Статья: «Кристаллическое строение металлов»

Статья на тему :Кристаллическое строение металлов


Выполнил
Студент 2 курса
Корнев Григорий Валерьевич
(руководитель Тюнина Надежда Яковлевна Преподаватель высшей
Классификационной
Категории)Содержание:
Введение
Кристаллическая решетка
Реальные металлы
Дмитрий  Иванович  Менделеев
Павел Петрович
Аносов
У металлов  электроны на внешних оболочках имеют слабую связь с ядром, легко отрываются и могут свободно перемещаться между положительно заряженными ядрами. Следовательно, в металле положительно заряженные ионы окружены коллективизированными электронами. Так как эти электроны подвижны аналогично  частицам  газа,  то используется  термин «электронный газ».
Металлургический тип связи характерен тем, что нет непосредственного соединения атомов друг с другом,  нет между ними прямой связи. Атомы в металлах размещаются закономерно, образуя кристаллическую решетку.
Кристаллическая решетка
-это мысленно проведенные в пространстве прямые линии, соединяющие ближайшие атомы и проходящие через их центры, относительно которых они совершают колебательные движения. В итоге образуются фигуры правильной геометрической формы - кристаллическая решетка.

Каждый атом принадлежит 8  кристаллическим решеткам. В аморфных телах с хаотическим расположением атомов в пространстве, свойства в различных направлениях одинаковы, а  в кристаллических телах расстояния между атомами в различных направлениях неодинаковы, поэтому различны и свойства. Тип кристаллической решетки зависит от металла, температуры и давления. Это используется при термообработке металлов для   упрочнения их.


Реальные металлы
-состоят из большого количества кристаллов, различно ориентированных в пространстве относительно друг друга. На границах зерен атомы кристаллов не имеют правильного расположения, здесь скапливаются примеси,  дефекты и включения. Экспериментально установлено , что внутреннее  кристаллическое  строение зерен не является правильным. В решетках имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связь между атомами и оказывают влияние на свойства металлов.
Имеются следующие несовершенства в кристаллических решетках:
Точечные:     а) Наличие вакансий, т. е. мест в решетке, не занятых атомами. Это происходит из-за смещения атомов от равновесного состояния. Число вакансий увеличивается с ростом температуры.

б) Дислоцированные атомы, т. е. атомы вышедшие из узла решетки и  занявшие место в междоузлии.
в) Приметные атомы, т.е. в основном металле имеются чужеродные примеси. Например,  в чугуне основными атомами являются атомы железа, а примесными- атомы углерода, которые или занимают место основного атома, или внедряются внутрь ячейки.

Поверхностные несовершенства, имеющие небольшую толщину при значительных размерах в двух других направлениях.    
Линейные несовершенства (цепочки вакансий, дислокаций и т. д.). Линейные дефекты малы в двух  направлениях и значительно большего размера в третьем.

Количество дефектов в металле оказывает существенное влияние на его прочность.
Повышение прочности с увеличением  плотности дислокаций выше их критического значения объясняется тем, что имеются не только параллельные, но и взаимопересекающиеся  (объемные) дислокации. Они препятствуют взаимному перемещению металла и, как результат, приводят к увеличению прочности металла.
Все современные способы упрочнения металлов (легирование, закалка, прокатка, ковка, штамповка, волочение и т.д.)  – это  увеличение количества дефектов в металле. Наивысшая  прочность,  которую можно получить путем увеличения  количества дефектов в металле , составляет около 1/3  от теоретически возможной (идеальной)  прочности.

Дмитрий  Иванович  Менделеев
систематизировал в  периодической  таблице химические элементы, что способствовало развитию многих вопросов металловедения (из известных  в то время  63 химических элемента 50 были  металлами).

Павел Петрович Аносов (1797…1851 г.)
Родоначальником металлургии является русский горный инженер, работающий в городе Златоусте на Урале. Он впервые применил световой микроскоп для изучения микроструктур металлов и нашел  секрет булатной стали, заложил основы легирования стали  (исследовал добавки золота, платины, хрома, марганца и других элементов  к стали).


Чернов, Дмитрий Константинович
Чернов совершил своё главное открытие в 1866—1868 годах. Он установил, что при изменении температуры сталь меняет свои свойства и проходит полиморфические превращения. Чернов вычислил точки, известные сейчас как Точки Чернова
Десять лет спустя, в 1879 году, Чернов опубликовал монографию «Исследования, относящиеся до структуры литых стальных болванок», в которой описал главные кристаллические структуры в стали и их влияние на характеристики болванок. Один из типов стальных кристаллов — дендритные — был назван в его честь[4].
Чернов внёс вклад в теорию процесса Сименса-Мартина, используемого при работе мартеновской печи. Он был одним из первых, кто предложил использовать чистый кислород при производстве стали (данная технология получила название конвертерного производства). Помимо этого он изучал возможные пути использования губчатого железа и поучаствовал в разработке стальных орудийных стволов, бронебойных снарядов, а также развитии зарождавшейся тогда авиации.[4]
Дмитрий Чернов был одним из ведущих специалистов по сталеплавильному производству своего времени. Он был почётным председателем Русского металлургического общества, почётным вице-президентом британского Института железа и стали, почётным членом американского Института горных инженеров и многих других русских и иностранных организаций[4].

Источник: Материаловедение :учебное пособие –Москва: ИД «ФОРРУМ» :Инфра-М, 2011.-368 с .:ил.-(Профессиональное образование).
Источник: Н.В. Храмцов. Металлы и сварка (лекционный курс)