КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛО В

Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких (10^-1 – 10^-5 см) кристаллов, разориентированных по от­ношению друг к другу.

Металлы и металлические сплавы

Кристаллы с металлическим типом связи, наличие элек-

тронного газа.

Кристаллы (кристаллическая решетка)

 

 

 

Наличие даль­него порядка в расположении атомов.

 

Атомы	распола-
гаются	на рас-
стоянии,	когда
энергия	о тта л -
кивания	и при-
тяжения	равны.

 

Свойств а

Термоэлектронная эмиссия

Выс о к а я тепло- и электропроводность

Строение кристаллической решетки описыва­ется элементарной ячейкой. Элементарная ячейка - это наименьший объем кристалла, дающий представление о строении всего кристалла. Характеристики ячейки - ребра a, b, c и углы между ними ос, (3, у; отрезки a, b, c называются периодами ре­шетки.

 

Металлический блеск, отражательная спо­собность

Элементарная ячейка

 

Повышенная способ­ность пластического деформирования

Положительный тем -пературный коэффи­циент электросопро­тивления

i

ИДЕАЛ ЬНОЕ СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ

I

однородность, закономерность и симметричность в расположении атомов определяет тип кристаллической решетки.

Характеристики решетки: координационное число к (число атомов, находя­щихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома), период, плот­ность упаковки, коэффициент к о м пак тно с ти η, число атомов на ячейку n). Наиболее часто встречающиеся типы решеток

I

Кубическая решетка «4=4=Vc объемно-центрированная

Тетрагональная ре­шетка а = b ^ с а = |3 = у= 900С

е-

Гексагональная

шетка (ГПУ) (плотноупакованная)

а = Ь Ф с

^=И ^а '^

а = р = 90°С,у=120°

n, η, k – зависит от отношения с/a – степени те тр а г о -нальнос ти.

с/а = 1,633

Pb, Na, Tip, Feb-, W, Vflp.

п = 6,л= 74 %, к = 12 Mg,a, Cd, Be, Tifoaa, йт,СОри др.

п = 2, л = 68 %, и = 8 гранецент ГЦК рованная

FeY, Си, Ni, Со, Ag и др. п = 4, г| = 74 %, к = 12

^це л ые ра цио на л ь ные чис ла являющ ие ся величи­нами, обратными отрезку осей, отсекаемых данной плоскостью по осям координатх, у, z

Т

РЕАЛЬНОЕ СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ

I

в решетке имеются нарушения строения - структурные несовершенства (дефекты)

I

Точечные дефекты -малы во всех направ­лениях. 1. вакансии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

						L J
			^*		ft
		''!
		X			Мн
(Н

2. межузельные ато­мы (дефект Френке­ля)

3. примесные атомы замещения

Линейные дефекты - дис­локации - малые размеры в двух измерениях и большая протяженность в третьем.

1. Краевая (линейная)
дислокация (экстра

плоскость)

2. Винтовая дислокация - линия, вокруг которой атомные плоскости изогнуты по спирали.

Поверхностные дефекты - малы в одном измере­нии.

1. Границы зерен -больше угловые границы

субструктура

2. Границы субзерен мало угловые гран ицы

Оказывают существенное влияние на свойства металлов и сплавов

Нал ич ие дефектов предопределяет возможность диффузии – перемеще­ния атомов на расстояния, большие межатомных. Процесс диффузии, в первую очередь, зависит от температуры. Чем выше температура, тем интенсивнее процесс диффузии.

ДИФФУЗИЯ

Самодиффузия – перемещение атомов, не связанное с изме­нением концентрации в от­дельных объемах.

Гетеродиффузия сопровождается из­менением концентрации в отдельных объемах, происходит в сплавах с по­вышенным содержанием примесей .

Механизмы диффузии

вакансионный

обменный

циклический

межузельный

ТТППТТ]

О.

ш

диффузия С, N, Н

I

Характеристик и диффузии

Скорость диффузии

Коэффициент диффузии D – количество вещест­ва, диффундирующего через единицу площади 1 см² за единицу време­ни 1 с.

D = - A⋅e^{-Q / RT} см²/с (градиент концентрации равен 1)

m = - D(dc/dx) - коли­
чество вещества,
диффундирующего
через единицу площа­
ди поверхности раз­
дела за единицу вре­
мени. По то к стацио­
нарный.
I закон Фика.

Для нестационарного потока

dc/dτ = D(d²c/dx²) dc – концентрация; dx – расстояние в вы­бранном направлении; dτ - время; II закон Фика.

Наибо л ее легко процесс диффузии протекает по границам зерен, где со­средоточены дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации).

ВОПР ОСЫ ПО ТЕМЕ

1. Что определяет металлическое состояние металлов и сплавов? Какие свойст­ва характеризуют металлы?

2. Что так о е кристаллическая решетка? Основные типы кристаллических реше­то к .

3. Что так о е координационное число?

4. Параметры кристаллической решетки.

5. Крис таллографичес кие плоскости и их индексификация.

6. Классификация дефектов кристаллического строения.

7. Что так о е точечные, линейные, поверхностные дефекты?

8. Что так о е диффузия? Самодиффузия, гетеродиффузия.

9. Механизмы диффузии.

10. Характеристики диффузии.

ЗАДАЧИ Задача № 1

Рассчитайте число атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку в решетке ОЦК (рис. 1).

а) б)

Рис. 1 Решение:

Пронумеруем атомы в ячейке. Каждый атом в вершине куба (1-8) принад­лежит восьми соседним ячейкам, следовательно данной ячейке приходит 1/8 атома. Таких атомов 8: 1/8⋅8 = 1 атом и один атом в центре решетки (9) 1+1 = 2. Ответ: 2 атома.

Задача № 2

Рассчитайте число атомов в решетке (рис. 2,а,б)

1) ГЦК (а); 2) ГПУ (б); 3) тетрагональная кубическая решетка (в)

а) б) в)

Рис.2

Задача № 3

Определить какие дефекты кристаллического строения (1-8) имеются в решетке кристаллов, приведенных на рис. 3.

Рис. 3 Задача № 4

Рассчитайте и сравните коэффициенты диффузии для Fe_α и Fe_γ при 911⁰С, если

для Feγ

для Fe_α

А = 0,6 см2/с Q = 68000 кал/г⋅ат

А = 5,8 см²/с

Q = 59700 кал/г⋅ат

Задача № 5

Определить, насколько увеличится скорость диффузии в Fe_γ, если увели­чить температуру с 911⁰С до 1100⁰С.