материаловедение. Оглавление 1 Материаловедение как наука, характеристика металлов 3

• Название: Оглавление 1 Материаловедение как наука, характеристика металлов 3
• Анкор: материаловедение.doc
• Дата: 06.02.2018
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: материаловедение.doc
• Тип: Документы; #15282
• страница: 2 из 15

2.Классификация металлов:

Под металлами понимают определенную группу элементов, расположенную в левой части Периодической таблицы Д.И.Менделеева.

Особенность строения металлических веществ заключается в том, что они все построены в основном из таких атомов, у которых внешние электроны слабо связаны с ядром. Это обусловливает и особый характер химического взаимодействия атомов металла, и металлические свойства.

Теория металлического состояния рассматривает металл как вещество, состоящее из положительно заряженных ионов, окруженных отрицательно заряженными частицами - электронами, слабо связанными с ядром. Эти электроны непрерывно перемещаются внутри металла и принадлежат не одному какому-то атому, а всей совокупности атомов.

Металлы можно охарактеризовать такими свойствами:

• высокая теплопроводность;

• электропроводность, которая с понижением температуры повышается, причем некоторые металлы имеют сверхпро-

водимость;

• пластичность (см. «ковать можно»);

• металлический блеск (см. «суть светлые тела»);

• магнитные свойства;

• постоянная температура кристаллизации.

Из 106 элементов периодической системы 84 – металлы, 22 – неметаллы. По ряду признаков их разбивают на группы.

1. Черные металлы:

1) железистые (железо, никель);

2) тугоплавкие (с температурой плавления > 1539°)-применяют как добавки к легированным сталям

3) урановые (уран, плутоний);

4) редкоземельные (церий, неодим);

5) щелочноземельные (калий, натрий)- в свободном металлическом состоянии не применяются, за исключением специальных случаев.

2. Цветные металлы:

1) легкие (магний, алюминий)- обладающие малой плотностью.

2) благородные (золото, платина);

3) легкоплавкие (висмут, свинец).

4. Атомно-кристаллическое строение металлов:

Атомно-кристаллическое строение металлов и сплавов. Вещество в твердом состоянии может иметь кристаллическое или аморфное строение. В аморфном веществе, например стекле, атомы расположены беспорядочно, а в кристаллическом — по геометри­чески правильной схеме, на определенном расстоянии друг от друга.

Общим свойством металлов и сплавов является их кристалли­ческое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сет­кой с ионами (атомами) в узлах.

Атомно-кристаллическая структура может быть представлена изображением не ряда периодически повторяющихся объемов, а с одной элементарной ячейкой. Элементарной ячейкой называется ячейка, повторяющаяся во всех трех измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести струк­туру кристалла.

Основные типы кристаллических решеток. Наиболее часто металлы имеют кристаллические решетки следующих типов: Кубическая объемно-центрированная или сокращенно ОЦК (свинец, вольфрам) 9 атомов; Кубическая гранецентрированная (ГЦК) (серебро, золото) 14 атомов; гексагональная плотно-упакованная (ГПУ) (магний, цинк).

Решетки ГЦК и ГПУ более компактны, чем ОЦК.

Характерной особенностью атомно-кристаллического строения металлов является наличие электронного газа внутри металла, слабо связанного с положительно заряженными ионами.

6. Реальное строение металлических кристаллов:

Металлическое изделие состоит из очень большого числа кристаллов. Подобное строение называется поликристаллическим. Кристаллы неправильной формы в поликристаллическом агрегате называются зернами, или кристалликами.

Различие отдельных зерен состоит в различной пространственной ориентации и наименьшем расстоянии от данного атома для различных решеток.

В общем случае ориентация кристаллической решетки в зерне случайна, с разной степенью вероятности может встретится любая ориентация ее в пространстве.

При очень медленном отводе тепла при кристаллизации, а также с помощью других специальных способов может быть получен кусок металла, представляющий собой один кристалл, называемый монокристалл.

 7. Кристаллизация металлов:

Кристаллизация металлов. Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Возможен переход из одного состояния в другое, если новое состояние в новых условиях является более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии. Кристаллизация – переход Ме из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической решетки.

Энергетические условия процесса кристаллизации. С изменением внешних условий свободная энергия G изменяется по сложному закону различно для жидкого и кристаллического состояний. Выше температуры T_s вещество должно находиться в жидком состоянии, а ниже T_s - в твердом. При температуре равной T_s жидкая и твердая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго. Температура T_s (Т_пл)- равновесная или теоретическая температура кристаллизации. Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры T_s Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации (Т_к).

Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения ΔТ = Т_пл - Т_к.Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязненности (чем чище металл, тем больше степень переохлаждения), от скорости охлаждения (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждени).

Кристаллизация - это процесс образования участков кристаллической решетки в жидкой фазе и рост кристаллов из образовавшихся центров.

Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.

Механизм кристаллизации металлов: При соответствующем понижении температуры в жидком металле начинают образовываться кристаллики - центры кристаллизации или зародыши. Для начала их роста необходимо уменьшение свободной энергии металла, в противном случае зародыш растворяется.

Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическим размером, а зародыш - устойчивым. Переход из жидкого состояния в кристаллическое требует затраты энергии на образование поверхности раздела жидкость - кристалл. Процесс кристаллизации будет осуществляться, когда выигрыш от перехода в твердое состояние больше потери энергии на образование поверхности раздела.

Зародыши с размерами равными и большими критического растут с уменьшением энергии и поэтому способны к существованию. Чем больше степень переохлаждения, тем меньше критический размер зародыша и больше число зародышей способно к росту. Чем меньше зерна Ме, тем лучше мех-е св-ва.