Строение металлов

Цифры после букв у серого чугуна указывают на предел прочности при растяжении.

Чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, первая из которых характеризует предел прочности чугуна данной марки при растяжении, вторая - при изгибе (кг/мм2).

Сталь — сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2%. По сравнению с чугуном сталь обладает значительно более высокими физико-механическими свойствами. Она отличается высокой прочностью, хорошо обрабатывается резанием, ее можно ковать, прокатывать, закаливать. Кроме того, сталь в расплавленном состоянии жидкотекуча, из нее изготовляют различные отливки. Поэтому она широко применяется во всех областях народного хозяйства, особенно в машиностроении.

Сталь получают из передельного чугуна его переплавкой и удалением избытка углерода, кремния, марганца и других примесей и выплавляют в мартенах, электропечах и конверторах

https://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1.htm

Все вещества в твердом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение. В аморфном веществе атомы или молекулы расположены хаотично, в то время как в кристаллическом веществе — в строго определенном порядке, и каждая элементарная кристаллическая ячейка представляет собой пространственную геометрическую фигуру. Параметр крис­таллической ячейки измеряется в нанометрах (нм). Каждый металл имеет свою кристаллическую структуру и, следовательно, элементарную кристаллическую ячейку. Металлы, в основном, имеют 3 вида кри­сталлических решеток — кубические (объемно- и гранецентрированные) и гексагональные.

Объемноцентрированная кубическая решетка

Атомы расположены в центрах и вершинах кубов, плотно заполняющих пространство. Этой решеткой обладает железо (при не слишком высокой температуре), щелочные металлы, а также барий, ванадий, вольфрам, молибден, хром и др

Гранецентрированная кубическая решетка

Атомы расположены в центрах граней и вершинах кубов, плотно заполняющих пространство. Соответствует одной из возможных плотных упаковок шаров в пространстве. Этой решеткой обладает ряд металлов(алюминий, золото, медь, серебро, никель, платина и др.) ее образуют при конденсации инертные газы.

Гексагональная плотноупакованная решетка

Гексагональная плотноупакованная решетка, сокращенно ГПУ, отличается от простой гексагональной тем, что в центр объема каждой второй треугольной призмы помещен дополнительный узел. При этом весь кристалл оказывается составлен из правильных тетраэдров.

Все металлы имеют принадлежащую только им кристаллическую решетку, однако некоторые металлы (железо, олово, титан, цирконий, ко­бальт и др.) способны менять свою решетку в твердом состоя­нии при изменении температуры, т.е. подвергаться вторичной кристаллизации. Существование одного и того же металла в не­скольких кристаллических формах называется аллотропией, или полиморфизмом, а процесс изменения кристаллической решетки носит название аллотропического, или полиморфного превращения.

Все реальные кристаллические тела (металлы) имеют дефекты кристаллической струк­туры, что влияет на их свойства. Дефектами кристалла называют всякое нарушение трансляционной симметрии кристалла — идеальной периодичности кристаллической решётки. Различают несколько разновидностей дефектов по размерности. А именно, бывают нульмерные (точечные), одномерные (линейные), двумерные (плоские) и трёхмерные (объемные) дефекты.

К нульмерным (или точечным) дефектам кристалла относят все дефекты (вакансии), которые связаны со смещением или заменой небольшой группы атомов (собственные точечные дефекты), а также с примесями. Они возникают при нагреве, легировании, в процессе роста кристалла и в результате радиационного облучения. Могут вноситься также в результате имплантации. Свойства таких дефектов и механизмы их образования наиболее изучены, включая движение, взаимодействие, аннигиляцию, испарение.

Одномерные (линейные) дефекты представляют собой дефекты кристалла, размер которых по одному направлению много больше параметра решетки, а по двум другим — соизмерим с ним. К линейным дефектам относят дислокации и дисклинации. Общее определение: дислокация — граница области незавершенного сдвига в кристалле. Дислокации характеризуются вектором сдвига (вектором Бюргерса) и углом φ между ним и линией дислокации. При φ=0 дислокация называется винтовой; при φ=90° — краевой; при других углах — смешанной и тогда может быть разложена на винтовую и краевую компоненты. Дислокации возникают в процессе роста кристалла; при его пластической деформации и во многих других случаях. Их распределение и поведение при внешних воздействиях определяют важнейшие механические свойства, в частности такие как прочность, пластичность и др. Дисклинация — граница области незавершенного поворота в кристалле. Характеризуется вектором поворота.

Основной дефект-представитель этого класса — поверхность кристалла. Другие случаи — границы зёрен материала, в том числе малоугловые границы (представляют собой ассоциации дислокаций), плоскости двойникования, поверхности раздела фаз и др. Поверхностные дефекты. Это дефекты малы только в одном измерении. Они представляют поверхность раздела между отдельными зернами или субзернами в поликристаллическом металле; к ним относятся так же дефекты упаковки.
Поликристалл состоит из большого числа зерен, при этом в соседних зернах кристаллические решетки ориентированы различно. Границы между зернами называют большеугловыми, так как кристаллографические направления в соседних зернах образуют углы, достигающие десятков градусов.
Каждое зерно состоит из отдельных субзерен, образующие так называемую субструктуру. Субструктура разориентированы относительно друг друга от нескольких долей до единиц градусов – малоугловые границы

Объёмные дефекты. К ним относятся скопления вакансий, образующие поры и каналы; частицы, оседающие на различных дефектах (декорирующие), например пузырьки газов, пузырьки маточного раствора; скопления примесей в виде секторов (песочных часов) и зон роста. Как правило, это поры или включения примесных фаз. Представляют собой конгломерат из многих дефектов. Происхождение — нарушение режимов роста кристалла, распад пересыщенного твердого раствора, загрязнение образцов. В некоторых случаях (например, при дисперсионном твердении) объемные дефекты специально вводят в материал, для модификации его физических свойств

Диффузия. Под диффузией понимают перемещения атомов в кристаллическом теле на расстояния больше средних межатомных для данного вещества. Процесс перемещения атомов одного рода в чистых металлах или атомов основного компонента в сплавах, не связанный с изменением концентрации в разных объемах тела, называется самодиффузией. Перенос разнородных атомов в спла­вах или в металлах с повышенным содержанием примесей, со­провождающийся изменением концентрации, называется диффу­зией или гетеродиффузией