Атомно-кристаллическая структура металлов.

Такое название структуры металлов обусловлено тем, что они представляют собой поликристаллические тела, состоящие из множества мелких кристаллов, прочно связанных в единое целое. В свою очередь каждый кристалл представляет собой совокупность громадного числа элементарных частиц – положительно заряженных ионов металла, упорядоченно расположенных в объеме кристалла.

Идеальную атомно-кристаллическую структуру можно представить в виде объемной кристаллической решетки, образованной повторением в пространстве так называемой кристаллографической плоскости.

Рис.3. Кристаллографическая плоскость	Рис.4. Объемная кристаллическая решетка

Точки пересечения линий означают узлы решетки, в которых располагаются атомы (ионы) металла, а сами линии символизируют межатомные связи. Для характеристики атомно-кристаллического строения используют не объемную решетку, а элементарную кристаллическую ячейку. Это наименьший комплекс элементарных частиц, повторение которого в пространстве воспроизводит объемную решетку. Элементарная кристаллическая ячейка дает представление о закономерности расположения атомов в любом объеме данного металла.

Для большинства металлов, образующих сплавы, характерны три типа элементарных кристаллических ячеек: объемно-центрированная кубическая (ОЦК), кубическая гранецентрированная (ГЦК), гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (рис.5).

ОЦК; W,Mo,V,Fe,Cr,Ti к=8 а=0,3-0,6Нм	ГЦК; Ni,Cu,Fe,Ag к=12 а=0,3-0,6Нм	ГПУ; Mg,Ti,Zn,Be,Zr к=12 а=0,2-0,4Нм с=0,35-0,65Нм
Рис.5. Основные типы элементарных кристаллических ячеек.

Размер элементарных кристаллических ячеек характеризуется периодом решетки – расстоянием между двумя соседними атомами. Обозначается период решетки буквами а, в, с, и для большинства металлов составляет в среднем 0,2…0,6Нм (1Нм=10^-3мкм=10Å). Для сравнения: размер макромолекулы полистирола составляет 122000Нм.

Объем, занимаемый атомами в ячейке (плотность упаковки), характеризуется координационным числом К. Это число атомов, находящихся на равном и минимальном расстоянии от данного атома.

Тип решетки, а также ее параметры определяют с помощью рентгеноструктурного анализа и электронных микроскопов с очень большой разрешающей способностью. Для большинства сплавов тип решетки идентичен типу решетки металла, являющегося основой сплава.

В некоторых металлах (Fe,Ti,Co,Mn,V)может происходить перестройка кристаллической решетки в зависимости от температуры. Это явление называют полиморфизмом, а различные типы решеток одного и того же металла называют полиморфными модификациями, обозначаемыми как α, β, γ, δ, при этом α-модификации соответствует низкотемпературная кристаллическая решетка. Так, железо от 0 до 910°С имеет ОЦК-решетку и обозначается как Fe_α . От 910 до 1390 °С у железа ГЦК-решетка, и такая кристаллическая структура обозначается как Fe_γ. Перестройку решетки при нагреве или при охлаждении называют полиморфным превращением, которое сопровождается образованием новых кристаллов другого размера и формы. Такое изменение структуры называют перекристаллизацией, ее результатом является изменение свойств металла. В сплавах перекристаллизация происходит при их термической обработке, например при закалке сплавов на основе железа – сталей и чугунов.

Пространственная решетка с упорядоченным расположением атомов является идеальной схемой кристаллического строения металлов. Строение реальных металлов отличается от идеальной схемы, что обусловлено наличием дефектов кристаллического строения.