Строение конструкционных материалов

Конструкционными называют материалы, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам.

Конструкционными материалами могут быть металлы и их сплавы (стали), композиты (керамика), оксиды и их сплавы (стекло), дерево, полимеры и др. Они характеризуются прочностью, износостойкостью, долговечностью, надёжностью. Для работы в особых условиях выпускаются материалы со специальными свойствами: коррозионностойкие, износостойкие, жаропрочные.

Кристаллическое строение металлов.

Свойства металлов определяются их кристаллическим строением, которое характеризуется упорядоченным расположением в пространстве. Каждый атом имеет одно и то же число ближайших атомов-соседей. Если соединить атомы воображаемыми линиями в трёх взаимно-перпендикулярных направлениях, то получится пространственная кристаллическая решётка.

Находясь в узлах кристаллической решётки атомы совершают колебания относительно своего среднего положения. Со своими ближайшими соседями атомы связаны при помощи валентных электронов, которые называются коллективизированными. Они могут свободно перемещаться, образуя электронный газ. Между положительно заряженными ионами и окружающими их валентными электронами возникают силы электростатического притяжения. Такое притяжение характеризует металлический тип связи

Благодаря наличию электронного газа, металлы обладают высокими электро– и теплопроводностью.

Металлы имеют кристаллические решётки разных типов: объёмно-центрированная кубическая, гранецентрированная кубическая и гексогональная плотноупакованная и др.

Объёмно-центрированная кубическая (ОЦК) решётка состоит из девяти атомов (рис.6.1).

Рис.6.1. Объёмно-центрированная кубическая решётка

Расстояние ² а ² между двумя атомами, расположенными вдоль одного ребра, называется параметром решётки. Значение этого параметра для различных металлов от 0, 2 до 0, 7 нм (1нм = 10^-9м). ОЦК решётку имеет железо, ванадий, вольфрам, молибден, хром и другие металлы.

Способность металла изменять тип кристаллической решётки называется полиморфизмом. Некоторые свойства кристалла зависят от различной плотности расположения атомов в различных кристаллографических направлениях

Эта зависимость называется анизотропией. Если эта зависимость отсутствует, то такие материалы называются изотропными. Обычно амфорные тела изотропны.