Opcija 1

Kod metala vrsta veze:

kovalentni polar; 2) jonska; 3) metal; 4) kovalentni nepolarni.

U unutrašnjoj strukturi metala postoje:

1) samo kationi; 2) samo anioni; 3) kationi i anioni; 4) katione i neutralne atome.

Tečni metal na sobnoj temperaturi je:

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

Alhemičari su smatrali zlato simbolom:

Pogrešna presudada svi metali:

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

Najteži metal:

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

Metal s najvećom gustoćom:

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

Bolje reflektira svjetlost:

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

Među navedenim tvarima navedite one koji su metali:

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

Odgovor odgovorite kao niz brojeva uzlaznim redosledom.

Test br. 4 tema „Jednostavne materije - metali“

Opcija 2

Metali za kompletiranje sloja:

1) daju elektrone; 2) prihvataju elektrone; 3) daje ili prima elektrone; 4) imaju završen sloj.

2. Veza metala između kationa se vrši:

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

3. Najkaktilnija 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) titan; 3) molibden; 4) olovo.

6. Metal koji najviše vatrostalno:

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

7. Metal sa najmanjom gustinom:

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

8. ima najveću električnu vodljivost:

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

9. Navedite metale po redoslijedu povećanja gustoće:

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

Odgovor odgovorite kao niz brojeva.

Odgovori Tema "Jednostavne materije - metali"

1 opcija.

2 opcija.

   bilo je nemoguće ubiti takve ljude mimo odili ... sloj  za sloj, "Odsečen" ili ... završen ... supstanca, za ... test. I od ... završetak  radim ja ne radim samo ... prihvatitiili ... opcijaza ...

Prljavština)? Knjiga je izvučena! Uostalom, knjiga pravednih je, naravno, u Ilijunu (uzvišenom). I šta će vam reći šta je Illiyun? Knjiga je izvučena! (Tabela sa slovima)

Dokument

... ili  sistem slike jednostavno, sažet i dovršen u svojoj ljepoti potpunosti ... od  pristupiti im i kroz njih njih  pridružite se zemaljskom životu za ... opcija  univerzalni kozmizam. Ali sada moramo prihvatiti ... elektronza elektron  - jezgra ili ...

Jednom davno u čarobnoj zemlji Equestrije

Dokument

... potpunosti ... jednostavno  Mintalk ili  bilo koji drugi supstanceizaziva ovisnost. Buck, bijes, crtica ... Sve njih ... predati  volja Boginje. Sad ona prihvata ... By  ni manje za  pitanje časti - dajem vam ovo opcija. Samo ... elektronički ... završetak ...

Obrazovni standard obrazovnog sistema "Škola 2100"

Obrazovni standard

... njih (prihvatiti ... metala. Upotreba raznih metala  ... cl Završeno  predmetna linija ... završen  ... i počivaj  u ... elektronički mogućnosti) In njih  postavljaju se ocjene (bodovi) ili ... tema « Supstanca  i 1 kontrolna vrijednost zraka za ... test  (odaberite broj jednostavno ...

26.08.2008

Unutrašnja struktura i svojstva metala i legura

Inženjerski materijali uključuju metale i njihove legure, drvo, plastiku, gumu, karton, papir, staklo itd. Najčešće se koriste u proizvodnji strojeva metali i njihove legure.

Metali su tvari velike toplinske i električne provodljivosti; kovina, sjaj i druga karakteristična svojstva.

U tehnici se svi metali i legure obično dijele na crnu i boju. Željezni metali uključuju željezo i legure na njemu. Do obojenih - svi ostali metali i legure. Da bi se odabrao pravi materijal za izradu strojnih dijelova, uzimajući u obzir uvjete njihovog rada, mehanička opterećenja i ostale faktore koji utječu na performanse i pouzdanost strojeva, potrebno je poznavati unutarnju strukturu, fizikalno-kemijska, mehanička i tehnološka svojstva metala.

Metali i njihove legure u čvrstom su stanju kristalne strukture. Njihovi atomi (ioni, molekule) smješteni su u prostoru u strogo definiranom redoslijedu i tvore prostornu kristalnu rešetku.

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

Oblik elementarne kristalne ćelije određuje kombinaciju svojstava metala: sjaj, topljivost, toplinska provodljivost, električna provodljivost, obradivost i anizotropija (razlika u svojstvima u različitim ravninama kristalne rešetke).

Prostorne kristalne rešetke nastaju prilikom prelaska metala iz tečnog u čvrsto stanje. Taj se proces naziva kristalizacija. Procese kristalizacije prvi je proučio ruski naučnik D. K-Chernov.

Kristalizacija se sastoji od dva stadija. U tečnom stanju metala, njegovi atomi su u neprekidnom kretanju. S padom temperature kretanje atoma usporava, oni se udružuju i grupiraju u kristale. Formiraju se takozvani centri kristalizacije (prva faza). Zatim dolazi kopanje kristala oko ovih centara (druga faza). U početku kristali slobodno rastu. S daljnjim rastom kristali se odbijaju, rast nekih kristala interferira s rastom susjednih kristala, uslijed čega nastaju nepravilno formirane skupine kristala, koje nazivamo zrnima.

Veličina zrna značajno utječe na operativna i tehnološka svojstva metala. Grubozrnati metal ima malu otpornost na udarce, kada se obrađuje rezanjem, postaje teško dobiti malu hrapavost površine dijelova. Veličine zrna ovise o prirodi samog metala i uvjetima kristalizacije.

Metode za proučavanje strukture metala. Istraživanje strukture metala i legura vrši se pomoću makro- i mikroanalize, kao i drugih metoda.

Makrostruktura se koristi za proučavanje makrostrukture, tj. Strukture metala, vidljive golim okom ili povećalom. Makrostruktura je određena frakturama metala ili makrosekcije.

Makro odsječak je uzorak metala ili legure, čija je jedna strana mljevena i jetkana sa kiselinom ili drugim reagensom. Ovom se metodom identificiraju krupni nedostaci: pukotine, skupljajuće se školjke, mjehurići plina, neravnomjerna raspodjela nečistoća u metalu itd.

Mikroanaliza vam omogućava da odredite veličinu i oblik zrna, strukturne komponente, kvalitet termičke obrade, da identificirate mikrodefekte.

Mikroanaliza se provodi na mikrosekcijama pomoću mikroskopa (moderni metalografski mikroskopi povećavaju se do 2000, a elektronički - do 25 000).

Mikrosekcija je metalni uzorak s ravnom poliranom površinom, utkanom slabom otopinom kiseline ili lužine, kako bi se otkrila mikrostruktura. Svojstva metala. Svojstva metala obično se dijele na fizičko-hemijska, mehanička i tehnološka. Fizičko-hemijska i mehanička svojstva čvrstih materija, uključujući metale, poznata su vam sa kurseva fizike i hemije. Zaustavimo se na nekim mehaničkim i tehnološkim svojstvima koja su važna sa stanovišta obrade metala.

Po mehaničkim svojstvima, kao što znate, razumijeva se sposobnost metala ili legure da se odupre utjecajima vanjskih sila. Mehanička svojstva uključuju čvrstoću, viskoznost, tvrdoću itd.

Čvrstoća karakterizira svojstvo metala ili legure pod određenim uvjetima i ograničenjima, bez urušavanja, da opaža jedan ili drugi utjecaj vanjskih sila.

Važno svojstvo metala je čvrstoća na udar - otpornost materijala na lom prilikom opterećenja.

Tvrdoća se shvaća kao svojstvo materijala da se odupire uvođenju drugog, čvršćeg tijela u njega.

Mehanička svojstva materijala izražavaju se kroz brojne pokazatelje (na primjer, zatezne čvrstoće, istezanja i savijanja itd.)

Vučna čvrstoća, ili privremena vlačna čvrstoća, je uvjetno naprezanje koje odgovara maksimalnom opterećenju koje uzorak može izdržati tijekom ispitivanja do neuspjeha.

Tvrdoća metala i legura uglavnom se određuje pomoću tri metode nazvane po njihovim izumiteljima: Brinell-ova metoda, metoda Rockwell-ove i Vickersove metode. I Mjerenje tvrdoće po Brinell-ovoj metodi sastoji se u korištenju TS ispitivača tvrdoće za utiskivanje čelične očvrsnute kuglice promjera 2,5 5 ili 10 mm pod utjecajem statičkog opterećenja P. Odnos opterećenja i površine udubljenja (bušotina) daje vrijednost tvrdoće označeno sa HB.

Rockwell tvrdoća mjeri se pomoću TC uređaja pritiskom na kuglu promjera 1,59 mm (1/16 inča) ili dijamantskim konusom s vrhom vrha 120 ° (za posebno tvrde čelike i legure) u ispitnom metalu. Oznake tvrdoće određuju se indikatorom uređaja.

Vickersova tvrdoća mjeri se pomoću TP uređaja pritiskom dijamantske tetraedarske piramide u metal s vrhom vrha od \u003d 136 °. Pomoću tablice nalazi se broj tvrdoće HV duž duljine dijagonale otiska.

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

Na glavna tehnološka svojstva metala i legura

uključuju sljedeće:

kovina - svojstvo metala za kovanje i druge vrste tretmana pod pritiskom;

g i d ototchets - svojstvo rastaljenog metala da ispunjava kalup u svim njegovim dijelovima i daje guste odljeve točne konfiguracije;

zavarljivost - svojstvo metala da daje jake zavarene spojeve;

obradivost sečenjem - svojstvo metala koji se mogu obraditi alatima za rezanje da delovima daju određeni oblik, veličinu i hrapavost površine.

U tvarima u čvrstom stanju, struktura je kristalna ili amorfna. U kristalnoj tvari atomi su raspoređeni u geometrijski ispravnom obrascu i na određenoj udaljenosti jedan od drugog, dok su u amorfnim (staklenim, kolofonijskim) atomima nasumično raspoređeni.

Svi metali i njihove legure imaju kristalnu strukturu. On slika 12prikazana je struktura čistog željeza. Kristalna zrna neodređenog oblika nisu slična tipičnim kristalima - poliedrima, stoga ih i nazivaju kristaliti, zrnoili   granule. Međutim, struktura kristalita jednako je pravilna kao i razvijeni kristali.

Sl. 12. Mikrostruktura čistog gvožđa (x - 150)

Vrste kristalnih rešetki . Nakon stvrdnjavanja, metalni atomi formiraju geometrijski pravilne sustave zvane kristalne rešetke. Redoslijed atoma u rešetki može biti različit. Mnogi najvažniji metali tvore rešetke od kojih najjednostavnije (elementarne) ćelije predstavljaju oblik centrirane kocke (  - i  - željezo, hrom, molibden, volfram, vanadijum, mangan), kocka sa centriranim licima (  - željezo, aluminijum, bakar, nikl, olovo) ili šesterokutna ćelija (poput šesterokutne prizme) (magnezijum, cink,  - titanijum  - kobalt).

Jedinica ćelijaponavlja se u tri dimenzije, tvoreći kristalnu rešetku, pa položaj atoma u jediničnoj ćeliji određuje strukturu cijelog kristala.

Kocka centrirana u ćeliji ( slika 13) sastoji se od devet atoma, od kojih je osam smješteno na vrhovima kocke, a deveti je u njenom središtu.

Sl. 13.Jedinica ćelija Sl. 14.Dio prostornog sita

centrirana kocka centrirana kocka

Da bismo karakterizirali kristalnu rešetku (atomsku strukturu kristala), prostorna rešetka, što je geometrijski dijagram kristalne rešetke i sastoji se od točaka (čvorova) koje se redovno nalaze u razmacima.

Slika 15.Kocka jedinica ćelije Sl.16.Dio prostornog

sa središnjim licima s četkom s kockama

On smokva14 prikazan je dio prostorne rešetke centrirane kocke. Ovdje je uzeto osam susjednih ćelija jedinice; čvorovi koji se nalaze u vrhovima i u središtu svake ćelije označeni su krugovima. Kocka jedinica sa centriranim licima ( slika 15) sastoji se od 14 atoma, od kojih je 8 atoma smešteno na vrhovima - kocka i 6 atoma - na licima.

On sl.16prikazan je dio prostorne rešetke kocke sa centriranim licima (kocka centrirana u lice). Krug ima osam jediničnih ćelija; čvorovi su smješteni na vrhovima i u središtima lica svake ćelije. Šesterokutna ćelija ( slika 17) sastoji se od 17 atoma, od kojih je 12 atoma smješteno u vrhovima šesterokutne prizme, 2 atoma u središtu baza i 3 atoma unutar prizme. Za mjerenje udaljenosti između atoma kristalne rešetke, posebna jedinica nazvana angstromvidi

Slika 17.Šesterokutna ćelija

Parametar rešetke (bočni ili šesterokutni) je 3,6 A za bakar i 4,05 A za aluminijum, 2,67 A za cink itd.

Svaki se atom sastoji od pozitivno nabijenog jezgra i više slojeva (ljuski) negativno nabijenih elektrona koji se kreću oko jezgre. Elektroni vanjskih ljuski metala atoma, zvani valencijalako se odvajaju, brzo se kreću između jezgara i nazivaju se besplatno. Zbog prisustva slobodnih elektrona, atomi metala su pozitivno nabijeni ioni.

Dakle, u čvorovima rešetki označenih krugovima slika 14i 16 su pozitivno nabijeni ioni. Ioni se, međutim, ne odmaraju, ali ravnotežni položaji stalno fluktuiraju. S porastom temperature povećava se amplituda oscilacija, zbog čega se kristali šire, a pri temperaturi topljenja oscilacije čestica se toliko pojačavaju da se kristalna rešetka uništava.

Svi kristali pokazuju mala odstupanja od idealne rešetke - nezauzeta mjesta i različite vrste istiskivanja atoma.

Anizotropija i cijepanje kristala . U pojedinačnim kristalima svojstva su različita u različitim smjerovima. Ako uzmete veliki kristal (postoje laboratorijske, pa čak i metode proizvodnje za uzgoj krupnih kristala), iz njega izrežete nekoliko identičnih, ali različito orijentiranih uzoraka i testirate njihova svojstva, tada je ponekad vrlo značajna razlika u svojstvima između pojedinih uzoraka. Na primjer, prilikom ispitivanja uzoraka izrezanih iz bakrenog kristala, produžetak se kretao od 10 do 50%, a vlačna čvrstoća od 14 do 35 kg / mm 2 za različite uzorke. Ovo svojstvo kristala se naziva anizotropija. Anizotropija kristala objašnjava se osobinama rasporeda atoma u prostoru.

Posledica kristalne anizotropije je cijepanje, koja se otkriva nakon uništenja. Na mjestima gdje se kristali razbijaju mogu se promatrati pravilne ravnine, što ukazuje na pomicanje čestica pod utjecajem vanjskih sila nije slučajno, nego u pravilnim redovima, u određenom smjeru, što odgovara položaju čestica u kristalu. Ti avioni se nazivaju avioni za cijepanje.

Amorfna tijela su izotropna, tj. Sva su njihova svojstva u svim smjerovima ista. Nagib amorfnog tijela uvijek ima nepravilno zakrivljenu, takozvanu, konhoidnu površinu.

Metali stvrdnuti u uobičajenim uvjetima ne sastoje se od jednog kristala, već od mnogo zasebnih kristalita, različito orijentiranih jedni prema drugima, tako da su svojstva lijevanog metala približno ista u svim smjerovima; taj fenomen se naziva   kvazi izotropija(prividna izotropija).

Alotropija metala (ili polimorfizam) je njihovo svojstvo da preuređuju rešetke na određenim temperaturama za vrijeme grijanja ili hlađenja. Alotropija otkriva sve elemente koji mijenjaju valenciju s temperaturom: na primjer, željezo, mangan, nikl, kositar itd. Svaka alotropska transformacija događa se na određenoj temperaturi. Na primjer, jedna od transformacija željeza događa se pri temperaturi od 910 ° C, ispod koje atomi formiraju rešetku centrirane kocke (vidi slika 14), i iznad, rešetka kocke u središtu lica (vidi sl.16).

Ova ili ona struktura naziva se alotropna forma ili modifikacija. Različite modifikacije su označene grčkim slovima.  ,  ,  itd., uz pismo  označavaju modifikaciju koja postoji na temperaturama ispod prve alotropne transformacije. Alotropne transformacije prate povratak (pad) ili apsorpcija (porast) energije.

Kristalizacija metala . Kristalizacija je stvaranje kristala u metalima (i legurama) tijekom prelaska iz tečnog u čvrsto stanje ( primarna kristalizacija) Prekristalizacija iz jedne modifikacije u drugu nakon hlađenja očvrslog metala naziva se ( sekundarna kristalizacija) Proces kristalizacije metala najlakše je pratiti pomoću brojača vremena i termoelektričnog pirometra, koji je milivoltmetar spojen sa termoelementom. Termoelement (dvije različite žice zavarene krajevima) uronjen je u rastaljeni metal. Rezultirajuća toplinska struja proporcionalna je temperaturi metala, a igla milivoltmetra odstupa, što pokazuje ovu temperaturu postupno.

Očitavanja pirometra automatski se bilježe u vremenu i na osnovu dobivenih podataka grade krivulje hlađenja u koordinatama „temperatura - vrijeme“ (takve krivulje crta diktafon).

Naziva se temperatura koja odgovara bilo kojoj transformaciji u metalu kritična tačka.

On sl. 18, aprikazana je krivulja zagrevanja metala. Ovdje je poenta   ali- početak topljenja, tačka b- kraj taljenja.

Slika 18.Krivulje grijanja ( ali) i hlađenje ( b- nema petlje

u- s petljom) metal

Zemljište   aliboznačava konstantnu temperaturu tokom vremena, uz kontinuirano zagrevanje. Ovo pokazuje da se u ovom slučaju toplotna energija troši na unutrašnju transformaciju metala. o pretvorbi čvrstog metala u tečni (latentna toplina fuzije).

Prijelaz iz tečnog u čvrsto stanje nakon hlađenja prati stvaranje kristalne rešetke, tj. Kristalizacije. Da biste izazvali kristalizaciju, tečni metal treba supercoolmalo niže od tališta. Stoga područje na krivulji hlađenja ( sl. 19.6) malo je niža t pl  na temperaturi podhlađenja t pr .

Za neke metale podhlađenje ( t pl -   t pr) mogu biti vrlo značajne (na primjer, u antimonu do 40 ° C) i pri temperaturi podhlađenja t pr (smokva18 u) brzo kristalizacija započinje odmah, uslijed čega temperatura naglo poraste do gotovo t pl  . U ovom slučaju, na grafu se crta petlja toplotne histereze.

Tijekom stvrdnjavanja i tijekom alotropne transformacije u metalu, početno se pojavljuju kristalna jezgra (centri za kristalizaciju) oko kojih se grupiraju atomi, tvoreći odgovarajuću kristalnu rešetku.

Dakle, proces kristalizacije sastoji se od dvije faze: formiranja kristalizacijskih centara i rasta kristala.

U svakom se kristalu koji se pojavljuju kristalografske ravnine nasumično orijentirane, osim toga, pri primarnoj kristalizaciji, kristali se mogu okretati, jer su okruženi tekućinom. Susjedni kristali rastu jedan prema drugom i njihove dodirne točke određuju granice kristalita (zrna).

Kristalizacija gvožđa. Razmotrite, na primjer, kristalizaciju i kritične tačke željeza.

Sl. 19. Krivulje hlađenja i grijanja željeza

On sl. 19prikazane su krivulje hlađenja i grijanja čistog željeza koje se topi na temperaturi 1539 ° C. Prisustvo kritičnih tačaka na nižim temperaturama ukazuje na alotropne transformacije u čvrstom željezu.

Kritične točke su označene slovom Akada se zagreju ukazuju Aci kad se ohladi Ar  indeksi 2, 3, 4 služe za razlikovanje alotropnih transformacija (indeks 1 označava transformaciju na dijagramu stanja Fe - Fe 3 C.

Pri temperaturama ispod 768 0 C, željezo je magnetsko i ima kristalnu rešetku centriranu kocku. Ova modifikacija se naziva  gvožđe; kada se zagreva, nalazi se na tački As 2   prelazi u nemagnetnu modifikaciju  gvožđe. Struktura kristala se ne mijenja.

U trenutku As 3   na temperaturi 910 0 S  gvožđeulazi u  gvožđes kristalnom rešetkom kocke usmjerene na lice.

U trenutku As 4   na temperaturi 1401 0 C  gvožđeulazi u  gvožđepri čemu se kristalna rešetka ponovno preuređuje iz kocke usmjerene u lice u centriranu kocku.

Pri hlađenju događaju se isti prijelazi, samo obrnutim redoslijedom.

Od navedenih transformacija, najpraktičnije su transformacije A 3   kao kada se zagreva ( As 3 ) i tokom hlađenja ( Ar 3 ).

Pretvaranje u tačku A 3   praćen promjenom volumena, jer gustoća kristalne rešetke  gvožđeveća gustina rešetke  gvožđena tački As 3   zapremina opada u tački Ar 3   - povećava se.

Metalna konstrukcija 4.33 / 5 (86.67%) 3 glasova

Metalna konstrukcija

Metali pod mikroskopom

Svi se metali sastoje od ogromnog broja kristalnih zrna koja su međusobno povezana. Takva zrnasta kristalna struktura neke tvari može se vidjeti pomoću posebnih mikroskopa, nazvanih metalografski. Od uobičajenih se razlikuju po tome što koriste bočnu rasvjetu metala, jer su metali neprozirni i ne mogu biti osvijetljeni odozdo. U takvim mikroskopima izvor svjetlosti je postavljen tako da se dio zraka odbija od metala i pada u sočivo.

Sl. 1. Metalni mikroskop.

Gornje desno - zrake svjetlosti reflektirane s površine tankog presjeka idu u cilj mikroskopa. Donje desno je površina čistog željeza, vidljiva metalnim mikroskopom.

Na slici 1 prikazan je jedan od ovih mikroskopa. Prije razmatranja uzorka u njemu, metalna površina temeljito se očisti brusnim papirom, polira i polira do zrcalnog sjaja. Takav uzorak naziva se tankim presjekom. Zatim se površina tankog presjeka podvrgava takozvanoj jetkanju, za koju se vlaži 2-3 minute otopinom, koja najčešće sadrži dušičnu kiselinu i etilni alkohol. Primijenite druga rješenja za jetkanje tankih presjeka. To je ono što oni čine za to: različita zrnca legure rastvaraju se nejednako s kiselinom, što rezultira time da se pojedine kristalne plohe pojavljuju na metalnoj površini, a kada se isklesan dio tankog presjeka osvijetli, dio zrna reflektira svjetlost koja pada na njih direktno na leću. Ova mjesta pod mikroskopom izgledaju svijetla. Ostala zrna odbijaju svjetlost sa strane, pa izgledaju tamno. Pod mikroskopom kohezija pojedinačnih kristalnih zrnaca, takozvani intergranularni presjeci, pod mikroskopom poprimaju drugu nijansu i jednoliku boju (sl. 2).

Sl. 2. Prizemna ploča pod mikroskopom (klijanje čelika sa 2% -tnom otopinom alkohola azotne kiseline).

Upotreba metalnog mikroskopa omogućila je utvrđivanje kakve strukture metali imaju, kako se pojedinačna zrna nalaze u leguri, koja nekovinska inkluzija sadrže legure, odraz pukotina na površini legura itd. Na slici 3 prikazana je mikrografija od lijevanog željeza na kojoj su jasno vidljivi pojedinačni grafitni ugradci.

/>

Sl. 3. Grafit u lijevanom gvožđu (tamni uključivi):

α-grubozrnati grafit u običnom sivom livaru; b-fino pločast grafit u modificiranom sivom livu (0,15% izmjene); b-sferni grafitni dodaci u lijevanom gvožđu modifikovani magnezijumom (× 100).

Metalni mikroskop trenutno je jedan od instrumenata bilo koje laboratorije na kojoj se proučavaju svojstva različitih metala i legura.

Metalna kristalna rešetka

Već ste upoznati sa kristalima. Tako, na primjer, kada proučavate kuhinjsku sol, znate da se ona sastoji od 8 zasebnih kubnih kristala. Sama riječ kristal dolazi od grčke riječi crystallos, što znači led. U budućnosti su se sva čvrsta tijela koja imaju određeni geometrijski oblik počela tako zvati. U prirodi, velika većina čvrstih tvari je u kristalnom stanju. Gvožđe kao jedna od krutih tvari također stvara kristale kada se očvrsne. Kristal gvožđa ima kubnu rešetku. Međutim, ispitujući metalnu površinu pod mikroskopom, nećemo vidjeti ovaj pravilan kubni oblik kristala. Nepravilan oblik kristala nastaje jer se u talini, kada se stvrdne, pojavljuju mnoštvo sitnih jezgara koje tvore veće kristale. Kada se ovi veliki kristali sudaraju, počinju se cijediti, stisnuti jedan drugoga. Prema tome, ogroman broj kristala istovremeno je prisutan u očvrslom metalnom ingotu. Kršenje njihovog oblika doprinosi ne samo činjenici da se gužvaju jedni drugima, već i zbog neujednačene temperature na različitim mjestima hlađenja. Pojedinačna kristalna zrna u kaljenom metalu imaju različit oblik i veličinu. Oni su odvojeni jedan od drugog slojem koji se sastoji od različitih nemetalnih inkluzija. Te nekovinske inkluzije su uvijek prisutne u jednoj ili drugoj količini metala.

Metalna konstrukcija

Na slici 4 prikazan je dijagram formiranja zrnaste strukture metala tokom otvrdnjavanja.

Sl. 4. Obrazac rasta kristala u očvrsljivoj talini:

formiraju se a-jezgra; b-kristali rastu; b-kristali počinju stisnuti jedan drugog; g-pojedinačna zrna su spojena.

Tvari koje čine čelik imaju različitu talište, a time i očvršćavanje. Na primjer, čisto željezo postaje čvrsto već na temperaturi 1539 ° C, a u kombinaciji s sumporom ili drugim elementima temperatura očvršćavanja je niža. Stoga se metalni sloj koji prije svega stvrdnjava sastoji od najotpornijih elemenata, na primjer željeza i ugljika. Nečistoće poput sumpora i fosfora daju veće topljive legure i stvrdnjavaju se u posljednjem okretaju. Sumpor i fosfor štetne su nečistoće, jer njihova prisutnost značajno smanjuje čvrstoću legure, čineći je krhkom i neprikladnom za proizvode.

Kada se legura očvrsne, lakši spojevi željeza sa sumporom i fosforom koncentriraju se u gornjem dijelu ingota i posljednja su stvrdnjavanja, stoga se legura željeza s fosforom i sumporom sakuplja u gornjem dijelu ingota.

U kristalima se atomi svakog metala distribuiraju u strogo definiranom redoslijedu. Oni formiraju takozvanu prostornu rešetku koja se ne može vidjeti ni na jednom od postojećih mikroskopa. Međutim, pomoću rendgenskih aparata i drugih modernih uređaja može se proučiti raspored atoma u kristalnoj rešetki.

Vrste kristalnih rešetki metala

Među metalima, najčešće postoje tri vrste rešetki, do prvo  od kojih su kubična tela. Karakterizira ih činjenica da su atomi u njima smješteni u vrhovima i središnjem dijelu kocke, na primjer, u litijumu, kromu, vanadijumu i drugim metalima (Sl. 5, a).

Sl. 5 Vrste metalnih kristalnih rešetki:

tijelo s kubičnim središtem;

b-kubični u sredini;

b-šesterokut (čvrsto pakiranje).

Za drugi tip  uključuju kubičnu rešetku u središtu lica (Sl. 5,6), atome u (koji se nalaze na vrhovima kocke i njenim licima (na primjer, aluminij, bakar, olovo, nikl, zlato, srebro i platina).

Treći tip  - to su šesterokutne, odnosno šesterokutne, guste rešetke (Sl. 5, c). Nalaze se u magnezijumu, cinku, kadmijumu i berilijumu.

Kao što se vidi iz dijagrama prikazanog na slici 6, najgušća atomska pakovanja imaju rešetke usmjerene na lice i šesterokutnu mrežu.

Slika 6. Struktura metala.

Na mjestima rešetke su ioni pozitivno nabijeni. U praznini su slobodni elektroni.

Zanimljivo je napomenuti 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 alotropnim, a same tvari alotropnim. Naziv "alotropija" potječe od grčke riječi "allos" -drugi, "tropos" -osobina.

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

Poznata je alotropna modifikacija sumpora (rombične i prizmatične). Rombični sumpor nastaje pri temperaturi ispod 96 ° C, a iznad te temperature prelazi u prizmatičnu. Ovisno o promjeni strukture kristala, mijenjaju se i svojstva tvari.

Iste alotropne promjene se primjećuju kod željeza. Ima rešetku centrirane kocke pri temperaturi od 910 ° C, a u temperaturnom opsegu 910-1390 ° C dolazi do prelaska u središtu koncentriranu na lice.

Alotropne transformacije metala se lako primećuju upotrebom kositra kao primera. Obični srebrno bijeli kalaj ima složenu kristalnu rešetku, koja je stabilna na temperaturama iznad 18 ° C, pri nižim temperaturama atomi kositra u kristalima počinju se ponovo graditi. Pakovanje njih (atoma) postaje manje izdržljivo, sjajni kalaj gubi na sjaju, konjivost i pretvara se u krhki sivi limen koji ima drugačiju kristalnu rešetku.

Ovaj fenomen je primećen davno i zvao se „limena kuga“, jer su se proizvodi od kositra - limenim tanjurima, čašama i organima u crkvi - ponekad iznenada počeli urušavati. Limanska kuga bila je velika katastrofa. Nisu znali da se nose sa tim, jer nisu znali razloge njegovog nastanka. Sada nam je jasno da ako se zagreju kositreni proizvodi „bolesni od limene kuge“, kristali sive kalade će se preurediti u kristale bijelog kalaja i opet će dobiti kosi i bijelu boju.

Metalna konstrukcija

U kristalnim dijagramima (Sl. 5) linije kristala koji međusobno povezuju jedan metalni atom sa drugim konvencionalno su crtane u kristalnoj rešetki. U stvari, na mjestima rešetke ne postoje linije koje povezuju atome. Čvrsto su složene jedna u drugoj. Na čvorovima rešetke su pozitivno nabijeni ioni okruženi elektronima. Valentni elektroni metalnih atoma, poput samih atoma, su u kontinuiranoj oscilaciji. Ali izvana, elektroni (valencija) mogu lakše napustiti svoj atom i prijeći na sljedeći. Zbog toga se u kristalnoj rešetki nalaze takozvani slobodni elektroni, odnosno slobodni elektronski "plin" svojstven cijelom kompleksu atoma. Tako dolazi do interakcije elektrona vanjskih ljuski metala atoma. Zbog ove vanjske interakcije elektrona stvara se veza između atoma metala i nastaju kohezivne sile koje čvrsto drže atome metala u kristalnoj rešetki (Sl. 6). Joni metalnih atoma u kristalnoj rešetki, okruženi pokretnim (nefiksiranim) elektronima, nazivaju se jonski atomi, za razliku od običnih jona.

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

  Sadržaj Sljedeća stranica \u003e\u003e

§ 2. Struktura metala i legura i metode za njegovo proučavanje

Kristalna struktura metala. Proučavanje unutrašnje strukture i svojstava metala i legura izvodi nauka koja se naziva nauka o metalima.

Svi metali i legure izgrađeni su od atoma u kojima su vanjski elektroni slabo vezani za jezgro. Elektroni su negativno naelektrisani, a ako stvorite malu potencijalnu razliku, elektroni će otići na pozitivni pol, formirajući električnu struju. To objašnjava električnu vodljivost metalnih supstanci.

Svi metali i legure u čvrstom stanju imaju kristalnu strukturu. Za razliku od nekristalnih (amorfnih) tijela, u metalima su atomi (ioni) raspoređeni u strogo geometrijskom redu, tvoreći prostornu kristalnu rešetku. Međusobni raspored atoma u prostoru i udaljenosti između njih utvrđuju se rendgenskom difrakcijskom analizom. Udaljenost između čvorova u kristalnoj rešetki naziva se parametrom rešetke i mjeri se u angstromima Å (10 -8 cm). Parametri rešetke raznih metala kreću se u rasponu od 2,8 do 6 Å (Sl. 23).

   Sl. 23 Elementarne ćelije kristala:

a - kubična karoserija; b - kubični u sredini; u - šesterokutni

Za vizuelni prikaz rasporeda atoma u kristalu koriste se prostorne šeme u obliku elementarnih kristalnih ćelija. Najčešći tipovi kristalnih rešetki su kubični u središtu tijela, kubni su usmjereni na lice i šesterokutni.

Devet atoma smješteno je u kubnoj rešetki usmjerenoj na tijelo. Takva rešetka ima krom, volfram, molibden, vanadijum i željezo pri temperaturama do 910 ° C.

U kubnoj rešetki u sredini nalazi se 14 atoma. Takve rešetke su: bakar, olovo, aluminijum, zlato, nikal i željezo pri temperaturi od 910-1400 ° C.

Šesterokutna rešetkasto zatvorena rešetka sadrži 17 atoma. Takve rešetke su: magnezijum, cink, kadmijum i drugi metali.

Međusobni raspored atoma u prostoru, broj atoma u rešetkama i međuratomski prostori karakteriziraju svojstva metala (električna provodljivost, toplotna provodljivost, topljivost, duktilnost 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, zbog toga su aisotropna tijela. Tijela čija su svojstva u svim smjerovima jednaka, nazivaju se izotropna.

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

Anizotropija je od velikog praktičnog značaja. Na primjer, kovanjem, štancanjem, valjanjem u dijelovima dobiva se ispravna orijentacija kristala, čime se dobivaju različita mehanička svojstva duž i preko dijela. Korištenjem hladnog valjanja postižu se visoka magnetska i električna svojstva u određenom smjeru dijela.