Свойства металлов и построение кривых охлаждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Свойства металлов и построение кривых охлаждения

металл атом кристаллический кристаллографический

1. Строение металлов

Из 106 элементов периодической системы Д. И. Менделеева 82 элемента относятся к металлам. Металлы и сплавы -- это твердые кристаллические вещества.

Характерной особенностью кристаллического состояния вещества является правильное, закономерное расположение атомов (рис. 1) в пространстве. У металлов и сплавов атомы в кристалле расположены в строго определенном порядке и образуют так называемую пространственную решетку, в узлах которой находятся положительно заряженные ионы, а между ними перемещаются свободные электроны.

Металлы легко вступают во взаимодействие е неметаллами, отдавая валентные электроны. Это объясняется тем, что у металлов все валентные электроны непрочно связаны с ядром и количество их невелико.

Рис. 1. Расположение атомов в кристаллографической плоскости

Эти же свойства металла лежат и в основе электропроводности, так как электроны, заряженные отрицательно, создают ничтожную разность .потенциалов, что обеспечивает :их перемещение к положительно заряженному полюсу и тем самым появлению электрического тока. Таким образом, слабая связь валентных электронов с ядром определяет физические и химические свойства металлов.

Металлы, как правило, хорошо проводят электричество и теплоту, обладают характерным металлическим блеском, непрозрачны, пластичны. Такими же свойствами обладают и металлические сплавы -- более сложные вещества, состоящие из нескольких элементов, как металлов, так и неметаллов.

Рис. 2. Простая кубическая элементарная решетка

Все металлы условно подразделяют на черные и цветные. К черным металлам относят железо и сплавы «а основе железа. К цветным металлам относят медь, никель, цинк, свинец, алюминий, магний, титан и др.

Расположение атомов в кристалле условно можно изображать различными схемами, но чаще всего в виде пространственных, так называемых элементарных кристаллических ячеек, многократным повторением которых можно воспроизвести пространственную кристаллическую решетку. Расстояние между атомами в кристаллической решетке называют параметрами решетки и обозначают а и с. Они измеряются е ангстремах А (1А = 10-8 см). Простейшей элементарной кристаллической решеткой является простая кубическая решетка с параметром а (рис. 2). Для металлов наиболее распространены типы кристаллических решеток (рис. 3, а--в): а -- кубическая объемно-центрированная, которую имеют W, Мо, V, Сr, Fе?; б -- кубическая гранецентрированная, которую имеют Рb, Fe?, А1, Сu, Ni; в -- гексагональная плотноупакованная, которую имеют Ti?, Mg, Zn, Be. В перечисленных решетках каждый атом окружен максимальным геометрически допустимым числом атомов, соответствующим плотнейшей упаковке шаров одного и того же размера.

Рис. 3. Элементарные кристаллические решетки чистых металлов

Рис. 4. Простая тетрагональная решетка

Рис. 5. Кристаллические плоскости в кубической объемно-центрированной решетке

Некоторые металлы, например олово, индий, галлий, имеют тетрагональную решетку с параметрами а и с (рис. 4), которая в зависимости от расположения атомов в пространстве (как кубическая) может быть простой, объемно- и гранецентрированной.

Для металлов характерным свойством является анизотропия, т. е. неодинаковость свойства кристалла в разных кристаллографических направлениях. Объясняется это тем, что кристаллические плоскости а и б, например, в кубической объемно-центрированной решетке заполнены атомами с различной плотностью (рис. 5).

2. Построение кривых охлаждения

Рис. 6. Схема определения температуры плавления металла

Для определения температуры плавления металла или сплава, выяснения процессов кристаллизации применяют термический метод анализа. В огнеупорный тигель 5 (рис. 6), содержащий расплавленный металл 4, погружают термопару 3 (две сваренные с одного конца проволоки из разных металлов), свободные концы которой присоединяют к гальванометру 2. При нагревании сваренного конца термопары, т. е. при разнице температур горячего спая и двух холодных концов, в ней возникает э.д.с., ток которой пропорционален температуре металла, и стрелка гальванометра, отклоняясь, будет показывать температуру металла по градуированной шкале / гальванометра. Если охлаждать расплавленный металл и измерять по гальванометру температуру, записывая ее изменение через определенные промежутки времени, можно получить данные, по которым строят кривые охлаждения металла в координатах температура -- время.

Если в металле при определенной температуре происходит какое-либо превращение, то такая температура называется критической точкой.

Литература

1. Малахов А.И., Жуков А.П. Основы металловедения и теории коррозии: Учебник для машиностроительных техникумов - М.: Высшая школа, 1978. - 192 с., ил.

Размещено на Allbest.r