Строение металлов

Рис. 10.4. Схема вязкого (/) и хрупкого (2) разру­шения одного и того же металла в зависимости от температуры испытания

Металлы обычно имеют кристаллическое строение (см. гл. 1.3 и 1.5). Повторяющимся элементом кристаллической решетки метал­лов является элементарная ячейка, в узлах которой находятся поло­жительные ионы, колеблющиеся относительно своего равновесного
положения с частотой -10¹³ Гц. Амплитуда этих колебаний с увели­чением температуры возрастает (см. гл. 12.3.1). В междоузлии решет­ки находятся коллективизированные электроны, образовавшиеся из отщепившихся от атомов части валентных электронов. Ионы удер­живаются в узлах решетки под действием металлической связи (см. гл. 1.5). Благодаря коллективизированным электронам металлы и металлические сплавы обладают электро- и теплопроводностью, ха­рактерным металлическим блеском (блеск обусловлен отражением световых лучей от коллективизированных электронов) и некоторыми другими чисто металлическими свойствами. У каждого металла элементарная ячейка имеет определенную геометрическую форму (и размеры), которая и определяет тип решетки.

У металлов наиболее распространенными являются три типа кристаллической решетки: кубическая объемноцентрированная (о.ц.к.), кубическая гранецентрированная (г.ц.к.) и гексагональная плотноупакованная (г.п.у.) (рис. 10.5).

Расстояние между соседними атомами в узлах кристаллической решетки металлов (период или постоянная решетки) колеблется в пределах от 2 до 7 А (0,2—0,7 нм).

В о.ц.к. решетке атомы находятся в вершинах куба и один атом в центре куба. Такие решетки имеют а-Fe, Сг, W, Mo, P-Ti, Nb, Та, Li и др.

В г.ц.к. решетке атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Этот тип решетки имеют металлы: y-Fe, Ni, Ag, Au, Pb, Си, p-Co и др.

В г.п.у. решетке атомы расположены в вершинах и центре шести­гранных оснований призмы и три атома в средней плоскости приз­мы, образуя равносторонний треугольник. Такую решетку имеют: Zn, Cd, Be, Re, a-Co, a-Ti и др.

Кристаллические решетки металлов независимо от их типа яв­ляются плотноупакованными, т. е. имеют высокую плотность. Так, в о.ц.к. решетке атомы занимают объем 68 %, а в г.ц.к. и г.п.у. — 74 %.

Рис. 10.5. Основные типы кристалличе­ских решеток металлов и схемы упаковки

б

атомов:

а — о.ц.к., б — г.ц.к., в — г.п.у., где я и с — периоды решетки (расстояние между цен­

трами соседних атомов)

Из приведенных примеров видно, что некоторые металлы мо­гут иметь различные типы решетки, например, Fe(a-Fe и y-Fe), Со (a-Со и р-Со) и т. д. Способность металла изменять тип решетки на­зывают аллотропией (полиморфизмом).

Механические и многие другие свойства металлических кристал­лов различны вдоль различных направлений кристаллографических осей, т. е. они обладают анизотропией свойств. Например, в кристалле (монокристалле) с о.ц.к. решеткой свойства вдоль ребер кубов отлича­ются от свойств вдоль их диагоналей, поскольку вдоль ребра в ячейке находятся два атома, а вдоль диагонали — три. Однако реальные ме­таллы являются поликристаллическими телами, состоящими из огром­ного числа различно ориентированных мелких сросшихся кристаллов. Такие кристаллы называют кристаллическими зернами или просто зер­нами, или кристаллитами. За счет различной ориентации анизотроп­ных зерен свойства поликристаллического тела во всех направлениях усредняются. В результате реальные металлы проявляют изотропность физических, в том числе механических, свойств.

Дата добавления: 2015-08-09