الهيكل الداخلي وخصائص المعادن. الهيكل الداخلي للمعادن والسبائك هو الهيكل البلوري للمعادن. الحديد حالة سبيكة الكربون الرسم البياني
الخيار 1
في المعادن ، نوع الرابطة:
التساهمية القطبية. 2) الأيونية. 3) المعادن ؛ 4) التساهمية غير القطبية.
في الهيكل الداخلي للمعادن هناك:
1) الكاتيونات فقط ؛ 2) الأنيونات فقط. 3) الكاتيونات والأنيونات. 4) الكاتيونات والذرات المحايدة.
المعدن السائل في درجة حرارة الغرفة هو:
1) الحديد ؛ 2) الزئبق. 3) الذهب ؛ 4) الليثيوم.
اعتبر الخيميائيون الذهب رمزا:
حكم خاطئأن جميع المعادن:
1) لديهم مرونة. 2) لديك لمعان معدني. 3) لديها الموصلية الكهربائية. 4) المواد المتطايرة.
أصعب المعادن:
1) الصوديوم 2) الكروم. 3) الرصاص ؛ 4) الليثيوم.
المعدن بأعلى كثافة:
1) الحديد ؛ 2) النحاس. 3) الذهب ؛ 4) التيتانيوم.
أفضل يعكس الضوء:
1) الرصاص ؛ 2) الفضة ؛ 3) الزنك. 4) الحديد.
من بين المواد المدرجة ، أشر إلى تلك المعادن:
السيليكون. 2) البريليوم. 3) البورون 4) الألومنيوم ؛ 5) البوتاسيوم 6) الأرجون. 7) الكبريت. 8) القصدير.
أعط الإجابة كسلسلة من الأرقام بترتيب تصاعدي.
اختبار رقم 4 موضوع "المواد البسيطة - المعادن"
الخيار 2
المعادن لإكمال الطبقة:
1) إعطاء الإلكترونات. 2) قبول الإلكترونات. 3) إعطاء أو استقبال الإلكترونات. 4) لديهم طبقة كاملة.
2. يتم الارتباط في المعادن بين الكاتيونات:
1) الإلكترونات الحرة ؛ 2) الأنيونات. 3) البروتونات 4) النيوترونات.
3. الأكثر مطيل من المعادن الثمينة:
1) الفضة ؛ 2) البلاتين. 3) الذهب ؛ 4) الزئبق.
اعتبر الكيميائيون النحاس رمزًا:
1) فينوس 2) المريخ 3) الشمس ؛ 4) زحل.
5. المعدن الأكثر لينة:
1) الكروم ؛ 2) التيتانيوم. 3) الموليبدينوم. 4) الرصاص.
6. معظم المعادن الحرارية:
1) التنغستن. 2) الزئبق. 3) الذهب ؛ 4) التيتانيوم.
7. المعدن مع أقل كثافة:
1) الصوديوم 2) القصدير ؛ 3) الرصاص ؛ 4) الحديد.
8. لديه أعلى الموصلية الكهربائية:
1) الحديد ؛ 2) الذهب ؛ 3) الألومنيوم ؛ 4) الفضة.
9. رتب الفلزات المدرجة حسب ترتيب زيادة الكثافة:
1) النحاس ؛ 2) الحديد ؛ 3) الرصاص ؛ 4) الألومنيوم ؛ 5) الذهب.
إعطاء الجواب كسلسلة من الأرقام.
الأجوبة. موضوع "المواد البسيطة - المعادن"
خيار واحد.
2 الخيار.
| أصبح من المستحيل قتل هؤلاء الناس من قبل ال أو ... طبقة إلى قاع، "اقطع" أو ... انتهى ... المواد, إلى ... الاختبار. و، ال ... ال العمل أنا لا فقط ... لقبول أو ... واحد إلى ... |
26.08.2008
الهيكل الداخلي وخصائص المعادن والسبائك
تشمل المواد الهندسية المعادن وسبائكها والخشب والبلاستيك والمطاط والكرتون والورق والزجاج ، إلخ. الأكثر استخدامًا في تصنيع الآلات هي المعادن وسبائكها.
المعادن هي المواد ذات الموصلية الحرارية العالية والموصلية الكهربائية. malleability ، لمعان وغيرها من الخصائص المميزة.
في هذه التقنية ، تنقسم جميع المعادن والسبائك عادة إلى اللون الأسود. المعادن الحديدية وتشمل الحديد والسبائك على أساس ذلك. لغير الحديدية - جميع المعادن والسبائك الأخرى. من أجل اختيار المادة المناسبة لتصنيع أجزاء الماكينة ، مع مراعاة ظروف تشغيلها والأحمال الميكانيكية وغيرها من العوامل التي تؤثر على أداء وموثوقية الآلات ، من الضروري معرفة الهيكل الداخلي والخواص الفيزيائية والميكانيكية والميكانيكية والتكنولوجية للمعادن.
المعادن وسبائكها في الحالة الصلبة لها بنية بلورية. تقع ذراتها (الأيونات والجزيئات) في الفضاء بترتيب محدد بدقة وتشكل شبكة بلورية مكانية.
يُطلق على أصغر مجموعة من الذرات ، التي تتكرر في الفضاء إنتاج شبكة شعرية ، خلية بلورية أولية.
يحدد شكل خلية بلورية أولية مزيجًا من خواص المعادن: اللمعان ، قابلية الانصهار ، الموصلية الحرارية ، الموصلية الكهربائية ، قابلية التشغيل و تباين الخواص (الاختلاف في الخواص في مستويات مختلفة من الشبكة البلورية).
تتشكل الشبكات البلورية المكانية أثناء انتقال المعدن من السائل إلى الحالة الصلبة. وتسمى هذه العملية التبلور. تمت دراسة عمليات التبلور لأول مرة من قبل العالم الروسي د. ك. تشيرنوف.
يتكون التبلور من مرحلتين. في الحالة السائلة للمعادن ، تكون ذراتها في حركة مستمرة. مع انخفاض في درجة الحرارة ، تباطؤ حركة الذرات ، تتجمع وتتجمع في بلورات. تتشكل مراكز التبلور المزعومة (المرحلة الأولى). ثم يأتي حفر البلورات حول هذه المراكز (المرحلة الثانية). في البداية ، تنمو البلورات بحرية. مع مزيد من النمو ، تتصدى البلورات ، يتداخل نمو بعض البلورات مع نمو البلورات المجاورة ، ونتيجة لذلك تتشكل مجموعات غير منتظمة من البلورات ، والتي تسمى الحبوب.
يؤثر حجم الحبوب بشكل كبير على الخصائص التشغيلية والتكنولوجية للمعادن. يتمتع المعدن الحبيبي الخشن بمقاومة منخفضة للتأثير ؛ وعندما تتم معالجته بالقطع ، يصبح من الصعب الحصول على خشونة صغيرة من سطح الأجزاء. تعتمد أحجام الحبوب على طبيعة المعدن نفسه وظروف التبلور.
طرق لدراسة هيكل المعدن. تتم دراسة هياكل المعادن والسبائك باستخدام التحليل الكلي والتحليل الدقيق ، وكذلك الطرق الأخرى.
يتم استخدام البنية الكلية لدراسة البنية التحتية ، أي بنية المعدن ، المرئية بالعين المجردة أو مع المكبر. يتم تحديد البنية الكلية عن طريق كسور المعدن أو أقسام الكلية.
القسم الكلي عبارة عن عينة من المعدن أو السبائك ، يكون أحد جوانبها أرضيًا ومحفورًا بحمض أو كاشف آخر. تحدد هذه الطريقة العيوب الكبيرة: الشقوق ، وقذائف الانكماش ، وفقاعات الغاز ، والتوزيع غير المتساوي للشوائب في المعدن ، إلخ.
يسمح لك التحليل الدقيق بتحديد حجم وشكل الحبوب والمكونات الهيكلية وجودة المعالجة الحرارية لتحديد العوامل الدقيقة.
يتم التحليل الدقيق على المجهر باستخدام المجهر (المجهر المعدني الحديث تعطي زيادة تصل إلى 2000 ، والإلكترونية - ما يصل إلى 25 000).
المجهر هو عينة معدنية لها سطح مصقول مسطح ، محفور بمحلول ضعيف من الحمض أو القلوي للكشف عن البنية المجهرية. خواص المعادن. تنقسم خصائص المعادن عادة إلى فيزيائية وكيميائية وتكنولوجية. الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للمواد الصلبة ، بما في ذلك المعادن ، مألوفة بالنسبة لك من خلال دورات الفيزياء والكيمياء. دعونا نتناول بعض الخواص الميكانيكية والتكنولوجية التي تعتبر مهمة من وجهة نظر معالجة المعادن.
حسب الخواص الميكانيكية ، كما تعلمون ، فهم قدرة المعدن أو السبائك على مقاومة آثار القوى الخارجية. تشمل الخواص الميكانيكية القوة ، اللزوجة ، الصلابة ، إلخ.
تميز القوة خاصية المعدن أو السبائك في ظل ظروف وحدود معينة ، دون الانهيار ، لإدراك تأثير قوى خارجية على واحد أو آخر.
خاصية هامة للمعادن هي قوة الصدمات - مقاومة المادة للكسر تحت تأثير التحميل.
يتم فهم الصلابة كخاصية مادة تقاوم إدخال جسم آخر أكثر صلابة فيها.
يتم التعبير عن الخواص الميكانيكية للمواد من خلال عدد من المؤشرات (على سبيل المثال ، قوة الشد ، الاستطالة والانكماش ، إلخ)
قوة الشد ، أو قوة الشد المؤقتة ، هي الإجهاد الشرطي المقابل للحمل الأقصى الذي يمكن للعينة تحمله أثناء اختبار الفشل
يتم تحديد صلابة المعادن والسبائك بشكل أساسي باستخدام ثلاث طرق تحمل اسم مخترعيها: طريقة برينل ، وطريقة روكويل ، وطريقة فيكرز. I يتكون قياس الصلابة وفقًا لطريقة Brinell من استخدام أداة اختبار صلابة TS للضغط على كرة صلبة صلبة يبلغ قطرها 2.5 5 أو 10 مم تحت تأثير حمل ثابت P. وتعطي نسبة الحمولة إلى مساحة سطح المسافة البادئة (الآبار) قيمة الصلابة الرمز بواسطة HB.
يتم قياس صلابة روكويل باستخدام جهاز TC عن طريق الضغط على كرة قطرها 1.59 مم (1/16 بوصة) أو مخروط ماسي بزاوية ذروة 120 درجة (للفولاذ والسبائك الصلبة بشكل خاص) في معدن الاختبار ، ويتم تحديد مؤشرات الصلابة بواسطة مؤشر الجهاز.
يتم قياس صلابة فيكرز باستخدام جهاز TP بالضغط على هرم رباعي السطوح الماسي في المعدن بزاوية قمة تبلغ 136 درجة. باستخدام الجدول ، يوجد رقم الصلابة HV بطول القطر المطبوع.
يعتمد تطبيق طريقة ما على صلابة عينة الاختبار أو سمكها أو سماكة طبقة الاختبار. على سبيل المثال ، يتم استخدام طريقة Vickers لقياس صلابة الفولاذ المتصلب ، ومواد الأجزاء التي يصل سمكها إلى 0.3 مم وسمكها الخارجي الرقيق والنتريدي والأسطح الأخرى للأجزاء.
إلى الخصائص التكنولوجية الرئيسية للمعادن والسبائك
تشمل ما يلي:
malleability - خاصية المعدن المراد تزويره وأنواع أخرى من معالجة الضغط ؛
g و d ototchets - خاصية المعدن المنصهر لملء القالب في جميع أجزائه وإعطاء مسبوكات كثيفة من التكوين الدقيق ؛
قابلية اللحام - خاصية المعدن لإعطاء وصلات ملحومة قوية ؛
قابلية التصنيع عن طريق القطع - خاصية المعادن المراد تشكيلها مع أدوات القطع لإعطاء الأجزاء شكلًا معينًا وحجمها وخشونة السطح.
في المواد في الحالة الصلبة ، يكون الهيكل بلوري أو غير متبلور. في المادة البلورية ، يتم ترتيب الذرات في نمط هندسي صحيح وعلى مسافة معينة من بعضها البعض ، بينما في الذرات غير المتبلورة (الزجاج ، الصنوبري) مرتبة بشكل عشوائي.
جميع المعادن وسبائكها لديها هيكل بلوري. في الشكل 12يظهر هيكل الحديد النقي. الحبوب البلورية ذات الشكل غير المحدد لا تشبه البلورات النموذجية - متعددات الوجوه ، لذلك يطلق عليها البلورات والحبوبأو حبيبات. ومع ذلك ، فإن هيكل البلورات هو منتظم مثل هيكل البلورات المتقدمة.
الشكل 12. المجهر من الحديد النقي (س - 150)
أنواع المشابك البلورية . عند التصلب ، تشكل ذرات المعادن أنظمة منتظمة هندسية تسمى المشابك الكريستال. يمكن أن يكون ترتيب الذرات في الشبكة مختلفًا. تشكل العديد من أهم الشبكات المشابك ، والتي تمثل أبسط الخلايا (الأولية) شكل مكعب مركزي ( - و - الحديد ، الكروم ، الموليبدينوم ، التنغستن ، الفاناديوم ، المنغنيز) ، المكعب ذو الوجوه المركزية ( - الحديد ، الألومنيوم ، النحاس ، النيكل ، الرصاص) أو خلية سداسية (مثل المنشور سداسي) (المغنيسيوم والزنك ، - التيتانيوم - الكوبالت).
خلية الوحدةيتكرر باستمرار في ثلاثة أبعاد ، وتشكيل شعرية بلورية ، وبالتالي فإن موقع الذرات في خلية الوحدة يحدد هيكل البلورة بأكملها.
مكعب وحدة خلية محورها ( الشكل 13) تتكون من تسع ذرات ، منها ثمانية تقع على رؤوس المكعب ، والتاسع في وسطها.
الشكل 13.خلية الوحدة الشكل 14.جزء من المنخل المكاني
تركزت مكعب كي تركزت مكعب
لوصف الشبكة البلورية (التركيب الذري للبلورة) ، شعرية مكانية، وهو مخطط هندسي للشبكة البلورية ويتكون من نقاط (عقد) ، تقع بانتظام في مسافات.
الشكل 15.خلية وحدة مكعب الرقم 16.جزء من المكاني
مع وجوه فرشاة المكعب توسيط مع توسيط
في التين.14 يظهر جزء من الشبكة المكانية لمكعب مركزي. تؤخذ ثماني خلايا وحدة مجاورة هنا ؛ يتم وضع علامة العقد الموجودة في القمم وفي وسط كل خلية مع الدوائر. خلية وحدة المكعب ذات الوجوه المركزية ( الشكل 15) يتكون من 14 ذرة ، منها 8 ذرات تقع على القمم - مكعب و 6 ذرات - على الوجوه.
في الرقم 16يظهر جزء من الشبكة المكانية لمكعب ذي وجوه مركزية (مكعب محوره الوجه). تحتوي الدائرة على ثماني خلايا وحدة ؛ توجد العقد في القمم وفي مراكز وجوه كل خلية. خلية سداسية ( الشكل 17) تتكون من 17 ذرة ، منها 12 ذرة توجد في رؤوس المنشور السداسي ، و 2 ذرات في وسط القواعد و 3 ذرات داخل المنشور. لقياس المسافة بين ذرات المشابك البلورية ، تسمى وحدة خاصة انجستروم
سم.
الشكل 17.خلية سداسية
المعلمة من حواجز شبكية (الجانب أو مسدس) هي 3.6 ألف للنحاس ، و 4.05 ألف للألمنيوم ، 2.67 ألف للزنك ، الخ
تتكون كل ذرة من نواة موجبة الشحنة وعدة طبقات (قذائف) من الإلكترونات سالبة الشحنة تتحرك حول النواة. تسمى إلكترونات الأصداف الخارجية لذرات المعادن تكافؤتنقسم بسهولة ، وتتحرك بسرعة بين النواة وتسمى حر. بسبب وجود الإلكترونات الحرة ، فإن ذرات المعدن هي أيونات موجبة الشحنة.
وهكذا ، في العقد من المشابك المشار إليها الدوائر الشكل 14و 16 يتم شحن أيونات موجبة الشحنة. ومع ذلك ، فإن الأيونات ليست في حالة راحة ، ولكن مواقف التوازن تتقلب باستمرار. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد سعة التذبذبات ، مما يتسبب في تمدد البلورات ، وفي درجة حرارة الانصهار ، تضخيم تذبذبات الجسيمات إلى حد كبير بحيث يتم تدمير الشبكة البلورية.
جميع البلورات تبدي انحرافات صغيرة عن المواقع المثالية - غير المأهولة وأنواع مختلفة من التشريد الذري.
تباين وانقسام البلورات . في بلورات فردية ، تختلف الخصائص في اتجاهات مختلفة. إذا أخذت بلورة كبيرة (هناك طرق إنتاج مختبرية وحتى لإنتاج بلورات كبيرة) ، فاختر عينات منه متطابقة ، ولكن ذات اتجاه مختلف ، واختبر خواصها ، ثم في بعض الأحيان هناك فرق كبير في الخواص بين العينات الفردية. على سبيل المثال ، عند اختبار العينات المقطوعة من الكريستال النحاسي ، تراوحت الاستطالة بين 10 و 50٪ ، وقوة الشد من 14 إلى 35 كجم / مم 2 للعينات المختلفة. وتسمى هذه الخاصية من البلورات تباين. يفسر تباين البلورات بخصائص ترتيب الذرات في الفضاء.
نتيجة تباين الكريستال هو انشقاق، التي كشفت عند التدمير. في الأماكن التي يتم فيها كسر البلورات ، يمكن ملاحظة الطائرات العادية ، مما يشير إلى أن إزاحة الجسيمات تحت تأثير القوى الخارجية ليس عشوائيًا ، ولكن في صفوف منتظمة ، في اتجاه معين ، يقابل موقع الجسيمات في البلورة. وتسمى هذه الطائرات طائرات الانقسام.
الأجسام المتبلورة غير متبادلة الخواص ، أي أن جميع خصائصها متشابهة في جميع الاتجاهات. يكون لعقدة جسم غير متبلور دائمًا سطح منحني غير منتظم أو ما يسمى بالخرزانة.
لا تتكون المعادن المقواة في الظروف العادية من بلورة واحدة ، ولكن من العديد من البلورات المنفصلة ، والموجهة بشكل مختلف لبعضها البعض ، وبالتالي فإن خصائص المعدن المصبوب هي نفسها تقريبا في جميع الاتجاهات ؛ وتسمى هذه الظاهرة quasiisitropic(النظائر الواضحة).
تباين المعادن (أو تعدد الأشكال) هو ملكهم لإعادة ترتيب الشبكة في درجات حرارة معينة أثناء التدفئة أو التبريد. يتم اكتشاف تباين الخواص بواسطة جميع العناصر التي تغير التكافؤ مع درجة الحرارة: على سبيل المثال ، الحديد ، المنغنيز ، النيكل ، القصدير ، إلخ. يحدث كل تحول متآثر في درجة حرارة معينة. على سبيل المثال ، يحدث أحد تحولات الحديد عند درجة حرارة 910 درجة مئوية ، وتحتها تشكل الذرات شعرية مكعب مركزي (انظر الشكل 14) ، وفوق ذلك ، شعرية مكعب محوره الوجه (انظر الرقم 16).
تسمى هذه البنية أو تلك بنموذج أو تعديل متآثر. يشار إلى التعديلات المختلفة في الحروف اليونانية. , , وما إلى ذلك ، مع الرسالة تشير إلى تعديل موجود في درجات حرارة أقل من أول تحول متآثر. تترافق التحولات المتآثر في عودة (نقص) أو امتصاص (زيادة) الطاقة.
تبلور المعادن . التبلور هو تكوين البلورات في المعادن (والسبائك) أثناء الانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة ( التبلور الأساسي). تسمى إعادة التبلور من تعديل إلى آخر عند تبريد المعدن الصلب ( التبلور الثانوي). يتم تتبع عملية بلورة المعدن بسهولة أكبر باستخدام عداد زمني ومقياس حراري كهربائي ، وهو مقياس متروليف متصل بجهاز مزدوج حراري. غارقة في (المزدوج سلكين ملحوم من طرفي) في المعدن المنصهر. يتناسب التيار الحراري الناتج مع درجة حرارة المعدن وتنحرف إبرة الميلي فولتولتير ، مما يشير إلى درجة الحرارة هذه على مقياس متدرج.
يتم تسجيل قراءات البيرومتر تلقائيًا في الوقت المناسب ، وباستخدام البيانات التي تم الحصول عليها ، يتم رسم منحنيات التبريد في الإحداثيات "درجة الحرارة - الوقت" (يتم رسم هذه المنحنيات بواسطة المسجل).
وتسمى درجة الحرارة المقابلة لأي تحول في المعدن نقطة حرجة.
في الشكل 18 ، أيظهر منحنى التسخين المعدني. هذه هي النقطة و- بداية الذوبان ، نقطة ب- نهاية الذوبان.
الشكل 18.منحنيات التدفئة ( و) والتبريد ( ب- لا حلقة
في- مع حلقة) من المعدن
الكثير وبيشير إلى درجة حرارة ثابتة مع مرور الوقت مع استمرار التدفئة. هذا يدل على أن الطاقة الحرارية تنفق على التحول الداخلي في المعدن ، في هذه الحالة. حول تحويل المعدن الصلب إلى سائل (حرارة كامنة للانصهار).
يرافق الانتقال من السائل إلى الحالة الصلبة عند التبريد بتشكيل شعرية بلورية ، أي التبلور. لإحداث التبلور ، يحتاج المعدن السائل التبريد الفائقأقل بقليل من نقطة الانصهار. لذلك ، المنطقة على منحنى التبريد ( الشكل 19.6) أقل قليلا تي رر في درجة حرارة البرودة تي إلخ .
بالنسبة لبعض المعادن ، التبريد الفرعي ( تي رر - تي إلخ) يمكن أن يكون ذا أهمية كبيرة (على سبيل المثال ، في الأنتيمون تصل إلى 40 درجة مئوية) وفي درجة حرارة البرودة الفرعية تي إلخ (التين.18 في) يبدأ التبلور بسرعة على الفور ، ونتيجة لذلك ترتفع درجة الحرارة فجأة إلى تي رر . في هذه الحالة ، يتم رسم حلقة التباطؤ الحراري على الرسم البياني.
أثناء التصلب وخلال التحول المتآثر في المعدن ، تظهر نواة البلور (مراكز التبلور) مبدئيًا حول الذرات التي يتم تجميعها ، وتشكل الشبكة البلورية المقابلة.
وبالتالي ، تتكون عملية التبلور من مرحلتين: تشكيل مراكز التبلور ونمو البلورة.
في كل من البلورات التي تظهر ، يتم توجيه الطائرات البلورية بشكل عشوائي ، بالإضافة إلى ذلك ، أثناء التبلور الأولي ، يمكن أن تدور البلورات ، نظرًا لأنها محاطة بسائل. تنمو البلورات المجاورة في اتجاه بعضها البعض ونقاط اتصالها تحدد حدود البلورات (الحبوب).
تبلور الحديد. النظر ، على سبيل المثال ، تبلور ونقاط الحديد الحرجة.
الشكل 19. منحنيات تبريد وتسخين الحديد
في الشكل 19تم تقديم منحنيات تبريد وتسخين الحديد النقي ، والتي تذوب عند درجة حرارة 1539 درجة مئوية ، ويشير وجود النقاط الحرجة في درجات الحرارة المنخفضة إلى التحولات في الحديد الصلب.
يشار إلى النقاط الحرجة في الرسالة Aعندما تشير ساخنة Aجوعندما تبرد ع تعمل المؤشرات 2 و 3 و 4 على التمييز بين التحولات المتآثرة (يشير المؤشر 1 إلى التحول في مخطط الحالة Fe - Fe 3 C.
عند درجات حرارة أقل من 768 درجة مئوية ، يكون الحديد مغنطيسيًا ويحتوي على شبكة بلورية لمكعب مركزي. هذا التعديل يسمى -iron. عند تسخينها ، فهي في مرحلة ما الآس 2 يذهب إلى التعديل غير المغناطيسي -iron. هيكل الكريستال لا يتغير.
عند هذه النقطة الآس 3 عند درجة حرارة 910 0 درجة مئوية -ironيذهب الى -ironمع شعرية الكريستال من مكعب محورها الوجه.
عند هذه النقطة الآس 4 عند درجة حرارة 1401 0 درجة مئوية -ironيذهب الى -ironحيث تتم إعادة ترتيب الشبكة البلورية مرة أخرى من مكعب محوره الوجه إلى مكعب مركزي.
عند التبريد ، تحدث نفس التحولات ، فقط بالترتيب العكسي.
من التحولات المدرجة ، والأكثر عملية هي التحولات A 3 كما عند تسخينها ( الآس 3 ) وأثناء التبريد ( Aص 3 ).
تتحول إلى نقطة A 3 يرافقه تغيير في الحجم ، لأن كثافة شعرية الكريستال -ironأعلى شعرية الكثافة -ironعند هذه النقطة الآس 3 انخفاض حجم عند نقطة ع 3 - يزيد.
هيكل معدني 4.33 / 5 (86.67٪) 3 أصوات
هيكل معدني
المعادن تحت المجهر
تتكون جميع المعادن من عدد كبير من الحبوب البلورية المترابطة. يمكن رؤية مثل هذا التركيب البلوري الحبيبي للمادة باستخدام المجاهر الخاصة ، والتي تسمى علم المعادن. إنها تختلف عن تلك المعتادة من حيث أنها تستخدم الإضاءة الجانبية للمعادن ، لأن المعادن معتمة ولا يمكن إضاءةها من الأسفل. في مثل هذه المجاهر ، يتم وضع مصدر الضوء بحيث تنعكس بعض الأشعة من سطح المعادن وتسقط في العدسة.
التين. 1. المجهر المعدني.
تذهب الأشعة اليمنى العليا المنعكسة من سطح المقطع الرقيق إلى هدف المجهر. الجزء السفلي الأيمن هو سطح الحديد النقي ، مرئية مع المجهر المعدني.
ويبين الشكل 1 واحدة من هذه المجاهر. قبل النظر في العينة الموجودة فيه ، يتم تنظيف السطح المعدني تمامًا بورق صنفرة مصقول ومصقول لتلميع المرآة. وتسمى هذه العينة قسم رقيقة. ثم يتعرض سطح القسم الرقيق لما يسمى بالحفر ، حيث يتم ترطيبه لمدة 2-3 دقائق بمحلول ، وغالبًا ما يحتوي على حمض النتريك وكحول الإيثيل. تطبيق حلول أخرى للحفر أقسام رقيقة. هذا ما يفعلونه من أجل هذا: لا تتحلل حبيبات مختلفة من السبائك بالتساوي مع الحامض ، ونتيجة لذلك تظهر الوجوه البلورية الفردية على سطح المعدن ، وعندما يكون الجزء المحفور من القسم الرقيق مضيئًا ، فإن جزءًا من الحبوب يعكس حادثة الضوء الموجودة عليها مباشرة على العدسة. هذه الأماكن تحت المجهر تبدو مشرقة. تعكس الحبوب الأخرى الضوء على الجانب ، بحيث تظهر داكنة. تحت المجهر ، يكتسب تماسك الحبوب البلورية الفردية ، ما يسمى بالأقسام الحبيبية ، ظلًا مختلفًا وحتى لونًا تحت المجهر (الشكل 2).
التين. 2. صفيحة أرضية تحت المجهر (تخليل فولاذي بمحلول كحول 2٪ من حمض النتريك).
جعل استخدام المجهر المعدني من الممكن تحديد هيكل المعادن ، وكيف توجد الحبوب الفردية في السبائك ، والتي تحتوي على شوائب غير معدنية سبائك ، وانعكاس التشققات على سطح السبائك ، إلخ. يوضح الشكل 3 صورة مجهرية من الحديد المصبوب ، حيث تكون شوائب الجرافيت الفردية مرئية بوضوح.
/>
التين. 3. الجرافيت في الحديد الزهر (الادراج الظلام):
α-الخشنة الحبيبات الجرافيت في الحديد الزهر الرمادي العادي ؛ ب-الجرافيت لوحة غرامة في الحديد الزهر الرمادي تعديل (تعديل 0.15 ٪) ؛ ب - شوائب الجرافيت الكروية في الحديد المصبوب المعدلة بالمغنيسيوم (× 100).
يعد المجهر المعدني حاليًا أحد أدوات أي مختبر حيث تتم دراسة خصائص المعادن والسبائك المختلفة.
شعرية الكريستال المعدنية
أنت معتاد بالفعل على البلورات. لذلك ، على سبيل المثال ، عند دراسة ملح الطعام ، أنت تعلم أنه يتكون من 8 بلورات مكعبة منفصلة. كلمة البلورة نفسها تأتي من الكلمة اليونانية crystallos ، بمعنى الجليد. في المستقبل ، بدأت تسمى جميع الأجسام الصلبة التي لها شكل هندسي معين. في الطبيعة ، الغالبية العظمى من المواد الصلبة في حالة البلورية. الحديد ، كأحد المواد الصلبة ، يشكل أيضًا بلورات عند التصلب. البلورة الحديدية لها شعرية مكعبة. ومع ذلك ، عند فحص سطح معدني تحت المجهر ، لن نرى هذا الشكل المكعب المنتظم من البلورات. ينشأ الشكل غير المنتظم للبلورات لأنه في الذوبان ، عندما تصلب ، تظهر العديد من النوى الصغيرة ، والتي تشكل بلورات أكبر. عندما تصطدم هذه البلورات الكبيرة ، فإنها تبدأ في الضغط ، والضغط على بعضها البعض. وبالتالي ، يوجد عدد كبير من البلورات في وقت واحد في سبيكة معدنية صلابة. يساهم انتهاك شكلها ليس فقط في حقيقة أنها تزاحم بعضها البعض ، ولكن أيضًا في درجات الحرارة غير المتكافئة في أماكن التبريد المختلفة. الحبوب البلورية الفردية في المعدن المتصلب لها شكل وحجم مختلف. يتم فصلها عن بعضها بواسطة طبقة ، والتي تتكون من مختلف الادراج غير المعدنية. هذه الادراج غير المعدنية موجودة دائما في كمية واحدة أو أخرى في المعدن.
هيكل معدني
يقدم الشكل 4 مخططًا لتكوين البنية الحبيبية للمعادن أثناء التصلب.
التين. 4. نمط النمو البلوري في ذوبان التصلب:
تتشكل النوى. البلورات ب تنمو؛ تبدأ البلورات ب في الضغط على بعضها البعض. يتم تنصهر الحبوب ز الفردية.
المواد التي تشكل الصلب لها نقطة انصهار مختلفة ، وبالتالي تصلب. على سبيل المثال ، يصبح الحديد النقي صلبًا بالفعل عند درجة حرارة 1539 درجة مئوية ، وبالاقتران مع الكبريت أو عناصر أخرى ، تكون درجة حرارة التصلب أقل. لذلك ، تتكون الطبقة المعدنية التي تصلب أولاً وقبل كل شيء من أكثر العناصر الحرارية ، مثل الحديد والكربون. الشوائب مثل الكبريت والفوسفور ، تعطي السبائك القابلة للانصهار وتصلب في المنعطف الأخير. يعتبر الكبريت والفوسفور من الشوائب الضارة لأن وجودهما يقلل بشكل كبير من قوة السبائك ، مما يجعله هشًا وغير مناسب للمنتجات.
عندما تصلب السبائك ، تتركز المركبات الأخف من الحديد مع الكبريت والفوسفور في الجزء العلوي من السبائك وتصلب آخر ، لذلك ، يتم جمع سبيكة الحديد مع الفوسفور والكبريت في الجزء العلوي من السبائك.
في البلورات ، يتم توزيع ذرات كل معدن في ترتيب محدد بدقة. إنها تشكل ما يسمى بالشبكة المكانية ، والتي لا يمكن رؤيتها في أي من المجاهر الموجودة. ومع ذلك ، باستخدام أجهزة الأشعة السينية وغيرها من الأجهزة الحديثة ، يمكن للمرء دراسة ترتيب الذرات في الشبكة البلورية.
أنواع المشابك البلورية للمعادن
بين المعادن ، في معظم الأحيان هناك ثلاثة أنواع من المشابك ، ل أولا منها مكعب محورها الجسم. وتتميز بحقيقة أن الذرات الموجودة بها تقع في رؤوس ووسط المكعب ، على سبيل المثال ، في الليثيوم والكروم والفاناديوم والمعادن الأخرى (الشكل 5 ، أ).
الشكل 5. أنواع المشابك المعدنية الكريستال:
محورها الجسم.
ب مكعب مكعب الوجه ؛
ب-سداسية (التعبئة الضيقة).
إلى النوع الثاني تشمل شبكة شعرية مكعبة الوجه (الشكل 5،6) ، ذرات في (والتي تقع في رؤوس المكعب ووجوهه (على سبيل المثال ، الألومنيوم والنحاس والرصاص والنيكل والذهب والفضة والبلاتين).
النوع الثالث - هذه المشابك سداسية أو سداسية ، معبأة بكثافة (الشكل 5 ، ج). تم العثور عليها في المغنيسيوم والزنك والكادميوم والبريليوم.
كما يتضح من الشكل الموضح في الشكل 6 ، فإن العبوات الذرية الأكثر كثافة لها شبكات ذات محور وسداسية.
الشكل 6. هيكل المعدن.
في المواقع شعرية ، أيونات موجبة الشحنة. في الفجوة الإلكترونات الحرة.
من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن بعض المعادن ، وخاصة الحديد والزنك والنيكل ، يمكن أن توجد في عدة أشكال بلورية ، تنتقل من واحدة إلى أخرى. يحدث هذا التحول في درجات حرارة مختلفة. مثل هذه التعديلات ، عندما يكون واحد ونفس المادة يمكن أن تكون في أشكال بلورية مختلفة ، تسمى متآثر ، والمواد نفسها متآثر. يأتي اسم "allotropy" من الكلمات اليونانية "allos" - الآخر ، "tropos" - الملكية.
يمكن أن يحدث الكربون في الطبيعة في شكل جرافيت وألماس ، وكما تتذكر ، فإن الجرافيت مادة لينة تترك علامة على الورق ، في حين أن الماس هو أحد أصعب المواد الطبيعية. نقاط انصهار الماس والجرافيت مختلفة.
من المعروف أن التعديل الخيفي للكبريت (المعيني والمنشوري). يتكون الكبريت المعين عند درجة حرارة أقل من 96 درجة مئوية ، وفوق درجة الحرارة هذه ، يمرر إلى المنشورية. اعتمادًا على التغيير في البنية البلورية ، تتغير خصائص المادة أيضًا.
وقد لوحظت نفس التغييرات متآثر في الحديد. يحتوي على شبكة من مكعب مركزي عند درجة حرارة 910 درجة مئوية ، وفي نطاق درجة الحرارة 910-1390 درجة مئوية ، يحدث انتقال إلى محور محوره الوجه.
يمكن ملاحظة التحولات الخافضة للمعادن بسهولة باستخدام القصدير كمثال. يحتوي القصدير الفضي الأبيض العادي على شعرية بلورية معقدة ، والتي تكون مستقرة عند درجات حرارة أعلى من 18 درجة مئوية ، وفي درجات حرارة منخفضة ، وتبدأ ذرات القصدير في البلورات في إعادة البناء. تصبح عبواتها (ذرات) أقل متانة ، والقصدير اللامع يفقد بريقه وقدرته على التحمل ويتحول إلى قصدير رمادي هش له شعرية بلورية مختلفة.
وقد لوحظت هذه الظاهرة منذ وقت طويل وكانت تسمى "طاعون القصدير" ، حيث إن منتجات الصفيح - ألواح الصفيح والكؤوس والأعضاء في الكنيسة - بدأت في بعض الأحيان تنهار فجأة. كان الطاعون القصدير كارثة كبيرة. لم يعرفوا كيفية التعامل معها ، لأنهم لم يعرفوا أسباب نشأتها. أصبح من الواضح لنا الآن أنه إذا تم تسخين منتج من الصفيح "مرض طاعون القصدير" ، فستتم إعادة ترتيب بلورات القصدير الرمادي إلى بلورات من الصفيح الأبيض ، وتكتسب مرة أخرى قابلية للتجديد ولون أبيض.
هيكل معدني
في المخططات البلورية (الشكل 5) ، يتم رسم الخطوط التقليدية التي تربط ذرة معدنية بأخرى في الشبكة البلورية. في الواقع ، لا توجد خطوط تربط الذرات في مواقع الشبكة. مكدسة بإحكام في اتصال مع بعضهم البعض. في العقد من شعرية أيونات موجبة الشحنة تحيط بها الإلكترونات. إن إلكترونات التكافؤ لذرات المعادن ، مثل الذرات نفسها ، في تذبذب مستمر. لكن من الخارج ، يمكن للإلكترونات (التكافؤ) أن تترك ذراتها بسهولة وتنتقل إلى المرحلة التالية. لذلك ، يوجد في الشبكة البلورية ما يسمى الإلكترونات الحرة ، أو "الغاز" الإلكتروني المجاني المتأصل في كامل مجمع الذرات. وبالتالي ، يحدث تفاعل إلكترونات الأصداف الخارجية للذرات المعدنية. بسبب هذا التفاعل الخارجي للإلكترونات ، يتم إنشاء رابطة بين ذرات المعدن ، وتنشأ قوى متماسكة تحمل ذرات معدنية بقوة في الشبكة البلورية (الشكل 6). تسمى أيونات ذرات المعدن في الشبكة البلورية المحاطة بإلكترونات متحركة (غير ثابتة) ، أيونات الذرات ، على عكس الأيونات العادية.
إن ما تحدثنا عنه حول الشبكة البلورية للمعادن يتعلق بالمعادن النقية ، لكننا نعرف أن السبائك الأساسية تستخدم في الممارسة.
جدول المحتويات الصفحة التالية \u003e\u003e§ 2. هيكل المعادن والسبائك وطرق دراستها
التركيب البلوري للمعادن. تتم دراسة التركيب والخصائص الداخلية للمعادن والسبائك بواسطة علم يسمى علم المعادن.
جميع المعادن والسبائك مبنية من الذرات التي تكون فيها الإلكترونات الخارجية مرتبطة بالنواة. يتم شحن الإلكترونات سالبة الشحنة ، وإذا قمت بإنشاء فرق طفيف محتمل ، فستذهب الإلكترونات إلى القطب الموجب ، مكونًا تيارًا كهربائيًا. هذا ما يفسر التوصيل الكهربائي للمواد المعدنية.
جميع المعادن والسبائك في الحالة الصلبة لديها هيكل بلوري. على عكس الأجسام غير البلورية (غير المتبلورة) ، في المعادن ، يتم ترتيب الذرات (الأيونات) بترتيب هندسي صارم ، لتشكيل شبكة بلورية مكانية. يتم تأسيس الترتيب المتبادل للذرات في الفضاء والمسافات بينها من خلال تحليل حيود الأشعة السينية. يطلق على المسافة بين العقد في الشبكة البلورية المعلمة شعرية ويتم قياسها في الأنجستروم Å (10 -8 سم). تتراوح المعلمات الشبكية للمعادن المختلفة من 2.8 إلى 6 Å (الشكل 23).
أ - مكعب محورها الجسم ؛ ب - مكعب محورها الوجه. في - سداسية
للتمثيل البصري لترتيب الذرات في البلورة ، يتم استخدام المخططات المكانية في شكل خلايا بلورية أولية. الأنواع الأكثر شيوعًا من المشابك البلورية هي محورها الجسم مكعب ، محورها الوجه وسداسية.
توجد تسع ذرات في شعرية مركزية حول الجسم. تحتوي هذه الشبكة على الكروم والتنجستن والموليبدينوم والفاناديوم والحديد في درجات حرارة تصل إلى 910 درجة مئوية.
هناك 14 ذرة في شعرية مكعبة تركز على الوجه. شعرية مثل: النحاس والرصاص والألومنيوم والذهب والنيكل والحديد في درجة حرارة 910-1400 درجة مئوية.
يحتوي شعرية سداسية معبأة 17 ذرات. شعرية مثل: المغنيسيوم والزنك والكادميوم والمعادن الأخرى.
يميز الترتيب المتبادل للذرات في الفضاء ، وعدد الذرات في الشبكة والفراغات ما بين الذرية خصائص المعدن (الموصلية الكهربائية ، الموصلية الحرارية ، الانصهار ، ليونة ، إلخ).
يمكن أن تكون المسافة بين الذرات في الشبكة البلورية مختلفة في اتجاهات مختلفة. لذلك ، خصائص الكريستال في اتجاهات مختلفة ليست هي نفسها. وتسمى هذه الظاهرة تباين الخواص. جميع المعادن هي هيئات بلورية ، وبالتالي فهي هيئات متباين الخواص. الأجسام التي لها خصائص متشابهة في جميع الاتجاهات تسمى الخواص.
تحتوي قطعة المعدن ، التي تتكون من العديد من البلورات ، على خواص متماثلة في المتوسط \u200b\u200bفي جميع الاتجاهات ، لذلك يطلق عليها شبه متناحية الخواص (isotropy وهمية).
تباين هو ذو أهمية عملية كبيرة. على سبيل المثال ، من خلال تزوير وختم وتداول الأجزاء ، يتم الحصول على الاتجاه الصحيح للبلورات ، ونتيجة لذلك يتم تحقيق العديد من الخواص الميكانيكية على طول الجزء. باستخدام الدرفلة الباردة ، يتم تحقيق خصائص مغناطيسية وكهربائية عالية في اتجاه معين من الجزء.