מבנה פנימי של מתכות וסגסוגות. מבנה המתכות. דיאגרמת מצב של סגסוגות ברזל-פחמן
שלח את העבודה הטובה שלך במאגר הידע הוא פשוט. השתמש בטופס למטה
סטודנטים, סטודנטים לתארים מתקדמים, מדענים צעירים המשתמשים בבסיס הידע בלימודיהם ובעבודתם יהיו אסירי תודה לכם.
פורסם ב- http://www.allbest.ru/
מבנה פנימי של מתכות וסגסוגות
1. מבנה אטומי של מתכות
2. פולימורפיזם. אניזוטרופיה
3. המבנה של גבישים אמיתיים ופגמי סריג קריסטל
1 . מבנה אטומי של מתכות
מתכות מאז ומתמיד תפסו מקום מיוחד במגוון עצום של חומרים המוכרים לאדם מאז ומעולם ונעשה בו שימוש נרחב בחייו וביצירתו.
אישור לכך: ובשמות התקופות (זהב, כסף, ברונזה, עידן ברזל), שאליהם חילקו היוונים את תולדות האנושות: ובממצאים ארכיאולוגיים של מוצרי מתכת (תכשיטי נחושת מזויפים, כלים חקלאיים); ובשימוש נרחב במתכות וסגסוגות בטכנולוגיה מודרנית.
הסיבה לכך היא בתכונות המיוחדות של מתכות, המבדילות אותן לטובה מחומרים אחרים והופכות אותן לבלתי ניתנות להחלפה במקרים רבים.
מתכות הן אחד ממעמדות החומרים המבניים המאופיינים במערך מסוים של תכונות:
· "ברק מתכתי" (רפלקטיביות טובה);
· פלסטיות;
· מוליכות תרמית גבוהה;
· מוליכות חשמלית גבוהה.
מאפיינים אלה נובעים מהמוזרויות של מבנה המתכות. על פי תורת המצב המתכתי, מתכת היא חומר המורכב מגרעינים חיוביים, שסביבם מסתובבים אלקטרונים באורביטלים. ברמה האחרונה, מספר האלקטרונים קטן והם קשורים בצורה חלשה לגרעין. לאלקטרונים אלו יש יכולת לנוע בכל נפח המתכת, כלומר. שייכים לאוסף שלם של אטומים.
לפיכך, פלסטיות, מוליכות תרמית ומוליכות חשמלית מסופקים על ידי נוכחות של "גז אלקטרונים".
כל המתכות שמתמצקות בתנאים רגילים הן חומרים גבישיים, כלומר, אריזת האטומים בהם מאופיינת בסדר מסוים – מחזוריות, הן בכיוונים שונים והן במישורים שונים. סדר זה מוגדר על ידי המושג של סריג קריסטל.
במילים אחרות, סריג קריסטל הוא סריג מרחבי דמיוני, שבצמתים שלו נמצאים חלקיקים היוצרים מוצק.
תא יחידה הוא אלמנט של נפח ממספר האטומים המינימלי, שההעברה המרובה שלו בחלל יכולה לבנות את הגביש כולו.
תא היחידה מאפיין את התכונות של מבנה הגביש. הפרמטרים העיקריים של הגביש הם:
איור 1.1. דיאגרמת סריג קריסטל
מידות הקצוות של תא היחידה. a, b, c - תקופות סריג - מרחקים בין מרכזי האטומים הקרובים ביותר. בכיוון אחד, הם מוגדרים בקפדנות.
זוויות בין צירים ().
מספר התיאום (K) מציין את מספר האטומים הממוקמים במרחק השווה הקרוב מכל אטום בסריג.
בסיס הסריג הוא מספר האטומים ליחידת תא של הסריג.
צפיפות האריזה של אטומים בסריג גביש היא הנפח שתופסים אטומים, הנחשבים בדרך כלל ככדורים קשיחים. הוא מוגדר כיחס בין הנפח התפוס על ידי האטומים לנפח התא (עבור סריג מעוקב במרכז גוף - 0.68, לסריג מעוקב במרכז פנים - 0.74)
הסיווג של סוגים אפשריים של סריג קריסטל בוצע על ידי המדען הצרפתי O. Bravet, בהתאמה, הם נקראו "סריגים Bravais". ישנם ארבעה עשר סוגים של סריג לגופים גבישיים, המחולקים לארבעה סוגים;
אורז. 1.2. הסוגים העיקריים של סריג קריסטל: א - מעוקב במרכז הגוף; b - מעוקב במרכז פנים; c - משושה סגורה
פרימיטיבי - צמתי הסריג חופפים לקודקודים של תאי היחידה;
במרכז בסיס - אטומים תופסים את קודקודי התאים ושני מקומות בפנים מנוגדות;
במרכז הגוף - אטומים תופסים את קודקודי התאים ומרכזו;
במרכז פנים - אטומים תופסים את קודקודי התא ואת המרכזים של כל ששת הפנים
הסוגים העיקריים של סריג קריסטל הם:
1. מעוקב במרכז הגוף (BCC) (ראה איור 1.2א), אטומים ממוקמים בקודקודי הקובייה ובמרכזה (V, W, Ti,)
2. מעוקב במרכז פנים (FCC) (ראה איור 1.2ב), אטומים ממוקמים בקודקודי הקובייה ובמרכז כל אחד מ-6 הפנים (Ag, Au,)
3. משושה, שבבסיסו משושה:
o פשוט - אטומים ממוקמים בקודקודי התא ובמרכזם של 2 בסיסים (פחמן בצורת גרפיט);
o צפוף (hcp) - ישנם 3 אטומים נוספים במישור האמצעי (אבץ).
2 . רב צורתיות.אניזוטרופיה
פולימורפיזם אטומי גבישי של מתכת
תכונותיו של גוף תלויות באופי האטומים מהם הוא מורכב, ובחוזק האינטראקציה בין אטומים אלו. כוחות האינטראקציה בין אטומים נקבעים במידה רבה על ידי המרחקים ביניהם. בגופים אמורפיים עם סידור כאוטי של אטומים במרחב, המרחקים בין אטומים בכיוונים שונים שווים, לכן התכונות יהיו זהות, כלומר, גופים אמורפיים הם איזוטריים.
בגופים גבישיים האטומים ממוקמים נכון במרחב, ובכיוונים שונים המרחקים בין האטומים אינם זהים, מה שקובע מראש הבדלים משמעותיים בכוחות האינטראקציה ביניהם ובתוצאה הסופית גם בתכונות שונות. התלות של מאפיינים בכיוון נקראת אניזוטרופיה.
כדי להבין את תופעת האניזוטרופיה, יש צורך להבחין במישורים קריסטלוגרפיים וכיוונים גבישיים בגביש.
המישור העובר דרך הצמתים של סריג הגביש נקרא המישור הקריסטלוגרפי.
הקו הישר העובר דרך הצמתים של סריג הגביש נקרא הכיוון הקריסטלוגרפי.
מדדי מילר משמשים לייעוד מישורים וכיוונים קריסטלוגרפיים. כדי להגדיר את מדדי מילר, תא היחידה נרשם במערכת הקואורדינטות המרחבית (הצירים X, Y, Z הם צירים קריסטלוגרפיים). יחידת המידה היא תקופת הסורג.
איור 1.3. דוגמאות לייעוד של מישורים גבישיים (א) וכיוונים קריסטלוגרפיים (ב)
כדי לקבוע את המדדים של המישור הקריסטלוגרפי, יש צורך:
קבע את הקואורדינטות של נקודות החיתוך של המישור עם צירי הקואורדינטות ביחידות של תקופת הסריג;
לקחת את ההדדיות של ערכים אלה;
צמצמו אותם לכפולה השלמה הקטנה ביותר, כל אחד מהמספרים שהתקבלו.
הערכים המתקבלים של מספרים שלמים ראשוניים, שאין להם גורם משותף, הם מדדי מילר עבור המישור, המצוינים בסוגריים. דוגמאות לייעוד של מישורים קריסטלוגרפיים באיור. 1.3 א.
במילים אחרות, מדד הציר מציין כמה חלקים המישור מחלק את היחידה הצירית לאורך הציר הנתון. למישור המקביל לציר יש אינדקס 0 (110)
כיוון הקו הישר נקבע על ידי הקואורדינטות של שתי נקודות. כדי לקבוע את המדדים של הכיוון הקריסטלוגרפי, יש צורך:
יישר נקודת כיוון אחת עם מקור הקואורדינטות;
קבע את הקואורדינטות של כל נקודה אחרת השוכנת על קו ישר, ביחידות של תקופת הסריג
להביא את היחס בין הקואורדינטות הללו ליחס של שלושת המספרים השלמים הקטנים ביותר.
המדדים של הכיוונים הקריסטלוגרפיים מצוינים בסוגריים מרובעים.
בסריג מעוקב, למדדי הכיוון הניצבים למישור (hkl) יש אותם מדדים.
היכולת של מתכות מסוימות להתקיים בצורות גבישיות שונות בהתאם לתנאים חיצוניים (לחץ, טמפרטורה) נקראת אלוטרופיה או פולימורפיזם.
כל סוג של סריג הוא שינוי או שינוי אלוטרופי.
דוגמה לשינוי אלוטרופי עם טמפרטורה היא ברזל (Fe).
Fe: - עותק מוסתר -;
OCC -; (טמפרטורה גבוהה)
ההפיכה של שינוי אחד לאחר מתרחשת בטמפרטורה קבועה ומלווה באפקט תרמי. שינויים של אלמנט מסומנים על ידי אותיות האלפבית היווני בצורה של אינדקס בייעוד המתכת הראשי.
דוגמה לשינוי אלוטרופי עקב שינוי בלחץ הוא פחמן: בלחצים נמוכים נוצר גרפיט ובלחצים גבוהים יהלום.
באמצעות תופעת הפולימורפיזם ניתן להקשיח ולרכך סגסוגות באמצעות טיפול בחום.
3 . המבנה של גבישים אמיתיים ופגמי סריג קריסטל
ניתן לגדל גביש בודד ממסך נוזלי. הם משמשים בדרך כלל במעבדות כדי לחקור את תכונותיו של חומר.
מתכות וסגסוגות המתקבלות בתנאים רגילים מורכבים ממספר רב של גבישים, כלומר, יש להם מבנה רב גבישי. גבישים אלו נקראים גרגרים. יש להם צורה לא סדירה והם מכוונים אחרת במרחב. לכל גרגר אוריינטציה משלו של סריג הגביש, השונה מהכיוון של גרגרים שכנים, וכתוצאה מכך ממוצעים המאפיינים של מתכות אמיתיות, ולא נצפית תופעת האניזוטרופיה. בסריג הגבישי של מתכות אמיתיות ישנם פגמים שונים (אי-שלמות) המפרקים את הקשרים בין אטומים ומשפיעים על תכונות המתכות. יש להבחין בין הפגמים המבניים הבאים:
· נקודה - קטנה בכל שלושת הממדים;
· ליניארי - קטן בשני ממדים ומתרחב באופן שרירותי בשלישי;
· שטחי - קטן במימד אחד.
פגמים הפכו
אחד הפגמים הנפוצים ביותר במבנה הגבישי הוא נוכחותם של פגמים נקודתיים: מקומות פנויים, אטומים מפורקים וזיהומים. (איור 2.1.)
איור 2.1. פגמים נקודתיים
פנוי - היעדר אטומים בצמתים של סריג הגביש, "חורים" שנוצרו כתוצאה מסיבות שונות. הוא נוצר במהלך מעבר של אטומים מהמשטח לסביבה או מאתרי סריג אל פני השטח (גבולות גרגרים, חללים, סדקים וכו'), כתוצאה מעיוות פלסטי, כאשר הגוף מופגז באטומים עתירי אנרגיה. או חלקיקים (הקרנה בציקלוטרון או הקרנת נויטרונים בכור גרעיני). ריכוז המקומות הפנויים נקבע במידה רבה על ידי טמפרטורת הגוף. נעים דרך הגביש, משרות פנויות בודדות יכולות להיפגש. ותתאחדו בדירוגים. הצטברות של משרות פנויות רבות עלולה להוביל להיווצרות נקבוביות וחללים.
אטום מנותק הוא אטום שיצא מאתר סריג ותפס מקום באתר ביניים. ריכוז האטומים שנפרקו נמוך בהרבה מזה של מקומות פנויים, שכן היווצרותם דורשת עלויות אנרגיה משמעותיות. במקרה זה, נוצר מקום פנוי במקום האטום הנעקור.
אטומי טומאה נמצאים תמיד במתכת, מכיוון שכמעט בלתי אפשרי להמיס מתכת טהורה מבחינה כימית. הם יכולים להיות גדולים או קטנים יותר מהאטומים הבסיסיים וממוקמים באתרי סריג או אינטרסטיסים.
פגמים נקודתיים גורמים לעיוותים קלים של הסריג, העלולים להוביל לשינוי בתכונות הגוף (מוליכות חשמלית, תכונות מגנטיות), נוכחותם תורמת לתהליכי דיפוזיה ותמורות פאזה במצב מוצק. כשהם נעים בחומר, פגמים יכולים לקיים אינטראקציה.
פגמים ליניאריים:
נקעים הם הפגמים הליניאריים העיקריים. המושג האפריורי של נקעים שימש לראשונה בשנת 1934 על ידי אורוואן וטיילר במחקרם על העיוות הפלסטי של חומרים גבישיים כדי להסביר את ההבדל הגדול בין החוזק המעשי לתיאורטי של מתכת.
נקע הוא ליקויים במבנה הגביש, שהם קווים, שלאורכם ולידם מופר הסידור הנכון של מישורים אטומיים האופייניים לגביש.
הסוגים הפשוטים ביותר של נקעים הם קצה ובורג.
נקע בקצה הוא קו שלאורכו מתנתק הקצה של חצי המישור ה"נוסף" בתוך הגביש (איור 2.2)
אורז. 2.2. פריקת קצה (א) ומנגנון היווצרותו (ב)
מישור לא שלם נקרא מישור נוסף.
רוב הנקעים נוצרים על ידי מנגנון גזירה. ניתן לתאר את היווצרותו באמצעות הפעולה הבאה. חותכים את הגביש לאורך מישור ה-ABCD, הזיזו את החלק התחתון ביחס לחלק העליון אחד אחד תקופת הסריג בכיוון מאונך ל-AB, ואז שוב חברו את האטומים בקצוות החתך בתחתית.
העיוותים הגדולים ביותר בסידור האטומים בגביש מתרחשים ליד הקצה התחתון של המישור החוץ. מימין ומשמאל לקצה המישור החוץ, העיוותים הללו קטנים (מספר תקופות סריג), ולאורך קצה המישור החוץ, העיוותים משתרעים על פני כל הגביש ויכולים להיות גדולים מאוד (אלפי תקופות סריג) (איור 2.3).
אם המישור החוץ נמצא בחלק העליון של הגביש, אז נקע הקצה חיובי (), אם בחלק התחתון, אז הוא שלילי (). נקעים של אותו סימן דוחים, והמנוגדים מושכים.
אורז. 2.3. עיוותים בסריג הגביש בנוכחות נקע בקצה
סוג אחר של נקע תואר על ידי בורגרס, וקיבל את השם נקע בבורג
פריקת בורג מתקבלת על ידי גזירה חלקית לאורך מישור ה-Q מסביב לקו EF (איור 2.4) נוצרת מדרגה על פני הגביש, העוברת מנקודה E לקצה הגביש. תזוזה חלקית כזו מפרה את ההקבלה של השכבות האטומיות, הגביש הופך למישור אטומי אחד מעוות בבורג בצורת הליקואיד חלול סביב קו ה-EF, המייצג את הגבול המפריד בין החלק של מישור ההחלקה, שבו ההזזה. כבר התרחש, מהחלק שבו המשמרת לא התחילה. האופי המקרוסקופי של אזור חוסר השלמות נצפה לאורך קו ה-EF; בכיוונים אחרים, ממדיו הם מספר תקופות.
אם המעבר מהאופקים העליונים לתחתונים מתבצע על ידי סיבוב עם כיוון השעון, אז הנקע הוא ימינה, ואם על ידי סיבוב נגד כיוון השעון, הוא שמאלה.
אורז. 2.4. מנגנון היווצרות של נקע בבורג
פריקת בורג אינה קשורה למישור החלקה כלשהו; היא יכולה לנוע לאורך כל מישור העובר דרך קו הנקע. מקומות פנויים ואטומים מפורקים אינם זורמים לנקע הבורג.
בתהליך ההתגבשות, האטומים של חומר המשקעים מאדים או תמיסה מתחברים בקלות למדרגה, מה שמוביל למנגנון ספירלי של צמיחת גבישים.
לא ניתן לחתוך קווי נקע בתוך הגביש; הם חייבים להיות סגורים, יוצרים לולאה, או להסתעף למספר נקעים, או להגיח על פני הגביש.
מבנה הנקע של החומר מאופיין בצפיפות הנקעים.
צפיפות הנקעים בגביש מוגדרת כמספר הממוצע של קווי נקע החוצים שטח של 1 מ' 2 בתוך הגוף, או כאורך הכולל של קווי נקע בנפח של 1 מ' 3
(ס"מ -2; מ -2)
צפיפות הנקע משתנה מאוד ותלויה במצב החומר. לאחר חישול זהיר, צפיפות הנקע היא 10 5 ... 10 7 m -2, בגבישים עם סריג גביש מעוות חזק, צפיפות הנקע מגיעה ל- 10 15 ... 10 16 m -2.
צפיפות הנקע קובעת במידה רבה את הפלסטיות והחוזק של החומר (איור 2.5)
אורז. 2.5. השפעת צפיפות הנקע על החוזק
החוזק המינימלי נקבע על ידי צפיפות הנקע הקריטית
אם הצפיפות קטנה מהערך של a, ההתנגדות לעיוות עולה בחדות, והחוזק מתקרב לתיאורטי. עלייה בחוזק מושגת על ידי יצירת מתכת בעלת מבנה נטול פגמים, כמו גם עלייה בצפיפות של נקעים, אשר מעכבת את תנועתם. כיום נוצרו גבישים ללא פגמים - שפם באורך של עד 2 מ"מ, עובי 0.5 ... 20 מיקרומטר - "שפם" בעלי חוזק קרוב לתיאורטי: לברזל = 13000 MPa, לנחושת = 30000 MPa. בעת חיזוק מתכות על ידי הגדלת צפיפות הנקעים, זה לא יעלה על ערכים של 10 15 ... 10 16 מ -2. אחרת, יווצרו סדקים.
נקעים משפיעים לא רק על החוזק והפלסטיות, אלא גם על תכונות אחרות של גבישים. עם עלייה בצפיפות הנקעים, הפנימית עולה, התכונות האופטיות משתנות וההתנגדות החשמלית של המתכת עולה. נקעים מגדילים את קצב הדיפוזיה הממוצע בגביש, מאיצים את ההזדקנות ותהליכים אחרים ומפחיתים את העמידות הכימית ולכן, כתוצאה מטיפול במשטח הגביש בחומרים מיוחדים, נוצרים בורות בנקודות שבהן נוצרות נקעים.
נקעים נוצרים במהלך היווצרות גבישים מפאזה נמסה או גזית, במהלך צמיחת גומלין של בלוקים עם זוויות קטנות של כיוון מוטעה. כאשר מקומות פנויים נעים בתוך הגביש, הם מרוכזים ויוצרים חללים בצורת דיסקים. אם דיסקים כאלה גדולים, אז זה חיובי מבחינה אנרגטית "למוטט" אותם עם היווצרות של נקע בקצה לאורך קצה הדיסק. נקעים נוצרים במהלך דפורמציה, במהלך התגבשות, במהלך טיפול בחום.
פגמים פני השטח - גבולות גרגרים, שברים ובלוקים (איור 2.6).
אורז. 2.6. כיוון מוטעה של גרגרים ובלוקים במתכת
גדלי הגרגרים הם עד 1000 מיקרון. זוויות כיוון מוטעה הן עד כמה עשרות מעלות ().
גבול התבואה הוא אזור משטח דק של 5 - 10 קטרים אטומיים עם הפרה מקסימלית של הסדר בסידור האטומים.
מבנה שכבת המעבר מקדם הצטברות של נקעים בה. בגבולות התבואה גדל ריכוז הזיהומים, המורידים את אנרגיית פני השטח. עם זאת, אפילו בתוך גרגר, מבנה אידיאלי של סריג הגביש לעולם אינו נצפה. ישנם אזורים המותאמים זה לזה בכמה דרגות (). אזורים אלו נקראים שברים. תהליך חלוקת הגרגרים לשברים נקרא פיצול או מצולע.
בתורו, כל שבר מורכב מגושים בגודל של פחות מ-10 מיקרומטר, בכיוון מוטעה בזווית של פחות ממעלה אחת (). מבנה זה נקרא בלוק או פסיפס.
פורסם ב- Allbest.ru
מסמכים דומים
הסוגים העיקריים של סריג, פגמי נקודה וקווים. קשר בין מבנה סריג הגביש לתכונות המכניות והפיזיקליות של החומר. מבנה אמיתי של גבישים, צורות של דפורמציה פלסטית. תכונות של מתכות המשמשות בבנייה.
תקציר, נוסף 30/07/2014
סיווג פגמי סריג קריסטל במתכות. תרשים של פגמים נקודתיים בגביש. נקע על ידי התגבשות או גזירה. סידור אטומים באזור נקע בבורג. פגמים על פני השטח או 2D. דיאגרמת מבנה בלוקים.
הרצאה, נוספה 08/08/2009
כיוונים ושלבי מחקר בתחום המבנה והתכונות של מתכות, השתקפותם בעבודותיהם של מדענים מקומיים וזרים מתקופות שונות. סוגי סריג קריסטל של מתכות, עקרונות היווצרותם. תכונות פיזיקליות וכימיות בסיסיות של סגסוגות.
מצגת נוספה ב-29/09/2013
פגמים נקודתיים בסריג הקריסטל של מתכות אמיתיות: מקומות פנויים, אטומים מנותקים וזיהומים. היווצרות פגמים ליניאריים (נקעים). תפקידה של נקע בבורג ביצירת גביש גדל. השפעת צפיפות הנקע על החוזק.
מצגת נוספה ב-14/10/2013
אפיון התכונות הכימיות והפיזיקליות של מתכות. היחס בין מתכות לחמצון - חומרים פשוטים. המשמעות הפיזית של החיכוך הפנימי של חומרים. דוגמאות ליישום שיטת החיכוך הפנימי במטלורגיה. חפש מודול דינמי.
עבודת לימוד התווספה 30/10/2014
תכונות ומבנה אטומי-גבישי של מתכות. תנאי אנרגיה של תהליך ההתגבשות. מבנה של מטיל מתכת. לימוד הקשר בין תכונות סגסוגות לסוג דיאגרמת פאזות. רכיבים ושלבים של סגסוגות ברזל-פחמן.
עבודת קודש התווסף 07/03/2015
שפע המתכות בטבע. תכולת המתכות בקרום כדור הארץ במצב חופשי ובצורת סגסוגות. סיווג תחומי המטלורגיה המודרנית בהתאם לשיטות מיצוי המתכות. מאפיינים של תהליכים מתכתיים.
מצגת נוספה ב-19/02/2015
סיווג מתכות לפי המרכיב העיקרי, לפי נקודת ההתכה. מאפיינים אופייניים המבדילים בין מתכות ללא מתכות: ברק חיצוני, חוזק גבוה. מאפיינים אופייניים של מתכות ברזליות ולא ברזליות. ניתוח סגסוגות מתכות לא ברזליות.
מבחן, נוסף 08/04/2012
קביעת התכונות המכניות של חומרים מבניים על ידי בדיקת מתיחה. שיטות ללימוד איכות, מבנה ותכונות של מתכות וסגסוגות, קביעת קשיותם. טיפול בחום של סגסוגות אלומיניום מחושלות.
מדריך, נוסף 29/01/2011
המהות והמטרה של טיפול בחום במתכות, הנוהל והכללים ליישומו, זנים ומאפיינים ייחודיים. טיפול תרמי מכני כשיטה חדשה להקשחת מתכות וסגסוגות. מטרות של טיפול כימי-תרמי במתכות.
רוב הסגסוגות מתקבלות על ידי איחוי רכיבים במצב נוזלי. הרכיבים המרכיבים את הסגסוגות במצב מוצק יכולים לקיים אינטראקציה זה עם זה בדרכים שונות, וליצור תערובות מכניות, תמיסות מוצקות ותרכובות כימיות.
תערובת מכנית של שני מרכיבים נוצרת כאשר הם אינם מתמוססים זה בזה במצב מוצק ואינם נכנסים לאינטראקציה כימית. סגסוגות - תערובות מכניות (לדוגמה, עופרת - אנטימון, בדיל - אבץ) הן הטרוגניות במבנה שלהן ומייצגות תערובת של גבישים של רכיבים אלו. יחד עם זאת, הגבישים של כל רכיב בסגסוגת שומרים באופן מלא על תכונותיהם האישיות. לכן המאפיינים של סגסוגות כאלה (למשל, התנגדות חשמלית, קשיות וכו') נקבעות כממוצע האריתמטי של ערך המאפיינים של שני הרכיבים.
סגסוגות - תמיסות מוצקות מאופיינות ביצירת סריג גביש מרחבי משותף על ידי אטומים של מתכת-ממס בסיס ואטומים של יסוד מסיס. המבנה של סגסוגות כאלה מורכב מגרגרים גבישיים הומוגניים, כמו מתכת טהורה. ישנן תמיסות מוצקות חלופיות (נחושת-ניקל, ברזל-כרום וסגסוגות אחרות) ותמיסות מוצקות אינטרסטיציאליות (לדוגמה, תמיסה של ברזל ופחמן) (איור 5).
סגסוגות - פתרונות מוצקים הם הנפוצים ביותר. התכונות שלהם שונות מאלו של המרכיבים המרכיבים. כך, למשל, הקשיות וההתנגדות החשמלית של תמיסות מוצקות גבוהות משמעותית מזו של רכיבים טהורים. בשל הגמישות הגבוהה שלהם, הם מתאימים היטב לפרזול ולסוגים אחרים של טיפול בלחץ. יכולת העיבוד של פתרונות מוצקים נמוכה.
תרכובות כימיות, כמו תמיסות מוצקות, הן סגסוגות הומוגניות. מאפיין חשוב בהם הוא שבמהלך ההתמצקות נוצר סריג קריסטל חדש לחלוטין, השונה מהסריגים של הרכיבים המרכיבים את הסגסוגת. לכן, תכונותיה של תרכובת כימית אינן תלויות ואינן תלויות בתכונות הרכיבים. תרכובות כימיות נוצרות ביחס כמותי מוגדר בקפדנות של רכיבי הסגסוגת. הרכב הסגסוגת של תרכובת כימית מתבטא בנוסחה כימית. לסגסוגות אלו יש בדרך כלל התנגדות חשמלית גבוהה, קשיות גבוהה וגמישות נמוכה. אז, התרכובת הכימית של ברזל עם פחמן - צמנטיט (Fe 3 C) קשה פי 10 מברזל טהור.
התגבשות של סגסוגות
לסגסוגות מבנה מורכב יותר ממתכות פשוטות. בהקשר זה, תהליכי ההתגבשות של סגסוגות הם הרבה יותר מסובכים מאלה של מתכות.
לסגסוגות, בניגוד למתכות טהורות, במהלך התמצקות או התכה, אין אחת, אלא שתי נקודות קריטיות - טמפרטורות, בשעה 
אילו טרנספורמציות מתרחשות במתכות או בסגסוגות (איור 6).
כדי להקל על חקר סגסוגות, הם משולבים למערכות.
מערכות כוללות את כל אותן סגסוגות המורכבות מאותם רכיבים ונבדלות זו מזו רק ביחס הכמותי של רכיבים אלו, כלומר בריכוז. כך, למשל, כל הסגסוגות המורכבות מעופרת ואנטימון ושונות זו מזו רק בהרכב הכמותי של רכיבים אלה שייכות למערכת סגסוגת עופרת-אנטימון.
מספר הסגסוגות של מערכת אחת, אבל של ריכוזים שונים, הוא כל כך גדול, עד שלמעשה זה בלתי אפשרי ללמוד את כל התמורות המתרחשות בכל אחת מהן מעקומות הקירור או החימום, וזה לא רציונלי. כדי ללמוד את מצב הסגסוגות של המערכת שנבחרה, בהתאם לטמפרטורה ולריכוז, נבנית דיאגרמת מצב.
מבנה פנימי של מתכותנקרא המבנה והסידור ההדדי של האטומים שלהם, כמו גם מבנה גדול יותר הנראה במיקרוסקופ או בעין בלתי מזוינת.
מתכות במבנה הפנימי שלהן הן שילוב של אטומים ניטרליים, יונים בעלי מטען חיובי או שלילי ואלקטרונים חופשיים, היוצרים את מה שמכונה "גז האלקטרונים". הנוכחות של "גז אלקטרונים" קובעת את המוליכות החשמלית והתרמית הגבוהה של מתכות, והחיבור בין אלקטרונים חופשיים זה לזה ועם יונים יוצר קשר חזק הנקרא מתכתי. הספציפיות של הקשר המתכתי הופכת את המתכות לגמישות (ניתנות לגימור).
בנוסף לאופי האטומים, תכונות המתכות מושפעות מאופי הקשר בין האטומים, המרחק ביניהם ומסדר סידורם.
לכל המתכות במצב מוצק יש מבנה גבישי, כלומר. האטומים (יונים) שלהם מסודרים בסדר קפדני שחוזר על עצמו מעת לעת, ויוצרים סריג אטומי-גביש במרחב (בניגוד למוצקים אמורפיים, שהאטומים שלהם ממוקמים בצורה כאוטי במרחב).
סדר סידור האטומים במתכות שונות אינו זהה. בדרך כלל זה נקבע על ידי מאפיין פשוט עבור רוב המתכות (איור 6) או סריג קריסטל מורכב. הקווים באיור. 6 אטומים קונבנציונליים למעשה רוטטים סביב עמדות שיווי משקל, כלומר בצמתים של סריג הגביש. המרחק בין אטומים בסריג הגביש נמדד באנגסטרום (1 Å = 10 -9 ננומטר). עבור רוב המתכות, המרחק בין האטומים הוא בטווח של 0.28-0.8 ננומטר.
איור 6. סדר סידור האטומים בסריגים פשוטיםא- נפחאנימעוקב מרוכז (9 אטומים), b - מעוקב במרכז פנים (14 אטומים), c - משושה צפוף (17 אטומים)
הנפח הקטן ביותר של גביש שנותן מושג על המבנה האטומי של מתכת בכל הנפח נקרא תא גביש אלמנטרי.
המתכות המתקבלות בדרך הרגילה הן גופים רב גבישיים, המורכבים מתאי יחידה רבים המכוונים זה לזה במגוון דרכים. התאים אינם סדירים בצורתם והם נקראים קריסטליטים, או גרגרים. אם השילוב של תאי יחידה נכון, חוזר על תא היחידה בסידור האטומים, אז הגוף המתקבל נקרא גביש יחיד.
לסגסוגות מתכת, כמו מתכות, יש מבנה גבישי. יתר על כן, בהתאם לאינטראקציה של הרכיבים, הם מחולקים לתמיסות מוצקות, תרכובות כימיות ותערובות מכניות.
תמיסות מוצקות נוצרות כאשר במהלך היתוך אטומים של יסוד אחד בכמויות שונות נכנסים לסריג הגבישי של יסוד אחר, מבלי לשנות באופן משמעותי את צורתו. יסוד ששמר על צורת הסריג שלו נקרא ממס, ואלמנט שהאטומים שלו נכנסו לסריג זה נקרא מומס. על פי סידור האטומים של היסוד המומס בסריג הממס, הם נבדלים פתרונות מוצקים תחליפיים(האטומים של היסוד המומס נמצאים באתרי הסריג של הממס) ו פתרונות מוצקים של הקדמה(האטומים של היסוד המומס נמצאים בין האטומים של הממס והצמתים של הסריג שלו).
אם למרכיבי הפתרון המוצק החלופי יש מבנה דומה של סריג ואטומים, אז אלמנטים כאלה יכולים ליצור סדרה רציפה של פתרונות מוצקים, כלומר, מספר האטומים המוחלפים יכול להשתנות בין 0 ל-100%.
זה נחשב כי הממס הוא היסוד, שתכולתו בסגסוגת היא יותר מ-50%.
פתרונות ביניים נוצרים על ידי אלמנטים בעלי מבני סריג וגדלים אטומיים שונים מאוד.
תמיסות מוצקות הן סגסוגות הומוגניות (הומוגניות), שכן המבנה שלהן זהה בהרכב ובתכונות של דגנים. התכונות של תמיסות מוצקות יכולות להיות שונות באופן משמעותי מהמאפיינים של המרכיבים המרכיבים אותה. כל המתכות במידה זו או אחרת יכולות להתמוסס אחת בשנייה וליצור פתרונות מוצקים.
תרכובות כימיותנוצרים במהלך האינטראקציה הכימית של האטומים של מרכיבי הסגסוגת, מלווה בהשפעה תרמית משמעותית. במקרה זה, סריג הגביש של תרכובת כימית וכל תכונותיה עשויות להיות שונות באופן חד מהסריג ומתכונות הרכיבים. בניגוד לתמיסות מוצקות, תרכובות כימיות נוצרות בדרך כלל בין רכיבים שיש להם הבדל גדול במבנה האלקטרוני של אטומים. דוגמאות אופייניות לתרכובות כימיות הן תרכובות של מגנזיום עם בדיל, עופרת, אנטימון, ביסמוט, גופרית, סלניום, טלוריום וכו'. המבנה שלהם הומוגני.
תרכובות כימיות של מתכות נקראות אינטרמטאלי(תרכובות בין-מתכתיות), ותרכובות של מתכות עם לא-מתכות (ניטרידים, הידרידים, בורידים, קרבידים), שיש להן קשר מתכתי, - חיבורי מתכת.
תערובות מכניותנוצרים כאשר במהלך התמצקות ההיתוך, האטומים של מרכיביו אינם מתערבבים, אלא מתגבשים לסריג אופייני לכל אחד. המבנה של סגסוגות כאלה הוא הטרוגני (לא הומגני) והוא תערובת של גבישים של רכיבי סגסוגת ששמרו על המבנה שלהם.
אורז. 7. עקומות קירור של אמורפי ( א), גוף גבישי (ב)ומתכות (v),איפה t ל-t n - טמפרטורת התגבשות והיפותרמיה, מעלות צלזיוס; (T 1 -T 2) - זמן התגבשות, ש'.
המבנה של גוף גבישי קובע את התכונות המיוחדות הבאות בהשוואה לאמורפיים:
§ ההבדל בתכונות של גבישים בודדים בכיוונים שונים, כלומר, האניזוטרופיה, או הוקטוריות, של תכונות;
§ נוכחותם של מטוסי החלקה, הפעלת כוחות חיצוניים מובילה להחלקה (הסטה) של מישור אחד ביחס למשנהו;
§ קיומה של טמפרטורה קריטית במהלך התמצקות או התכה, שבה יש מעבר ממצב נוזלי (מותך) למוצק או להיפך.
המעבר של מתכת ממצב נוזלי למוצק נקרא התגבשות, וממצב מוצק לנוזל נקרא התכה. אם היווצרות גבישים מתרחשת מנוזל כשהוא מקורר, אז תהליך זה נקרא התגבשות ראשונית, אם היווצרות הגבישים מתרחשת במצב המוצק של הגוף, זה נקרא התגבשות משנית.
תהליכי התגבשות מתוארים בצורה גרפית על ידי עקומות המשורטטות בקואורדינטות טמפרטורה-זמן (איור 7).
תופעת קירור יתר במתכת מתגבשת מוסברת בכך שבתקופת ההתמצקות חלה ירידה חדה בניידות האטומים, וכתוצאה מכך האנרגיה הפנימית שלו משתנה בפתאומיות. זה מלווה ביצירת חום, אשר מחמם את אמבט הנוזל ולמשך זמן מה (T 1-T 2)שומר על הטמפרטורה שלו קבועה עד שהנוזל מתגבש לחלוטין.
ככל שקצב הקירור גבוה יותר, מידת ההיפותרמיה גדולה יותר.
מדען המתכות הרוסי DK Chernov בשנת 1878 קבע שתהליך ההתגבשות מורכב ממספר שלבים. השלב הראשון הוא היווצרות גרעינים (מרכזי) של התגבשות. בשלבים הבאים נוצרים דנדריטים (תצורות דמוי עץ) ממרכזים אלה, אשר גדלים יחד יוצרים גרגרים (גבישים). יחד עם זאת, אין להם את הצורה הגיאומטרית הנכונה, שכן צמיחת הפנים נעצרת בנקודות המגע של הגבישים הגדלים.
גודל הגרגיר של מתכת הוא המאפיין החשוב ביותר שקובע את כל התכונות העיקריות שלה. למתכת עדינה יש מאפיינים גבוהים יותר של קשיות, חוזק, חוזק השפעה, אבל יש לה מוליכות חשמלית מופחתת, תכונות מגנטיות גרועות יותר.
גודל הגרגיר תלוי במספר מרכזי ההתגבשות ובקצב צמיחת הגבישים (קצב הקירור). ככל שמרכזי התגבשות רבים יותר וקצב צמיחתם נמוך יותר, הדגן יהיה קטן יותר.
היווצרות מרכזי התגבשות יכולה להתרחש באופן ספונטני או על חלקיקי טומאה הנמצאים במתכת הנוזלית, המשמשת כאשר שינוי- החדרת זיהומים (משתנים) למתכת הנוזלית.
היווצרות מרכזי התגבשות, וכתוצאה מכך, גודל הגרגיר מושפע ממידת ההיפותרמיה t to -t p... ככל שמידת הקירור-על גבוהה יותר, כך מוקדי התגבשות רבים יותר והגרגרים המתקבלים עדינים יותר.
תגיות:
מבנה פנימי של מתכות וסגסוגות
כל המוצקים מחולקים לאמורפיים וגבישים. בגופים אמורפיים, אטומים מסודרים בצורה כאוטי, כלומר באי סדר, ללא כל מערכת (למשל, זכוכית, דבק, שעווה, רוזין וכו'). לכל המתכות והסגסוגות יש מבנה גבישי, כלומר, האטומים מסודרים בסדר מוגדר בהחלט, עם תבנית גיאומטרית מסוימת. (גופים גבישיים כוללים גם מלח שולחן, קוורץ, סוכר מגורען וכו')
אם אטומי המתכת מחוברים נפשית בקווים ישרים, אזי תתקבל המערכת הגיאומטרית הנכונה, הנקראת סריג הגביש המרחבי. מתוך סריג הגביש ניתן לבחור תא גביש אלמנטרי, שהוא קומפלקס האטומים הקטן ביותר, על ידי חזרה אשר בתלת מימד ניתן לבנות את הסריג כולו.
שלושה סוגים של תאי גביש אלמנטריים של מתכות הם הנפוצים ביותר (איור 3): מרכז גוף מעוקב (כרום, טונגסטן, מוליבדן, ברזל (עד 910 מעלות ומ-1400 עד 1539 מעלות צלזיוס), טיטניום (בטמפרטורות מעל 882 מעלות C)), ממוקד פנים מעוקב (אלומיניום, נחושת, ניקל, עופרת, זהב, כסף, ברזל (ב-910-1400 מעלות צלזיוס)) ומשושה (אבץ, מגנזיום, בריליום, טיטניום (עד 882 מעלות צלזיוס)).
אטומי מתכת יוצרים סריג קריסטל עקב נוכחות של קשר מתכתי מיוחד. בצמתים של סריגי הגביש של מתכות, יש יונים טעונים חיובית, המוחזקים במרחק מסוים זה מזה על ידי אלקטרונים חופשיים. מבנה פנימי זה קובע את התכונות האופייניות של מתכות, כגון מוליכות חשמלית ותרמית, פלסטיות. תכונות המתכות תלויות לא רק בסוג סריג הגביש, אלא גם במרחק בין האטומים.
הנכונות הגיאומטרית של סידור האטומים בסריגי גביש מעניקה למתכות תכונות שאין לגופים אמורפיים.
המאפיין הראשון של מתכות הוא האניזוטרופיה של תכונות הגביש, כלומר ההבדל בתכונות הגביש בכיוונים שונים. אניזוטרופיה מוסברת על ידי צפיפות לא שווה של אטומים במישורים שונים של סריג הגביש, שכן המרחקים בין אטומים בסריג לכיוונים שונים אינם זהים. בניגוד לגופים גבישיים, גופים אמורפיים הם איזוטרופיים, כלומר, תכונותיהם אינן תלויות בכיוון.
בגופים מתכתיים, האניזוטרופיה של המאפיינים אינה בולטת כמו בגבישים בודדים. מתכות הן גופים רב גבישיים, כלומר, הם אינם מורכבים מאחד, אלא ממספר אינסופי של גבישים, בעלי אוריינטציה שונה. הכיוון השרירותי של כל גביש מוביל לעובדה שבערך אותו מספר של גבישים בעלי אוריינטציה שונה נמצא בכל כיוון. כתוצאה מכך, מסתבר שתכונותיהם של גופים רב גבישיים יהיו זהים בממוצע לכל הכיוונים. תופעה זו נקראת quasi-isotropy (איזוטרופיה כוזבת).
המאפיין השני של מתכות כגופים בעלי מבנה גבישי הוא נוכחותם של מטוסי החלקה (מחשוף). לאורך המישורים הללו, יש תזוזה או הפרדה (הרס) של חלקיקי גביש תחת פעולת כוחות חיצוניים. בגופים אמורפיים, תזוזה של חלקיקים מתרחשת לא לאורך מישורים מסוימים, אלא באופן אקראי. לשבר בגוף אמורפי יש תמיד צורה לא סדירה ומעוקלת.
המאפיין השלישי של מתכות כגופות של מבנה גבישי הוא שתהליך המעבר שלהן ממצב מוצק לנוזל ולהיפך מתרחש בטמפרטורה מסוימת, הנקראת טמפרטורת ההיתוך (התמצקות). גופים אמורפיים עוברים למצב נוזלי בהדרגה ואין להם נקודת התכה מוגדרת.
אופציה 1.
במתכות, סוג הקשר:
קוטבי קוולנטי; 2) יונית; 3) מתכת; 4) קוולנטי לא קוטבי.
במבנה הפנימי של מתכות יש:
1) רק קטיונים; 2) רק אניונים; 3) קטיונים ואניונים; 4) קטיונים ואטומים ניטרליים.
מתכת נוזלית בטמפרטורת החדר היא:
1) ברזל; 2) כספית; 3) זהב; 4) ליתיום.
אלכימאים התייחסו לזהב כסמל:
שיפוט שגוי, שכל המתכות:
1) בעלי יכולת גמישות; 2) בעלי ברק מתכתי; 3) בעלי מוליכות חשמלית; 4) חומרים נדיפים.
המתכת הקשה ביותר:
1) נתרן; 2) כרום; 3) עופרת; 4) ליתיום.
המתכת הצפופה ביותר:
1) ברזל; 2) נחושת; 3) זהב; 4) טיטניום.
מחזיר אור טוב יותר:
1) עופרת; 2) כסף; 3) אבץ; 4) ברזל.
בין החומרים הרשומים, ציין את אלה שהם מתכות:
סִילִיקוֹן; 2) בריליום; 3) בורון; 4) אלומיניום; 5) אשלגן; 6) ארגון; 7) גופרית; 8) פח.
תן את תשובתך כרצף של מספרים בסדר עולה.
מבחן מס' 4 נושא "חומרים פשוטים - מתכות"
אפשרות 2.
מתכות להשלמת השכבה:
1) לתרום אלקטרונים; 2) לקחת אלקטרונים; 3) לתת או לקבל אלקטרונים; 4) יש להם שכבה מוגמרת.
2. הקשר במתכות בין קטיונים מתבצע:
1) אלקטרונים חופשיים; 2) אניונים; 3) פרוטונים; 4) נויטרונים.
3. המתכות היקרות הכי גמישות:
1) כסף; 2) פלטינה; 3) זהב; 4) כספית.
אלכימאים ראו בנחושת סמל:
1) ונוס; 2) מאדים; 3) השמש; 4) שבתאי.
5. המתכת הרכה ביותר:
1) כרום; 2) טיטניום; 3) מוליבדן; 4) עופרת.
6. המתכת הכי עקשן:
1) טונגסטן; 2) כספית; 3) זהב; 4) טיטניום.
7. המתכת עם הצפיפות הנמוכה ביותר:
1) נתרן; 2) פח; 3) עופרת; 4) ברזל.
8. בעל המוליכות החשמלית הגבוהה ביותר:
1) ברזל; 2) זהב; 3) אלומיניום; 4) כסף.
9. סדרו את המתכות הרשומות לפי סדר הצפיפות הגוברת:
1) נחושת; 2) ברזל; 3) עופרת; 4) אלומיניום; 5) זהב.
תן את תשובתך כרצף של מספרים.
תשובות. נושא "חומרים פשוטים - מתכות"
אופציה 1.
אפשרות 2.
| זה הפך לבלתי אפשרי להרוג אנשים כאלה על ידי ערכות נושא אוֹ ... שִׁכבָהלְכָל שִׁכבָה, "לחתוך" אוֹ ... הושלם ... חומרים, ל ... מִבְחָן... ו, ערכות נושא ... סִיוּםאני לא עובד בפשטות ... לְקַבֵּל אוֹ ... אוֹפְּצִיָה ל ... |