С. А. Вологжанина, А. Ф. Иголкин материалтану оқУ ҚҰралы
Металлдардың кристаллдық құрылымы
жүктеу/скачать 8,95 Mb. Pdf көрінісі
|
6 Вологжанина Материалтану. Оқулық
| 2.2.
Металлдардың кристаллдық құрылымы Металлдар мен қорытпалардың жалпы қасиеттері – олардың кристаллдық құрылымы, атомдық кеңістікте орналасуын сипаттайды. Атомдық – кристаллдық құрылымды сипаттау үшін кристаллдық торлар пайдаланылады, торлар мен иондар (атомдар) кеңістік түйіндерінде болады. Атомдық – кристаллдың құрылымы көлемдерінің периодты түрде қайталанбауы жəне бір элементтік ұяшық – барлық үш өлшемде қайталанатын ұяшықтары суретте кескінделген. Мұның ең кіші көлемі туралы хабар тарату арқылы кристаллдың құрылымын көруге болады (сурет 2.1). Кристалдағы элементарлық бөлшектер (атомдар, иондар) тиюге дейін жақындайды. Кеңістіктегі суреттерді тірек сызбалармен ауыстыруды жеңілдету үшін, бөлшектердің ауырлық центрі нүктелермен көрсетілген. Түзу cызықтардың қиылысу нүктелерінде атомдар орналасқан; оларды тордың тораптары деп атайды. Атом центрлерінің арасындағы a , B жəне c көршілес тордың тораптарда орналасқан атомдар, оларды параметрлер немесе торлардың периодтары деп атайды. Олардың металлдардағы ұзындығы шамамен 0,1...0,7 нм, элементарлы ұяшықтардың өлшемі 0,2.0,3 нм. 2.2 суретте кристаллдық торлардың үш түрлі элементарлы ұяшықтары, металлдар үшін көптеген сипаттамалары көрсетілген: Сурет 2.1. Кристаллдық торлардың a,b, c параметрлері 42 Сурет 2.2. Металлдардың кристалдық торларының элементарлы ұяшықтарының типтері жəне оларға атомдарды орау сызбалары: а —кубикті көлемді –орталықтандырылған; б — кубикті шекті орталықтандырылған; в — гексагональдік тығыз оралған тор кубикті көлемді-орталықтандырылған (ККО), кубикті шекті орталықтандырылған (КШО) жəне гексагональдік тығыз оралған (ГТО), сондай-ақ оралған атомдардың сызбалары. ККО- торларында атомдар кубтың жоғарғы жағында орналасқан, ал бір атом — оның көлемінің ортасында (2.2 сурет, а). КШО-торларында кубтың жоғарғы жағында жəне əр шекараның ортасында (2.2 сурет, б) орналасқан. ГТО-торларында атомдар жоғары жағында жəне негізінен алтыжақты призманың ортасында, ал үш атом – призма жазықтығының ортасында орналасқан (2.2 сурет, в). Кейбір металлдар əр түрлі температурада түрлі кристаллдық торлы болуы мүмкін. Металлдардың əр түрлі кристаллдық формаларға ену қабілеттерін полиморфизм деп атайды. Төмен температурадағы тұрақтылығы, индекспен бірге (мысалы, Fe a жəне a-Fe), b жоғарылығына байланысты, содан соң g жəне т.б. полиморфті түрлендіруді қабылдау белгіленген. Темірдің полиморфтікке айналуы белгілі: Fe a о Fe g (a-Fe о g-Fe), титан: Ti a о Ti g (a-Ti о g- Ti) жəне басқа элементтер. Бір кристалдық модификацияның басқаға ауысу температурасы полиморфтық өзгеру температурасы деп аталады. Полиморфті айналу кезінде кристалдық торлардың типтері мен формалары өзгереді – қайта кристалдану орын алады. Осылайша, 911 °С төмен болған кезде a-темір тұрақты, 911... 1 392 °С температуралық интервал арасында g-темір тұрақты болады. 911 °С жоғары қыздырған кезде ККО-торларының атомдар қайта құрылымдалады, КШО – торларын қалыптастырады. Полиморфизмге негізделген термиялық өңдеу құбылысы. Бір полиморфті формадан басқасына өзгеру кезіндегі қасиеттері, тығыздығы жəне сəйкесінше өнімнің көлемі өзгереді. Мысалы, g-темірдің тығыздығы а-темірдің тығыздығына қарағанда 3 %-ға артады. 43 ал нақты көлемі сəйкесінше азаяды. Бұл өзгерістерді термиялық өңдеулер кезінде ескеру керек. Полярлық экспедиция кезінде ағылшын зерттеушісі Роберт Скоттың қайтыс болуына байланысты қандай да бір себептермен қалайы пайда болды. Керосинге толы канистр қалайымен тығыздалған. Төмен температурада полиморфты өзгеру кезінде иілгіш ақ қалайы сұр ұнтақталған қалайыға өзгерді. кспедицияның қайтар жолында отын төгіліп, жанармайсыз қалды. Ақ қалайының сұрға өзгеруін қалайы обасы деп атайды. Физика – химиялық зерттеулерде табиғаттың бұл құбылысы олармен күресудің түрлі мүмкіндіктерін берді. Қалайыға висмут, қорғасын жəне сурьма сияқты элементтерді қосу, қалайының қалайы обасына сезімталдығына қарсы əрекет етеді. Металлдардың кристалдық торларының негізгі типтері 2.1 жəне 2.2.кестесінде келтірілген. Материалдардың қасиеттері олардың арасындағы əрекеттесу күштерінен тұратын атомдардың табиғатына байланысты. Аморфты материалдар атомдардың хаотикалық орналасуларымен сипатталады. Сондықтан олардың əр түрлі бағыттағы қасиеттері бірдей, басқаша айтқанда, аморфты материалдар изотропты болып табылады. Кристалды материалдарда түрлі кристалдыграфикалық бағыттардағы атомдардың арақашықтығы əртүрлі. Мысалы, кубтың шегі арқылы өтетін ККО-торларында кристалдыграфиканың тығыздығында бір ғана атом болады, өйткені төрт атом көрші элементарлы ұяшықтарда біруақытта орналасады: (1/4) • 4 = 1. Дəл осы уақытта жазықтықтағы кубтың диагоналінде арқылы өтетін екі атом болады: 1 + (1/4) • 4 = 2. Атомдардың тығыздығы бірдей болмағандықтан əр түрлі бағыттағы кристаллдардың əртүрлі қасиеттері бақыланады. Кристалдардың түрлі қасиеттері тестілеу бағытына байланысты анизотропия деп атайды. Әр түрлі бағыттарда физика – химиялық жəне механикалық қасиеттердің айырмашылықтары өте маңызды болуы мүмкін. Екі өзара перпендикуляр бағыттағы кристаллдардың температурасының сызықтық коэффициентінің (ТСКК) айырмашылығы 3 – 4 есе, ал темір кристалдың төзімділігі – 2 еседен артық екендігі өлшенді. Анизотроптық қасиеттер жеке кристалдар үшін немесе монокристалдар үшін сипатталады. Көптеген əдеттегі жағдайда қатайтылған құйылған техникалық металлдар, поликристалдық құрылымға ие. Мұндай металлдар көп санды кристаллдардан немесе ноқаттардан тұрады. (2.3 сурет, а). Сонымен қатар əрбір жеке ноқат анизотропты. Жеке ноқаттардың əртүрлі бағыттары, жалпы, поликристалды металдың қасиеттері орташаланған екендігіне əкеледі. Поликристалдық дене квазиизотроптығымен сипатталады — сынақ бағыттарының қасиеттеріне тəуелсіз болып көрінетін. 44 |