Opcija 1.

U metalima, vrsta veze:

kovalentno polarni; 2) ionski; 3) metal; 4) kovalentni nepolarni.

U unutarnjoj strukturi metala postoje:

1) samo kationi; 2) samo anioni; 3) kationi i anioni; 4) kationi i neutralni atomi.

Tekući metal na sobna temperatura- ovo je:

1) željezo; 2) živa; 3) zlato; 4) litij.

Alkemičari su zlato smatrali simbolom:

Pogrešna prosudba, da su svi metali:

1) imaju savitljivost; 2) imaju metalni sjaj; 3) imaju električnu vodljivost; 4) hlapljive tvari.

Najtvrđi metal:

1) natrij; 2) krom; 3) olovo; 4) litij.

Najgušći metal:

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

Bolje reflektira svjetlost:

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

Među navedenim tvarima navedite one koje su metali:

silicij; 2) berilij; 3) bor; 4) aluminij; 5) kalij; 6) argon; 7) sumpor; 8) kositar.

Odgovor navedite kao niz brojeva u rastućem redoslijedu.

Test №4 Tema "Jednostavne tvari - metali"

Opcija 2.

Metali za završetak sloja:

1) donirati elektrone; 2) uzeti elektrone; 3) davati ili primati elektrone; 4) imaju gotov sloj.

2. Veza u metalima između kationa provodi se:

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

3. Najduktilniji od plemenitih metala:

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

Alkemičari su bakar smatrali simbolom:

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

5. Najmekši metal:

1) krom; 2) titan; 3) molibden; 4) olovo.

6. Najvatrostalniji metal:

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

7. Metal s najmanjom gustoćom:

1) natrij; 2) kositar; 3) olovo; 4) željezo.

8. Ima najveću električnu vodljivost:

1) željezo; 2) zlato; 3) aluminij; 4) srebro.

9. Rasporedite navedene metale po rastućoj gustoći:

1) bakar; 2) željezo; 3) olovo; 4) aluminij; 5) zlato.

Odgovor navedite kao niz brojeva.

Odgovori. Tema "Jednostavne tvari - metali"

Opcija 1.

Opcija 2.

postalo je nemoguće ubijati takve ljude temeili ... sloj po sloj, "Odrezati" ili ... dovršeno ... tvari, za ... test... I, teme ... završetak ne radim jednostavno ... prihvatitiili ... opcijaza ...

Prljavština)? Knjiga je upisana! Uostalom, knjiga pravednika je, naravno, u illiyun (uzvišenom). A što će vam dati do znanja što je illiyun? Knjiga je upisana! (Tablica sa slovima)

Dokument

... ili sustav slike jednostavan, lakonski i dovršen u svojoj ljepoti potpunost ... teme pristupiti im i kroz njih ih pridružiti se zemaljskom životu za ... opcija univerzalni kozmizam. Ali sada moramo prihvatiti ... elektron, per elektron- jezgra ili ...

Jednom davno u čarobnoj zemlji Equestria

Dokument

... potpunost ... jednostavan Mintalok ili bilo koje drugo tvari zarazna. Buck, Rage, Dash ... sve ih ... predaja volja Božice. Već sada ona uzima ... Teme ne manje, za imam čast - dati vam ovo opcija. Samo ... elektronički ... završetak ...

Obrazovni standardni obrazovni sustav "Škola 2100"

Obrazovni standard

... ih (prihvatiti ... metali... Korištenje raznih metali... kl. Dovršeno tema... dovršeno... i rekreacija v... elektronički opcije). V ih postavljene su oznake (bodovi ili ... predmet « tvar i 1 Kontrolna vrijednost zraka za ... test(odaberi broj jednostavan ...

26.08.2008

Unutarnja struktura i svojstva metala i legura

Materijali za strojogradnju uključuju metale i njihove legure, drvo, plastiku, gumu, karton, papir, staklo itd. Metali i njihove legure imaju najveću primjenu u proizvodnji strojeva.

Metali su tvari koje imaju visoku toplinsku i električnu vodljivost; 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. Za odabir pravog materijala za izradu dijelova strojeva, uzimajući u obzir njihove radne uvjete, mehanička opterećenja i druge čimbenike koji utječu na performanse i pouzdanost strojeva, potrebno je poznavati unutarnju strukturu, fizikalno-kemijska, mehanička i tehnološka svojstva stroja. metali.

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

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

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

Prostorne kristalne rešetke nastaju tijekom prijelaza metala iz tekućeg u čvrsto stanje. Taj se proces naziva kristalizacija. Procese kristalizacije prvi je proučavao ruski znanstvenik 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 grupiraju u kristale. Nastaju takozvani kristalizacijski centri (prvi stupanj). Zatim oko tih centara kopa kristale (druga faza). Kristali u početku slobodno rastu. Daljnjim rastom kristali se odbijaju, rast nekih kristala ometa rast susjednih, uslijed čega nastaju skupine kristala nepravilnog oblika koje se nazivaju zrnima.

Veličina zrna značajno utječe na radna i tehnološka svojstva metala. Krupnozrnati metal ima nisku otpornost na udarce, pri rezanju postaje teško dobiti malu hrapavost površine dijelova. Veličine zrna ovise o prirodi samog metala i uvjetima kristalizacije.

Metode proučavanja strukture metala. Proučavanje strukture metala i legura provodi se makro- i mikroanalizom, kao i na druge načine.

Metodom makroanalize proučava se makrostruktura, odnosno struktura metala vidljiva golim okom ili povećalom. Makrostruktura je određena lomovima metala ili makropresjecima.

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

Mikroanaliza omogućuje određivanje veličine i oblika zrna, strukturnih komponenti, kvalitete toplinske obrade, te identificiranje mikrodefekta.

Mikroanaliza se provodi na mikrosjekovima pomoću mikroskopa (suvremeni 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 fizikalno-kemijska, mehanička i tehnološka. Fizikalno-kemijska i mehanička svojstva krutih tvari, uključujući metale, poznata su vam iz tečajeva fizike i kemije. Zadržimo se na nekim od mehaničkih i tehnoloških svojstava važnih sa stajališta obrade metala.

Mehanička svojstva, kao što znate, znače sposobnost metala ili legure da se odupru udaru vanjske sile... Mehanička svojstva uključuju čvrstoću, 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 shvaća kao svojstvo materijala da se odupire prodiranju drugog, čvršćeg tijela u njega.

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

Krajnja vlačna čvrstoća, ili granična vlačna čvrstoća, uvjetno je naprezanje koje odgovara maksimalnom opterećenju koje uzorak može izdržati tijekom ispitivanja do loma

Tvrdoća metala i legura određuje se uglavnom pomoću tri metode nazvane po njihovim izumiteljima: Brinellova metoda, Rockwellova metoda i Vickersova metoda. I Mjerenje tvrdoće prema Brinellovoj 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. Omjer opterećenja i površine udubljenja (rupa) daje vrijednost tvrdoće, označenu HB.

Tvrdoća po Rockwellu mjeri se pomoću TK instrumenta pritiskom kuglice od 1,59 mm (1/16 inča) ili dijamanta s vršnim kutom od 120° (za ekstra tvrde čelike i legure) u metal koji se ispituje.

Vickersova tvrdoća se mjeri pomoću TP uređaja pritiskom dijamantne tetraedarske piramide u metal s vršnim kutom a = 136 °. Broj tvrdoće HV nalazi se iz duljine dijagonale dobivenog otiska pomoću tablice.

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 tlačne obrade;

likvidnost - svojstvo rastaljenog 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 tvari 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. Na sl. 12 prikazana je struktura čistog željeza. Kristalna zrna neodređenog oblika ne izgledaju kao tipični kristali - poliedri, stoga se nazivaju kristaliti, zrna ili granule... Međutim, struktura kristalita je pravilna kao i struktura razvijenih kristala.

Slika 12. Mikrostruktura čistog željeza (x - 150)

Vrste kristalnih rešetki ... Kada se skrućuju, atomi metala tvore geometrijski pravilne sustave 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  - željezo, krom, molibden, volfram, vanadij, mangan), kocka sa centriranim plohama (  - željezo, aluminij, bakar, nikal, olovo) ili šesterokutna, poput šesterokutne prizme, ćelija (magnezij, cink,  - titanijum,  - kobalt).

Osnovna ćelija kontinuirano se ponavlja u tri dimenzije, tvoreći 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 je u njenom središtu.

Slika 13. Osnovna ćelija Slika 14. Dio prostorne rešetke

centrirana kocka ki centrirana kocka

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

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

sa centriranim rubovima mreže kocke s centriranim

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

Na sl. 16 prikazan je dio prostorne rešetke kocke sa centriranim plohama (face-centered cube). Na dijagramu je osam elementarnih ćelija; čvorovi se nalaze na vrhovima i središtima 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 sastoji se od pozitivno nabijene jezgre i nekoliko slojeva (ljuski) negativno nabijenih elektrona koji se kreću oko jezgre. Elektroni vanjskih ljuski atoma metala, tzv valencija, lako se odvajaju, brzo se kreću između jezgri i nazivaju se besplatno... Zbog prisutnosti slobodnih elektrona, atomi metala su pozitivno nabijeni ioni.

Dakle, na čvorovima rešetki označenim krugovima sl. 14 i 16 , postoje pozitivno nabijeni ioni. Ioni, međutim, ne miruju, ali ravnotežni položaji neprestano fluktuiraju. S porastom temperature raste amplituda titranja, što uzrokuje širenje kristala, a pri temperaturi taljenja oscilacije čestica rastu 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 iz 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 naziva se anizotropija... Anizotropija kristala objašnjava se osobitostima rasporeda atoma u prostoru.

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

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

Metali koji su se u normalnim uvjetima skrućivali ne sastoje se od jednog kristala, već od više pojedinačnih kristalita, međusobno različito orijentiranih, stoga su svojstva lijevanog metala približno jednaka u svim smjerovima; ovaj fenomen se zove kvazi-izotropija(naizgled izotropno).

Alotropija metala (ili polimorfizam) - njihovo svojstvo da preuređuju rešetku na određenim temperaturama tijekom zagrijavanja ili hlađenja. Alotropiju detektiraju svi elementi koji mijenjaju svoju valenciju s promjenom temperature: na primjer željezo, mangan, nikal, kositar itd. Svaka alotropska transformacija događa se na određenoj temperaturi. Na primjer, jedna od transformacija željeza događa se na temperaturi od 910 ° C, ispod koje atomi tvore rešetku centrirane kocke (vidi. sl. 14), a iznad - rešetka kocke usmjerene na lice (vidi. sl. 16).

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

Kristalizacija metala ... Kristalizacija je stvaranje kristala u metalima (i legurama) tijekom prijelaza iz tekućeg u čvrsto stanje ( primarna kristalizacija). Rekristalizacija iz jedne modifikacije u drugu tijekom hlađenja skrutnutog 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 rastaljeni metal. Rezultirajuća toplinska struja proporcionalna je temperaturi metala i igla milivoltmetra odstupa, pokazujući tu temperaturu na graduiranoj ljestvici.

Očitanja pirometra se automatski bilježe u vremenu i, prema dobivenim podacima, krivulje hlađenja se ucrtavaju u koordinatama "temperatura - vrijeme" (takve krivulje iscrtava snimač).

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

Na Slika 18, a prikazana je krivulja zagrijavanja metala. Ovdje je poanta a- početak topljenja, točka b- kraj topljenja.

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

v- s petljom) metal

Zemljište ab označava postojanost temperature tijekom vremena uz kontinuirano zagrijavanje. To pokazuje da se toplinska energija u ovom slučaju troši na unutarnju transformaciju u metalu. o pretvorbi čvrstog metala u tekućinu (latentna toplina fuzije).

Prijelaz iz tekućeg u čvrsto stanje nakon hlađenja popraćen je stvaranjem kristalne rešetke, tj. kristalizacijom. Za poticanje kristalizacije tekući metal potrebno prehladiti malo ispod točke taljenja. Stoga je 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 značajan (na primjer, u antimonu do 40 ° C) i na temperaturi hipotermije t NS (riža.18 , v), kristalizacija odmah počinje burno, uslijed čega temperatura naglo raste do skoro t pl... U ovom slučaju, petlja toplinske histereze je ucrtana na graf.

Tijekom skrućivanja i tijekom alotropske transformacije, u metalu se najprije pojavljuju kristalne jezgre (centri kristalizacije), oko kojih se grupiraju atomi, tvoreći odgovarajuću kristalnu rešetku.

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

Za svaki od nastalih kristala, kristalografske ravnine su orijentirane nasumično; osim toga, tijekom početne kristalizacije, kristali se mogu rotirati, budući da su okruženi tekućinom. Susjedni kristali rastu jedan prema drugome i njihove dodirne točke definiraju granice kristalita (zrna).

Kristalizacija željeza... Razmotrimo kao primjer kristalizaciju i kritične točke željeza.

Slika 19... Krivulje hlađenja i grijanja željeza

Na sl. 19 prikazuje krivulje hlađenja i zagrijavanja čistog željeza koje se topi na temperaturi od 1539 0 C. Prisutnost kritičnih točaka na nižim temperaturama ukazuje na alotropne transformacije u čvrstom željezu.

Kritične točke označene su slovom A, kada se zagrije, označiti Ac a 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, željezo je magnetsko i ima centriranu kockastu kristalnu rešetku. Ova modifikacija se zove  -željezo; kada se zagrije, nalazi se na točki As 2 prelazi u nemagnetsku modifikaciju  -željezo... U tom se slučaju kristalna struktura ne mijenja.

U točki As 3 na temperaturi od 910 0 C  -željezo ide u  -željezo s kristalnom rešetkom kocke usmjerene na lice.

U točki As 4 na temperaturi od 1401 0 C  -željezo ide u  -željezo, a kristalna rešetka se ponovno preuređuje iz kocke sa središtem lica u centriranu kocku.

Tijekom hlađenja javljaju se isti prijelazi, samo obrnutim redoslijedom.

Od navedenih transformacija, transformacije A 3 kao kod grijanja ( As 3 ) i tijekom hlađenja ( Ar 3 ).

Okretanje u točki A 3 popraćeno promjenom volumena, budući da je gustoća kristalne rešetke  -žlijezda veća gustoća rešetke  -žlijezda, u točki As 3 volumen se smanjuje, u točki Ar 3 - povećava se.

Metalna konstrukcija 4,33 / 5 (86,67%) glasovalo 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 odbija od površine metala i pada u leću.

Riža. 1. Metalni mikroskop.

Gore desno - zrake svjetlosti reflektirane od površine tankog presjeka idu u objektiv mikroskopa. Dolje desno - površina čistog željeza, 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 završnice. Takav uzorak naziva se tanki presjek. Zatim se površina presjeka podvrgava tzv. jetkanju, za što se 2-3 minute vlaži otopinom koja najčešće sadrži dušičnu kiselinu i etanol... Za jetkanje tankih rezova također se koriste i druga rješenja. To se radi za sljedeće: različita zrna legure nejednako se 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 izravno na leću. Ova mjesta izgledaju svijetla pod mikroskopom. Ostala zrna reflektiraju 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).

Riža. 2. Polirana ploča pod mikroskopom (čelik za jetkanje s 2% alkoholnom otopinom dušične kiseline).

Korištenje metalnog mikroskopa omogućilo je da se ustanovi kakvu strukturu imaju metali, kako se pojedina zrna nalaze u leguri, koje nemetalne inkluzije sadrže legure, odraz pukotina na površini legura itd. Slika 3 prikazuje mikrosnimku slitine. od lijevanog željeza, gdje su jasno vidljivi pojedinačni uključci grafita.

/>

Riža. 3. Grafit u lijevanom željezu (tamne inkluzije):

a-lamelarni grafit u običnom sivom ljevu; b-fino-lamelarni grafit u modificiranom sivom lijevanom željezu (modifikacija 0,15%); n-nodularne inkluzije grafita u lijevanom željezu modificiranom magnezijem (× 100).

Metalni mikroskop je trenutno jedan od instrumenata u svakom laboratoriju gdje se proučavaju svojstva raznih metala i legura.

Kristalna rešetka metala

S kristalima ste već upoznati. Tako, na primjer, kada proučavate kuhinjsku sol, znate da se ona sastoji od 8 zasebnih kubičnih 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 tvari u kristalnom stanju. Željezo, kao jedna od čvrstih tvari, također formira kristale kada se skrući. Kristal željeza ima kubičnu rešetku. Međutim, gledajući površinu metala pod mikroskopom, nećemo vidjeti ovaj pravilan kubični kristalni oblik. Nepravilan oblik kristala nastaje jer se u talini tijekom skrućivanja pojavljuju mnoge sitne jezgre koje tvore veće kristale. Ovi veliki kristali, sudarajući se, počinju pritiskati, stiskati jedni druge. Posljedično, 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 skrutnom metalu imaju različite oblike i veličine. One su međusobno odvojene slojem koji se sastoji od raznih nemetalnih inkluzija. Ove nemetalne inkluzije uvijek su prisutne u jednoj ili drugoj količini u metalu.

Metalna konstrukcija

Slika 4 prikazuje dijagram formiranja zrnate strukture metala kada se skrutne.

Riža. 4. Shema rasta kristala u talini koja se skrućuje:

a - formiraju se embriji; b-kristali rastu; B-kristali se počinju pritiskati jedni na druge; d-pojedina zrna se spajaju.

Tvari koje čine čelik imaju različite točke taljenja, a time i skrućivanja. Na primjer, čisto željezo postaje kruto 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 taljenja i posljednje se skrućuju. Sumpor i fosfor su štetne nečistoće jer njihova prisutnost značajno smanjuje čvrstoću legure, čini je krhkom i neprikladnom za proizvode.

Kada se legura skrući, niskotaljivi spojevi željeza, sumpora i fosfora koncentriraju se u gornjem dijelu ingota i skrućuju se posljednji, pa se legura željeza s fosforom i sumporom skuplja u gornjem dijelu ingota.

U kristalima su atomi svakog metala raspoređeni po strogo definiranom redoslijedu. Oni tvore takozvanu prostornu rešetku, koja se ne može vidjeti ni 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 tjelesno centrirani. Karakterizira ih činjenica da se atomi u njima nalaze u vrhovima i središtu kocke, na primjer, u litiju, kromu, vanadiju i drugim metalima (slika 5, a).

Slika 5. Vrste metalnih kristalnih rešetki:

a-kubična tjelesna sredina;

b-kubična lice-centrirana;

v-šesterokutni (tijesno pakiranje).

NS drugi tip uključuju kubičnu rešetku usmjerenu na lice (Sl.5.6), atome u (koji se nalaze na vrhovima kocke i njezinim plohama (na primjer, u aluminiju, bakru, olovu, niklu, zlatu, srebru i platini).

Treći tip- to su šesterokutne, odnosno heksagonalne, gusto zbijene rešetke (slika 5, c). Nalaze se u magneziju, cinku, kadmiju i beriliju.

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

Slika 6. Shema metalne strukture.

Mjesta rešetke su pozitivno nabijeni ioni. U praznini se nalaze slobodni elektroni.

Zanimljivo je primijetiti da neki metali, posebice željezo, cink i nikal, mogu postojati u nekoliko kristalnih oblika, prelazeći iz jednog u drugi. Taj se prijelaz događa pri različitim temperaturama. Takve modifikacije, kada jedna te ista tvar može biti u različitim kristalnim oblicima, nazivaju se alotropne, a same tvari su alotropne. Naziv "alotropija" dolazi od grčke riječi"Allos" je drugo, "tropos" je svojstvo.

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

Poznata je alotropska modifikacija sumpora (rombna 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 opažene 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 kositra. Obični srebrno-bijeli kositar ima složenu kristalnu rešetku, koja je stabilna na temperaturama iznad 18 °C; pri nižoj temperaturi atomi kositra u kristalima počinju se preuređivati. Njihovo pakiranje (atoma) postaje manje čvrsto, sjajni kositar gubi sjaj, savitljivost i pretvara se u krhki sivi lim s drugačijom kristalnom rešetkom.

Ta je pojava davno uočena i dobila je naziv "kosimena kuga", jer su se kalajni predmeti - limene ploče, pehari, orgulje u crkvi - ponekad naglo počeli urušavati. Limena kuga je bila velika katastrofa. Nisu se znali nositi s njim, jer nisu znali razloge njegovog nastanka. Sada nam je jasno da ako se komad kositra zagrije, "bolestan od kositrene kuge", kristali sivog kositra će se prestrojiti u kristale bijelog kositra, i on opet dobiva savitljivost i bijelu 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 zbijeni, međusobno se dodiruju. Mjesta rešetke sadrže pozitivno nabijene ione okružene elektronima. Valentni elektroni atoma metala, kao i sami atomi, u kontinuiranoj su vibraciji. Ali izvana, elektroni (valencija) mogu lakše napustiti svoj atom i premjestiti se u susjedni. Posljedično, u kristalnoj rešetki postoje takozvani slobodni elektroni, ili slobodni elektronski "plin" svojstven cijelom kompleksu atoma. Dakle, postoji interakcija elektrona vanjskih ljuski atoma metala. Zahvaljujući ovoj vanjskoj interakciji elektrona stvara se veza između atoma metala i nastaju kohezijske sile koje čvrsto drže atome metala u kristalnoj rešetki (slika 6.). Ioni atoma metala u kristalnoj rešetki, okruženi pokretnim (nefiksnim) elektronima, nazivaju se ion-atomi, za razliku od običnih iona.

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 njezina proučavanja

Kristalna struktura metala... Proučavanjem unutarnje strukture i svojstava metala i legura bavi se znanost koja se zove metalurgija.

Svi metali i legure građeni su od atoma u kojima su vanjski elektroni slabo vezani za jezgru. Elektroni su negativno nabijeni i ako stvorite malu potencijalnu razliku, elektroni će ići na pozitivan pol, formirajući struja... To objašnjava električnu vodljivost metalnih tvari.

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 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).

Riža. 23. Elementarne kristalne stanice:

a - kubično tijelo usmjereno; b - kubično lice-centrirano; c - šesterokutni

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

Ima devet atoma u kubičnoj rešetki usmjerenoj na tijelo. Krom, volfram, molibden, vanadij i željezo imaju takvu rešetku na temperaturama do 910 ° C.

Kubična rešetka usmjerena na lice sadrži 14 atoma. Takva rešetka ima: bakar, olovo, aluminij, zlato, nikal i željezo na temperaturi od 910-1400 ° C.

Heksagonalna zbijena rešetka sadrži 17 atoma. Takva rešetka ima: magnezij, cink, kadmij i druge metale.

Međusobni raspored atoma u prostoru, broj atoma u rešetki i međuatomski prostori karakteriziraju svojstva metala (električna vodljivost, toplinska vodljivost, taljivost, plastičnost itd.).

Udaljenost između atoma u kristalnoj rešetki može biti različita u različitim smjerovima. Stoga svojstva kristala u različitim smjerovima nisu ista. Taj se fenomen 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. Primjerice, kovanjem, štancanjem, valjanjem u dijelovima dobiva se ispravna orijentacija kristala, uslijed čega se postižu različita mehanička svojstva uzduž i poprijeko dijela. Uz pomoć hladnog valjanja postižu se visoka magnetska i električna svojstva u određenom smjeru dijela.