Реферат
на тему: «Кристаллическая решетка металлов. Теоретическая прочность металлов »
Выполнил: Петренко В.Г.
Гр. ПГВ 18 – 2/18
2018 г.
Кристаллическая решетка металлов
Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка. Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.
Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл. Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются:
· размеры ребер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решетки – расстояния между центрами ближайших атомов (в одном направлении выдерживаются строго определенными);
· углы между осями (α, β, χ);
· координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке;
· базис решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки;
· плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной кубической решетки – 0,74).
·
Схема кристаллической решетки
Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве».
Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа:
· примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;
· базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;
· объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;
· гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней.
Типы кристаллических решеток
а – объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая;
в – гексагональная плотноупакованная
Основными типами кристаллических решеток являются:
1. Объемно — центрированная кубическая (ОЦК) (рисунок 2, позиция а), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, Feα)
2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК) (рисунок 2, позиция б), атомы рассполагаются в вершинах куба и по центру куждой из 6 граней (Ag, Au, Feγ)
3. Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:
- простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);
- плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).
Теоретическая прочность материалов
Прочность – это свойство твердых тел сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под воздействием внешних сил. Поэтому увеличению прочности придают первостепенное значение, стремясь одновременно обеспечить и достаточную пластичность.
Техническая прочность металлов значительно меньше теоретической. Фактическая прочность уменьшается главным образом вследствие наличия в металле несовершенств.
К наиболее прогрессивным методам упрочнения относят легирование, термическую и термомеханическую обработки, деформационное упрочнение и др. Прочность металлов может быть повышена за счет создания бездефектных структур. После термической обработки (закалки) стали ее твердость увеличивается в 2,5-3 раза.
Повысить прочность металла – значит, продлить жизнь машин, оборудования, уменьшить их массу, улучшить надежность, повысить долговечность, экономичность и снизить металлоемкость.
Методы повышения прочности металлических материалов:
· Легирование;
· Термическая обработка;
· Химико-термическая обработка;
· Пластическое деформирование;
· Термомеханическая обработка;
· Композиционные и многослойные материалы;
· Порошковые и гранулированные материалы.
Для упрочнения сплавов в последнее время используют такие методы, как ультразвуковая обработка, магнитная обработка, облучение частицами высокой энергии, лазерная обработка, высокие давления и т.д.
Одним из путей повышения прочности является получение композиционных и многослойных материалов, а также получение материалов методами порошковой металлургии. По прогнозам материаловедов в ближайшие годы будут созданы специальные сплавы и стали с пределами прочности 3500-6000 МПа, а легкие сплавы – 1000-1500 МПа, что значительно приблизит их техническую прочность к теоретической.