ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические свойства из "Общая химическая технология Том 2" Металлы в твердом состоянии являются кристаллическими веществами, атомы которых расположены в строго определенном порядке, образуя так называемую пространственную решетку. Исследования атомной структуры кристаллов и механизма происходящих в металле процессов дают возможность получения разнообразных сплавов с заданными свойствами. [c.113] Для металлической структуры характерно наличие нейтральных атомов и положительно заряженных ионов, т. е. атомов, потерявших валентные электроны, которые могут передвигаться по всей массе металла. Такие электроны называют свободными, или коллективизированными, т. е. не принадлежащими какому-либо определенному атому. Свободным передвижением электронов могут быть объяснены такие важные свойства металлов, как, например, теплопроводность и электропроводность. Потерявший валентные электроны атом превращается в положительно заряженный ион с устойчивой электронной оболочкой. Эти ионы связываются между собой движущимися свободными электронами. Электрическое поле такого иона обладает сферической симметрией, обусловливающей плотную упаковку и высокосимметричную структуру кристаллических решеток металлов. Координационные числа металлических структур составляют обычно 12 или 8. [c.113] Кристаллы всех важнейших металлов (рис. 50) имеют форму центрированного куба (кристаллы а-Ре, Сг, V, Мо, Ш, К, N3 и др. с координационным числом 8), или центригранного куба (кристаллы -(-Ре, N1, Со, Си, А1, Аи, Са и др. с координационным числом 12), или гексагональную форму с плотнейшей упаковкой (кристаллы 2п, Mg, С(1, Т и др. с координационным числом 12). [c.113] Важнейшим свойством металлов является способность к аллотропическим превращениям, т, е. способность существовать в нескольких кристаллических формах в зависимости от условий кристаллизации и охлаждения в твердом виде (полиморфизм). Например, белое олово имеет тетрагональную двойную центрированную кристаллическую решетку, а его аллотропическое видоизменение—серое олово—центрированную кубическую решетку. Белое олово устойчиво при температуре выше 18°, а серое—при температуре ниже 18°. При переходе белого олова в серое монолитные кристаллы металла превращаются в порошок. Это явление (так называемая оловянная чума) может привести к разрушению оловянных изделий. [c.114] Л—решетка центрированного куба —решетка центригранного куба В—решетка гексагональная плотнейшая. [c.114] Железо может существовать в нескольких аллотропических формах альфа-железо (а-Ре), гамма-железо (-(-Ре) и дельта-железо (2-Ре). а-Железо, устойчивое при температуре ниже 910°, имеет кристаллическую решетку в форме центрированного куба, обладает магнитными свойствами и не растворяет углерод. При 910° а-железо превращается в -железо, способное растворять углерод кристаллическая решетка железа приобретает форму куба с центрированными гранями. При 1400° -железо превращается в 8-железо, кристаллизующееся снова в форме центрированного куба, которая сохраняется до температуры плавления железа 1540 . [c.114] Полиморфные превращения имеют огромное значение в современном металловедении. На способности металлов к таким превращениям основаны процессы термической обработки металлов. Медленное охлаждение металлов—так называемый о.т ж и г—приводит к возникновению модификаций, устойчивых при низких температурах быстрое охлаждение—так называемая з а к а л к а—к получению модификаций, устойчивых при более высоких температурах. При переходе металлов из одной формы в другую их кристаллы способны продолжительное время существовать в неустойчивом состоянии, так как в твердой фазе скорость превращения очень мала. Этим объясняется, например, что белое олово, устойчивое при температуре выше 18°, может долго существовать при температуре ниже 18°, и только по истечении длительного времени оно превращается в серое олово, устойчивое при температуре ниже 18°. Этот процесс превращения ( старение ) можно ускорить при помощи катализаторов или введением в слиток белого олова кристаллика серого олова ( заражение ). Замедление процесса старения достигается путем периодической выдержки белого олова в теплой воде или же отделением от куска белого олова той части, которая начала превращаться в серое олово. [c.114] Процесс перехода металла из неустойчивого в устойчивое кристаллическое состояние носит название рекристаллизации. Обычно при этом происходит укрупнение кристаллов, благодаря чему структура металла становится более однородной. [c.115] Явления ползучести наблюдаются при длительной эксплуатации металла в условиях повышенной температуры (например, в котельных установках). Ползучесть заключается в деформации металла при нагрузках, значительно меньше допускаемых при механических испытаниях. Места излома (разрушения) металлов при явлениях усталости и ползучести характеризуются структурой, резко отличающейся от структуры неразрушенной части металла. [c.115] В металлических сплавах и в сплавах металлов с металлоидами образуются химические соединения как постоянного состава (дальтони-ды), так и переменного состава (бертоллиды), или же твердые растворы, или механические смеси. Это широко используется при получении сплавов с требуемыми свойствами, например химически устойчивых, антифрикционных, твердых сплавов. Химически устойчивые сплавы должны иметь однородную структуру, так как разнородные кристаллы, составляющие структуру, образуют под действием реагентов электрохимические пары, вызывающие коррозию металлов. [c.115] Наиболее однородная структура получается при образовании в сплавах твердых растворов металлов. К таким сплавам относятся железохромоникелевые нержавеющие стали. [c.115] Антифрикционные же сплавы (подшипниковый металл) должны иметь разнородную структуру, состоящую из кристаллов разной твердости. При вращении оси или вала из такого сплава быстрее разрушаются кристаллы меньшей твердости, вследствие чего уменьшается трущаяся поверхность подшипника и улучшаются условия смазки, так как смазочные материалы проникают в углубления, образующиеся в местах разрушения менее твердых кристаллов. Этим условиям удовлетворяют, например, сплавы свинца с оловом и сурьмой (баббиты, широко используемые в технике). [c.115] При получении сплавов большой твердости стремятся к образованию химических соединений металлов с углеродом. Лучшие твердые сплавы получают из карбидов вольфрама, кобальта, бора, титана и других металлов. [c.115] Кристаллизация металлов. Переход металлов из жидкого в твердое состояние (процесс кристаллизации) заключается в образовании центров (зародышей) кристаллизации и росте кристаллов из этих центров. [c.115] На рис. 51 схематически изображен процесс кристаллизации. [c.116] Процесс кристаллизации регулируют в зависимости от требуемых свойств металла и материала формы, в которую заливают металл. Чем больше теплоемкостей и меньше теплопроводность металла, тем крупнее кристаллы в отливках и тем хуже м ханичрские качества отливок (при прочих равных условиях). [c.116] Остывание металла в слитках или изделиях происходит от периферии к центру. При этом быстро образуется внешняя корка застывшего металла, определяющая размеры и внешний вид слитка (изделия). Переход металла из жидкого в твердое состояние сопровождается уменьшением его объема, поэтому внутри крупных отливок, особенно в их верхней части, образуются пустоты-так называемые усадочные раковины, ухудшающие механические свойства металла. На практике применяются разнообразные способы устранения этих пороков металла. [c.116] Вернуться к основной статье