МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОРОССИЙСКИЙ КОЛЛЕДЖ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКОНОМИКИ» КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ (ГБОУ СПО «НКСЭ» КК) КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Разработала преподаватель общепрофессиональных дисциплин ГОУ СПО СО «НКСЭ» КК М.В. Тюменцева

Цель : изучить кристаллическое строение металлов и сплавов Задачи: изучить типы кристаллических решеток; изучить дефекты кристаллических решеток; уяснить влияние дефектов кристаллических решеток на свойства металлов и сплавов

Кристаллическими называются твёрдые тела, имеющие упорядоченное взаимное расположение образующих их частиц - атомов, ионов, молекул. В идеальном кристалле частицы располагаются строго периодически в трёх измерениях, образуя кристаллическую решетку.

Все металлы являются кристаллическими телами, имеющими определенный тип кристаллической решетки, состоящей из малоподвижных положительно заряженных ионов, между которыми движутся свободные электроны (так называемый электронный газ). Такой тип структуры называется металлической связью.

КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЁТКА - присущее твёрдым кристаллическим телам расположение атомов (ионов, молекул), характеризующееся периодической повторяемостью в пространстве. Представление о кристаллической решетке того или иного химического вещества даёт расположение атомов в его элементарной ячейке.

Элементарная ячейка – пространственная фигура, определяемая минимальным числом атомов (ионов) и позволяющая путем переноса этой фигуры получить кристаллическую решетку.

Дефекты кристаллических решеток Идеальная кристаллическая решетка представляет собой многократное повторение элементарных кристаллических ячеек. Для реального металла характерно наличие большого количества дефектов строения, нарушающих периодичность расположения атомов в кристаллической решетке. Эти дефекты оказывают существенное влияние на свойства материала. Различают три типа дефектов кристаллического строения.

Точечные дефекты характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях. Величина их не превышает нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся: а) свободные места в узлах кристаллической решетки вакансии (дефекты Шоттки); б) атомы, сместившиеся из узлов кристаллической решетки в межузельные промежутки дислоцированные атомы (дефекты Френкеля); в) атомы других элементов, находящиеся как в узлах, так и в междоузлиях кристаллической решетки примесные атомы.

Точечные дефекты образуются в процессе кристаллизации под воздействием тепловых, механических, электрических воздействий, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами.

Линейные дефекты характеризуются малыми размерами в двух измерениях, но имеют значительную протяженность в третьем измерении. Наиболее важный вид линейных дефектов дислокации (лат. dislocation смещение).

Поверхностные дефекты имеют малую толщину и значительные размеры в двух других измерениях. Обычно это места стыка двух ориентированных участков кристаллической решетки. Ими могут быть границы зерен, границы фрагментов внутри зерна, границы блоков внутри фрагментов.

Поверхностные дефекты определяются : наличием субзерен или блоков внутри кристалла; различной ориентацией кристаллических решеток зерен

Влияние дефектов кристаллических решеток на свойства металлов и сплавов Точечные дефекты приводят к локальным изменениям межатомных расстояний и, следовательно, к искажениям кристаллической решетки. При этом увеличивается сопротивление решетки дальнейшему смещению атомов, что способствует некоторому упрочнению кристаллов и повышает их электросопротивление.

Дислокации, расположенные по границам блоков, и служат теми дефектами, удаление которых повышает прочность материала. Перемещением дислокаций удается объяснить те сравнительно невысокие усилия, которые вызывают сдвиг кристаллов в процессах пластической деформации. Например, величина наклепа, способствующая упрочнению стали, объясняется явлением дислокаций, которые могут перемещаться в кристалле. При взаимной встрече линейных дислокаций число их может возрасти, и, переплетаясь, они образуют как бы спутанные нити. В этом случае сталь упрочняется, и, если деформация будет продолжаться, она будет хрупкой.

Помимо перечисленных дефектов в металле имеются макродефекты объемного характера: поры, газовые пузыри, неметаллические включения, микротрещины и т. д. Эти дефекты снижают прочность металла.

Контрольные вопросы Что такое кристаллическая решетка? Перечислите основные типы ячеек кристаллических решеток металлов. Что такое параметры решеток? Что представляют собой точечные дефекты? Что представляют собой краевые дислокации? Какова роль краевых дислокаций в протекании пластической деформации металла и как они влияют на его прочность? Что такое плотность дислокаций и как она влияет на характер изменения прочности металла?

Домашнее задание Закрепить изученный материал, используя конспект и учебник [1], с.16-24

1 Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. – М.: Машиностроение, Список литературы