Capitolul 1. Structura cristalină și proprietățile metalelor și aliajelor
Structura cristalină a metalelor
Principalele materiale structurale sunt în prezent metalele și aliajele lor. Metalele sunt corpuri cristaline solide care au un luciu metalic caracteristic și posedă valori ridicate ale conductivității termice, conductivității electrice și plasticității.
În stare solidă, metalele au o structură cristalină, caracterizată printr-un aranjament ordonat de atomi (ioni) în spațiu, cu formarea de laturi cristaline. Trei tipuri de laturi cristaline sunt cele mai răspândite:
· Latice cubică cu volum - bcc (Figura 1.1.) Și - constanta zăbrele (distanța dintre doi atomi de carbon adiacenți, așa cum este măsurată de-a lungul unei muchii). O astfel de rețea are metale: Fe Ti, Cr, Mo, etc;
· Lattice cubice centrate pe față - fcc (Figura 1.2). O astfel de rețea are metale: Fe, Cu, Ni și altele.
· Lattice hexagonale închise - hcp (Figura 1.3). O astfel de rețea are metale: Mg, Ti, etc.
Fig. 1.1. Bcc grătare
Unele metale își schimbă grâul în funcție de temperatură. Acest fenomen se numește polimorfism sau alotropie. Fiecare modificare polimorfă este marcată de literele alfabetului grecesc.
Deci, polimorfismul este inerent in fier. Schimbarea rețelei de fier are loc la o temperatură de 911 ° C. fier Modificarea care există la o temperatură sub 911 ° C, și are un grilaj bcc este notat Feα, o modificare care există la o temperatură de peste 911 ° C, are un grilaj fcc, și este notată Feγ. Același lucru este valabil și pentru titan. Titanul, care are o latură de hcp, este notat cu Tiα, iar titanul având o rețea de bcc este denumit Tiβ.
Polimorfismul are o mare importanță practică. Utilizarea acestui fenomen se bazează pe metode de întărire și înmuiere a aliajelor prin tratarea termică.
Procesul de formare a rețelei cristaline a metalelor, aliaje, și nemetale numit cristalizare. Este primar și secundar. Primar - o cristalizare dintr-o stare lichidă și este comun pentru toate metalele și secundar - cristalizarea dintr-o stare solida, si este caracteristic metalelor, care este inerentă o conversie polimorfă, și în cazul schimbării solubilității cu eliberarea fazei excesive în stare solidă. Procesul de cristalizare constă în două etape: I - nucleația (nucleaŃie) (Figura 1.4, a.); II - creșterea cristalului.
Fig. 1.4. Schema procesului de cristalizare a metalelor și a aliajelor
În Fig. 1.4 arată cum apare nuclearea și creșterea cristalelor: 1 - nuclearea cristalelor; 2-4 - nuclearea unor noi cristale formate mai devreme; 5-7 - creșterea cristalelor.
Cristalele au o formă regulată și o structură internă corectă.
Ca rezultat al creșterii cristalului, apare o coliziune între acesta din urmă. Cristalele dobândesc o formă externă neregulată, însă ele păstrează structura internă corectă. Astfel de cristale se numesc cristalite sau boabe. Ele pot fi văzute cu ajutorul unui microscop optic. Procesul de cristalizare poate fi estimată cantitativ prin doi parametri: nucleaŃie viteză [V3] și rata lor de creștere [Vp]. V3 este numărul de centre generate pe unitatea de volum pe unitate de timp [1 / mm3 · s], [1 / mm3 · min]. Vp este rata de creștere a dimensiunilor lineare pe unitate de timp [mm / s], [mm / min].
Dimensiunile cristalelor formate depind de raportul dintre cantitățile V3 și Vp. Cu o valoare mare de Vp și un mic V3, se formează un număr mic de cristale mari. La valori mici ale lui Vp și V3 mare, se formează un număr mare de cristale mici.
Dimensiunea granulelor afectează semnificativ proprietățile metalelor și aliajelor bazate pe ele. Cu cât mărimea granulelor este mai mică, cu atât este mai mare nivelul proprietăților. Există următoarele moduri de rafinare a cerealelor:
creșterea ratei de cristalizare;
Modificare - introducerea de centre suplimentare de cristalizare. Ca centre suplimentare de cristalizare, se folosesc pulberile de metal Ti, Mo, V, etc.
În majoritatea cazurilor, procesul de cristalizare este complicat de faptul că, în direcția unei disipări mai mari a căldurii, creșterea cristalului are loc mai rapid decât în alte direcții. Aceasta duce la formarea de cristale de formă de copac, numite dendrite (Fig.
Figura 1.5. Schema dendrită
Dendritul este alcătuit dintr-o axă de ordinul 1, din care ramuri (axele celei de-a doua 2 și ordine următoare 3, etc., figura 1.5).
1. Ce sunt metalele?
2. Care sunt cele mai frecvente tipuri de laturi de cristal?
3. Ce este polimorfismul?
4. Ce este cristalizarea?
5. Care este diferența dintre cristalizarea primară și cea secundară?
6. Care sunt etapele procesului de cristalizare?
7. Ce este cerealele?
8. De unde știți parametrii cantitativi ai procesului de cristalizare?
9. La ce proporție de parametri cantitativi ai procesului de cristalizare puteți obține un boabe mici și mari?
10. Cum este posibilă rafinarea cerealelor în practică?
11. Ce este un dendrit?
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: