залізо, але й надусій сфері свогоіснування,оскільки температураКюрістановить 770 °З.Усецемаєважливезначення длявиробництва іобробкисталі. Уіншихелементахполіморфніперетвореннясупроводжуютьсязмінамимеханічних,теплових,електричних,оптичних,хімічнихвластивостей.

>Усікристалічнітілаанізотропні, щопередбачаєрізницювластивостей урізнихнапрямках.Анізотропіяяскравовираженалише вмонокристалах. Уполікристалічнихматеріалах,наприкладзливках, із великоюкількістю хаотичноорієнтованихкристалів вона немаєчітковираженого характеру,оскількивластивості їхні урізнихнапрямкахусереднюються. Протакіматеріалиговорять, що смердотіізотропні.Аморфнітіла, котрімаютьневпорядкованунасиченість атомами, урізнихнапрямкахтакожєізотропними.Проте уструктуріметалуінодіможестворюватисяпереважаючаорієнтаціякристалів, тодівінстаєанізотропним.Прикладоманізотропностіможе бути текстура листовогометалу, щоз'являється под годину йогообробкитиском.Тоді йогоміцність,теплові,електричні,магнітні таіншівластивостівздовж й впоперек прокаткинеоднакові йможутьзначнорізнитися. Убагатьохвипадкахценебажано, але йінодістворюєтьсянавмисно ізметоюполіпшенняексплуатаційних характеристик. Таким чином, структураметалів йсплавіввизначає їхньогомеханічні ітехнологічнівластивості, особливо под годинутермічноїобробки,експлуатаціївиробів привисоких йнизьких температурах. Томуїївивченнямаєнадзвичайновеликезначення для практики.Матеріал длязакріплення знань

>Рис. 1.4.Ґраткаоб'ємоцентричнакубічна (>Mo, W, V,Fe):r —найменшавідстань досусідніхатомів

>Таблиця 1.1 Характеристикиоб'ємоцентричноїкубічноїґратки

>Параметр >Значення
>Кутиміж осями > = = = 90°
>Періодґратки a = b = з
>Кількістьатомів начарунку n = 2
>Координатне число Z = 8
>Коефіцієнткомпактності K = 0,68

>Рис. 1.5.Ґраткагранецентричнакубічна (>Al,Cu,Au,Ag,Fe):r —найменшавідстань досусідніхатомів


>Таблиця 1.2 Характеристикигранецентричноїкубічноїґратки

>Параметр >Значення
>Кутиміж осями > = = = 90°
>Періодґратки a = b = з
>Кількістьатомів начарунку n = 4
>Координатне число Z = 12
>Коефіцієнткомпактності K = 0,74

>Рис. 1.6Ґраткагексагональнащільногопакування (>Mg,Co,Zn,Ti,Cd)

>Таблиця 1.3 Характеристикигексагональноїщільноупакованоїґратки

>Параметр >Значення
>Кутиміж осями > = = 90°, = 90°
>Періодґратки a = b,c/a = 1,633
>Кількістьатомів начарунку n = 6
>Координатне число Z = 12
>Коефіцієнткомпактності K = 0,74

>КОНТРОЛЬНІЗАПИТАННЯ ТАЗАВДАННЯ

1. На котрігрупизалежно відбудовиподіляютьсятвердітіла?

2. Колитакеаморфнітіла?

3. Колитакекристалічнітіла?

4.Наведітьприкладиаморфнихтіл.

5.Наведітьприкладикристалічнихтіл.

6. Колитакепросторовакристалічнаґратка?

7.Назвітьосновніпараметрикристалічнихґраток.

8.Якітипикристалічнихґратокхарактерні дляметалів?

9. Колитакеполіморфізмметалів?

10.Анізотропія іізотропія, щоце?


«>Дефектикристалічноїбудовиметалів»

Зрідкогорозплаву можнавироститимонокристали.Їх, як правило,використовують улабораторіях длявивченнявластивостейтієї чиіншоїречовини.

>Метали йсплави,отримані узвичайнихумовах,складаються ізвеликоїкількостікристалів,тобтомаютьполікристалічнубудову.Цікристалиназиваються зернами,маютьнеправильну форму йпо-різномуорієнтовані впросторі.Кожне зерномаєвласнеорієнтуваннякристалічнихґрат,відмінне відорієнтуваннясусідніх зерен,унаслідок чоговластивостіреальнихметалівусереднюються, йявищеанізотропії неспостерігається.

Укристалічнихґратахреальнихметалівнаявнірізнідефекти (>недосконалості), щопорушуютьзв'язкиміж атомами йвпливають навластивостіметалів.Розрізняютьтакіструктурнідефекти:

>точкові —малі у всіхтрьохвимірах;

>лінійні —малі у двохвимірах й якзавгоднопротяжні втретьому;

>поверхневі —малі в одномувимірі.

Одним зпоширенихнедоліківкристалічноїбудовиєнаявністьточковихдефектів:вакансій,дислокованихатомів йдомішок (рис. 1.7).

>Рис. 1.7.Точковідефекти: а —вакансія; б —домішковий (>чужорідний) атом; в —дислокований атом


>Вакансія —відсутністьатомів увузлахкристалічнихґрат, «>дірки», щоутворилися врезультатірізних причин: припереходіатомів зповерхні внавколишнєсередовище чи ізвузлівґрат наповерхню (>границі зерен,порожнечі,тріщини тощо), урезультатіпластичноїдеформації, прибомбардуваннітіла атомами чичастинкамивисокихенергій (>опромінення вциклотроні чинейтроннеопромінення в ядерногореакторі).Концентраціявакансійзначноюміроювизначаєтьсятемпературоютіла.Скупченнябагатьохвакансійможепризвести доутворення пір йпорожнеч.

>Дислокований атом —це атом, щовийшов звузлаґрат йзайнявмісце вміжвузлі.Концентраціядислокованихатомівзначно менше, ніжвакансій,оскільки для їхньогоутвореннянеобхідніістотнівитратиенергії. При цьому намісці атома, щоперемістився,утворитьсявакансія.

>Домішковіатомизавждиприсутні вметалі,оскільки практичнонеможливовиплавитихімічночистий метав.Вониможуть матіррозміри,більші чименшірозмірівосновнихатомів, йрозташовуються увузлахґрат чиміжвузлях.

>Точковідефективикликаютьнезначніперекручуванняґрат, щоможе привести дозмінивластивостейтіла (>електропровідність,магнітнівластивості),їхнянаявністьсприяєпроцесамдифузії таздійсненнюфазовихперетворень у твердомустані.

>Основнимилінійними дефектамиєдислокації.Дислокація —цедефектикристалічноїбудови, щоявляють собоюлінії,уздовж йпоблизу якіпорушенехарактерне длякристалаправильнерозташуванняатомнихплощин.

>Дислокаціївпливають не так наміцність йпластичність, але й і наіншівластивостікристалів.Зізбільшеннямщільностідислокаційзмінюютьсяоптичнівластивості,підвищуєтьсяелектричнийопірметалу.Дислокаціїзбільшуютьсереднюшвидкістьдифузії вкристалі (рис. 1.8),прискорюютьстаріння ііншіпроцеси,зменшуютьхімічнустійкість, тому врезультатіобробкиповерхнікристаласпеціальнимиречовинами вмісцяхвиходудислокаційутворюються ямки.

>Рис. 1.8. Схемадифузії вкристалі

>Поверхневідефективиникають награницях зерен,фрагментів йблоків (рис. 1.9).

>Рис. 1.9.Границі зерен: а — схемаполікристалічноготіла; б — схемабудовиграниці зерна

>Розміри зеренскладають до 1000мкм.Границяміж зернамиявляє собоютонку, в 5—10атомнихдіаметрів,поверхневу зону ізмаксимальнимпорушенням порядку врозташуванніатомів.

>КОНТРОЛЬНІЗАПИТАННЯ ТАЗАВДАННЯ

1. Колитаке зерна?

2.Назвітьгрупидефектів (>недосконалостей)кристалічнихграток.

3. Колиналежить доточковихдефектів?

4. Колитакевакансія?

5. Колитакедислокований атом?

6. Колитакедомішковий (>чужорідний) атом?

7. Дозміни яківластивостейметалівможутьпризвеститочковідефекти?

8.Якідефекти належати долінійних?

9. Дозміни яківластивостейметалівпризводитьдислокація?

10. Девиникаютьповерхневідефекти?


«>Кристалізаціяметалів»

>Кристалізацієюназиваютьперехідметалів ізрідкого стану втвердий (>кристалічний).Відбувається вонвнаслідок переходусистеми ізтермодинамічнонестійкого стану втермодинамічностійкий стан,тобтозі стану ізбільшоюенергією у стан ізменшоювільноюенергією читермодинамічнимпотенціалом, коли вільнаенергіякристалаєменшою відвільноїенергіїрідкоїфази.

>Енергетичний стансистемиприйнятохарактеризувативільноюенергією.Вільноюенергієюназиваєтьсячастинаповноїенергіїречовини, котраоберненозмінює свою величину призмінітемператури,поліморфнихперетвореннях,плавленні. Зпідвищеннямтемператури величинавільноїенергіїзменшується.Змінувільноїенергіїрідкої йтвердоїречовини показано на рис. 1.10.

>Рис. 1.10Змінавільноїенергіїрідкого й твердогометалузалежно відтемператури

ПрирівноважнійтемпературіТплвеличинивільноїенергіїметалу врідкому й твердомустанірівні; метав вобох станахперебуває урівновазі. ПритемпературівищеТплстійкішимєрідкий метав,якиймаєменший запасвільноїенергії, анижчецієїтемпературистійкимєтвердий метав.Процескристалізаціїрозвиватиметься до тоговипадку,якщорідкий метавохолодитинижчетемпературиТпл.

Температура, заякої практичнопочинається процескристалізації,називаєтьсяфактичноютемпературоюкристалізаціїТк.

>РізницяміжрівноважноютемпературоюТпл йфактичноютемпературоюТкназиваєтьсяступенемпереохолодженняТ: (1.1)

>Процес переходуметалу ізрідкого стану утвердий можнаописати задопомогоюкривих у координатах температура — годину.

На рис. 1.11показанікривіохолодження, котріхарактеризують процескристалізаціїчистихметалів приохолодженні ізрізноюшвидкістю V. Придужеповільномуохолодженніступіньпереохолодженнямалий й притемпературікристалізації накривійз'являється горизонтальнаділянка (>зупинка упадіннітемператури),утворенняякоїпояснюєтьсявиділеннямприхованоїтеплотикристалізації.

>Рис. 1.11.Кривіохолодження чистогометалу


>Під годинуплавленнявідбуваєтьсяпоглинаннятеплоти, котравитрачається напідвищенняенергіїатомів,тобто на «>руйнування»кристалічноїґраткиметалу.Ця теплотаназиваєтьсяприхованою. Упроцесікристалізаціївідбуваєтьсязворотневиділенняенергії увиглядіприхованоїтеплотикристалізації, Якакомпенсує тепло, щовідводиться воточуючесередовище, йзатримуєпадіннятемператури.

>Зізбільшеннямшвидкостіохолодженняступіньпереохолодженнязбільшується (>криві 2 й 3) й процескристалізаціївідбувається при високих температурах, котрієзначнонижчими, ніжрівноважна температуракристалізації.

Рівеньпереохолодженнязалежить відприроди йчистотиметалу.Чимчистіший метав, тім прибільшомуступеніпереохолодженнявиникаютьзародкитвердихкристалів.

>Процескристалізаціїскладається із двохстадій:

>утворенняцентрівкристалізації (>зародківкристалів);

>розростаннякристалівнавколоцихцентрів.

Схематично процескристалізації показань на рис. 1.12. ПрипереохолодженніметалунижчетемпературиТпл убагатьохділянкахрідкогометалуутворюютьсястійкі,здатнізбільшуватисякристалічнізародки, котріназиваютькритичнимизародками.Поки їхніоточуєрідина,кристалиростутьвільно йможуть матірправильнугеометричну форму. Однак призіткненнізростаючихкристалів їхні правильна формапорушується,оскільки наділянках контактузростання гранейприпиняється.Кристал зростанні ВДВ у тому напрямі, девінстикається ізрідиною.Наслідкомє ті, щозростаючікристали, котрімаютьспочаткугеометричноправильну форму, послетвердненнянабуваютьнеправильноїзовнішньоїформи.Їхназивають зернами, чикристалітами (рис. 1.13).


>Рис. 1.12 Схемапроцесукристалізаціїметалу

>Рис. 1.13.Мікроструктуразаліза: а — зерназаліза; б — зернозаліза

>Швидкістьпроцесукристалізаціївизначаєтьсядвома величинами:швидкістюзародженняцентрівкристалізації йшвидкістю зростаннюкристалів.

>Підшвидкістюзародженняцентрівкристалізаціїрозуміютькількістьзародків, котрівиникають заодиницю годині наодиниціоб'єму.Підшвидкістю зростаннюкристаліврозуміютьшвидкість збільшеннялінійнихрозмірівкристала заодиницю години.

>Кількістьцентрівкристалізації йшвидкість зростаннюкристалівзалежать відступеняпереохолодження. як видно із рис. 1.14,кількістьзародків йшвидкість їхньогозародження прирівноважнійтемпературікристалізаціїдорівнює нулю. Призбільшенніступеняпереохолодження смердотізростають йдосягають максимуму. При великих щабляхпереохолодженнякількістьцентрівкристалізації йшвидкість зростаннюдорівнюють нулю,оскільки принизьких температурахдифузійнарухомістьатомівєзменшеною, а тім самимєзменшеною йздатністьсистеми доперетворення.


>Рис. 1.14Швидкість зростаннюкристалів (>ш.р.) йшвидкістьзародженняцентрівкристалізації (>ч.ц.)залежно відступеняпереохолодження

Величина зерна.Чим понадцентрівкристалізації й меншешвидкість їхнього зростанню, тімдрібніші зернаметалу.

Приневеликійшвидкостіпереохолодженнякількістьзародківємалою, ашвидкість великою. Зацих умівотримаємокрупне зерно.Зізбільшеннямступеняпереохолодженнякількістьзародківзростаєбільшоюмірою, ніжшвидкість їхнього зростанню, йрозмір зерна уметалізменшується.

Розмір зернаметалузначноюміроювпливає намеханічнівластивості.Чимдрібніше зернометалу, тімвище йогоміцність,в'язкість йпластичність. Нарозмір зернавпливають температуранагрівання йрозливаннярідкогометалу, йогохімічний склад йнаявність уньомудомішок.

>Модифікуваннярідкогометалу. Дляотриманнядрібного збіжжя урідкий метаввводятьспеціальнідомішки (>модифікатори), котрі, незмінюючихімічного складуметалу,поліпшуютьмеханічнівластивості сплаву. Так, длясталімодифікаторамиєАl, V, титану; дляалюмінію — титану, V,Zr; длячавуну —Мg.Нерідко рольмодифікаторіввідіграютьхімічніелементи, котріутворюютьтугоплавкісполуки, щокристалізуються впершучергу.Цісполуки (>карбіди,нітриди,оксиди)виділяються увиглядінайдрібнішихчастинок йєзародкамикристалів, щовиникають под годинутвердіння.Наприклад, под годинумодифікуванняалюмінієвихсплавів якмодифікаторивикористовують титану, V,Zr, длясталі —Аl, V, титану, длячавуну —Мg,феросиліцій,силікокальцій,Аl.

>Будоваметалевогозливка. Упроцесізатвердіннякристалиметалуможуть матіррізну формузалежно відшвидкостіохолодження, характеру ікількостідомішок.Найчастішеутворюютьсядендрити (відгрецьк.дендрон дерево).Спочаткувиникаютьосі Першого порядку (>довгігілки),потім перпендикулярно перед тимосі іншого порядку, далі перпендикулярно до осей іншого порядкуутворюютьсяосітретього порядку тощо. Укінцевомупідсумкукристалинабуваютьформидендритів (рис. 1.15).

>Рис. 1.15. Схемадендритів

>Будовузливкаскладають триосновнізони (рис. 1.16).


>Рис. 1.16. Схемабудовисталевогозливка за Д. До.Черновим: 1 —усадкова раковина; 2 — зонадрібнихрівновіснихкристалів; 3 — зонастовбчастихкристалів; 4 — зонакрупнихрівновіснихкристалів

Зона 1 —зовнішнядрібнозернистакірка, щоскладається іздрібнихдезорієнтованихкристалів —дендритів. Припершомузіткненнізістінкамивиливниці (>металевоїформи)виникаєзначний перепад температур, щоспричиняєпереохолодження ізутвореннямвеликоїкількостіцентрівкристалізації. Урезультатікірканабуваєдрібнозернистоїбудови.

Зона 2 — зонастовбчастихкристалів. Тут перепад температуррізкозменшується й,відповідно,знижуєтьсяступіньпереохолодження сплаву.

Зона 3 — зонарівноважнихкристалів. Уцентрізливка уже немаєпевного напрямівіддачітеплоти. Томукристалиростутьрівномірно у всіхнапрямках.Зародкамикристалів тутвиступаютьдужедрібнівключення.

>Під годинуохолодженняоб'ємметалузменшується (>даєусадження), тому уверхнійчастинізливкаутворюютьсяпорожнини:усадочна раковина йусадочнапухкість.

>Залежно від складусталі,розмірівзливка і умівохолодженняцізониможутьзмінюватися йнавітьзникати, але йзагальний характербудовизливка под годинукристалізаціїзалишається.

>Наприклад, у невеликихзливках йвиливках уметалевіформи, особливо призаливанніперегрітогометалу, зонастовпчастихкристалівстає великою йможезайняти весьпереріззливка,навіть до центру. Зона такихкристалівмаєвеликугустину,оскільки вній малогазовихбульбашок, раковин. У тієї ж годину наділянкахстикустовпчастихкристалів метавмаєпониженуміцність, й под годинуобробкитиском (>кування,прокатування тощо) нацихділянкахможутьвиникатитріщини. Тому длямалопластичнихметалів, у томучислі і длясталі,рістстовпчастихкристалівнебажаний. Інавпаки, дляотриманнящільнішогозливка упластичнихметалів (>наприклад,міді таїїсплавів)бажанимєпоширеннязонистовпчастихкристалів повсьомуоб'ємузливка;внаслідоквисокоїпластичності такихсплавівруйнуваннязливка под годинуобробкитиском невідбувається.

>Поліморфніалотропніперетворення уметалах (>перекристалізація).Багатометалів,залежно відтемператури,можутьіснувати врізнихкристалічних формах чи, яккажуть,модифікаціях.Унаслідокполіморфного (>алотропного)перетвореннякристалічніґратки одного типуперебудовуються накристалічніґраткиіншого типу,іншоїформи ііншогорозміру.Поліморфніперетворенняспостерігаються в всіхметалів, але й внайважливіших смердотііснують.

>Термодинамічноюпередумовоюполіморфнихперетвореньєзменшеннявільноїенергії.Перехід ізоднієїкристалічноїформи віншувідбувається запостійноїтемператури (>критичні точки) йсупроводжуєтьсявиділеннямтеплоти приохолодженні іпоглинаннямтеплоти принагріванні. Для цого переходу, як й прикристалізації ізрідкоїфази,потрібнепереохолодження (чиперегрів)відноснорівноважноїтемператури,щобвиникларізницявільнихенергій.

У твердомуметалі, навідміну відрідкого,можливедосягненнядуже великогопереохолодження.

>Поліморфніперетворенняздійснюються шляхомутвореннязародків таїхнього зростанню врезультаті переходуатомівзістароїмодифікації унову.Зародкиновоїмодифікаціїнайчастішевиникають намежах зеренвихіднихкристалів чи в зонах ізпідвищенимрівнемвільноїенергії.Поліморфнеперетвореннясупроводжуєтьсястрибкоподібноюзміною всіхвластивостейметалу —механічних,фізичних,хімічних.

>Модифікацію, щоіснує принайнижчійтемпературі,позначаютьгрецькоюлітерою, придещовищій —,щевищій — тощо.


>КОНТРОЛЬНІЗАПИТАННЯ ТАЗАВДАННЯ

1. Колитакекристалізаціяметалів?

2. Колитакеступіньпереохолодження?

3. З які двохстадійскладається процескристалізації?

4. Колитакекристаліти?

5.Якими величинамивизначаєтьсяшвидкістьпроцесукристалізації?

6. як можнаотриматидрібніше зернометалу?

7. На котрівластивостіметаліввпливає величина зерна?

8. Коливводять дорідкогометалу дляотриманнядрібного зерна?

9. Колитакедендрити?

10.Назвітьосновнізонибудовизливка.

11. Колитакеполіморфні,алотропніперетворення уметалах?


Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Напередодні нової фізики
    НАПЕРЕДОДНІ НОВОЇ ФІЗИКИ Захарченко Валентин Олексійович Вже кілька десятиріч спостерігається,
  • Реферат на тему: Ватметрі нізької частоти
    >Міністерство >освіти та науки України >Вінницький >національний >технічний >університет >Інститут
  • Реферат на тему: Введення в аксіоматику квантової механіки
    Введення ЄІАС у аксіоматику квантової механіки Походження операторів динамічних величин  
  • Реферат на тему: Великі вчені
    року міністерство освіти Республіки >Башкортостан МОУ >СОШ №1 з. >Аскино      
  • Реферат на тему: Вітрогенератори
    Державне освітнє установа вищого професійної освіти «Казанський державний технологічний

Навігація