Будова та властивості металів

Лекція 1. Будова та властивості металів

1.  Вступ

2.  Література

Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.-М.:М-е, 1990.

Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение.-М.:М-е, 1986.

Большаков В.І. та ін. Прикладне матеріалознавство.-Дніпро, 2000.

Фетисов и др. Материаловедение и технология металлов.-М.:Высш.шк.,2001.

Кузьмин Б.А. и др. Технология металлов и конструкционные материалы.-М.:М-е,1989.

3.  Агрегатні стани матеріалів – твердий, рідкий, газоподібний, плазма.

4.  Кристалічні та аморфні речовини

5.  Типи хімічних зв’язків атомів у кристалах:

а) іонний, приклад NaCl (Na⁺-Cl^-), сутність, властивості;

б) ковалентний (Fe₃C, WC, BN), електрон обертається навколо двох атомів, сутність, властивості;

в) металевий (усі метали).

Сутність металевого зв’язку – малий зв’язок зовнішніх електронів з атомом, утворення в кристалі “хмарки” вільних електронів, взаємодія “хмарки” з іонами металу. Властивості металів – підвищені електро- та теплопровідність, непрозорість та колір, висока пластичність, позитивний коефіцієнт електроопору з ростом температури.

6.  Кристалічна будова металів

Усі метали – кристалічні. Основні кристалічні гратки металів – ОЦК, ГЦК і ГЩУ.

7.  Поліморфізм металів – це їх властивість мати при різних t-рах різні кристалічні гратки. Приклади:

Fe_a  Fe_g Fe_d ;     Ti_a Ti_b ; Sn_a Sn_b

ОЦК            ГЦК           ОЦК    ГЩУ          ОЦК 

Використання поліморфізму – відпалення сталі  II роду для подрібнення зерна, гартування сталі і сплавів Ti, нормалізація.

8.  Анізотропія  властивостей у кристалах – це неоднорідність властивостей по різних напрямках кристала, зумовлена різною відстанню між атомами. У полікристалічних металах спостерігається квазиізотропія, тобто однаковість по напрямках.

9.  Дефекти кристалічної будови

Вони бувають точкові (вакансії, затиснені власні та чужорідні атоми); лінійні (дислокації); поверхневі (межі зерен та блоків). Дефекти сильно спотворюють кристалічні граки та зміцнюють метал.

Дуже суттєву роль грають дислокації (лінійні та гвинтові) у механізмі пластичної деформації (зсув у кристалі відбувається за рахунок переміщення дислокації до межі кристала).

Міцність металу (s₀₂, s_b, НВ) суттєво залежить від числа дислокацій (рис.1).

                 σ_в

                                                                                                                                                                     lgN

Рис.1

У монокристалах типу “вуси” дислокацій дуже мало, міцність майже на теоретичному рівні. При щільності дислокацій 10⁶...10⁷ см^-2 міцність найменша.

10. Класифікація металів

Чорні (на основі Fe) та кольорові (усі інші, тобто 79).

Кольорові – легкоплавкі (Zn, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi);

тугоплавкі (t_пл>1539^°C), Cr, Ti, W, Mo, Nb, V);

благородні (Ag, Au, Pt); легкі (g£4,5г/см³, Ti, Al, Mg, Be);

лужні (K, Na).

11. Властивості металів:

а) фізичні  характеризують поведінку металів у різних фізичних полях (гравітаційних, теплових, світлових, електричних, магнітних);

б) хімічні  показують хімічну взаємодію металів із зовнішнім середовищем (корозія, травлення);

в) технологічні  - це поведінка металів у процесі виготовлення виробів – ливарні, оброблюваність тиском, різанням, зварюваність;

г) механічні – це поведінка матеріалів у різних умовах навантаження (статичних, динамічних, циклічних, ударних).