Сиб. ГТУ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ – наука, изучающая взаимосвязь электронного строения, структуры, состава и свойств конструкционных материалов, а также закономерности их изменения под воздействием внешних факторов.
Сиб. ГТУ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Сиб. ГТУ
Сиб. ГТУ ЛЕКЦИЯ № 1 АТОМНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ План лекции 1. Понятие о металлах и сплавах 2. Пространственная кристаллическая решетка: сущность, основные типы и характеристики 3. Анизотропия кристаллов 4. Аллотропия (полиморфизм) металлов 5. Дефекты кристаллического строения металлов и сплавов Автор: к. п. н. , доц. Гиннэ С. В.
Сиб. ГТУ 1 Понятие о металлах и сплавах 1. 1 Понятие «металл» "Металл – это светлое тело, которое ковать можно" М. В. Ломоносов
Сиб. ГТУ 1. 1 Понятие «металл» МЕТАЛЛЫ – вещества, обладающие в нормальных условиях: üметаллическим блеском ü непрозрачностью üвысокими: §электропроводностью §теплопроводностью §пластичностью.
Сиб. ГТУ 1. 1 Понятие «металл» МЕТАЛЛЫ – (если их получают обычным способом) поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких (размером от 1000 до 0, 1 мкм), различно ориентированных по отношению друг к другу зерен (кристаллитов).
Сиб. ГТУ 1. 1 Понятие «металл» Схема кристаллизации металла
Сиб. ГТУ 1. 1 Понятие «металл» Микроструктура технического железа
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» СПЛАВ – металлический конструкционный материал, получаемый путем сплавления в жидком, спекания в порошкообразном, осаждения в газообразном состоянии (крайне редко) металла с другими металлами или неметаллами с последующей кристаллизацией при охлаждении комнатной температуры. до
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» Сплав Pb–Sb Высокопрочный чугун
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» 1. 2. 1 Исходныекомпоненты сплава – химические элементы, образующие сплав.
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» 1. 2. 2 Основныекомпоненты сплава – химические элементы, количественно преобладающие в сплаве (как правило, два).
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» 1. 2. 3 Легирующие компоненты сплава – химические элементы, специально вводимые сплав для придания ему нужных свойств. Легирующий (лат. ) – облагораживающий
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» 1. 2. 4 Расплав – однородный жидкий раствор исходных компонентов, из которого в процессе кристаллизации сформируется сплав.
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» 1. 2. 5 Фаза – однородная часть сплава, имеющая определенный химический состав, кристаллическое строение, агрегатное состояние и свойства, и отделенная от остальных частей сплава поверхностями раздела, при переходе через которые состав, структура и свойства сплава изменяются скачкообразно.
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» 1. 2. 6 Химический состав сплава – концентрация исходных компонентов.
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» 1. 2. 7 Фазовыйсостав сплава – вид и соотношение фаз, которые образуются в сплаве при взаимодействии его исходных компонентов.
Сиб. ГТУ 1. 2 Понятие «сплав» 1. 2. 8 Структурасплава (внутреннее строение – форма, размер и характер взаимного расположения фаз в сплаве.
Сиб. ГТУ 2 Пространственная кристаллическая решетка 2. 1 Сущность феномена «пространственная кристаллическая решетка»
Сиб. ГТУ Пространственная кристаллическая решетка – воображаемая пространственная сетка, в узлах которой в строго определенном геометрическом порядке располагаются атомы (ионы), образующие твердое кристаллическое тело.
Сиб. ГТУ 2 Пространственная кристаллическая решетка Элементарная кристаллическая ячейка – минимальный объем кристаллического тела, в котором обнаруживается закономерность расположения атомов и трансляцией которого во всех трех измерениях можно полностью воспроизвести кристаллическую решетку данного тела.
Сиб. ГТУ 2. 2 Основные виды кристаллических решеток 2. 2. 1 Объемоцентрированная кубическая кристаллическая решетка (ОЦК)
Сиб. ГТУ 2. 2. 1 Объемоцентрированная кубическая кристаллическая решетка • Feα при температурах до Такой тип 9110 С кристаллической решетки имеют: • Feδ при температуре свыше 13920 С • хром (Cr) • ванадий (V) • молибден (Мо) • вольфрам (W) • ниобий (Nb) • тантал (Та) и др.
Сиб. ГТУ 2. 2 Основные виды кристаллических решеток 2. 2. 2 Гранецентрированная кубическая кристаллическая решетка (ГЦК)
Сиб. ГТУ 2. 2. 2 Гранецентрированная кубическая кристаллическая решетка Такой типпри температурах от 9110 С • Fe кристаллической решетки имеют: γ 13920 С • свинец (Pb) • алюминий (Al) • медь (Cu) • никель (Ni) • серебро (Ag) • платина (Pt) • золото (Au) и др. до
Сиб. ГТУ 2. 2 Основные виды кристаллических решеток 2. 2. 3 Гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка (ГПУ)
Сиб. ГТУ 2. 2. 3 Гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка Такой тип кристаллической решетки имеют: • магний (Mg) • цинк (Zn) • кадмий (Cd) • α–титан (Tiα) • бериллий (Be) • гафний (Hf) • рений (Re) и др.
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 1 Узлы кристаллической решетки – точки пересечения ребер кристаллической решетки, в которых располагаются атомы или вершины элементарных ячеек
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 2 Параметр (период) кристаллической решетки – расстояние между центрами атомов, находящихся в соседних узлах (вершинах) решетки
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 3 Пустоты кристаллической решетки – свободное пространство между атомами ГЦК решетка тетраэдрическая октаэдрическая
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 4 Плотность кристаллической решетки – объем, занятый атомами Характеризуется: § координационным числом § базисом решетки § коэффициентом компактности решетки
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 5 Координационное число (К) – число атомов, находящихся на равном наименьшем расстоянии от данного атома
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 5 Координационное число КОЦК = 8 КГЦК = 12 КГПУ = 12
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 6 Базис кристаллической решетки – количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 6 Базис кристаллической решетки Базис ОЦК решетки равен: 1/8 ∙ 8 + 1 = 2 (атома) Базис ГЦК решетки равен: 1/8 ∙ 8 + 1/2 ∙ 6 = 4 (атомов) Базис ГПУ решетки равен: 1/6 ∙ 6 + 1/2 ∙ 2 + 3 = 6 (атомов)
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 7 Коэффициент компактности (η) – отношение объема атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку, ко всему объему элементарной ячейки
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 7 Коэффициент компактности
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 7 Коэффициент компактности где R – радиус атома (иона) n – базис решетки V – объем элементарной ячейки
Сиб. ГТУ 2. 3 Основные характеристики кристаллической решетки 2. 3. 7 Коэффициент компактности ηОЦК = 0, 68 ηГЦК = 0, 74 ηГПУ = 0, 74
Сиб. ГТУ 3 Анизотропия кристаллов – неоднородность физико – механических свойств кристаллов в различных кристаллографических направлениях
Сиб. ГТУ 3 Анизотропия кристаллов Изотропия – одинаковость физико – механических свойств кристаллов в различных кристаллографических направлениях
Сиб. ГТУ 4 Аллотропия (полиморфизм) металлов Способность металла иметь различные кристаллические решетки при разных внешних условиях
Сиб. ГТУ 4 Аллотропия (полиморфизм) металлов ПОЛИМОРФИЗМ (в пер. с лат) М Н О Г О + О Б Р А З = МНОГООБРАЗИЕ
Сиб. ГТУ 4 Аллотропия (полиморфизм) металлов Аллотропическое (полиморфное) превращение (перекристаллизаци – процесс изменения пространственной кристаллической решетки твердого тела под воздействием внешних факторов
Сиб. ГТУ 4 Аллотропия (полиморфизм) металлов МОДИФИКАЦИЯ – различные аллотропические (полиморфные) состояния одного и того же металла формы Аллотропические обозначаются буквами греческого алфавита ( , , и т. д. ), начиная с той формы, которая существует при более низкой температуре
Сиб. ГТУ 4 Аллотропия (полиморфизм) металлов Аллотропическое превращение железа Feα 911 С ОЦК, а = 2, 87 Å Feγ 1392 С ГЦК, а = 3, 65 Å Feδ ОЦК, а = 2, 93 Å
Сиб. ГТУ 4 Аллотропия (полиморфизм) металлов График полиморфных превращений железа
Сиб. ГТУ 5 Дефекты кристаллического строения По геометрическим признакам точечные линейные поверхностные объемные
Сиб. ГТУ 5 Дефекты кристаллического строения 5. 1 Точечные дефекты Малы во всех трех измерениях, их размеры не превышает нескольких атомных диаметров. Вызывают местное искажение кристаллической решетки и, в определенной мере, влияют на физические свойства.
Сиб. ГТУ 5. 1 Точечные дефекты вакансии(дефекты. Шоттки) межузельные атомы (дефекты Френкеля) чужеродные (примесные) атомывнедрения и замещения
Сиб. ГТУ 5. 1 Точечные дефекты 5. 1. 1 Вакансия – узел кристаллической решетки, в котором отсутствует атом основного металла. Чаще всего образуются в результате перехода атома из узла решетки на поверхность или полного испарения с поверхности кристалла и реже в результате перехода атома в междоузелие.
Сиб. ГТУ 5. 1 Точечные дефекты 5. 1. 2 Межузельный атом – атом основного металла, сместившийся из узла кристаллической решетки в позицию между узлами (междоузелие ).
Сиб. ГТУ 5. 1 Точечные дефекты 5. 1. 2 Чужеродный атом – атом другого элемента, находящийся как в узлах, так и в междоузлиях кристаллической решетки основного металла.
Сиб. ГТУ 5 Дефекты кристаллического строения 5. 2 Линейные дефекты Имеют малые размеры в двух измеренияхи большую протяженность в третьем. Искажают кристаллическую решетку и влияют на механические свойства сплава.
Сиб. ГТУ 5. 2 Линейные дефекты ряд (цепочка) вакансий ряд (цепочка) межузельных атомов дислокации
Сиб. ГТУ 5. 2 Линейные дефекты Дислокация – граница между участком кристалла, где скольжениеуже произошло, и участком плоскости скольжения, в котором скольжение еще не произошло. Является основным видом линейных дефектов, образующийся в результате сдвига одной части кристалла относительно другой.
Сиб. ГТУ 5. 2 Линейные дефекты 5. 2. 1 Краевая дислокация – искажение кристаллической решетки, вызванное наличием «лишней» атомной полуплоскости (экстраплоскости). Край экстраплоскости, перпендикулярный направлению сдвига, и является краевой дислокацией – (PQ).
Сиб. ГТУ 5. 2 Линейные дефекты 5. 2. 2 Винтовая дислокация – край экстраплоскости параллельный направлению частичного (неполного) сдвига атомных слоёв, нарушающего их параллельность. В отличие от краевой дислокации дислокация и вектор сдвига параллельны. винтовая
Сиб. ГТУ 5. 2 Линейные дефекты 5. 2. 2 Винтовая дислокация Кристалл как бы закручивается винтом вокруг линии дислокации EF. Она отделяет ту часть плоскости скольжения, где сдвиг уже завершился, от той части, где сдвиг еще не происходил.
Сиб. ГТУ 5. 2 Линейные дефекты 5. 2. 3 Смешанная дислокация – образуется при объединении краевой и винтовой дислокаций.
Сиб. ГТУ 5 Дефекты кристаллического строения 5. 3 Поверхностные дефекты Имеют малую толщину и значительные размеры в двух других измерениях. Обычно это местастыкадвух участков решетки. кристалли-ческой
Сиб. ГТУ 5. 3 Поверхностные дефекты большеугловые (высокоугловые) границы малоугловые границы дефекты упаковки границы двойников границы раздела фаз
Сиб. ГТУ 5. 3 Поверхностные дефекты 5. 3. 1 Большеугловые (высокоугловые) границы – границы зерен, т. е. переходный слой между зернами.
Сиб. ГТУ 5. 3 Поверхностные дефекты 5. 3. 2 Малоугловые границы – границы между соседними субзернами , т. е. границы фрагментов внутри зерна
Сиб. ГТУ 5. 3 Поверхностные дефекты 5. 3. 2 Малоугловые границы Субзерно – часть зерна, размеромот 10 -4 до 10 -5 см относительно правиль-ного строения, а его граница – стенки дислокаций разделяю, щие зерно на отдельные субзерна.
Сиб. ГТУ 5. 3 Поверхностные дефекты 5. 3. 2 Малоугловые границы Если угол взаимной разориентации между соседними субзернами невелик (α < 50), то такие границы называются малоугловым.
Сиб. ГТУ 5. 3 Поверхностные дефекты 5. 3. 3 Дефекты упаковки – часть атомной плоскости, ограниченнаядислокациями, в пределах которой нарушен нормальный порядок чередования атомных слоев.
Сиб. ГТУ 5. 3 Поверхностные дефекты 5. 3. 4 Границы двойников – границы между разориентиро ванными участками зерна с закономерно измененной ориентацией кристаллической структуры (границы блоков внутри фрагментов).
Сиб. ГТУ 5. 3 Поверхностные дефекты 5. 3. 5 Границы раздела фаз в сплавах и включений в гетерогенных материалах.
Сиб. ГТУ 5 Дефекты кристаллического строения 5. 4 Объемные дефекты Имеют значительные размеры во всех трех измерениях. Это дефекты макроуровня , являющиеся неисправимым браком.
Сиб. ГТУ 5. 4 Объемные дефекты поры газовые пузыри неметаллические посторонние включения микротрещины и др.
Скачать презентацию Сиб ГТУ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ наука изучающая взаимосвязь электронного
Презентация Lection 1.ppt