Презентация на тему "Лекция 2Кристаллическое строение металлов. Основные методы изучения состава и строения металлов и сплавов"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Лекция 2Кристаллическое строение металлов. Основные методы изучения состава и строения металлов и сплавов

  План лекции 2.1. Атомно -кристаллическое строение металлов 2.2. Кристаллизация металлов и сплавов 2.3. Основные понятия и определения 2.4.Основные методы изучения состава и строения металлов и сплавов

• 
  Слайд 2

  Атомно-кристаллическое строение металлов

  Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов, существующее в кристалле. Кристалл состоит из атомов (ионов), расположенных в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях. Кристаллическая решетка металлов представляет собой воображаемую пространственную сетку, в узлах которой располагаются атомы (ионы), образующие металл (твердое кристаллическое тело). Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла во всем объеме, получил название элементарной кристаллической ячейки.

• 
  Слайд 3

  2.1. Атомно-кристаллическое строение металлов

  Для описания атомно-кристаллической структуры металлов пользуются понятием пространственной (кристаллической ) решетки. Размеры кристаллической решетки характеризуются величинами периодов, под которыми понимают расстояние между ближайшими параллельными атомными плоскостями. Период измеряется в ангстремах (1А = 10 ־8 см). Идеальный кристалл – частицы располагаются строго периодически в трех измерениях.

• 
  Слайд 4
  

  (КОЦ) V =68% a V =74% КК=0,68 КК=0,74 К = 8 К = 12 К = 12 (КГЦ) (ГПУ) a Параметры решетки в нанометрах (1 нм = 10 – 9м): в кубической а = 0,28 – 0,6 нм; в гексагональной с/а = 1,633 Коэф. компактности(КК)=V / V a Координационное число (К) –число атомов, находящихся на наиболее близком равном расстоянии от любого выбранного атома решетки (плотность решетки) Тетрагональная объемоцентрированная(ТОЦ) индий. олово

• 
  Слайд 5
  

  Физико-механические и химические характеристики кристаллов определяются плотностью и характером взаимного расположения атомов, поэтому и свойства веществ будут различными в разных направлениях. Эта особенность кристаллов называется анизотропией. Кристалл – тело анизотропное в отличие от аморфных тел, свойства которых не зависят от направления. Технические металлы- поликристаллы, состоящие большого числа анизотропных кристаллитов. В реальных кристаллах всегда имеются дефекты строения.

• 
  Слайд 6

  2.1.1 ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

  По геометрическим признакам дефекты строения подразделяют на Точечные – малы во всех трех измерениях, и размеры не превышают нескольких атомных диаметров. К ним относятся: вакансии или «дырки» (дефекты Шотки), межузельные атомы (дефекты Френкеля), образующиеся в результате перехода атома из узла решетки в междоузелье; также точечные несовершенства в результате действия атомов примесей. Оказывают влияние на некоторые физические свойства металла (электропроводность, магнитные свойства и др.) и предопределяют процессы диффузии в металлах и сплавах, вызывают местное искажение искажение кристаллической решетки.

• 
  Слайд 7
  

  Линейные дефекты – имеют малые размеры в двух направлениях и большую протяженность в третьем измерении. Эти несовершенства называются дислокациями. краевые, вызванные наличием в кристаллической решетке «лишней» атомной полуплоскости , перпендикулярной к плоскости чертежа; винтовые дислокации, которые располагаются параллельно направлению сдвига. Поверхностные дефекты – малы только в одном направлении и представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами. По границам зерен в технических металлах концентрируются примеси, нарушая правильный порядок расположения атомов. Примеси

• 
  Слайд 8

  2.1.1. Линейные дефекты - дислокации

  Винтовая дислокация Линия дислокации межатомное расстояние направление дислокации

• 
  Слайд 9

  Зависимость прочности кристалла от числа дислокаций

• 
  Слайд 10

  2.2. Кристаллизация металлов и сплавов

  .

• 
  Слайд 11

  2.2.Кристаллизация металлов

  Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией. Кристаллизация наступает в следствии перехода к более устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией. Разность между температурами То и Т1 , при которых может протекать процесс кристаллизации, носит название степени переохлаждения .

• 
  Слайд 12

  2. 2. Кристаллизация металлов и размеры зерна

  Термические кривые характеризуют процесс кристаллизации чистых металлов при охлаждении с разной скоростью С увеличением скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает (кривые 1 и 2) и процесс кристаллизации протекает при температурах, лежащих значительно ниже равновесной температуры кристаллизации. Степень переохлаждения зависит от природы и чистоты металла. Чем чище жидкий металл, тем более он склонен к переохлаждению.

• 
  Слайд 13

  2.2. Кристаллизация металлов и сплавов

  Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей (центров кристаллизации) и продолжается в процессе роста кристаллов, их числа и размеров.

• 
  Слайд 14

  Кристаллизация металлов и размеры зерна

• 
  Слайд 15

  Строение металлического слитка

  Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, могут и меть различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще всего в процессе кристаллизации образуются разветвленные или древовидные кристаллы, получившие название дендритов.

• 
  Слайд 16

  2.2.2.Полиморфные превращения

  Существование металлов в разных кристаллических формах в зависимости от температуры называют полиморфными модификациями (ПМ). ПМ, устойчивую при более низкой температуре для большинства металлов принято обозначать буквой ά, при более высокой β, затем γ и т.д. В результате полиморфного превращения образуются новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму, так называемая перекристаллизация. (ПК) ПК сопровождаются скачкообразным изменением всех свойств металлов и сплавов: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электропроводности, магнитных, механических и химических и т.д.

• 
  Слайд 17

  Аллотропические превращения в металлах

  Fe: до 768о;  768 – 910о - КОЦ; 910 … 1400о– КГЦ ;  свыше 1400о - КОЦ . Mn:до 742о;742 – 1192о – К сложная многоатомная; свыше1192о гранецентрированая. Ti :до 885о -ГГ; свыше 885о – КОЦ. Co:до 470о -ГГ ;свыше 470о – КГЦ. Sn:до 18о – КА;свыше 18о – ТОЦ.

• 
  Слайд 18

  Построение кривых охлаждения сплава

  ТoС t 0 Т3 Т2 Т1 ~V Вода Тп Т1 Т2 Т3 W Тр Т Wж Тпл WТВ WЖ Т Зависимость свободной энергии вещества (W) от его температуры (Т)

• 
  Слайд 19

  2.3. Основные понятия и определения

  Заполнить дома самостоятельно

• 
  Слайд 20

  2.2.3. Построение кривых охлаждения сплава

• 
  Слайд 21

  2.4. Основные методы изучения состава и строения металлов и сплавов

  Химический состав сплава Анализ химического состава- дает точное содержание составляющих элементов сплава(+)., занимает много времени (-). Спектральный метод применяют для быстрого определения хим.состава (+), не обеспечивает большой точности (-). Рентгено- и микрорентгеностпектральный анализ - используют для изучения точного состава отдельных структурных составляющих. Структура металлов и сплавов Макроструктура изучается с помощьюмакроанализа; Микроструктура изучается с помощью микроанализа; Тонкая структура изучается с помощью рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализа.

• 
  Слайд 22

  Металлографические микроскопы

  МИМ - 6 ЕС МЕТАМ РВ-22 (87400)

• 
  Слайд 23

  LEO 912 – A new era in electron microscopy

• 
  Слайд 24

  Микроструктуры

• 
  Слайд 25

  Зерна металлов

  ЭМФ-П х 7500 6500С 7000С Бейнит х 1000 Ф+П- 0,62%С Аустенит х 500 Ф+П- 0,15%С Ледебурит х 500 СЧ. Перл. + плсст. Г Бронза х 500 -22%Sn Латунь   А+П х 800

• 
  Слайд 26

  Цемент

  Лишайник

• 
  Слайд 27

  ЧИП

• 
  Слайд 28

  2.4. Основные методы изучения состава и строения металлов и сплавов

  Метод термического анализа фиксирует температуры фазовых превращений. Дилатометрический метод основан на изменении объема или длины образца при его нагреве или охлаждении. Метод электросопротивленийоснован на изменении сопротивления образца с изменением структуры сплава при воздействии температуры. Метод радиоактивных изотопов (меченых атомов) применяют для изучения однородного сплава , процессов диффузии химических элементов Магнитный метод основан на изменении магнитных свойств сплава с изменением его внутреннего строения при тепловом воздействии в результате перехода из парамагнитного состояния в ферромагнитное Ультразвуковая дефектоскопия применяется для выявления дефектов структуры на значи тельной глубине.

• 
  Слайд 29

  Электронный микроскоп

• 
  Слайд 30
  
• 
  Слайд 31

  Задание на дом

  Составьте и запишите в тетради тезаурус основных понятий и определений п.2.3. лекции. Попытайтесь ответить на следующие вопросы: Всегда ли древесина неэлектропроводна? Металлическую или керамическую кружку с горячим чаем легче держать в руке? Намагничиваются ли золото и серебро? Имеется ли в природе сталь? Подготовьтесь к тесту № 1 «Строение, структура свойства, области применения и основные методы исследования конструкционных материалов»