Opcija 1.

Kod metala, vrsta veze:

kovalentna polarna; 2) jonski; 3) metal; 4) kovalentni nepolarni.

U unutrašnjoj strukturi metala postoje:

1) samo katjoni; 2) samo anjoni; 3) katjone i anjone; 4) katjoni i neutralni atomi.

Tečni metal na sobnoj temperaturi- ovo je:

1) gvožđe; 2) živa; 3) zlato; 4) litijum.

Alhemičari su zlato smatrali simbolom:

Pogrešna procena, da su svi metali:

1) imaju gipkost; 2) imaju metalni sjaj; 3) imaju električnu provodljivost; 4) isparljive materije.

Najtvrđi metal:

1) natrijum; 2) hrom; 3) olovo; 4) litijum.

Najgušći metal:

1) gvožđe; 2) bakar; 3) zlato; 4) titanijum.

Bolje reflektuje svjetlost:

1) olovo; 2) srebro; 3) cink; 4) gvožđe.

Među navedenim supstancama navedite one koje su metali:

silicij; 2) berilijum; 3) bor; 4) aluminijum; 5) kalijum; 6) argon; 7) sumpor; 8) lim.

Svoj odgovor navedite kao niz brojeva u rastućem redoslijedu.

Test №4 Tema "Jednostavne supstance - metali"

Opcija 2.

Metali za završetak sloja:

1) donirati elektrone; 2) uzeti elektrone; 3) daju ili primaju elektrone; 4) imaju gotov sloj.

2. Veza u metalima između katjona se vrši:

1) slobodni elektroni; 2) anjoni; 3) protoni; 4) neutroni.

3. Najduktilniji od plemenitih metala:

1) srebro; 2) platina; 3) zlato; 4) živa.

Alhemičari su bakar smatrali simbolom:

1) Venera; 2) Mars; 3) sunce; 4) Saturn.

5. Najmekši metal:

1) hrom; 2) titanijum; 3) molibden; 4) olovo.

6. Najvatrostalniji metal:

1) volfram; 2) živa; 3) zlato; 4) titanijum.

7. Metal sa najmanjom gustinom:

1) natrijum; 2) lim; 3) olovo; 4) gvožđe.

8. Ima najveću električnu provodljivost:

1) gvožđe; 2) zlato; 3) aluminijum; 4) srebro.

9. Rasporedite navedene metale po rastućoj gustini:

1) bakar; 2) gvožđe; 3) olovo; 4) aluminijum; 5) zlato.

Dajte svoj odgovor kao niz brojeva.

Odgovori. Tema "Jednostavne supstance - metali"

Opcija 1.

Opcija 2.

postalo je nemoguće ubiti takve ljude temeili ... sloj per sloj, "Odsječeno" ili ... završeno ... supstance, za ... test... I, teme ... završetak Ja ne radim jednostavno ... prihvatitiili ... opcijaza ...

Prljavština)? Knjiga je upisana! Na kraju krajeva, knjiga pravednika je, naravno, u illiyun (uzvišenom). A šta će vam dati do znanja šta je illiyun? Knjiga je upisana! (Tabela sa slovima)

Dokument

... ili sistem slike jednostavno, lakonski i dovršen u svojoj ljepoti potpunost ... teme pristupiti im i kroz njih njima pridruži se zemaljskom životu za ... opcija univerzalni kosmizam. Ali sada moramo prihvatiti ... elektron, per elektron- jezgro ili ...

Jednom davno u čarobnoj zemlji Equestria

Dokument

... potpunost ... jednostavno Mintalok ili bilo koji drugi supstance zarazna. Buck, Rage, Dash ... sve njima ... predati se volja Boginje. Već sada ona uzima ... Teme ne manje, zaČast mi je da ti dam ovo opcija. Samo ... elektronski ... završetak ...

Obrazovni standard obrazovni sistem "Škola 2100"

Obrazovni standard

... njima (prihvatiti ... metali... Upotreba raznih metali... kl. Završeno tema... završeno... i rekreacija v... elektronski opcije). V njima postavljene su oznake (poeni ili ... predmet « Supstanca i 1 Kontrolna vrijednost zraka za ... test(odaberite broj jednostavno ...

26.08.2008

Unutrašnja struktura i svojstva metala i legura

Materijali za mašinogradnju obuhvataju metale i njihove legure, drvo, plastiku, gumu, karton, papir, staklo itd. Metali i njihove legure se najviše koriste u proizvodnji mašina.

Metali su supstance koje imaju visoku toplotnu i električnu provodljivost; savitljivost, sjaj i druga karakteristična svojstva.

U tehnologiji se svi metali i legure obično dijele na crne i obojene. Crni metali uključuju željezo i njegove legure. Svi ostali metali i legure su obojeni. Da bi se odabrao pravi materijal za izradu mašinskih delova, uzimajući u obzir njihove radne uslove, mehanička opterećenja i druge faktore koji utiču na performanse i pouzdanost mašina, neophodno je poznavati unutrašnju strukturu, fizičko-hemijska, mehanička i tehnološka svojstva mašine. metali.

Metali i njihove legure u čvrstom stanju imaju kristalnu strukturu. Njihovi atomi (joni, molekuli) raspoređeni su u prostoru po strogo definiranom redoslijedu i formiraju prostornu kristalnu rešetku.

Najmanji kompleks atoma koji reproducira rešetku kada se ponavlja više puta u prostoru naziva se elementarna kristalna ćelija.

Oblik elementarne kristalne ćelije određuje skup svojstava metala: sjaj, topljivost, toplotnu provodljivost, električnu provodljivost, obradivost i anizotropiju (razlika u svojstvima u različitim ravnima kristalne rešetke).

Prostorne kristalne rešetke nastaju tokom prelaska metala iz tečnog u čvrsto stanje. Ovaj proces se naziva kristalizacija. Procese kristalizacije prvi je proučavao ruski naučnik D. K-Černov.

Kristalizacija se sastoji od dvije faze. U tekućem stanju metala, njegovi atomi su u neprekidnom kretanju. Sa smanjenjem temperature, kretanje atoma se usporava, približavaju se i grupišu u kristale. Formiraju se takozvani kristalizacijski centri (prva faza). Zatim kopa kristale oko ovih centara (druga faza). Kristali u početku slobodno rastu. Daljnjim rastom kristali se odbijaju, rast nekih kristala ometa rast susjednih, uslijed čega se formiraju grupe kristala nepravilnog oblika koje se nazivaju zrnima.

Veličina zrna značajno utiče na operativna i tehnološka svojstva metala. Krupnozrnati metal ima nisku otpornost na udarce, prilikom rezanja postaje teško dobiti malu hrapavost površine dijelova. Veličina zrna zavisi od prirode samog metala i uslova kristalizacije.

Metode za proučavanje strukture metala. Proučavanje strukture metala i legura vrši se pomoću makro- i mikroanalize, kao i na druge načine.

Metoda makroanalize koristi se za proučavanje makrostrukture, odnosno strukture metala vidljive golim okom ili lupom. Makrostruktura je određena lomovima metala ili makropresjecima.

Makrorez je uzorak metala ili legure čija je jedna strana brušena i urezana kiselinom ili drugim reagensom. Ova metoda otkriva velike nedostatke: pukotine, šupljine skupljanja, mjehuriće plina, neravnomjernu raspodjelu nečistoća u metalu itd.

Mikroanaliza omogućava određivanje veličine i oblika zrna, strukturnih komponenti, kvaliteta termičke obrade i identifikaciju mikrodefekta.

Mikroanaliza se vrši na mikrosjekovima pomoću mikroskopa (moderni metalografski mikroskopi daju povećanje do 2000, a elektronski mikroskopi - do 25 000).

Mi crumblif je metalni uzorak s ravnom poliranom površinom, ugraviran otopinom slabe kiseline ili lužine kako bi se otkrila mikrostruktura. Svojstva metala. Svojstva metala obično se dijele na fizičko-hemijske, mehaničke i tehnološke. Fizičko-hemijske i mehaničke osobine čvrstih materija, uključujući metale, poznate su vam iz kurseva fizike i hemije. Zadržimo se na nekim od mehaničkih i tehnoloških svojstava važnih sa stanovišta obrade metala.

Mehanička svojstva, kao što znate, znače sposobnost metala ili legure da se odupru udaru spoljne sile... Mehanička svojstva uključuju snagu, žilavost, tvrdoću itd.

Čvrstoća karakterizira svojstvo metala ili legure da u određenim uvjetima i granicama, bez kolapsa, percipira određene utjecaje vanjskih sila.

Važno svojstvo metala je njegova udarna čvrstoća - otpornost materijala na lom pod udarnim opterećenjem.

Tvrdoća se podrazumijeva kao svojstvo materijala da se odupire prodiranju drugog, čvršćeg tijela u njega.

Mehanička svojstva materijala izražavaju se kroz niz pokazatelja (na primjer, vlačna čvrstoća, istezanje i kontrakcija, itd.)

Krajnja vlačna čvrstoća ili granična vlačna čvrstoća je uvjetni napon koji odgovara maksimalnom opterećenju koje uzorak može izdržati tijekom ispitivanja do loma

Tvrdoća metala i legura uglavnom se određuje pomoću tri metode nazvane po njihovim izumiteljima: Brinellova metoda, Rockwellova metoda i Vickersova metoda. I Mjerenje tvrdoće po Brinell metodi sastoji se u tome da se kaljena čelična kugla promjera 2,5 5 ili 10 mm utisne u površinu ispitivanog metala pomoću TSh mjerača tvrdoće pod djelovanjem statičkog opterećenja P. Odnos opterećenja i površine udubljenja (rupa) daje vrijednost tvrdoće, označenu HB.

Tvrdoća po Rockwellu se mjeri pomoću TK instrumenta utiskivanjem kugle od 1,59 mm (1/16 inča) ili dijamanta od 120° na vrhu (za ekstra tvrde čelike i legure) u metal koji se ispituje.

Vickersova tvrdoća se mjeri pomoću TP uređaja utiskivanjem dijamantske tetraedarske piramide u metal sa uglom pri vrhu a = 136°. Broj tvrdoće HV nalazi se iz dužine dijagonale dobijenog otiska pomoću tabele.

Primjena ove ili one metode ovisi o tvrdoći ispitnog uzorka, njegovoj debljini ili debljini ispitnog sloja. Na primjer, Vickersova metoda se koristi za mjerenje tvrdoće kaljenih čelika, materijala dijelova debljine do 0,3 mm i tankih vanjskih kaljenih, nitriranih i drugih površina dijelova.

Na glavna tehnološka svojstva metala i legura

uključiti sljedeće:

savitljivost — svojstvo metala da se podvrgne kovanju i drugim vrstama obrade pod pritiskom;

likvidnost - svojstvo rastopljenog metala da ispuni kalup u svim njegovim dijelovima i daje guste odljevke precizne konfiguracije;

zavarljivost - svojstvo metala da daje jake zavarene spojeve;

obradivost rezanjem - svojstvo metala da se obrađuju reznim alatima da se dijelovima daju određeni oblik, veličina i hrapavost površine.

Tvari u čvrstom stanju imaju kristalnu ili amorfnu strukturu. U kristalnoj supstanci atomi su raspoređeni u geometrijski pravilnom uzorku i na određenoj udaljenosti jedan od drugog, u amorfnoj (staklo, kolofonij), atomi su raspoređeni nasumično.

Svi metali i njihove legure imaju kristalnu strukturu. On sl. 12 prikazana je struktura čistog gvožđa. Kristalna zrna neodređenog oblika ne izgledaju kao tipični kristali - poliedri, pa se nazivaju kristaliti, zrna ili granule... Međutim, struktura kristalita je pravilna kao i struktura razvijenih kristala.

Slika 12. Mikrostruktura čistog gvožđa (x - 150)

Vrste kristalnih rešetki ... Kada se očvrsnu, atomi metala formiraju geometrijski pravilne sisteme tzv kristalne rešetke... Redoslijed rasporeda atoma u rešetki može biti različit. Mnogi od najvažnijih metala formiraju rešetke, čije su najjednostavnije (elementarne) ćelije u obliku centrirane kocke (  - i  - gvožđe, hrom, molibden, volfram, vanadijum, mangan), kocka sa centriranim plohama (  - gvožđe, aluminijum, bakar, nikl, olovo) ili šestougaona, poput heksagonalne prizme, ćelija (magnezijum, cink,  - titanijum,  - kobalt).

Elementarna ćelija kontinuirano se ponavlja u tri dimenzije, formirajući kristalnu rešetku, stoga položaj atoma u jediničnoj ćeliji određuje strukturu cijelog kristala.

Jedinična ćelija centrirane kocke ( sl. 13) sastoji se od devet atoma, od kojih se osam nalazi na vrhovima kocke, a deveti u njenom centru.

Slika 13. Elementarna ćelija Slika 14. Dio prostorne rešetke

centrirana kocka ki centrirana kocka

Za karakterizaciju kristalne rešetke (atomske strukture kristala), koristite prostorna mreža, koji je geometrijski dijagram kristalne rešetke i sastoji se od tačaka (čvorova), pravilno smještenih u prostorima.

Slika 15. Jedinična ćelija kocke Slika 16. Dio prostornog re-

sa centriranim rubovima kocke mreže sa centriranim

On pirinač.14 prikazan je dio prostorne rešetke centrirane kocke. Ovdje je uzeto osam susjednih jediničnih ćelija; čvorovi koji se nalaze duž vrhova iu centru svake ćelije označeni su kružićima. Jedinična ćelija kocke sa centriranim stranama ( sl. 15) sastoji se od 14 atoma, od kojih se 8 atoma nalazi duž vrhova - kocke i 6 atoma - duž lica.

On sl. 16 prikazan je dio prostorne rešetke kocke sa centriranim plohama (face-centred cube). Na dijagramu je osam elementarnih ćelija; čvorovi se nalaze na vrhovima i centrima lica svake ćelije. Heksagonalna ćelija ( sl. 17) sastoji se od 17 atoma, od kojih se 12 atoma nalazi na vrhovima heksagonalne prizme, 2 atoma - u središtu baza i 3 atoma - unutar prizme. Za mjerenje udaljenosti između atoma kristalnih rešetki koristi se posebna jedinica tzv angstromcm.

Slika 17. Heksagonalna ćelija

Parametar rešetke (strana ili šesterokut) za bakar je 3,6 A, a za aluminij je 4,05 A, za cink je 2,67 A, itd.

Svaki atom se sastoji od pozitivno nabijenog jezgra i nekoliko slojeva (ljuski) negativno nabijenih elektrona koji se kreću oko jezgra. Elektroni vanjskih omotača atoma metala, tzv valence, lako se odvajaju, brzo se kreću između jezgara i nazivaju se besplatno... Zbog prisustva slobodnih elektrona, atomi metala su pozitivno nabijeni joni.

Dakle, na čvorovima rešetki označenim krugovima sl. 14 i 16 , postoje pozitivno nabijeni joni. Joni, međutim, ne miruju, ali ravnotežni položaji stalno fluktuiraju. Kako temperatura raste, amplituda oscilacija se povećava, što uzrokuje širenje kristala, a na temperaturi topljenja oscilacije čestica se povećavaju toliko da se kristalna rešetka razara.

U svim kristalima uočavaju se mala odstupanja od idealne rešetke – nezauzeta mjesta i razne vrste atomskih pomaka.

Anizotropija i cijepanje kristala ... U pojedinačnim kristalima, svojstva su različita u različitim smjerovima. Ako uzmete veliki kristal (postoje laboratorijske, pa čak i industrijske metode za uzgoj velikih kristala), iz njega izrežete nekoliko uzoraka iste veličine, ali različito orijentiranih, i testirate njihova svojstva, onda ponekad postoji vrlo značajna razlika u svojstvima između pojedinačnih uzoraka. Na primjer, pri ispitivanju uzoraka izrezanih od bakrenog kristala, istezanje je variralo od 10 do 50%, a krajnja čvrstoća od 14 do 35 kg/mm ​​2 za različite uzorke. Ovo svojstvo kristala se zove anizotropija... Anizotropija kristala objašnjava se posebnostima rasporeda atoma u prostoru.

Posljedica anizotropije kristala je dekoltea, koji se otkriva nakon uništenja. Na mjestima gdje su kristali lomljeni mogu se uočiti pravilne ravni, što ukazuje da pomjeranje čestica pod utjecajem vanjskih sila nije slučajno, već u pravilnim redovima, u određenom smjeru, prema rasporedu čestica u kristalu. Ovi avioni se zovu ravni cepanja.

Amorfna tijela su izotropna, odnosno sva svojstva su im ista u svim smjerovima. Prijelom amorfnog tijela uvijek ima nepravilno zakrivljenu, takozvanu, konkavnu površinu.

Metali koji su se očvrsnuli u normalnim uslovima ne sastoje se od jednog kristala, već od više pojedinačnih kristalita, različito orijentisanih jedan prema drugom, pa su svojstva livenog metala približno ista u svim pravcima; ovaj fenomen se zove kvazi-izotropija(naizgled izotropno).

Alotropija metala (ili polimorfizam) - njihovo svojstvo da preuređuju rešetku na određenim temperaturama tokom grijanja ili hlađenja. Alotropiju detektuju svi elementi koji mijenjaju svoju valenciju s promjenom temperature: na primjer, željezo, mangan, nikl, kalaj, itd. Svaka alotropska transformacija se događa na određenoj temperaturi. Na primjer, jedna od transformacija željeza događa se na temperaturi od 910 ° C, ispod koje atomi formiraju rešetku centrirane kocke (vidi. sl. 14), a iznad - rešetka licenocentrirane kocke (vidi. sl. 16).

Ova ili ona struktura naziva se alotropski oblik ili modifikacija. Različite modifikacije su označene grčkim slovima  ,  ,  i tako dalje, sa pismom  označavaju modifikaciju koja postoji na temperaturama ispod prve alotropske transformacije. Alotropske transformacije su praćene povratkom (smanjenjem) ili apsorpcijom (povećanjem) energije.

Kristalizacija metala ... Kristalizacija je formiranje kristala u metalima (i legurama) tokom prijelaza iz tekućeg u čvrsto stanje ( primarna kristalizacija). Rekristalizacija iz jedne modifikacije u drugu tokom hlađenja očvrslog metala naziva se ( sekundarna kristalizacija). Kristalizaciju metala najlakše je pratiti pomoću brojača vremena i termoelektričnog pirometra, koji je milivoltmetar spojen na termoelement. Termopar (dvije različite žice zavarene zajedno) je uronjen u rastopljeni metal. Rezultirajuća termička struja je proporcionalna temperaturi metala i igla milivoltmetra odstupa, pokazujući ovu temperaturu na graduiranoj skali.

Očitavanja pirometra se automatski snimaju u vremenu i, prema dobijenim podacima, krive hlađenja se iscrtavaju u koordinatama "temperatura - vrijeme" (takve krive iscrtava snimač).

Temperatura koja odgovara bilo kojoj transformaciji u metalu naziva se kritična tačka.

On 18, a prikazana je kriva zagrijavanja metala. Evo poente a- početak topljenja, tačka b- kraj topljenja.

Slika 18. Krivulje grijanja ( a) i hlađenje ( b- bez petlje,

v- sa petljom) metal

Parcela ab označava konstantnost temperature tokom vremena uz kontinuirano zagrijavanje. Ovo pokazuje da se u ovom slučaju toplotna energija troši na unutrašnju transformaciju u metalu. o transformaciji čvrstog metala u tečnost (latentna toplota fuzije).

Prijelaz iz tekućeg u čvrsto stanje nakon hlađenja je praćen formiranjem kristalne rešetke, odnosno kristalizacijom. Za izazivanje kristalizacije tečni metal neophodno super kul malo ispod tačke topljenja. Prema tome, površina na krivulji hlađenja ( sl. 19.6) je malo ispod t pl na temperaturi hipotermije t NS .

Neki metali imaju hipotermiju ( t pl - t NS) može biti vrlo značajno (na primjer, u antimonu do 40°C) i na temperaturi hipotermije t NS (pirinač.18 , v), kristalizacija odmah počinje burno, uslijed čega temperatura naglo raste do skoro t pl... U ovom slučaju, petlja termalne histereze je ucrtana na graf.

Tokom skrućivanja i tokom alotropske transformacije, kristalna jezgra (centri kristalizacije) se prvo pojavljuju u metalu, oko kojih se grupišu atomi, formirajući odgovarajuću kristalnu rešetku.

Dakle, proces kristalizacije se sastoji od dvije faze: formiranje kristalizacijskih centara i rast kristala.

Za svaki od kristala koji se pojavljuju, kristalografske ravni su nasumično orijentisane; osim toga, tokom početne kristalizacije, kristali se mogu rotirati, jer su okruženi tečnošću. Susedni kristali rastu jedan prema drugom i njihove dodirne tačke određuju granice kristalita (zrna).

Kristalizacija gvožđa... Razmotrimo kao primjer kristalizaciju i kritične tačke željeza.

Slika 19... Krivulje hlađenja i grijanja željeza

On sl. 19 prikazuje krivulje hlađenja i zagrijavanja čistog željeza koje se topi na temperaturi od 1539 0 C. Prisustvo kritičnih tačaka na nižim temperaturama ukazuje na alotropske transformacije u čvrstom gvožđu.

Kritične tačke su označene slovom A, kada se zagrije, označiti Ac i pri hlađenju Ar indeksi 2, 3, 4 služe za razlikovanje alotropskih transformacija (podskript 1 označava transformaciju u dijagramu stanja Fe - Fe 3 C.

Na temperaturama ispod 768 0 C, gvožđe je magnetno i ima centriranu kockastu kristalnu rešetku. Ova modifikacija se zove  -gvožđe; kada se zagreje, nalazi se na tački Ace 2 prelazi u nemagnetnu modifikaciju  -gvožđe... U ovom slučaju, kristalna struktura se ne mijenja.

U tački Ace 3 na temperaturi od 910 0 C  -gvožđe ulazi u  -gvožđe sa kristalnom rešetkom kocke usredsređene na lice.

U tački Ace 4 na temperaturi od 1401 0 C  -gvožđe ulazi u  -gvožđe, a kristalna rešetka je ponovo preuređena iz kocke centrirane na lice u centriranu kocku.

Prilikom hlađenja javljaju se isti prijelazi, samo obrnutim redoslijedom.

Od gore navedenih transformacija, transformacije A 3 kao kod grijanja ( Ace 3 ) i tokom hlađenja ( Ar 3 ).

Okretanje u jednom trenutku A 3 praćeno promjenom volumena, budući da je gustina kristalne rešetke  -žlijezda veća gustina rešetke  -žlijezda, u tački Ace 3 jačina se smanjuje, u tački Ar 3 - povećava.

Metalna konstrukcija 4.33 / 5 (86.67%) glasalo 3

Metalna konstrukcija

Metali pod mikroskopom

Svi metali su sastavljeni od ogromnog broja kristalnih zrnaca koja su međusobno povezana. Takva zrnasta kristalna struktura tvari može se vidjeti pomoću posebnih mikroskopa, zvanih metalografski. Razlikuju se od konvencionalnih po tome što se ovdje koristi bočno osvjetljenje metala, jer su metali neprozirni i ne mogu se osvijetliti odozdo. U takvim mikroskopima izvor svjetlosti je postavljen tako da se dio zraka reflektira od površine metala i pada u sočivo.

Rice. 1. Metalni mikroskop.

Gore desno - zraci svjetlosti reflektirani od površine tankog preseka idu u objektiv mikroskopa. Dole desno - površina čistog gvožđa, vidljiva metalnim mikroskopom.

Slika 1 prikazuje jedan od ovih mikroskopa. Prije pregleda uzorka u njemu, metalna površina se temeljito očisti brusnim papirom, polira i polira do zrcalne završne obrade. Takav uzorak se naziva tanki presjek. Zatim se površina presjeka podvrgava tzv. jetkanju, za koje se 2-3 minute vlaži otopinom koja najčešće sadrži dušičnu kiselinu i etanol... Za nagrizanje tankih preseka koriste se i druga rješenja. To se radi za sljedeće: različita zrna legure se nejednako otapaju kiselinom, zbog čega se na površini metala pojavljuju pojedinačne kristalne površine, a kada se ugravirani dio mikroprereza osvijetli, tada se dio zrna reflektira svjetlost koja pada na njih direktno na sočivo. Ova mjesta izgledaju svijetla pod mikroskopom. Ostala zrna reflektuju svjetlost u stranu, tako da izgledaju tamno. Pod mikroskopom, mjesta prianjanja pojedinih kristalnih zrnaca, takozvana interkristalna područja, pod mikroskopom poprimaju drugačiju nijansu i ujednačenu boju (slika 2).

Rice. 2. Polirana ploča pod mikroskopom (čelik za jetkanje sa 2% alkoholnim rastvorom azotne kiseline).

Upotreba metalnog mikroskopa omogućila je da se utvrdi kakvu strukturu imaju metali, kako se pojedina zrna nalaze u leguri, koje nemetalne inkluzije sadrže legure, odraz pukotina na površini legura, itd. Na slici 3 je prikazana mikrografska slika. od livenog gvožđa, gde su jasno vidljive pojedinačne inkluzije grafita.

/>

Rice. 3. Grafit u livenom gvožđu (tamne inkluzije):

a-lamelarni grafit u običnom sivom ljevu; b-fino-lamelarni grafit u modificiranom sivom ljevu (modifikacija 0,15%); n-nodularne inkluzije grafita u livenom gvožđu modifikovanom magnezijumom (× 100).

Metalni mikroskop je trenutno jedan od instrumenata u svakoj laboratoriji u kojoj se proučavaju svojstva različitih metala i legura.

Kristalna rešetka metala

Već ste upoznati sa kristalima. Tako, na primjer, kada proučavate kuhinjsku sol, znate da se ona sastoji od 8 odvojenih kubnih kristala. Sama riječ "kristal" dolazi od grčke riječi "crystallos" što znači "led". U budućnosti se počela zvati sva čvrsta tijela koja imaju određeni geometrijski oblik. U prirodi je velika većina čvrstih materija u kristalnom stanju. Gvožđe, kao jedna od čvrstih materija, takođe formira kristale kada se očvrsne. Kristal željeza ima kubičnu rešetku. Međutim, gledajući površinu metala pod mikroskopom, nećemo vidjeti ovaj pravilan kubični kristalni oblik. Nepravilan oblik kristala nastaje zato što se u talini tokom njenog stvrdnjavanja pojavljuju mnoga sićušna jezgra koja formiraju veće kristale. Ovi veliki kristali, sudarajući se, počinju pritiskati, stiskati jedan drugog. Shodno tome, u ingotu metala koji se skrućuje istovremeno se nalazi ogromna količina kristala. Kršenje njihovog oblika olakšava ne samo činjenica da se međusobno guraju, već i nejednaka temperatura na različitim mjestima hlađenja. Pojedinačna kristalna zrna u očvrsnutom metalu imaju različite oblike i veličine. One su međusobno odvojene slojem koji se sastoji od raznih nemetalnih inkluzija. Ove nemetalne inkluzije su uvijek prisutne u jednoj ili drugoj količini u metalu.

Metalna konstrukcija

Na slici 4 prikazan je dijagram formiranja granularne strukture metala kada se stvrdne.

Rice. 4. Šema rasta kristala u očvršćavajućoj talini:

a - formiraju se embrioni; b-kristali rastu; B-kristali počinju da se pritiskaju jedan na drugi; d-pojedinačna zrna se spajaju.

Supstance koje čine čelik imaju različite tačke topljenja, a samim tim i skrućivanje. Na primjer, čisto željezo postaje čvrsto već na temperaturi od 1539 ° C, a u kombinaciji sa sumporom ili drugim elementima temperatura skrućivanja je niža. Stoga se metalni sloj koji se skrućuje na prvom mjestu sastoji od najvatrostalnijih elemenata, na primjer, željeza i ugljika. Nečistoće kao što su sumpor i fosfor daju legure nižeg topljenja i posljednje se skrućuju. Sumpor i fosfor su štetne nečistoće jer njihovo prisustvo značajno smanjuje čvrstoću legure, čini je lomljivom i neprikladnom za proizvode.

Kada se legura stvrdne, jedinjenja željeza, sumpora i fosfora koja se niskog taljenja koncentrišu u gornjem dijelu ingota i skrućuju se posljednji, pa se legura željeza sa fosforom i sumporom skuplja u gornjem dijelu ingota.

U kristalima su atomi svakog metala raspoređeni po strogo definiranom redoslijedu. Oni formiraju takozvanu prostornu rešetku, koja se ne može vidjeti ni sa jednim od postojećih mikroskopa. Međutim, uz pomoć rendgenskih aparata i drugih modernih uređaja moguće je proučavati raspored atoma u kristalnoj rešetki.

Vrste kristalnih rešetki metala

Među metalima se najčešće nalaze tri vrste rešetki, do prvi od kojih su kubični centrirani na tijelo. Karakterizira ih činjenica da se atomi u njima nalaze u vrhovima i centru kocke, na primjer, u litiju, hromu, vanadiju i drugim metalima (slika 5, a).

Slika 5. Vrste metalnih kristalnih rešetki:

a-kubni centar tijela;

b-kubno lice-centrirano;

v-šestougaoni (tesno pakovanje).

NS drugi tip uključuju kubičnu rešetku sa središtem lica (Sl. 5.6), atome u (koji se nalaze na vrhovima kocke i njenim površinama (na primjer, u aluminijumu, bakru, olovu, niklu, zlatu, srebru i platini).

Treći tip- to su heksagonalne, odnosno heksagonalne, gusto zbijene rešetke (sl. 5, c). Nalaze se u magnezijumu, cinku, kadmijumu i berilijumu.

Kao što se može vidjeti iz dijagrama prikazanog na slici 6, najgušća pakiranja atoma imaju lice-centrirane i heksagonalne rešetke.

Slika 6. Dijagram metalne strukture.

Mrežna mjesta su pozitivno nabijeni joni. U praznini se nalaze slobodni elektroni.

Zanimljivo je primijetiti da neki metali, posebno željezo, cink i nikal, mogu postojati u nekoliko kristalnih oblika, prelazeći iz jednog u drugi. Ovaj prelaz se dešava na različitim temperaturama. Takve modifikacije, kada jedna te ista supstanca može biti u različitim kristalnim oblicima, nazivaju se alotropne, a same supstance su alotropne. Naziv "alotropija" potiče od grčke riječi"Allos" je drugo, "tropos" je vlasništvo.

Ugljik se može prirodno pojaviti u obliku grafita i dijamanta, a kao što se sjećate, grafit je meka supstanca koja ostavlja trag na papiru, dok je dijamant jedna od najtvrđih tvari u prirodi. Tačke topljenja dijamanta i grafita su različite.

Poznata je alotropska modifikacija sumpora (rombična i prizmatična). Rombični sumpor nastaje na temperaturama ispod 96°C, iznad te temperature postaje prizmatičan. Ovisno o promjeni kristalne strukture, mijenjaju se i svojstva tvari.

Iste alotropne promjene uočene su u željezu. Ima rešetku centrirane kocke na temperaturi od 910°C, au temperaturnom rasponu od 910-1390°C dolazi do prijelaza u lice centriranu.

Alotropske transformacije metala mogu se lako promatrati na primjeru kalaja. Obični srebrno-bijeli kalaj ima složenu kristalnu rešetku, koja je stabilna na temperaturama iznad 18 °C; na nižoj temperaturi, atomi kositra u kristalima počinju da se preuređuju. Njihovo pakiranje (atoma) postaje manje čvrsto, sjajni lim gubi sjaj, savitljivost i pretvara se u krhki sivi lim sa drugačijom kristalnom rešetkom.

Ova pojava je davno uočena i dobila je naziv "kalajna kuga", jer su kalajni predmeti - limene ploče, pehari, orgulje u crkvi - ponekad naglo počinjali da se urušavaju. Limena kuga je bila velika katastrofa. Nisu znali kako se nositi s tim, jer nisu znali razloge njegovog nastanka. Sada nam je jasno da ako se komad kalaja zagreje, "bolestan od kositrene kuge", kristali sivog kalaja će se preurediti u kristale belog kalaja, i on ponovo dobija savitljivost i belu boju.

Metalna konstrukcija

Na dijagramima kristala (slika 5), ​​konvencionalno u kristalnoj rešetki, povučene su linije koje povezuju jedan atom metala s drugim. U stvarnosti, ne postoje linije koje povezuju atome na mjestima rešetke. Čvrsto su zbijene, dodiruju jedna drugu. Mjesta rešetke sadrže pozitivno nabijene ione okružene elektronima. Valentni elektroni atoma metala, kao i sami atomi, su u neprekidnoj vibraciji. Ali spolja, elektroni (valencija) mogu lakše napustiti svoj atom i preći u susjedni. Shodno tome, u kristalnoj rešetki postoje takozvani slobodni elektroni, ili slobodni elektronski "gas" svojstven čitavom kompleksu atoma. Dakle, postoji interakcija elektrona vanjskih omotača atoma metala. Zahvaljujući ovoj vanjskoj interakciji elektrona, stvara se veza između atoma metala i nastaju kohezione sile koje čvrsto drže atome metala u kristalnoj rešetki (slika 6). Joni atoma metala u kristalnoj rešetki, okruženi mobilnim (nefiksnim) elektronima, nazivaju se ion-atomi, za razliku od običnih jona.

Ono što smo rekli o kristalnoj rešetki metala odnosi se na čiste metale, ali znamo da se legure uglavnom koriste u praksi.

Sadržaj knjige Sljedeća stranica >>

§ 2. Struktura metala i legura i metode njenog proučavanja

Kristalna struktura metala... Proučavanjem unutrašnje strukture i svojstava metala i legura bavi se nauka koja se zove metalurgija.

Svi metali i legure građeni su od atoma u kojima su vanjski elektroni slabo vezani za jezgro. Elektroni su negativno nabijeni i ako stvorite malu potencijalnu razliku, tada će elektroni otići na pozitivan pol, formirajući struja... Ovo objašnjava električnu provodljivost metalnih supstanci.

Svi metali i legure u čvrstom stanju imaju kristalnu strukturu. Za razliku od nekristalnih (amorfnih) tijela, u metalima su atomi (joni) raspoređeni u strogo geometrijskom redu, formirajući prostornu kristalnu rešetku. Međusobni raspored atoma u prostoru i udaljenosti između njih utvrđuju se analizom rendgenske difrakcije. Udaljenost između čvorova u kristalnoj rešetki naziva se parametar rešetke i mjeri se u angstromima Å (10 -8 cm). Parametri rešetke različitih metala kreću se od 2,8 do 6 Å (slika 23).

Rice. 23. Elementarne kristalne ćelije:

a - kubično telo-centrirano; b - kubično lice-centrirano; c - heksagonalni

Za vizualni prikaz rasporeda atoma u kristalu koriste se prostorne sheme u obliku elementarnih kristalnih ćelija. Najčešći tipovi kristalnih rešetki su kubične centrirane na tijelo, kubične centrirane na lice i heksagonalne.

Postoji devet atoma u kubičnoj rešetki usredsređenoj na tijelo. Krom, volfram, molibden, vanadijum i željezo imaju takvu rešetku na temperaturama do 910 °C.

Kubična rešetka sa centrom lica sadrži 14 atoma. Takva rešetka ima: bakar, olovo, aluminij, zlato, nikl i željezo na temperaturi od 910-1400 °C.

Heksagonalna zbijena rešetka sadrži 17 atoma. Takva rešetka ima: magnezijum, cink, kadmijum i druge metale.

Međusobni raspored atoma u prostoru, broj atoma u rešetki i međuatomski prostori karakterišu svojstva metala (električna provodljivost, toplotna provodljivost, taljivost, plastičnost itd.).

Udaljenost između atoma u kristalnoj rešetki može biti različita u različitim smjerovima. Stoga svojstva kristala u različitim smjerovima nisu ista. Ovaj fenomen se naziva anizotropija. Svi metali su kristalna tijela, stoga su anizotropna tijela. Tijela koja imaju ista svojstva u svim smjerovima nazivaju se izotropna.

Komad metala, koji se sastoji od mnogo kristala, ima, u prosjeku, ista svojstva u svim smjerovima, pa se naziva kvazi-izotropnim (imaginarna izotropija).

Anizotropija je od velike praktične važnosti. Na primjer, kovanjem, štancanjem, valjanjem u dijelovima postiže se ispravna orijentacija kristala, zbog čega se postižu različita mehanička svojstva duž i poprijeko dijela. Uz pomoć hladnog valjanja postižu se visoka magnetna i električna svojstva u određenom smjeru dijela.