Атомно-кристаллическое строение металлов
Металлы и сплавы в твердом состоянии - кристаллические тела. Атомы в них расположены закономерно в узлах кристаллической решетки и колеблются с частотой порядка 1013 Гц. Связь в металлах и сплавах электростатическая, обусловленная силами притяжения и отталкивания между положительно заряженными ионами (атомами) в узлах кристаллической решетки и коллективизированными электронами проводимости, плотность которых составляет 1022-1023 электронов в 1 см3, что в десятки тысяч раз превышает содержание атомов и молекул в воздухе. От специфических свойств электронов проводимости зависят электромагнитные, оптические, тепловые и другие свойства металлов. Атомы в решетке стремятся занять положение, соответствующее минимуму ее энергии, образуя плотнейшие упаковки — кубическую объемно - и гранецентрированную и гексагональную (рис. 7.2).
|
Рис. 7.2. Координационные числа (плотность упаковки) кристаллических решеток: а) кубической гранецентрированной (К12); 6) объемноцентрированной (К8); в) гексагональной (К 12) |
Плотность упаковки характеризуется координационным числом, представляющим собой число соседних атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома. Чем больше число, тем плотнее упаковка. Для объемноцентрированной кубической упаковки оно равно 8 (К8); гранецентрированной — 12 (К 12);
гексагональной ■— тоже 12 (К 12). В кубической объемноцентриро - ванной решетке кристаллизуются К, Na, Li, a-Fe, Mo, ,W, V, Сг, Ва и др.; кубической гранецентрированной — Ni, Ag, Au, Pt, Cu, y-Fe; в гексагональной — Mg, Cd, Ru, Be, a-Ti, a-Zn и др.
Расстояние между центрами ближайших атомов в решетке называется периодом решетки. Период решетки для большинства металлов находится в пределах 0,1-0,7 нм. Многие металлы в зависимости от температуры претерпевают структурные изменения кристаллической решетки. Так, железо при температуре ниже 910 °С и выше 1392 °С имеет объемно-центрированную упаковку атомов с периодом решетки 0,286 им и обозначается a - Fe; в промежутке указанных температур кристаллическая решетка железа перестраивается в гра - нецентрированную с периодом 0,364 нм, и обозначается y-Fe.
|
Рис. 7.3. Кривая охлаждения (нагревания) железа |
Перекристаллизация сопровождается выделением тепла при охлаждении и поглощением при нагревании, фиксируемым на диаграммах по горизонтальным участкам (рис. 7.3).
Металлы представляют собой поликристалли - ческие тела, состоящие из большого числа мелких кристаллов неправильной формы. В отличие от кристаллов правильной формы их называют кристаллитами или зернами. Кристаллиты различно ориентированы, поэтому во всех направлениях свойства металлов более или менее одинаковы, т. е. поликри- сталлические тела изотропны. Однако при одинаковой ориентации кристаллитов такой мнимой
изотропности наблюдаться не будет. Кристаллическая решетка металлов и сплавов далека от идеального строения. В ней имеются дефекты - вакансии и дислокации (см. гл. I, § 5).
