A kristályos szerkezet fémek
Minden anyagot szilárd állapotban egy olyan kristályos vagy amorf szerkezetű.
Az amorf anyag (üveg, fenyőgyanta) atomok véletlenszerűen vannak elrendezve, anélkül, hogy a rendszer.
A kristályos anyagot atomok elrendezése egy geometriailag szabályos mintázat, és egy bizonyos távolságra egymástól.
Fix All fémek kristályos szerkezetűek.
Crystal szemcsék egy meghatározatlan alakját és megjelenését nem hasonlít a tipikus kristályok - poliéderek, ezért nevezik őket krisztaliitok szemek vagy szemcsék. Azonban, a belső szerkezet a krisztallitok nem különbözik a belső szerkezetét a kristályok.
Típusai kristályrétegeiben. A megszilárdulás fématomok alkotnak geometriailag helyes rendszer úgynevezett kristályrétegeiben,
A az atomok elrendezése a rács különböző lehet, ehnich. skie fémek alkotnak rácsos, protozoonok (elemi; a sejteket, melyek középpontos köbös [a- és b-vas, króm, molibdén, volfrám, vanádium, mangán] -centered köbös arcok [y-vas, alumínium, réz, nikkel, ólom, vagy hexagonális, amely egy cella alakja hatszögletű prizma (magnézium, cink, és titán, és kobalt).
Az elemi cella ismétlődik három dimenzióban alkotnak egy kristályrácsban, úgy, hogy a helyzet az atomok cellaegység meghatározza a kristály szerkezete.
Középpontos köbös elemi cella (. 1. ábra), amely kilenc atomok, amelyek a nyolc találhatók a csúcsok egy kocka, és a kilencedik - a közepén.
Jellemzésére a kristályrács (atomi kristályszerkezet) alkalmazni térbeli rácsos, hogy egy mértani diagram a kristályrácsban áll pontok (csomópontok) szabályosan elrendezett térben.
Ábra. A 2. ábrán látható része középpontos köbös rács. nyolc szomszédos egység sejteket veszünk itt; csomópontok található csúcsok és a központ minden cella körök jelzik.
Elemi cella-központú kocka arcok (. Ábra 3) áll, 14 tartalmaz, amelyek 8 atomos található csúcsok egy kocka, és 6 atomos, - az élek mentén.
Ábra. A 4. ábra egy részének térbeli-központú kocka rács arcok (lapcentrált köbös). Az ábrán, nyolc elemi cellák: csomópontok találhatók a csúcsok és központok az arcok minden cellában.
A hexagonális sejt áll 17 atomok, 12 atomot tartalmaz, amelyek találhatók a csúcsai hatszög hasáb, 2 atom - a közepén a bázis és 3 atom - belül a prizma.
Távolság mérésére és „a szomszédos kristályrétegeiben atomok egy speciális egység úgynevezett Angström (A); A = 10
Paraméter rácsok (oldalán a kocka vagy kocka) 3,6A réz, alumínium és 4,05 A, 2,67 A cink és hasonlók. D.
Minden atom pozitív töltésű magot és több réteg (héj) és negatív töltésű elektronok az atommag körül mozognak. Az elektronok a külső héját fématomok, ismert vegyérték, könnyen eltávolítható, gyorsan között a sejtmagok, és az úgynevezett szabad.
Jelenléte miatt a szabad elektron fématomok pozitív töltésű ionok.
Így a csomópontok a rácsok körök jelölik ábrán. 2 és 4, pozitív töltésű ionok. Az ionok azonban nincsenek egyedül, és folyamatosan lengjen az egyensúlyi helyzet. Növekvő hőmérséklettel, a rezgési amplitúdó növekszik, ami egy expanziós a kristályok, és megolvasztjuk a részecskék hőmérsékletét rezgéseket amplifikált úgy, hogy vezet megsemmisítése a kristályrácsban.
Ábra. 1. Az elemi cella középpontos köbös
Ábra. 2. rész középpontos köbös rács
Ábra. 3. Az elemi cella a kocka középpontja arcok
Ábra. 4. Néhány térbeli központú kocka rács arcok
Ábra. 5. A hatszögletű sejt
Minden kristályok figyelhetők kis eltérések az ideális rács - lakatlan egységek és a különböző atomok ellensúlyozni. Ábra. 34. szerkezetét mutatja a rendszer ideális és a valós kristályrétegeiben.
A anizotrópia és a hasítási kristályok. Az egyes kristályok különböző tulajdonságokkal különböző irányokba. Ha veszel egy nagy kristály, vágott belőle több azonos méretű, de különböző irányított minták és tesztelni, hogy ez néha lehetséges egy nagyon lényeges különbség a tulajdonságok között az egyes mintákban. Például, amikor tesztelés minták kivágott egy kristály réz, az összeg a nyúlás között mozgott, 10 és 55%, és az értéke a szakítószilárdság - 14, 35 kg mm2 különböző minták !. Ez a tulajdonság az úgynevezett anizotrop kristályok formájában. Anizotróp kristály miatt egy bizonyos elrendezése az atomok térbeli.
Ábra. 6. ábra az ideális (a) valós és (b) kristályok
A következménye anizotrópiája kristályok hasítás révén, amelyet észlelünk törést. Azokon a helyeken, a törés kristályok lehet nézni a jobb gépet, jelezve, hogy az elmozdulás a részecskék hatása alatt a külső erők nem véletlenszerűen, hanem a szabályos sorokban, egy bizonyos irányba, illetve elrendezése a részecskék kristály. Ezek a síkok nevezett hasítási síkok.
Amorf testek izotróp, azaz a. E. Minden tulajdonságok azonosak minden irányban. amorf test szünetet mindig rossz, torz, úgynevezett kagylós felületet.
Fémek megszilárdult normál körülmények között, nem állhat egyetlen kristály, és a nagy számú egyedi kristályok különböző orientációban egymáshoz képest, úgy, hogy a tulajdonságok az öntött fém megközelítőleg azonos minden irányban; Ezt a jelenséget nevezzük egy kvázi-izotróp (látszólagos izotrópia).
Allotrópia fémek. Allotrope (vagy polimorfizmus) fémek úgynevezett saját tulajdonsága, hogy szerkezete különböző hőmérsékleteken. Allotrope észleli az összes elemet vegyértékű változó hőmérséklet-változás :. Pl, vas, mangán, nikkel, ón, stb Minden allotropic átalakulás következik be egy bizonyos hőmérsékleten. Például, az egyik transzformációk vas zajlik hőmérsékleten 910 °, amely alatt az atomok alkotnak rácsos kockát központú, és a fenti - lapcentrált köbös rács.
Egy különös szerkezetét az úgynevezett allotropic formában vagy módosítása. Különféle módosítások jelölésére a görög betűkkel egy, (3, y, és r. H. formájában indexek, és ahol a levél attribútum módosításával fennálló tempera-fordulóban első alatti allotropic átalakulás. Allotropic átalakulást kíséri az felszabadulását vagy felszívódását a hő.
Kristályosítás fémek. A kristályosítást az említett fém képződő kristályok fémek (és ötvözetek) való átmenetnél folyadék szilárd (primer kristályosodás). Átkristályosítás egy módosítás a másikra, mialatt a hűtés a megszilárdult fém az úgynevezett másodlagos kristályosodás. A kristályosítási folyamat legkönnyebb fém nyomot a számláló idő és a termoelektromos hőmérővel, amely 2 millivoltméter csatlakozik a hőelem. Egy hőelem (két eltérő huzalvég forrasztott) merítjük az olvadt fém. A kapott termikus áram arányos ez a fém hőmérséklete, és a nyíl millivoltméter eltér, jelezve, hogy a hőmérséklet a speciálisan fokozatú skála.
Pirométer leolvasást regisztrálni idővel, és a kapott adatokat az épület hűtési görbék koordinátákat -time hőmérsékleten.
A megfelelő hőmérséklet bármilyen, konverziós a fém, az úgynevezett kritikus pont.
Ábra. A 8A ábrán látható görbe akkor kapunk, ha a fém melegítjük. Itt egy vízszintes része (ab) jelzi a kritikus helyen tnjl olvad. Pont megfelel a tetejére olvad b - olvadás végéig.
Ábra. 7. Az áramkör változó fém hőmérséklete termoelektromos pirométer
Plot ab jellemzi változatlanságát hőmérséklet az idő alatt tovább melegítjük. Ez azt mutatja, hogy a termikus energiát fordít belső konverzió, hogy a fém, ebben az esetben, az átalakítás a tömör fém egy folyadék (látens hő olvadás).
Lehűléskor az átmenetet a folyadék szilárd állapotban kíséri a kialakulását kristályrács, m. E. kristályosítás.
Ábra. 8. A fűtési görbe (a) és hűtési (b - nincs hurkok - egy hurok) fém
Egyes fémek túlhűtés (tnx - TNP) nagyon nagy (antimon, például 40 °), és olyan hőmérsékleten, túlhűtés TNP gyorsan egyszer a kristályosodás megkezdődik, amelynek hatására a hőmérséklet hirtelen emelkedik majdnem tnjl. Ebben az esetben, egy hurok van kialakítva a grafikonon a termikus hiszterézis Isa.
Amikor a megszilárdulás és a allotropic átalakulás a fém kezdetben képződött kristályosodási központok, amely körül a atomcsoportok képező mindenkori kristályrácsban.
Így, a kristályosodási folyamat két szakaszból áll: a gócképződés és kristálynövekedés.
Mind a kristályokat kialakuló kristálylapok véletlenszerűen orientált, továbbá, a kristályokat lehet forgatni, ha az elsődleges kristályosítással, mivel ezek körül a folyadék. Szomszédos kristályok nőnek egymás felé és azok ütközés pont határozza meg határait, a kristályok (szem).
Az amorf anyagok a hűtési görbék simák, és anélkül, platformok és szegélyek; Ez érthető, hogy ezek az anyagok allotrópia nem lehet.
A kristályosodás a vas. Tekintsük példaként a megszilárdulás folyamatot, és a kritikus pont a vas, lényeges technikai fém.
Ábra. A 9. ábra a hűtési és fűtési görbe a tiszta vas. Vas-on olvad 1539 °. A jelenléte kritikus pontok alacsonyabb hőmérsékleteken azt mutatja, hogy a vas több allotropic módosítások a szilárd állapotban.
Kritikus pontok vas átalakulások betűvel jelöljük A, levél tulajdonított - melegítés és R betűt - lehűlés; indexek 2, 3 és 4 való megkülönböztetésére szolgálnak allotropic transzformációs egymástól (index 1 van fenntartva, hogy jelezze a állapotváltozások a diagramon Fe-Fe3C.
Ábra. 9. görbék hűtés és fűtés a vas
Alatti hőmérsékleten 768 ° vas rendelkezik mágneses tulajdonságokkal és egy kristályrács központú kocka. Ez a módosítás az úgynevezett a-vas: melegítve olyan ponton Aa válik nemmágneses módosítás P-vas.
A kristály szerkezete nem változott (a modern koncepciók mágneses Transzformáció kapcsolódik változások a külső elektronikus kagyló atomok), és ezért a p-vas is nevezik A-nemmágneses vas.
AC3 pont 910 ° F-vas (és nem mágneses vas) mozog y-vas, amelynek kristályrács granetsen frissítése-kocka.
Pontban AC4 hőmérsékleten 1401 ° vasaló belép a b-vas, és a kristályrácsban a felújított granetsen-frissítés kockát középpontos köbös.
Hűtés után kerül sor az azonos átmenetek, csak fordított sorrendben.
Ezen transzformációk legnagyobb gyakorlati jelentősége az átalakulási pontja A3 egyaránt melegítés és hűtés közben.
y-vas képes feloldani legfeljebb 2% szén-hőmérsékleten 1130 °; egy-Vas - akár 0,025% át 723 °, és csak 0,006%, 0 °. Tulajdonság a vas-oldó jelentős mennyiségű szén előállítására használják egy sor művelet termikus és termokémiai feldolgozás.
Conversion pont A3 megváltozása miatt a mennyiség, mivel a kristályrács sűrűsége nagyobb, mint a sűrűsége a vas-to-vas rács.