1.1. Кристаллическое строение металлов

Характерные признаки металлического состояния . Металлический тип связи. Понятия о кристаллической решетке и элементарной ячейке. Основные типы кристаллических решеток металлов. Явление полиморфизма. Анизотропия свойств кристаллов.

Дефекты кристаллического строения металлов (ДКС). Точечные ДКС: вакансии, межузельные атомы. Дислокации: краевые, винтовые, криволинейные. Поверхностные ДКС: границы зерен и субзерен. Влияние ДКС на свойства металлов.

Методические указания

Уясните характерные свойства металлов, отличающие их от неметаллов. Обратите внимание на то, что металлы характеризуются особым типом межатомной связи, называемым металлическим.

Металлы имеют плотноупакованные кристаллические решетки: кубическую объемно-центрированную (ОЦК), кубическую гранецентрированную (ГЦК), гексагональную плотноупакованную (ГПУ). Уясните, какими величинами характеризуются решетки (периоды, координационное число, базис решетки, плотность упаковки и т.д.). Явление полиморфизма рассмотрите на примере железа.

В реальных металлах нет идеально правильного расположения атомов во всем объеме кристалла, т.е. в них всегда имеются дефекты кристаллического строения. Необходимо знать основные виды ДКС и влияние их на свойства металлов. При этом особое внимание следует уделить дислокациям.

1.2. Кристаллизация металлов

Термодинамические основы, механизм и кинетика кристаллизации чистых металлов. Самопроизвольное и несамопроизвольное образование зародышевых центров. Рост зародышей. Форма и размер кристаллов. Модифицирование жидкого металла. Строение слитка. Аморфные металлы (особенности строения, способы получения, физические и механические свойства).

Методические указания

Первичная кристаллизация происходит путем возникновения в исходной (жидкой) фазе небольших объемов новой (твердой) фазы, называемых зародышевыми центрами, и их последующего роста. Размер кристаллов (зерен) при затвердевании, который определяется соотношением количества возникающих зародышей и скорости их роста, оказывает большое влияние на свойства металлов. В большинстве случаев металл должен иметь мелкозернистое строение. Уясните, какие факторы влияют на размер зерна литого металл, и какими практическими методами можно регулировать величину зерна при кристаллизации.

1.3. Деформация и разрушение металлов

Упругая деформация. Закон Гука. Модуль нормальной упругости.

Механизмы пластической деформации (скольжение и двойникование). Особенности пластической деформации поликристаллов. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. Явление наклепа.

Процессы, происходящие при нагреве деформированного металла: возврат (отдых и полигонизация), рекристаллизация (первичная. собирательная и вторичная). Влияние нагрева на свойства наклепанного металла. Факторы, определяющие размер рекристаллизованного зерна. Холодная и горячая пластическая деформация.

Вязкое и хрупкое разрушения металлов. Механизм разрушения. Явление хладноломкости металлов. Температурный порог хладноломкости.

Методические указания

Пластическая деформация в монокристаллах может проходить путем скольжения и двойникования. Необходимо знать плоскости и направления скольжения в ОЦК, ГЦК и ГПУ решетках, а также дислокационный механизм скольжения. В поликристаллических металлах пластическая деформация начинается не одновременно во всех зернах. Уясните, с чем это связано и к чему приводит. Особое внимание уделите влиянию пластической деформации на структуру металлов и явлению наклепа.

Необходимо знать сущность и различие процессов возврата и рекристаллизации: при возврате микроструктура деформированного металла остаётся без изменений (сохраняется волокнистое строение), а при рекристаллизации образуются новые равноосные зерна. Обратите внимание на способы регулирования величины рекристаллизованного зерна и принципиальную разницу между холодной и горячей пластической деформацией.

При изучении разрушения металлов особое внимание обратите на хрупкое, как наиболее опасное, а также явлению хладноломкости металлов.