Opcija 1

Kod metala, vrsta veze:

kovalentni polar; 2) ionska; 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.

Tečni metal na sobnoj temperaturi je:

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

Alkemičari su smatrali zlato simbolom:

Pogrešna presudada su svi metali:

1) imaju kovina; 2) imaju metalni sjaj; 3) imaju električnu vodljivost; 4) isparljive tvari.

Najteži metal:

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

Metal s najvećom gustoćom:

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

Bolje reflektira svjetlost:

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

Među navedenim tvarima navedite one metale:

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

Odgovor navedite kao slijed brojeva uzlaznim redoslijedom.

Test br. 4 tema „Jednostavne tvari - metali“

Opcija 2

Metali za dovršavanje sloja:

1) daju elektrone; 2) prihvaćaju elektrone; 3) davati ili primati elektrone; 4) imaju završen sloj.

2. Veza metala između kationa se provodi:

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

3. Najviše duktil 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. Metal koji najviše vatrostalno:

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. Navedite metale prema redoslijedu povećanja gustoće:

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

Odgovor navedite kao slijed brojeva.

Odgovori. Tema "Jednostavne tvari - metali"

1 opcija.

2 opcija.

   bilo je nemoguće ubiti takve ljude ili ... sloj   za krevet, "Odjeci" ili ... gotov ... tvari, za ... test, i, ...   radim ja ne radim samo ... prihvatitiili ... jedanza ...

Prljavština)? Knjiga je izvučena! Uostalom, knjiga pravednih je, naravno, u Illiyunu (uzvišen). I što će vam reći što je Illiyun? Knjiga je izvučena! (Tabela sa slovima)

Dokument

... ili   sustav slike lako, sažet i dovršen u svojoj ljepoti završetak ...   pristupiti im i putem im   pridružite se zemaljskom životu za ... opcija   univerzalni kozmizam. Ali sada moramo prihvatiti ... elektronza elektron   - jezgra ili ...

Jednom davno u čarobnoj zemlji Equestrije

Dokument

... potpunost ... jednostavan   Mintalok ili   bilo koji drugi stvarizaziva ovisnost. Buck, bijes, crtica ... Sve im ... do predaje   volja Božice. Sad ona traje ...   ni manje ni više za   meni stvar časti - daj ti ovo opcija. samo ... e ... ...

Obrazovni standard obrazovnog sustava "Škola 2100"

Obrazovni standard

... im (prihvatiti ... od metala, Korištenje raznih od metala   ... kl. dovršen   predmetna linija ... od završena   ... i rekreacija   u ... elektroničkim opcije). im   postavljaju se ocjene (bodovi ili ... temu « supstanca   i 1 vrijednost kontrolnog zraka za ... test   (odaberite broj jednostavan ...

26.08.2008

Unutarnja 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 visoke toplinske i električne vodljivosti; kovina, sjaj i druga karakteristična svojstva.

U tehnici se svi metali i legure obično dijele na crnu i boju. Željezni metali uključuju željezo i njegove legure. 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 druge čimbenike 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 stanica.

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

Prostorne rešetke kristala nastaju tijekom prijelaza metala iz tekućeg u čvrsto stanje. Taj se proces naziva kristalizacija. Postupke kristalizacije prvi je proučio ruski znanstvenik D. K-Chernov.

Kristalizacija se sastoji od dva stupnja. U tekućem stanju metala njegovi su atomi u neprekidnom gibanju. S padom temperature, gibanje 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 ometa se rast susjednih kristala, što rezultira nepravilno formiranim skupinama kristala, koje nazivamo zrnima.

Veličina zrna značajno utječe na operativna i tehnološka svojstva metala. Grubozrnati metal ima malu otpornost na udarce, kad 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. Ispitivanje strukture metala i legura provodi se makro- i mikroanalizom, kao i drugim metodama.

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

Makro odsjek je uzorak metala ili legure, čija je jedna strana mljevena i jetkana s kiselinom ili drugim reagentom. Ovom se metodom identificiraju veliki nedostaci: pukotine, ljuske skupljanja, mjehurići plinova, neravnomjerna raspodjela nečistoća u metalu itd.

Mikroanaliza vam omogućuje da odredite veličinu i oblik zrna, strukturne komponente, kvalitetu toplinske 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 fizikalno-kemijska, mehanička i tehnološka. Fizikalno-kemijska i mehanička svojstva krutih tvari, uključujući metale, poznata su vam s tečajeva fizike i kemije. Zaustavimo se na nekim mehaničkim i tehnološkim svojstvima koja su važna sa stajališta obrade metala.

Po mehaničkim svojstvima, kao što znate, razumijevate 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, vlačne čvrstoće, istezanja i savijanja itd.)

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

Tvrdoća metala i legura uglavnom se određuje pomoću tri metode nazvane po njihovim izumiteljima: Brinell-ova metoda, Rockwell-ova i Vickersova metoda. I Mjerenje tvrdoće po Brinell-ovoj metodi sastoji se u korištenju TS-a za ispitivanje tvrdoće za utiskivanje čelične očvrsnute kuglice promjera 2,5 5 ili 10 mm pod utjecajem statičkog opterećenja P. Omjer opterećenja i površine otiska (rupe) daje vrijednost tvrdoće označeno s HB.

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

Vickersova tvrdoća mjeri se TP uređajem 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 kovanog metala i druge vrste obrade tlaka;

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 rezanjem - svojstvo metala koji se obrađuju alatima za rezanje da dijelovima 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. na sl. 12prikazana je struktura čistog željeza. Kristalna zrna neodređenog oblika nisu slična tipičnim kristalima - poliedrima, zato ih i nazivaju kristaliti, žitariceili   granule, Međutim, struktura kristalita jednako je pravilna kao i razvijeni kristali.

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

Vrste kristalnih rešetki , Nakon stvrdnjavanja, atomi metala tvore geometrijski pravilne sustave zvane kristalne rešetke, Redoslijed atoma u rešetki može biti različit. Mnogi najvažniji metali tvore rešetke od kojih najjednostavnije (elementarne) stanice predstavljaju oblik centrirane kocke (  - i  - željezo, krom, molibden, volfram, vanadij, mangan), kocka sa središnjim licima (  - željezo, aluminij, bakar, nikl, olovo) ili šesterokutna ćelija (poput šesterokutne prizme) (magnezij, cink,  - titan  - kobalt).

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

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

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

centrirana kocka centrirana kocka

Da bismo karakterizirali kristalnu rešetku (atomska struktura kristala), prostorna rešetka, koji je geometrijski dijagram kristalne rešetke i sastoji se od točaka (čvorova), redovito smještenih u razmacima.

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

s centriranim licima s četkom na kocki

na sl.14 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 središnjim licima ( sl. 15) sastoji se od 14 atoma, od kojih je 8 atoma smješteno na vrhovima - kocka i 6 atoma - na licima.

na slika 16prikazan je dio prostorne rešetke kocke sa centriranim licima (kocka centrirana u lice). Krug ima osam jediničnih ćelija; čvorovi su smješteni u vrhovima i na središtima lica svake ćelije. Šesterokutna ćelija ( sl. 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 angstremacm.

Slika 17.Šesterokutna ćelija

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

Svaki se atom sastoji od pozitivno nabijene jezgre i nekoliko 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 prisutnosti slobodnih elektrona, atomi metala su pozitivno nabijeni ioni.

Dakle, u čvorovima rešetki označenih krugovima sl. 14i 16 su pozitivno nabijeni ioni. Ioni se, međutim, ne odmaraju, ali ravnotežni položaji neprestano fluktuiraju. S porastom temperature amplituda oscilacija raste, što uzrokuje širenje kristala, a pri temperaturi taljenja oscilacije čestica se toliko pojačavaju da se kristalna rešetka uništava.

Svi kristali pokazuju mala odstupanja od idealnih rešetki - 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 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, produženje je bilo u rasponu od 10 do 50%, a vlačna čvrstoća od 14 do 35 kg / mm 2 za različite uzorke. To se svojstvo kristala naziva anizotropija, Anizotropija kristala objašnjava se osobinama rasporeda atoma u prostoru.

Posljedica je kristalne anizotropije rascjep, 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, već u pravilnim redovima, u određenom smjeru, što odgovara rasporedu čestica u kristalu. Ti se zrakoplovi nazivaju ravnine cijepanja.

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 mnogih zasebnih kristala, različito orijentiranih jedni prema drugima, tako da su svojstva lijevanog metala približno ista u svim smjerovima; ta pojava se naziva   quasiisitropic(prividna izotropija).

Alotropija metala (ili polimorfizam) njihovo je svojstvo da preuređuju rešetke na određenim temperaturama tijekom zagrijavanja ili hlađenja. Alotropija otkriva sve elemente koji mijenjaju valenciju s temperaturom: na primjer, željezo, mangan, nikal, 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 tvore rešetku centrirane kocke (vidi sl. 14), i iznad, rešetka kocke usmjerene prema licu (vidi slika 16).

Ova ili ona struktura naziva se alotropna forma ili modifikacija. Grčkim slovima su naznačene različite modifikacije.  ,  ,  itd. s pismom  označavaju modifikaciju koja postoji na temperaturama ispod prve alotropne transformacije. Alotropne transformacije prate povratak (smanjenje) ili apsorpcija (povećanje) energije.

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

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

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

na sl. 18, aprikazana je krivulja grijanja metala. Ovdje je poanta   i- početak taljenja, točka b- kraj taljenja.

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

u- s petljom) metal

mnogo   iboznačava stalnu temperaturu tijekom vremena s nastavljenim zagrijavanjem. To pokazuje da se u ovom slučaju toplinska energija troši na unutarnju transformaciju metala. o pretvorbi čvrstog metala u tekući (latentna toplina fuzije).

Prijelaz iz tekućeg u čvrsto stanje nakon hlađenja popraćen je stvaranjem kristalne rešetke, tj. Kristalizacijom. Da bi izazvao kristalizaciju, tečni metal treba prehladitimalo niže od tališta. Stoga područje na krivulji hlađenja ( sl. 19.6) malo je niža t pl   na temperaturi podhlađenja t itd .

Za neke metale podhlađenje ( t pl -   t itd) mogu biti vrlo značajne (na primjer, u antimonu do 40 ° C) i pri temperaturi podhlađenja t itd (sl.18 u) brzo kristalizacija započinje odmah, uslijed čega temperatura naglo naraste do gotovo t pl   , U tom je slučaju na grafu prikazana petlja toplinske histereze.

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

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

U svakom se kristalu koji se pojavljuje kristalografske ravnine nasumično orijentirane, osim toga, tijekom primarne kristalizacije, kristali se mogu okretati, budući da su okruženi tekućinom. Susjedni kristali rastu jedan prema drugom, a njihove dodirne točke određuju granice kristalita (zrna).

Kristalizacija željeza, Razmotrimo, na primjer, kristalizaciju i kritične točke željeza.

Slika 19, Krivulje hlađenja i grijanja željeza

na sl. 19prikazane su krivulje hlađenja i zagrijavanja čistog željeza koje se topi pri temperaturi 1539 ° C. Prisutnost kritičnih točaka na nižim temperaturama ukazuje na alotropne transformacije u čvrstom željezu.

Kritične točke su označene slovom kada se zagrijavaju ukazuju ci 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. Ta se modifikacija zove  -iron; kada se zagrijava, nalazi se u točki as 2   prelazi u nemagnetnu modifikaciju  -iron, Struktura kristala se ne mijenja.

U točki as 3   pri temperaturi od 910 0 S  -ironulazi u  -irons kristalnom rešetkom kocke usmjerene na lice.

U točki as 4   na temperaturi 1401 0 C  -ironulazi u  -ironpri čemu se kristalna rešetka ponovno preuređuje iz kocke usmjerene u lice u centriranu kocku.

Pri hlađenju događaju se isti prijelazi, samo obrnutim redoslijedom.

Od nabrojanih transformacija, najpraktičnije su transformacije 3   kao pri zagrijavanju ( as 3 ) i za vrijeme hlađenja ( r 3 ).

Pretvara se u točku 3   popraćena promjenom volumena, budući da je gustoća kristalne rešetke  -ironveća gustoća rešetke  -ironu točki as 3   volumen se smanjuje u jednom trenutku ar 3   - povećava.

Metalna konstrukcija 4,33 / 5 (86,67%) 3 glasa

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. Razlikuju se od uobičajenih po tome što koriste bočnu rasvjetu metala, jer su metali neprozirni i ne mogu biti osvijetljeni odozdo. U takvim se mikroskopima izvor svjetlosti postavlja tako da se dio zraka odbija od metala s površine i padne u leću.

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 tih mikroskopa. Prije razmatranja uzorka u njemu, metalna se površina temeljito očisti brusnim papirom, polira i polira do zrcalnog sjaja. Takav se uzorak naziva tanki presjek. Zatim se površina tankog dijela podvrgne takozvanom jetkanju, pri čemu se vlaži 2-3 minute otopinom, koja najčešće sadrži dušičnu kiselinu i etilni alkohol. Nanesite druga rješenja za jetkanje tankih presjeka. To je ono što oni čine za to: različita zrna legure se ne rastvaraju jednako s kiselinom, što rezultira time da se pojedine kristalne plohe pojavljuju na metalnoj površini, a kada se istančani dio tankog presjeka osvijetli, dio zrna reflektira svjetlost koja pada na njih izravno na leću. Ova mjesta pod mikroskopom izgledaju svijetla. Ostala zrna odbijaju svjetlost u stranu, pa izgledaju tamno. Pod mikroskopom kohezija pojedinačnih kristalnih zrnaca, takozvani intergranularni presjeci, dobivaju drugačiju nijansu i jednoliku boju pod mikroskopom (Sl. 2).

Sl. 2. Prizemna ploča pod mikroskopom (ukiseljenje čelika s 2% -tnom otopinom alkohola dušične kiseline).

Upotreba metalnog mikroskopa omogućila je utvrđivanje kakve strukture metali imaju, kako se pojedinačna zrna nalaze u leguri, koja nemetalna 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 uključivi.

/>

Sl. 3. Grafit iz lijevanog željeza (tamni ukljuci):

α-grubozrnati grafit u običnom sivom lijevanom željezu; b-fino pločast grafit u modificiranom sivom lijevanom željezu (izmjena 0,15%); b-sferični udjeli grafita u lijevanom željezu modificirani s magnezijem (× 100).

Metalni mikroskop trenutno je jedan od instrumenata bilo kojeg laboratorija u kojem se proučavaju svojstva različitih metala i legura.

Metalna kristalna rešetka

Već ste upoznati s kristalima. Tako, na primjer, kada proučavate kuhinjsku sol, znate da se 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 krutih tvari je u kristalnom stanju. Željezo kao jedna od krutih tvari također stvara kristale kada se očvrsne. Željezni kristal ima kubnu rešetku. Međutim, ispitujući metalnu površinu pod mikroskopom, nećemo vidjeti ovaj pravilan kubični oblik kristala. Nepravilan oblik kristala nastaje jer se u talini, kada se stvrdne, pojavljuju mnoge sitne jezgre koje tvore veće kristale. Kad 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 druge, već i nejednakoj temperaturi na različitim mjestima hlađenja. Pojedinačne kristalne žitarice u kaljenom metalu imaju različit oblik i veličinu. Oni su međusobno odvojeni slojem, koji se sastoji od raznih nemetalnih inkluzija. Ta nekovinska uključivanja uvijek su prisutna u jednoj ili drugoj količini metala.

Metalna konstrukcija

Na slici 4 prikazan je dijagram formiranja zrnaste strukture metala tijekom njegovog ukrućivanja.

Sl. 4. Obrazac rasta kristala u očvršćavajućoj talini:

nastaju a-jezgre; b-kristali rastu; b-kristali počinju stisnuti jedan drugoga; g-pojedinačna zrna su spojena.

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

Kad se legura stvrdne, lakši spojevi željeza sa sumporom i fosforom koncentriraju se u gornjem dijelu ingota i posljednja se stvrdnjavaju, stoga se legura željeza s fosforom i sumporom sakuplja u gornjem dijelu ingota.

U kristalima se atomi svakog metala raspoređuju u strogo definiranom redoslijedu. Oni čine takozvanu prostornu rešetku koja se ne može vidjeti u nijednom postojećem mikroskopu. 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 tijela. Karakterizira ih činjenica da su atomi u njima smješteni u vrhovima i središnjem dijelu kocke, na primjer, u litiju, kromu, vanadijumu i drugim metalima (Sl. 5, a).

Sl. 5 Vrste metalnih kristalnih rešetki:

tijelo s kubičnim dijelom;

b-kubični u sredini;

b-šesterokut (čvrsto pakiranje).

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

Treći tip   - to su šesterokutne ili šesterokutne, gusto nabijene rešetke (Sl. 5, c). Nalaze se u magnezijumu, cinku, kadmijumu i beriliju.

Kao što se može vidjeti iz dijagrama prikazanog na slici 6, najgušća atomska pakovanja imaju rešetke usmjerene na lice i šesterokutne rešetke.

Sl. 6. Struktura metala.

Na mjestima na rešetki pozitivno nabijeni ioni. U praznini su slobodni elektroni.

Zanimljivo je primijetiti da neki metali, posebno željezo, cink i nikal, mogu postojati u nekoliko kristalnih oblika, prelazeći iz jednog u drugi. Taj se prijelaz događa pri različitim temperaturama. Takve izmjene, kada jedna te ista tvar može biti u različitim kristalnim oblicima, nazivaju se alotropnima, a same tvari alotropnim. Naziv "alotropija" dolazi od grčkih riječi "allos" -drugi, "tropos" -vlasništvo.

Ugljik se u prirodi može pojaviti u obliku grafita i dijamanata, a kao što se sjećate, grafit je meka tvar koja ostavlja trag na papiru, dok je dijamant jedna od najtvrđih prirodnih tvari. Tališta tališta dijamata i grafita su različita.

Poznata je alotropna modifikacija sumpora (rombična i prizmatična). 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 zabilježene su u željezu. Ima rešetku centrirane kocke pri temperaturi od 910 ° C, a u temperaturnom rasponu 910-1390 ° C dolazi do prijelaza u središtu usmjerenu na lice.

Alotropne transformacije metala lako se promatraju upotrebom kositra kao primjera. 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 obnavljati. Ambalaža od njih (atoma) postaje manje izdržljiva, sjajni kositar gubi sjaj, konjivost i pretvara se u krhki sivi limen koji ima drugačiju kristalnu rešetku.

Taj je fenomen uočen davno i nazivan je „limenom kugom“, budući da su se katranski proizvodi - limene pločice, čaše, organi u crkvi - ponekad iznenada počeli urušavati. Limenka kuga bila je velika katastrofa. Nisu znali kako se nositi s tim, jer nisu znali razloge njegova nastanka. Sad nam je jasno da ako se grijani proizvod od kalaja, „bolestan kositrenom kugom“, kristali sive kositre preurede se u kristale bijelog kalaja i opet dobiju kovljivost i bijelu boju.

Metalna konstrukcija

U kristalnim dijagramima (slika 5) linije kristalnog metala konvencionalno su crtane u kristalnoj rešetki. Zapravo, na mjestima rešetke nema linija koje povezuju atome. Čvrsto su složeni u međusobnom dodiru. Na čvorovima rešetke su pozitivno nabijeni ioni okruženi elektronima. Valenski elektroni metalnih atoma, poput samih atoma, u neprestanoj su oscilaciji. Ali izvana, elektroni (valencija) mogu lakše napustiti svoj atom i prijeći na sljedeći. Stoga se u kristalnoj rešetki nalaze takozvani slobodni elektroni, odnosno slobodni elektronski "plin" svojstveni cijelom kompleksu atoma. Tako dolazi do interakcije elektrona vanjske ljuske metalnih atoma. Zbog ove vanjske interakcije elektrona stvara se veza između atoma metala i nastaju kohezivne sile koje čvrsto drže metalne atome u kristalnoj rešetki (Sl. 6). Ioni metalnih atoma u kristalnoj rešetki, okruženi pokretnim (nefiksiranim) elektronima, nazivaju se ionski atomi, za razliku od običnih iona.

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 unutarnje strukture i svojstava metala i legura provodi se znanost koja se naziva znanost o metalima.

Svi metali i legure izgrađeni su od atoma u kojima su vanjski elektroni slabo vezani za jezgro. Elektroni su negativno nabijeni, a ako stvorite malu potencijalnu razliku, elektroni će prijeći na pozitivni pol, formirajući električnu struju. 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 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 kristalne stanice:

a - kubično tijelo usmjereno na tijelo; b - kubična lica usredotočena na lice; u - šesterokutni

Za vizualni prikaz rasporeda atoma u kristalu koriste se prostorni sheme u obliku elementarnih kristalnih stanica. Najčešći tipovi kristalnih rešetki su kubni centrirani u tijelu, kubični u središtu lica i šesterokutni.

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

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

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

Međusobni raspored atoma u prostoru, broj atoma u rešetki i međuratomski prostori karakteriziraju svojstva metala (električna vodljivost, toplinska vodljivost, topljivost, duktilnost 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 su metali kristalna tijela, stoga 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 velike praktične važnosti. Na primjer, kovanjem, štancanjem, valjanjem u dijelovima dobiva se ispravna orijentacija kristala, čime se dobivaju različita mehanička svojstva duž i preko dijela. Pomoću hladnog valjanja postižu se visoka magnetska i električna svojstva u određenom smjeru dijela.