Презентация об атомно-кристаллических структурах металлов

• 1 слайд

  Атомно-кристаллическая структура металлов
  Выполнил: Неулыбин В.В. преподаватель ГАПОУ «КанТЭТ» Минобразования Чувашии
  

• 2 слайд

  Аморфные и кристаллические тела
  В твердых телах атомы могут размещаться в пространстве двумя способами: Беспорядочное расположение атомов, когда они не занимают определенного места друг относительно друга. Такие тела называются аморфными.
      Аморфные вещества обладают формальными признаками твердых тел, т.е. они способны сохранять постоянный объем и форму. Однако они не имеют определенной температуры плавления или кристаллизации.
  Упорядоченное расположение атомов, когда атомы занимают в пространстве вполне определенные места, Такие вещества называются кристаллическими.
  
  

• 3 слайд

  Все вещества состоят из атомов, в том числе и металлы. Каждый металл (химический элемент) может находиться в газообразном жидком или твердом агрегатных состояниях. Каждое агрегатное состояние будет иметь свои особенности, отличные друг от друга.
  

• 4 слайд

• 5 слайд

  В газообразном металле расстояние между атомами велико, силы взаимодействия малы и атомы хаотично перемещаются в пространстве; газ стремится к расширению в сторону большего объема. При понижении температуры и давления вещество переходит в жидкое состояние. Свойства жидкого вещества резко отличаются от свойств газообразного.
  

• 6 слайд

• 7 слайд

  В жидком металле атомы сохраняют лишь так называемый ближний порядок атомов, т. е. в объеме расположено небольшое количество атомов, а не атомы всего объема. При понижении температуры жидкий металл переходит в твердое состояние, которое имеет строгую закономерность расположения атомов.
  Рис. 1. Схема расположения элементарных геометрических ячеек в атомных решетках металлов и сплавов
  

• 8 слайд

  Кристаллическая решетка представляет собой воображаемую пространственную сетку, в узлах которой располагаются атомы (ионы), образующие твердое кристаллическое тело. Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла во всем объеме называется элементарной кристаллической решеткой.
  Если условно провести вертикальные и горизонтальные линии связи через центры атомов, можно увидеть, что у металлов в твердом состоянии атомы расположены в строго определенном порядке и представляют собой множество раз повторяющиеся элементарные геометрические фигуры — параллелепипеды
  

• 9 слайд

  Элементарные кристаллические решетки характеризуют следующие основные параметры: расстояние между атомами по осям координат (по линиям связи), углы между линиями связи, координационное число — число атомов, находящихся на наиболее близком и равном расстоянии от любого атома в решетке. Форму элементарной ячейки рассматривают по кристаллографическим плоскостям в трех измерениях.
  

• 10 слайд

  Таким образом, любой металл можно представить не как одно- родную цельную массу, а как массу, сложенную из множества элементарных ячеек. Блок элементарных атомных кристалличес- ких ячеек образует атомно-кристаллическую ячейку (решетку). Если выделить эту элементарную ячейку, то в зависимости от металла получим следующие типы кристаллических ячеек (рис. 2):
  Основные типы кристаллических решеток
  а)куб (К), б) объемно-центрированный куб (ОЦК), в) гранецентри- рованный куб (ГЦК), г)гексагональная плотноупакованная ячейка (ГПУ), д)гексагональная простая ячейка (Г) и др.
  

• 11 слайд

   
  а) кубическая
  (1 атом на ячейку)
  
  б) объемно-центрированная кубическая (ОЦК)
  (2 атома на ячейку)
  в)Гранецентрированная
  кубическая (ГЦК)
  (4 атома на ячейку)
  г) гексагональная плотноупакованная (ГП)
  (6 атомов на ячейку)
  

• 12 слайд

  Простая кубическая ячейка (рис. 2, а) характерна для неметаллов, которые обладают наибольшими плотностью и удельным весом, и имеет восемь атомов, которые расположены в каждой вершине куба.
  Основные типы кристаллических решеток
  Металлы имеют относительно сложные типы кубических решеток - объемно центрированная (ОЦК) и гранецентриро­ванная (ГЦК) кубические решетки.
  

• 13 слайд

  Объемно-центрированная кубическая ячейка (рис. 2, б) ОЦК-решетки составляет элементарная кубическая ячейка в которой положительно заряженные ионы металла находятся в вершинах куба, и еще один атом в центре его объема, т. е. на пересечении его диагоналей.
  Основные типы кристаллических решеток
  Такой тип решетки в определенных диапазонах температур имеют железо, хром, ванадий, вольфрам, молибден хром, т. е. в основном черные металлы
  

• 14 слайд

  Гранецентрированная кубическая ячейка (рис. 1.3, в) имеет 14 атомов — по одному атому в каждой вершине куба (восемь атомов) и по одному атому в центре каждой грани (шесть атомов). Гранецентрированную кубическую ячейку имеют алюминий, железо, золото, кобальт, медь, никель, платина и серебро, в основном это цветные металлы и часть черных металлов
  Основные типы кристаллических решеток
  

• 15 слайд

  Гексагональная плотноупакованная ячейка (рис. 2, г) состоит из 17 атомов. Форма геометрического тела, которую образуют эти атомы, является шестигранной призмой. При этом по шесть атомов расположены в каждой вершине верхнего и нижнего оснований, по одному атому в центре этих оснований и три атома в центре одной их трех граней (через грань). Гексагональную плотноупакованную ячейку имеют бериллий, кадмий, магний, ванадий, цинк, титан 
  Основные типы кристаллических решеток
  

• 16 слайд

  Связь между атомами в кристаллической решетке и между решетками осуществляется за счет так называемой металлической связи. От прочности этой связи зависят прочность и твердость металлов. Чем выше эта связь, тем бо´льшую прочность и твердость имеют металлы. Механизм связи между атомами в решетке и между решетками имеет сложную физико-химическую природу
  В практике идеальное расположение кристаллических решеток обычно не наблюдается. Кристаллы, образуемые кристаллическими решетками, имеют искаженную геометрическую форму и различную величину
  

• 17 слайд

  Все металлы анизотропны, так как они состоят из кристаллов. Кристаллическое строение металлов обусловливает пластическую деформацию, т. е. изменение внешней формы и размеров под действием нагрузок без разрушения.
  Анизотропия металлов. Анизотропия (от гр. anisos — неравный и tropos — направление) — неодинаковость физических свойств среды (тела) в различных направлениях. Анизотропия предполагает зависимость свойств металлов от направления по плоскостям атомно-кристаллических решеток. Чем больше в плоскости атомов, тем выше свойства металлов. В горизонтальных плоскостях в лю- бой форме атомно-кристаллических решеток больше, чем в верти- кальных плоскостях. Следовательно, прочность металлов, испытан- ная в горизонтальном направлении, выше, чем в вертикальном. Анизотропия проявляется в процессе обработки конструкционных материалов давлением (проката, волочения, штамповки и других технологических способов получения заготовок и изделий).
  

• 18 слайд

  Способность металлов и сплавов пластически деформироваться положена в основу их обработки давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка и прессование). При обработке давлением, например прокатке (рис.3) происходит перемещение одного слоя атомных решеток по другому по кристаллографическим плоскостям
  

• 19 слайд

  В процессе деформации металла при прокатке происходит не только изменение поперечных и продольных размеров заготовок, но и изменение микроструктуры металла. Зерна под действием давления прокатных валков искажаются, приобретая продолговатую или пластинчатую форму, а затем преобразуются в волокна. Изменение микроструктуры металла в процессе деформации условно показано на рис. 4.
  

• 20 слайд

  а — микроструктура металла до деформации; б — микроструктура металла после первой операции деформации; в — микроструктура металла после окончательной деформации
  

• 21 слайд

  
  
  
  Процесс кристаллизации
  Рассмотрим, как происходит образование кристаллов у чистых металлов на рис.5. Установлено, что процесс кристаллизации металлов из жидкого состояния в твердое идет в две стадии:
  образование центров кристаллизации;
  рост кристаллов вокруг этих центров
  

• 22 слайд

  Далее вновь появляются новые центры, и происходит рост твердой фазы вокруг первичных и вторичных центров. Процесс происходит до того момента, пока образованные таким образом кристаллы не будут соприкасаться друг с другом и не будет нали- чия жидкой фазы металла (см. рис. 5, г—е). Когда образование кристалла идет в жидкой фазе (в расплавленном металле), он будет иметь правильную форму, т. е. состоять из определенных геометрических фигур правильной формы. Когда кристаллы начинают соприкасаться друг с другом, а процесс затвердевания еще не закончен, тогда происходят искажения формы зерен.
  В практи- ке замечено, что когда идет быстрое охлаждение, образуются мелкие зерна — мелкозернистая структура. При медленном ох- лаждении появление новых центров кристаллизации замедляет- ся, но происходит рост зерна вокруг первичных центров кристал- лизации. В этом случае металл будет иметь крупнозернистую структуру
  

• 23 слайд

  В практике замечено, что когда идет быстрое охлаждение, образуются мелкие зерна — мелкозернистая структура. При медленном охлаждении появление новых центров кристаллизации замедляется, но происходит рост зерна вокруг первичных центров кристаллизации. В этом случае металл будет иметь крупнозернистую структуру
  Процесс образования кристаллов в жидком состоянии и перехода металла в твердое состояние называется первичной кристаллизацией. Величина и форма зерна влияет на механические свойства металлов. Чем зерна мельче и чем правильнее их форма, тем бо´льшую твердость и прочность будет иметь металл. Чем зерна больше и чем искаженнее их форма, тем ниже твердость и прочность металла.
  

• 24 слайд

  Аллотропия металлов
  Некоторые металлы, например, железо, титан, олово и др. способны по достижении определенных температур изменять кристаллическое строение, т. е. изменять тип элементарной ячейки своей кристаллической решетки. Это явление получило название аллотропии или полиморфизма, а сами переходы от одного кристаллического строения к другому называются аллотропическими или полиморфными.
  

• 25 слайд

   На рис. 6 показано изменение свободной энергии F от температуры t для двух вариантов кристаллического строения же­леза: ОЦК (кривая 1) и ГЦК (кривая 2).
      В интервале температур 911-1392оC железо имеет решетку ГЦК, так как при этом его свободная энергия меньше. При t<911°С и t>1392°С, у него должна быть решетка ОЦК, обладающая меньшей свободной энергией.
  

• 26 слайд

   На рис. 6 показано изменение свободной энергии F от температуры t для двух вариантов кристаллического строения же­леза: ОЦК и ГЦК.
      В интервале температур 911-1392оC железо имеет решетку ГЦК, так как при этом его свободная энергия меньше. При t<911°С и t>1392°С, у него должна быть решетка ОЦК, обладающая меньшей свободной энергией.
  

• 27 слайд

  Перестройка атомных ячеек, а вместе с ними атомных решеток происходит всегда при каких-либо постоянных температурах. Эти температуры получили название критических температур. На диаграммах (графиках) критические температуры обозначаются соответствующими точками, которые называются критическими точками. При образовании новой кристаллической решетки происходит изменение свойств металлов. Знание критических точек у различных металлов имеет большое практическое значение. При охлаждении металла аллотропные изменения происходят при более низкой температуре, чем при нагревании.
  

• 28 слайд

  Явление аллотропного превращения основано на устойчивом состоянии кристаллических решеток при определенных температурах (интервале температур). Новые аллотропные состояния образуются при зарождении центров кристаллизации и дальнейшем росте этих центров (кристаллов), как это имеет место при переходе металлов из жидкого состояния в твердое. Большинство цветных металлов аллотропными свойствами не обладают
  

• 29 слайд

• 30 слайд

Краткое описание документа:

Любой металл можно представить не как однородную цельную массу, а как массу, сложенную из множества элементарных ячеек. Блок элементарных атомных кристалличес- ких ячеек образует атомно-кристаллическую ячейку (решетку). Если выделить эту элементарную ячейку, то в зависимости от металла получим

основные типы кристаллических ячеек