Vidinė metalų struktūra ir savybės. Vidinė metalų ir lydinių struktūra yra kristalinė metalų struktūra. Geležies anglies lydinio būsenos diagrama
1 variantas
Metaluose - ryšio rūšis:
kovalentinis polius; 2) joninis; 3) metalas; 4) kovalentinis nepolinis.
Vidinėje metalų struktūroje yra:
1) tik katijonai; 2) tik anijonai; 3) katijonai ir anijonai; 4) katijonai ir neutralūs atomai.
Skystas metalas kambario temperatūroje yra:
1) geležis; 2) gyvsidabris; 3) auksas; 4) ličio.
Alchemikai auksą laikė simboliu:
Klaidingas teismo sprendimaskad visi metalai:
1) turi nestabilumą; 2) turėti metalinį blizgesį; 3) turi elektros laidumą; 4) lakiųjų medžiagų.
Kiečiausias metalas:
1) natris; 2) chromas; 3) švinas; 4) ličio.
Metalas, kurio tankis didžiausias:
1) geležis; 2) varis; 3) auksas; 4) titanas.
Geriau atspindi šviesą:
1) švinas; 2) sidabras; 3) cinkas; 4) geležis.
Iš išvardytų medžiagų nurodykite metalus:
silicio; 2) berilis; 3) boras; 4) aliuminis; 5) kalis; 6) argonas; 7) siera; 8) alavas.
Pateikite atsakymą kaip skaičių seka didėjimo tvarka.
4 temos tema „Paprastos medžiagos - metalai“
2 variantas
Metalai sluoksniui užpildyti:
1) duoti elektronus; 2) priimti elektronus; 3) duoti ar gauti elektronus; 4) jie turi visą sluoksnį.
2. Metalo jungtis tarp katijonų vykdoma:
1) laisvieji elektronai; 2) anijonai; 3) protonai; 4) neutronai.
3. Labiausiai tausojantys taurieji metalai:
1) sidabras; 2) platina; 3) auksas; 4) gyvsidabris.
Alchemikai varį laikė simboliu:
1) Venera; 2) Marsas; 3) saulė; 4) Saturnas.
5. Pats minkščiausias metalas:
1) chromas; 2) titanas; 3) molibdenas; 4) švinas.
6. Patvariausias metalas:
1) volframas; 2) gyvsidabris; 3) auksas; 4) titanas.
7. Mažiausio tankio metalas:
1) natris; 2) alavas; 3) švinas; 4) geležis.
8. turi didžiausią elektros laidumą:
1) geležis; 2) auksas; 3) aliuminis; 4) sidabras.
9. Išdėstykite išvardytus metalus pagal didėjančią tankį:
1) varis; 2) geležis; 3) švinas; 4) aliuminis; 5) auksas.
Pateikite atsakymą kaip skaičių seką.
Atsakymai Tema „Paprastos medžiagos - metalai“
1 variantas.
2 variantas.
| nužudyti tokius žmones tampa neįmanoma autorius arba ... sluoksnis už sluoksnis, „Nukirpti“ arba ... baigta ... medžiaga, už ... testas. Ir autorius ... baigimas darbo aš ne tiesiog ... priimti arba ... variantas už ... |
26.08.2008
Vidinė metalų ir lydinių struktūra ir savybės
Į inžinerines medžiagas įeina metalai ir jų lydiniai, mediena, plastikas, guma, kartonas, popierius, stiklas ir kt. Mašinų gamyboje plačiausiai naudojami metalai ir jų lydiniai.
Metalai yra medžiagos, pasižyminčios dideliu šilumos ir elektros laidumu; lankstumas, blizgesys ir kitos būdingos savybės.
Technikoje visi metalai ir lydiniai paprastai skirstomi į juodus ir spalvotus. Į juodųjų metalų sudėtį įeina geležis ir jos pagrindu pagaminti lydiniai. Spalvotųjų metalų - visi kiti metalai ir lydiniai. Norint pasirinkti tinkamą mašinų dalių gamybai reikalingą medžiagą, atsižvelgiant į jų eksploatavimo sąlygas, mechanines apkrovas ir kitus veiksnius, turinčius įtakos mašinų veikimui ir patikimumui, būtina žinoti vidinę metalų struktūrą, fizikines ir chemines, mechanines bei technologines savybes.
Metalai ir jų lydiniai, esantys kietoje būsenoje, turi kristalinę struktūrą. Jų atomai (jonai, molekulės) išsidėsto erdvėje griežtai apibrėžta tvarka ir sudaro erdvinę kristalinę gardelę.
Mažiausias atomų kompleksas, kuris, pakartojęs erdvėje, atkuria gardelę, vadinamas pradine kristaline ląstele.
Pradinės kristalų ląstelės forma lemia metalų savybių derinį: blizgesį, lydumą, šilumos laidumą, elektros laidumą, darbingumą ir anizotropiją (savybių skirtumai skirtingose \u200b\u200bkristalinės gardelės plokštumose).
Erdvinės kristalų gardelės susidaro keičiant metalą iš skysčio į kietą būseną. Šis procesas vadinamas kristalizacija. Kristalizacijos procesus pirmiausia tyrė rusų mokslininkas D. K-Černovas.
Kristalizaciją sudaro dvi stadijos. Skystoje metalo būsenoje jo atomai nuolat juda. Mažėjant temperatūrai, atomų judėjimas sulėtėja, jie susilieja ir yra sugrupuoti į kristalus. Susidaro vadinamieji kristalizacijos centrai (pirmasis etapas). Tada ateina kasti kristalus aplink šiuos centrus (antras etapas). Iš pradžių kristalai auga laisvai. Toliau augant, kristalai atstumia, kai kurių kristalų augimas trukdo kaimyninių kristalų augimui, dėl to susidaro netaisyklingos formos kristalų grupės, kurios vadinamos grūdais.
Grūdų dydis daro didelę įtaką metalų eksploatacinėms ir technologinėms savybėms. Šiurkštaus grūdo metalas turi mažą atsparumą smūgiams; kai jis apdirbamas pjaustant, pasidaro sunku gauti nedidelį dalių paviršiaus šiurkštumą. Grūdų dydžiai priklauso nuo paties metalo pobūdžio ir kristalizacijos sąlygų.
Metalo struktūros tyrimo metodai. Metalų ir lydinių struktūrų tyrimas atliekamas naudojant makro- ir mikroanalizę, taip pat kitus metodus.
Makrostruktūra naudojama makrostruktūrai tirti, t. Y. Metalo struktūrai, matomai plika akimi arba padidinamuoju stiklu. Makrostruktūrą lemia metalo lūžiai arba makro sekcijos.
Makro sekcija yra metalo ar lydinio pavyzdys, kurio viena pusė yra sumalama ir išgraviruota rūgštimi ar kitu reagentu. Šiuo metodu nustatomi dideli defektai: įtrūkimai, susitraukiantys apvalkalai, dujų burbuliukai, netolygus metalo priemaišų pasiskirstymas ir kt.
Mikroanalizė leidžia nustatyti grūdų dydį ir formą, struktūrinius komponentus, terminio apdorojimo kokybę, nustatyti mikrodefektus.
Mikroanalizė atliekama atliekant mikroskopą mikroskopu (šiuolaikiniai metalografiniai mikroskopai padidina iki 2000, o elektroniniai - iki 25 000).
Mikrosekcija yra metalo pavyzdys, kurio paviršius yra lygus, poliruotas silpnu rūgšties ar šarmo tirpalu, kad būtų galima atskleisti mikrostruktūrą. Metalų savybės. Metalų savybės paprastai skirstomos į fizikines ir chemines, mechanines ir technologines. Kietųjų medžiagų, įskaitant metalus, fizikinės ir cheminės savybės yra jums žinomos iš fizikos ir chemijos kursų. Pasigilinkime į kai kurias mechanines ir technologines savybes, kurios yra svarbios metalo apdirbimo požiūriu.
Kaip žinote, pagal mechanines savybes suprantate metalo ar jo lydinio sugebėjimą atsispirti išorinių jėgų poveikiui. Mechaninės savybės apima stiprumą, klampumą, kietumą ir kt.
Stiprumas apibūdina metalo ar lydinio savybę tam tikromis sąlygomis ir ribomis, nesugrius, kad galėtų suvokti vienokį ar kitokį išorinių jėgų poveikį.
Svarbi metalo savybė yra smūgio stiprumas - medžiagos atsparumas įtrūkimams, veikiant apkrovai.
Kietumas suprantamas kaip medžiagos savybė priešintis kitos, tvirtesnės kūno įvedimui į ją.
Medžiagų mechaninės savybės išreiškiamos keliais rodikliais (pavyzdžiui, atsparumas tempimui, pailgėjimas ir susitraukimas ir kt.)
Tempiamasis stipris arba laikinasis tempiamasis stipris yra sąlyginis įtempis, atitinkantis maksimalią apkrovą, kurią bandinys gali išlaikyti bandymo metu, iki gedimo
Metalų ir lydinių kietumas daugiausia nustatomas naudojant tris jų išradėjų vardu pavadintus metodus: Brinello, Rokvelio ir Vickerso metodus. I Kietumo matavimas pagal Brinello metodą reiškia, kad naudojant TS kietumo matuoklį, paspaudžiamas 2,5 5 arba 10 mm skersmens plieno grūdintas rutulys, veikiant statiniam krūviui P. Apkrovos ir įdubimo paviršiaus ploto (šulinių) santykis rodo kietumo vertę. žymimas HB.
Rokvelio kietumas matuojamas naudojant TC įtaisą, spaudžiant į bandomąjį metalą rutulį, kurio skersmuo 1,59 mm (1/16 colio) arba deimantinį kūgį, kurio smailės kampas yra 120 ° (ypač kietiems plienams ir lydiniams). Kietumo rodikliai nustatomi prietaiso indikatoriumi.
Vickers kietumas matuojamas naudojant TP įtaisą, į metalą įspaudžiant rombinę tetraedrinę piramidę, kurios smailės kampas yra \u003d 136 °. Naudojant lentelę, kietumo skaičius HV nustatomas išilgai spaudos įstrižainės.
Metodo taikymas priklauso nuo mėginio kietumo, jo storio ar bandomo sluoksnio storio. Pavyzdžiui, Vickers metodas naudojamas išmatuoti sukietėjusio plieno, dalių, kurių storis iki 0,3 mm, ir plonų išorinių cementinių, nitridinių ir kitų dalių paviršių kietumą.
Į pagrindines metalų ir lydinių technologines savybes
apima:
kalimas - kaltinio metalo savybė ir kiti slėgio apdorojimo būdai;
g ir d ototchek - išlydyto metalo savybė užpildyti pelėsį visomis jo dalimis ir suteikti tikslios konfigūracijos tankius liejinius;
suvirinamumas - metalo savybė suteikti tvirtus suvirintus sujungimus;
apdirbamumas pjaustant - metalų, kuriuos reikia apdirbti pjaustymo įrankiais, savybė, suteikianti detalėms tam tikrą formą, dydį ir paviršiaus šiurkštumą.
Kieto pavidalo medžiagų struktūra yra kristalinė arba amorfinė. Kristalinėje medžiagoje atomai yra išdėstyti geometriškai teisingu piešiniu ir tam tikru atstumu vienas nuo kito, tuo tarpu amorfiniuose (stiklo, kanifolijos) atomai yra išdėstyti atsitiktine tvarka.
Visi metalai ir jų lydiniai turi kristalinę struktūrą. Įjungta 12 pavparodyta gryno geležies struktūra. Neterminuotos formos kristaliniai grūdeliai nėra panašūs į tipinius kristalus - daugialypius, todėl vadinami kristalitai, grūdaiarba granulės. Tačiau kristalitų struktūra yra tokia pati dėsninga kaip ir išsivysčiusių kristalų.
12 pav. Grynos geležies mikrostruktūra (x - 150)
Kristalinių gardelių tipai . Sukietėjus, metalo atomai sudaro geometriškai taisyklingas sistemas, vadinamas krištolo grotelės. Atomų tvarka grotelėse gali būti skirtinga. Daugelis svarbiausių metalų sudaro groteles, kurių paprasčiausi (elementarūs) elementai žymi centro kubo formą ( - ir - geležis, chromas, molibdenas, volframas, vanadis, manganas), kubas su centre esančiais paviršiais ( - geležis, aliuminis, varis, nikelis, švinas) arba šešiakampis elementas (kaip šešiakampė prizmė) (magnis, cinkas, - titano - kobaltas).
Vienetinė ląstelėnuolat kartojasi trimis matmenimis, sudarydamas kristalinę gardelę, taigi atomų padėtis vienetinėje ląstelėje lemia viso kristalo struktūrą.
Į elementą, kurio centre yra kubas ( 13 pav) susideda iš devynių atomų, iš kurių aštuoni yra kubo viršūnėse, o devintasis yra jo centre.
13 pav.Vienetinė ląstelė 14 pav.Dalis erdvinio sieto
centre kubas ki centre kubas
Apibūdinti kristalų gardelę (kristalo atominę struktūrą), erdvinė gardelė, kuris yra geometrinė krištolo gardelės schema ir susideda iš taškų (mazgų), reguliariai išdėstytų erdvėse.
15 pav.Kubo vieneto ląstelė 16 pav.Erdvinės dalies dalis
su centre esančiais kubo šepetėlių veidais su centre
Įjungta fig.14 parodyta centre esančio kubo erdvinės gardelės dalis. Čia paimti aštuoni gretimi vienetų langeliai; mazgai, esantys viršūnėse ir kiekvieno langelio centre, yra pažymėti apskritimais. Kubo elemento langelis su centre esančiais veidais ( 15 pav) susideda iš 14 atomų, iš kurių 8 atomai yra ant viršūnių - kubo ir 6 atomai - ant veido.
Įjungta 16 pavpavaizduota erdvinės kubo su grotelėmis centre (veido centre). Grandinėje yra aštuoni elementai; mazgai yra kiekvienos ląstelės viršūnėse ir veidų centruose. Šešiakampė ląstelė ( 17 pav) susideda iš 17 atomų, iš kurių 12 atomų yra šešiakampės prizmės viršūnėse, 2 atomai pagrindų centre ir 3 atomai prizmės viduje. Norint išmatuoti atstumą tarp krištolo gardelių atomų, vadinamas specialus vienetas angstroma
pamatyti
17 pav.Šešiakampė ląstelė
Grotelių (šoninės arba šešiakampės) parametras yra 3,6 A variui ir 4,05 A aliuminiui, 2,67 A cinkui ir kt.
Kiekvienas atomas susideda iš teigiamai įkrauto branduolio ir kelių neigiamai įkrautų elektronų sluoksnių (apvalkalų), judančių aplink branduolį. Metalų atomų išorinių apvalkalų elektronai, vadinami valentingumaslengvai suskaidomi, greitai juda tarp branduolių ir yra vadinami nemokamai. Dėl laisvų elektronų metalų atomai yra teigiamai įkrauti jonai.
Taigi, grotelių mazguose, pažymėtuose apskritimais 14 pavir 16 yra teigiamai įkrauti jonai. Jonai vis dėlto nėra ramybėje, tačiau pusiausvyros padėtis nuolat kinta. Kylant temperatūrai, didėja virpesių amplitudė, dėl kurios kristalai plečiasi, o lydymosi temperatūroje dalelių virpesiai sustiprėja tiek, kad kristalų gardelės yra sunaikinamos.
Visi kristalai turi nedidelius nuokrypius nuo idealaus gardelės - neužimtų vietų ir įvairių rūšių atominių poslinkių.
Kristalų anizotropija ir skilimas . Atskirų kristalų savybės skirtingomis kryptimis skiriasi. Jei paimsite didelį kristalą (yra laboratorinių ir net gamybos būdų, kaip auginti didelius kristalus), iš jo iškirpkite kelis identiškus, bet skirtingai orientuotus mėginius ir išbandykite jų savybes, tada kartais labai skiriasi savybės tarp atskirų mėginių. Pavyzdžiui, tiriant iš vario kristalo išpjaustytus pavyzdžius, įvairių pavyzdžių pailgėjimas svyravo nuo 10 iki 50%, o tempimo stipris buvo nuo 14 iki 35 kg / mm2. Ši kristalų savybė vadinama anizotropija. Kristalų anizotropija paaiškinama atomų išdėstymo erdvėje ypatumais.
Kristalų anizotropijos pasekmė yra skilimas, kuris paaiškėja sunaikinus. Tose vietose, kur kristalai suskaidomi, gali būti stebimos taisyklingos plokštumos, rodančios, kad dalelių poslinkis veikiant išorinėms jėgoms nėra atsitiktinis, bet taisyklingomis eilėmis tam tikra kryptimi, atitinkančia dalelių vietą kristaluose. Šie lėktuvai vadinami skilimo plokštumos.
Amorfiniai kūnai yra izotropiniai, t.y., visos jų savybės yra vienodos visomis kryptimis. Amorfo kūno raukšlė visada turi netaisyklingą išlenktą, vadinamąjį, sąrėmio paviršių.
Metalai, sukietėję įprastomis sąlygomis, susideda ne iš vieno kristalo, bet iš daugelio atskirų kristalitų, skirtingai orientuotų vienas į kitą, todėl liejamo metalo savybės yra maždaug vienodos visomis kryptimis; šis reiškinys vadinamas kvazizotropija(akivaizdi izotropija).
Metalo alotropija (arba polimorfizmas) yra jų savybė pertvarkyti gardelę tam tikroje temperatūroje kaitinant ar aušinant. Allotropiją aptinka visi elementai, kurie keičia temperatūros pokyčius, pavyzdžiui: geležis, manganas, nikelis, alavas ir kt. Kiekviena alotropinė transformacija vyksta tam tikroje temperatūroje. Pavyzdžiui, vienas iš geležies virsmų įvyksta esant 910 ° С temperatūrai, žemiau kurios atomai sudaro centre esančio kubo gardelę (žr. 14 pav) ir aukščiau, į veidą nukreipto kubo grotelės (žr 16 pav).
Tokia ar kita struktūra vadinama allotropine forma arba modifikacija. Įvairios modifikacijos nurodytos graikiškomis raidėmis. , , tt, su raide žymi modifikaciją, vykstančią žemesnėje nei pirmojo allotropinio virsmo temperatūroje. Allotropinius virsmus lydi energijos grąžinimas (sumažėjimas) arba absorbcija (padidėjimas).
Metalų kristalizavimas . Kristalizavimas yra kristalų susidarymas metaluose (ir lydiniuose), pereinant iš skysčio į kietą būseną ( pirminis kristalizavimas) Perkristalinimas iš vienos modifikacijos į kitą atvėsus sukietėjusiam metalui vadinamas ( antrinis kristalizacija) Metalo kristalizacijos procesą lengviausiai galima sekti naudojant laiko skaitiklį ir termoelektrinį pirometrą, kuris yra milivoltmetras, sujungtas su termopora. Termoelementas (du skirtingi laidai, lituojami galais) yra panardinamas į išlydytą metalą. Gauta šiluminė srovė yra proporcinga metalo temperatūrai, o milivoltmetro adata nukrypsta, nurodydama šią temperatūrą laipsniškai.
Pirometro rodmenys automatiškai registruojami laike ir, remiantis gautais duomenimis, sukonstruoja aušinimo kreives koordinatėmis „temperatūra - laikas“ (tokias kreives nubraižo registratorius).
Kviečiama temperatūra, atitinkanti bet kokį metalo virsmą kritinis taškas.
Įjungta 18 pav., aparodyta metalo kaitinimo kreivė. Čia yra esmė bet- lydymosi pradžia, taškas b- lydymosi pabaiga.
18 pav.Šildymo kreivės ( bet) ir aušinimas ( b- nėra kilpos
į- su kilpa) iš metalo
Sklypas betbrodo pastovią temperatūrą per tam tikrą laiką kaitinant. Tai rodo, kad šiluminė energija yra sunaudojama vidiniam metalo virsmui, šiuo atveju. kietąjį metalą pavertus skystu (latentinė lydymosi šiluma).
Pereinant iš skysčio į kietą būseną atvėsus, susidaro kristalinės gardelės, t. Y. Kristalizacijos. Norint sukelti kristalizaciją, reikalingas skystas metalas supercoolŠiek tiek žemiau nei lydymosi temperatūra. Todėl aušinimo kreivės plotas ( 19.6 pav) yra šiek tiek žemiau t pl esant aušinimo temperatūrai t pr .
Kai kuriems metalams atšaldyti ( t pl - t pr) gali būti labai reikšmingi (pavyzdžiui, stibio iki 40 ° C temperatūroje) ir šaldymo temperatūroje t pr (fig.18 į) kristalizacija greitai prasideda iš karto, dėl to temperatūra staiga pakyla beveik t pl . Tokiu atveju grafike pavaizduota šiluminės histerezės kilpa.
Kietėjimo metu ir per allotropinę transformaciją metale pirmiausia atsiranda kristalų branduoliai (kristalizacijos centrai), aplink kuriuos atomai yra sugrupuoti, sudarant atitinkamą kristalinę gardelę.
Taigi kristalizacijos procesą sudaro du etapai: kristalizacijos centrų formavimas ir kristalų augimas.
Kiekviename iš atsirandančių kristalų kristalografinės plokštumos yra atsitiktinai orientuotos, be to, pirminės kristalizacijos metu kristalai gali suktis, nes juos supa skystis. Gretimi kristalai auga vienas kito link, o jų sąlyčio taškai nusako kristalitų (grūdelių) ribas.
Geležies kristalizavimas. Apsvarstykite, pavyzdžiui, geležies kristalizaciją ir kritinius taškus.
19 pav. Geležies aušinimo ir šildymo kreivės
Įjungta 19 pavpateiktos grynos geležies, tirpstančios 1539 ° C temperatūroje, aušinimo ir kaitinimo kreivės.Kritinių taškų buvimas žemesnėje temperatūroje rodo alotropinius virsmus kietoje geležyje.
Kritiniai taškai nurodomi raide Akai šildomas, nurodykite Aco atvėsus Ar indeksai 2, 3, 4 skirti atskirti alotropines transformacijas (1 rodyklė žymi transformaciją būsenos diagramoje) Fe - Fe 3 C.
Temperatūroje, žemesnėje kaip 768 0 C, geležis yra magnetinė ir turi centre esančio kubo kristalinę gardelę. Ši modifikacija vadinama geležies; kai jis šildomas, jis yra taške Kaip 2 pereina į nemagnetinę modifikaciją geležies. Kristalų struktūra nesikeičia.
Taške Kaip 3 esant 910 0 С temperatūrai geležieseina į geležiessu į veidą orientuoto kubo krištolo gardelėmis.
Taške Kaip 4 esant 1401 0 C temperatūrai geležieseina į geležieskur kristalinė gardelė vėl yra pertvarkyta iš veido centre esančio kubo į centre esantį kubą.
Aušinant vyksta tie patys perėjimai, tik atvirkštine tvarka.
Iš išvardytų transformacijų praktiškiausios yra transformacijos A 3 kaip kaitinant ( Kaip 3 ) ir aušinimo metu ( Ar 3 ).
Paversti tašku A 3 kartu su tūrio pokyčiais, nes kristalų gardelės tankis geležiesdidesnis grotelių tankis geležiestaške Kaip 3 garsumas mažėja taške Ar 3 - padidėja.
Metalo konstrukcija 4,33 / 5 (86,67%) 3 balsai
Metalo konstrukcija
Metalai po mikroskopu
Visi metalai susideda iš daugybės tarpusavyje sujungtų kristalinių grūdų. Tokią granuliuotą kristalinę medžiagos struktūrą galima pamatyti naudojant specialius mikroskopus, vadinamus metalografiniais. Jie skiriasi nuo įprastų tuo, kad naudoja šoninį metalo apšvietimą, nes metalai yra nepermatomi ir negali būti apšviesti iš apačios. Tokiuose mikroskopuose šviesos šaltinis yra išdėstytas taip, kad kai kurie spinduliai atsispindėtų nuo metalų paviršiaus ir patenka į lęšį.
Fig. 1. Metalinis mikroskopas.
Viršutinis dešinysis - nuo plonojo skyriaus paviršiaus atsispindintys šviesos spinduliai patenka į mikroskopo objektyvą. Dešinėje apačioje yra grynos geležies paviršius, matomas metaliniu mikroskopu.
1 paveiksle parodytas vienas iš šių mikroskopų. Prieš nagrinėdami jame esantį pavyzdį, metalinis paviršius kruopščiai nuvalomas švitriniu popieriumi, nupoliruojamas ir nušlifuojamas iki veidrodinio blizgesio. Toks pavyzdys vadinamas plonu pjūviu. Tuomet plonojo skyriaus paviršius yra vadinamasis ofortas, kuriam 2-3 minutes drėkinama tirpalu, dažniausiai turinčiu azoto rūgšties ir etilo alkoholio. Plonais pjūviais ėsdinkite kitus tirpalus. Tai jie daro dėl to: skirtingi lydinio grūdai netirpsta vienodai su rūgštimi, todėl metalo paviršiuje atsiranda atskiri kristalų paviršiai, o apšvietus išgraviruotą plonojo skyriaus dalį, dalis grūdų atspindi ant jų esančią šviesą tiesiai ant objektyvo. Šios vietos po mikroskopu atrodo ryškios. Kiti grūdai atspindi šviesą į šoną, todėl jie atrodo tamsūs. Po mikroskopu atskirų kristalinių grūdų, vadinamųjų tarpžvaigždinių pjūvių, vientisumas mikroskopu įgyja skirtingą atspalvį ir tolygią spalvą (2 pav.).
Fig. 2. Įžeminta plokštė po mikroskopu (ėsdinimas plienu 2% azoto rūgšties alkoholio tirpalu).
Naudojant metalinį mikroskopą, buvo galima nustatyti, kokią struktūrą turi metalai, kaip atskiri grūdai yra lydinyje, kokiuose nemetaliniuose intarpuose yra lydinių, įtrūkimų atspindyje lydinių paviršiuje ir kt. 3 paveiksle parodytas ketaus mikrografas, kur aiškiai matomi atskiri grafito intarpai.
/>
Fig. 3. Grafitas iš ketaus (tamsūs intarpai):
α-šiurkščiavilnių grafitas iš paprasto pilkojo ketaus; b-plonasienis grafitas modifikuotame pilkame ketaus (0,15% modifikacija); b-sferiniai grafito intarpai ketaus, modifikuoto magniu (× 100).
Metalo mikroskopas šiuo metu yra vienas iš bet kurios laboratorijos, kurioje tiriamos įvairių metalų ir lydinių savybės, prietaisų.
Metalinė krištolo grotelė
Jūs jau esate susipažinę su kristalais. Taigi, pavyzdžiui, tirdami stalo druską, žinote, kad ją sudaro 8 atskiri kubiniai kristalai. Pats žodis krištolas kilęs iš graikų kalbos žodžio crystallos, reiškiančio ledus. Ateityje visi kieti kūnai, turintys tam tikrą geometrinę formą, buvo pradėti vadinti tuo. Gamtoje didžioji dauguma kietų medžiagų yra kristalinės būklės. Geležis, kaip viena iš kietų medžiagų, sukietėjus taip pat sudaro kristalus. Geležies kristalas turi kubinę grotelę. Tačiau tirdami metalinį paviršių mikroskopu, šios įprastos kubinių kristalų formos nepamatysime. Netaisyklinga kristalų forma atsiranda todėl, kad lydyme sukietėjus atsiranda daug mažyčių branduolių, kurie sudaro didesnius kristalus. Kai šie dideli kristalai susiduria, jie pradeda vienas kitą spausti, gniuždyti. Taigi, sukietėjusio metalo luite tuo pačiu metu yra daugybė kristalų. Jų formos pažeidimas prisideda ne tik prie to, kad jie vieni kitus sutraukia, bet ir dėl netolygios temperatūros skirtingose \u200b\u200baušinimo vietose. Atskiri kietinto metalo kristaliniai grūdai turi skirtingą formą ir dydį. Jie yra atskirti vienas nuo kito sluoksniu, kurį sudaro įvairūs nemetaliniai intarpai. Šie nemetaliniai intarpai visada būna vienoje ar kitoje metalo dalyje.
Metalo konstrukcija
4 paveiksle pateikiama metalo granuliuotos struktūros susidarymo kietėjimo metu schema.
Fig. 4. Kristalų augimo būdas kietėjančiame lydyme:
susidaro a-branduoliai; b-kristalai auga; b-kristalai pradeda spausti vienas kitą; g-atskiri grūdai yra sulydomi.
Medžiagos, sudarančios plieną, turi skirtingą lydymosi temperatūrą, taigi ir sukietėjimą. Pavyzdžiui, gryna geležis kietėja jau esant 1539 ° C temperatūrai, o kartu su siera ar kitais elementais kietėjimo temperatūra yra žemesnė. Todėl metalo sluoksnį, kuris sukietėja, visų pirma sudaro ugniai atspariausi elementai, pavyzdžiui, geležis ir anglis. Tokios priemaišos kaip siera ir fosforas suteikia lygesnius lydinius ir paskutiniame posūkyje sukietėja. Siera ir fosforas yra kenksmingos priemaišos, nes jų buvimas žymiai sumažina lydinio stiprumą, todėl jis yra trapus ir netinkamas gaminiams.
Kai lydinys sukietėja, lengvesni geležies junginiai su siera ir fosforu sukoncentruojami viršutinėje luito dalyje ir sukietėja paskutiniai, todėl geležies lydinys su fosforu ir siera surenkamas viršutinėje luito dalyje.
Kristaluose kiekvieno metalo atomai pasiskirsto griežtai apibrėžta tvarka. Jie sudaro vadinamąją erdvinę gardelę, kurios negalima pamatyti jokiuose esamuose mikroskopuose. Tačiau naudojant rentgeno aparatus ir kitus šiuolaikinius prietaisus galima ištirti atomų išdėstymą kristalinėje gardelėje.
Metalų kristalinių gardelių tipai
Tarp metalų dažniausiai yra trijų rūšių grotelės pirma iš kurių kubinis kūnas yra sutelktas. Jie pasižymi tuo, kad juose esantys atomai yra kubo viršūnėse ir centre, pavyzdžiui, ličio, chromo, vanadžio ir kituose metaluose (5 pav., A).
5 pav. Metalo kristalų gardelių tipai:
a-kubinis kūno centras;
b-kub., nukreiptas į veidą;
b-šešiakampis (sandarus įpakavimas).
Kam antrasis tipas apima kubinę į veidą nukreiptą grotelę (5,6 pav.), atomus, esančius kubo ir jo paviršių viršūnėse (pavyzdžiui, aliuminio, vario, švino, nikelio, aukso, sidabro ir platinos).
Trečiasis tipas - tai šešiakampės arba šešiakampės tankiai supakuotos grotelės (5 pav., c). Jie randami magnyje, cinke, kadmyje ir berilyje.
Kaip matyti iš 6 pav. Pavaizduotos diagramos, tankiausios atominės pakuotės turi veido ir šešiakampės groteles.
6 pav. Metalo struktūra.
Grotelių vietose teigiamai įkrauti jonai. Tarpyje yra laisvieji elektronai.
Įdomu pastebėti, kad kai kurie metalai, ypač geležis, cinkas ir nikelis, gali būti kelių kristalų pavidalu, pereidami iš vieno į kitą. Šis perėjimas vyksta esant įvairioms temperatūroms. Tokios modifikacijos, kai viena ir ta pati medžiaga gali būti skirtingų kristalinių formų, vadinamos allotropinėmis, o pačios medžiagos - allotropinėmis. Pavadinimas „allotropy“ kilęs iš graikų žodžių „allos“, kitas, „tropos“, nuosavybės.
Anglis gamtoje gali atsirasti kaip grafitas ir deimantas, ir, kaip jūs prisimenate, grafitas yra minkšta medžiaga, paliekanti žymę popieriuje, o deimantas yra viena sunkiausių natūralių medžiagų. Deimantų ir grafitų lydymosi taškai yra skirtingi.
Yra žinoma allotropinė sieros (rombo ir prizmės) modifikacija. Rombinė siera susidaro žemesnėje kaip 96 ° C temperatūroje, virš šios temperatūros ji pereina į prizmę. Atsižvelgiant į kristalo struktūros pokyčius, keičiasi ir medžiagos savybės.
Tie patys allotropiniai pokyčiai pastebimi geležyje. Joje yra centre esančio kubo grotelės, esant 910 ° C temperatūrai, o 910–1390 ° C temperatūros intervale, pereinama prie veido, nukreipto į veidą.
Allotropiniai metalo virsmai lengvai pastebimi kaip alavas. Įprasta sidabriškai balta alava turi sudėtingą kristalų gardelę, kuri yra stabili aukštesnėje nei 18 ° C temperatūroje, esant žemesnei temperatūrai, alavo atomai kristaluose pradeda atstatyti. Jų (atomų) įpakavimas tampa mažiau patvarus, blizganti alavas praranda blizgesį, elastingumą ir virsta trapia pilka skarda, turinti kitokią kristalinę gardelę.
Šis reiškinys buvo pastebėtas labai seniai ir buvo vadinamas „alavo maistu“, nes alavo gaminiai - alavo plokštės, taurės, bažnyčios vargonai - kartais staiga pradėjo byrėti. Alavo maras buvo didžiulė nelaimė. Jie nežinojo, kaip su tuo susitvarkyti, nes nežinojo jo atsiradimo priežasčių. Dabar mums akivaizdu, kad kaitinant alavo gaminį, „sergantį alavo maru“, pilkos spalvos alavo kristalai bus pertvarkyti į baltos alavo kristalus ir jie vėl įgis lankstumą ir baltą spalvą.
Metalo konstrukcija
Kristalinėse schemose (5 pav.) Linijos, jungiančios vieną metalo atomą su kitu, paprastai brėžiamos kristalų tinklelyje. Tiesą sakant, tinklelio vietose nėra linijų, jungiančių atomus. Jie yra sukrauti sandariai, liesdamiesi vienas su kitu. Tinklelio mazguose yra teigiamai įkrauti jonai, apsupti elektronų. Metalo atomų valentiniai elektronai, kaip ir patys atomai, nuolat kinta. Bet išoriškai elektronai (valentingumas) gali lengviau palikti savo atomą ir pereiti prie kito. Todėl kristalinėje gardelėje yra vadinamieji laisvieji elektronai arba laisvieji elektroniniai „dujos“, būdingi visam atomų kompleksui. Taigi įvyksta metalo atomų išorinių apvalkalų elektronų sąveika. Dėl šios išorinės elektronų sąveikos tarp metalo atomų susidaro jungtis ir atsiranda koherentinės jėgos, kurios metalo atomus tvirtai laiko kristalinėje gardelėje (6 pav.). Kristalinės gardelės metalų atomų jonai, apsupti mobiliųjų (nestacionariųjų) elektronų, priešingai nei įprasti jonai, vadinami jonų atomais.
Tai, ką mes kalbėjome apie metalų kristalinę gardelę, yra susiję su grynais metalais, tačiau mes žinome, kad praktikoje dažniausiai naudojami lydiniai.
Turinys Kitas puslapis \u003e\u003e§ 2. Metalų ir lydinių struktūra bei tyrimo metodai
Metalų kristalinė struktūra. Metalų ir lydinių vidinės struktūros ir savybių tyrimą atlieka mokslas, vadinamas metalo mokslu.
Visi metalai ir lydiniai yra pastatyti iš atomų, kuriuose išoriniai elektronai yra silpnai sujungti su branduoliu. Elektronai yra neigiamai įkrauti, ir jei sukursite nedidelį potencialo skirtumą, elektronai eis į teigiamą polių, sudarydami elektros srovę. Tai paaiškina metalų medžiagų elektrinį laidumą.
Visi kieti metalai ir lydiniai turi kristalinę struktūrą. Skirtingai nuo nekristalinių (amorfinių) kūnų, metaluose atomai (jonai) yra išdėstyti griežtai geometrine tvarka, sudarant erdvinę kristalinę gardelę. Atomų tarpusavio išsidėstymas erdvėje ir atstumai tarp jų nustatomi rentgeno spindulių difrakcijos analize. Atstumas tarp kristalinės gardelės mazgų vadinamas gardelės parametru ir matuojamas Å (10–8 cm) angstromais. Įvairių metalų gardelių parametrai yra nuo 2,8 iki 6 Å (23 pav.).
a - kubinis kūno centras; b - kubinis, nukreiptas į veidą; į - šešiakampis
Norint vizualiai atvaizduoti atomų išdėstymą kristaluose, erdvinės schemos naudojamos elementarių kristalinių ląstelių pavidalu. Dažniausiai pasitaikantys kristalų gardelių tipai yra kubo formos kūnas, kubo formos centras ir šešiakampis.
Devyni atomai yra išsidėstę kubiniame kūne esančiame grotelėje. Tokioje grotelėje yra chromo, volframo, molibdeno, vanadžio ir geležies, esant temperatūrai iki 910 ° C.
Kubinėje veido formos grotelėje yra 14 atomų. Tokia grotelė yra: varis, švinas, aliuminis, auksas, nikelis ir geležis 910–1400 ° C temperatūroje.
Šešiakampėje sandariai uždarytoje grotelėje yra 17 atomų. Tokios grotelės yra: magnis, cinkas, kadmis ir kiti metalai.
Abipusis atomų išsidėstymas erdvėje, atomų skaičius gardelėse ir interatominėse erdvėse apibūdina metalo savybes (elektros laidumą, šilumos laidumą, lydumą, lankstumą ir kt.).
Atstumas tarp kristalų gardelės atomų gali būti skirtingas skirtingomis kryptimis. Todėl kristalo savybės skirtingomis kryptimis nėra vienodos. Šis reiškinys vadinamas anizotropija. Visi metalai yra kristaliniai kūnai, todėl jie yra anizotropiniai kūnai. Kūnai, kurių savybės visomis kryptimis yra vienodi, vadinami izotropiniais.
Metalo gabalas, susidedantis iš daugelio kristalų, turi vidutiniškai tas pačias savybes visomis kryptimis, todėl jis vadinamas kvazizotropiniu (įsivaizduojama izotropija).
Anizotropija turi didelę praktinę reikšmę. Pavyzdžiui, kaldami, štampuodami, valcuodami dalimis, gaunama teisinga kristalų orientacija, kurios dėka išilgai ir skersai dalių pasiekiamos įvairios mechaninės savybės. Naudojant šaltą valcavimą, tam tikra detalės kryptimi pasiekiamos aukštos magnetinės ir elektrinės savybės.