HomeЦветные металлы и сплавы › Строение металлов, сплавов и жидких расплавов

Строение металлов, сплавов и жидких расплавов

Строение металлов, сплавов и жидких расплавовМет а л л ы- простые вещества., обладающие свободными, не связанными с определенными атомами электронами, которые способны перемещаться по всему объему тела. Эта особенность состояния металлического вещества определяет собой свойства металлов.

 

Атомы металлов легко отдают внешние (валентные) электроны, превращаясь при этом в положительно заряженные ионы. Отданные атомами свободные электроны непрерывно хаотически, т. е. беспорядочно, перемещаются но всему объему металла. Такие свободные электроны часто называют электронным газом. Положительно заряженные ионы при столкновении со свободными электронами на некоторое время могут превращаться в нейтральные атомы.

 

Таким образом, металлы состоят из упорядоченно расположенных в пространстве положительно заряженных ионов, перемещающихся среди них электронов и небольшого количества нейтральных атомов. Металлами являются алюминий, железо, медь, никель, хром и т. д.

Сплавы представляют собой системы, состоящие из двух или нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов. Например, сталь и чугун — сплавы железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой; бронза -сплав меди с оловом или другими элементами; латунь — сплав меди с цинком и другими элементами.

 

В промышленности широко применяют сплавы, получаемые сплавлением составляющих с последующей кристаллизацией из жидкого состояния, значительно меньше- сплавы, получаемые спеканием.

 

В процессе кристаллизации из расплавленного (жидкого) состояния металла или сплава положительно заряженные ионы и нейтральные атомы группируются в строго определенной последовательности, образуя кристаллические решетки — правильное упорядоченное раcположение атомов в элементарной ячейке. Кристаллические решетки у металлов и сплавов могут быть различных типов:

 

объемно-центрированные кубические (ОЦК), гранецентрированные кубические (ГЦК), гексагональные плотноупакованные (ГПУ). Объемноцентрированную кубическую решетку  образуют железо Fe, хром Сг, молибден Мо и др.; гранецентрированную кубическую решетку образуют железо Fe7, медь Си, алюминий.

 

Для характеристики кристаллической решетки необходимо знать периоды решетки- расстояние а и с между центрами атомов или ионов, находящихся в узлах решетки. Период решетки измеряется в ангстремах (1А=10~8 см).

 

В процессе кристаллизации положительно заряженные ионы, располагаясь последовательно в виде элементарных кристаллических решеток, образуют кристаллы в виде зерен  или дендритов. Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Образующиеся кристаллы растут, кристаллизуются из жидкого расплава сначала свободно, не мешают один другому, потом они сталкиваются и рост кристаллов продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидкого металла.

 

В результате первоначальная геометрически правильная форма кристаллов нарушается. После затвердевания зерна и дендриты име« ют неправильную, геометрически искаженную форму. При нагревании поглощаемое металлами тепло расходуется на колебательные движения атомов и вследст-вие этого на тепловое расширение металла. При плавлении объем металлов увеличивается на 3-4%. С повышением температуры колебательные движения атомов или ионов возрастают, кристаллические зерна распадаются и сплав, проходя через твердо-жидкое состояние, превращается в расплав.

 

Переход в жидкое состояние не приводит к полному уничтожению кристаллической структуры. В расплаве металлов и сплавов всегда находятся мельчайшие участки, в которых сохраняется первоначальное, наследственное строение металла, близкое к кристаллическому. Кроме того, всегда присутствуют тугоплавкие частицы (остатки футеровки печи, примеси других элементов), которые могут образовывать дополнительные центры кристаллизации и вызывать начало кристаллизации.

 

На искусственном создании центров кристаллизации в расплаве с одновременным изменением его скорости охлаждения основано управление кристаллизацией сплава с целью получения заданной структуры сплава в твердом состоянии.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.