Строение чистых металлов

К металлам относятся вещества, обладающие хорошей электрической проводимостью, теплопроводностью, ковкостью, необходимой вязкостью, «металлическим» блеском, прочностью на разрыв, упругостью при деформации и рядом других свойств. В твердом состоянии они имеют кристаллическое строение. Все перечисленные свойства oтражают внутреннее строение металла, заключающееся в том, что в металле электроны принадлежат всей кристаллической решетке, а не отдельным атомам или ионам. Благодаря такому расположению электронов возникают особые силы, обеспечивающие так называемый металлическим тип связи атомов в решетке.

Для металлов характерны следующие кристаллические решетки (рис. 5.1):

—кубическая объемно-центрированная (ά -железо, ванадий, хром, молибден, вольфрам);

—кубическая гранецентрированная (α -железо, алюминий, медь, свинец, никель);

—гексагональная плотноупаковочная (магний, алюминий, бериллий, титан).

В расплавленном состоянии металлы являются аморфными, т. е. их атомы беспорядочно расположены в объеме металла. Процесс кристаллизации происходит при охлаждении металла до определенной температуры. При этом происходит расстановка атомов по узлам кристаллической решетки, т. е. формируются кристаллы.

Металлы являются телами поликристаллическими. В отдельных кристаллах пространственные решетки ориентированы неодинаково. Кристаллы не имеют также однообразной правильной формы. Но, несмотря на произвольное расположение каждого кристалла, во всех направлениях они имеют примерно одинаковое количество различно ориентированных зерен.

а 6 в Рис. 8.1. Кристаллические решетки: а — кубическая объемно-центрирован­ная; 6 — кубическая гранецентрированная; в — гексагональная

Размер зерен зависит от скорости охлаждения расплавленного металла: большая скорость охлаждения способствует возрастанию количества центров кристаллизации и получению мелкозернистого строения; при медленном ох­лаждении центров кристаллизации зарождается мало, получается крупнозернистая структура металла. Мелкозернистая структура металла обеспечивает его большую прочность. В процессе ковки и прокатки кристаллические зерна вытягиваются в волокна, в результате чего получается волокнистое строение металла, повышается его прочность вдоль волокон.