Дәріс № Конструкторлық материалдар және оның жіктелуі. Материалдардың негізгі технологиялық, механикалық және эксплуатациялық қасиеттері

1. Металл деген не?

2. Металдар қалай бөлінеді?

3. Қандай металдар қараға жатады?

4. Қандай металдар түстіге жатады?

Дәріс № 2. Металдардың кристалдық құрылымы. Кристалдық тордың түрлері. Металдардың анизотропиясы.
Барлық металдар, әдеттегі шарттарда қатая бастағанда, кристалдық зат ретінде сипатталып, яғни олардағы атомдар орналасуы айқын ретпен - мерзімділікпен, әртүрлі бағыттармен, сол сияқты әртүрлі жазықтықтармен сипатталады. Бұл дегеніміз кристалдық тор ретіндегі ұғымды береді. Басқаша айтқанда, кристалдық тор - кеңістік құрайтын тор, әр түйіндерде қатты зат құраушы кішкентай бөлшектер орналасқан.

Элементарлық ұя - атомдардың аз сандары бар, қайта-қайта тасымалдаумен кеңістікте барлық кристалды салуға болатын көлемнің бөлігі.

Элементарлық ұя кристалл қүрылымдарының ерекшеліктері туралы сипаттама береді. Кристалдың негізгі параметрлері төменгідей:

- элементарлық ұяның қабырғаларының өлшемдері. а, Ь, с – тор кезеңдері - жақын орналасқан атомдардың орталарының ара қашықтықтары. Бір бағытта қатал айқын іркіледі.

- үйлестік сан (К), тордағы атомдардың жақын арасының бірдей арақашықтығында орналасқан атомдардың санын көрсетеді.

- тордың бір элементарлық ұясына келетін атомдардың саны торнегізі (базисі) деп аталады.

- кристалдық тордағы атомдардың орам тығыздығы - атомдармен толған көлем, шартты түрде қатты шарлар сияқты қаралатын. Оны атомдармен толған көлемнің, ұя көлеміне қатынасы арқылы анықтайды. (көлемді - ортаға келтірілген кубтық торлар үшін -0,68, қырлы - ортаға келтірілген кубтық торлар үшін -0,74).

1– көлемдік центрленген куб торы, (ОЦК); 2 – қабырғаға центрленген куб торы, (ГЦК); 3 – гексагоналды тығыздалған тор, (ГПУ).

4.1 – сурет. Элементар ұяшықтар
Дене қасиеттері қайта құрылған атомдардың табиғатына және сол атомдардың өзара әсер ету күшіне байланысты болады. Атомдардың аралық тартылыс күштері олардың ара қашықтықтарына тәуелді анықталады. Аморфты денелерде атомдар тәртіпсіз орналасқандықтан, кеңістігінде атомдардың ара қашықтығы әртүрлі бағыттарда бірдей, демек қасиеттері де бірдей болады, яғни аморфтыденелер изотропты болады.

Кристалдық денелерде кеңістікте атомдар дүрыс орналасады,атомдардың ара қашықтықғы әртүрлі бағыттарда бірдей емес және олардың тартылыс күштері бірдей емес, сондықтан қасиеттері бірдей болмайды. Қасиеттердің бағыттарға тәуелділігі анизотропия деп аталады.

Анизотропия құбылысын түсіну үшін кристалдағы кристаллографиялық жазықтықтары мене кристаллографиялық бағыттарын бөлу қажет. Кристалдық тор түйіндері арқылы өтетін жазықтық, кристаллографиялық жазықтық деп аталады. Кристалдық тор түйіндері арқылы өтетін түзу кристалло-графиялық бағыт деп аталады.

Сыртқы әсерлерге байланысты (қысым, температура) кейбір металдардың әртүрлі кристалдық түрде болу қабілеттілігі аллотропиялығы немесе полиморфтығы деп аталады. Тордың әрбір түрі өзімен аллотропиялық түр өзгеру немесе модификациялану болып есептелінеді. Температураға тәуелділіктен аллотропиялық түр өзгеру үлгісіне темір жатады (Ғе).

Қысымның өзгеру салдарынан аллотропиялық түр өзгерудің үлгісі көміртегі болып табылады: төменгі қысымның әсерінен графит құрылады, ал жоғарғы қысымнан - алмас. Полиморфтық қүбылысты қолданып, термиялық өвдеудің көмегіарқылы қорытпаларды беріктендіруге және жүмсартуға болады.

Кейбір металдар магниттік өріс әрекетінің салдарынан магниттеледі. Магниттік өріс алғаннан кейін де олар қалдық магниттікке ие болады. Бүл қүбылыс темірде алғашқы рет табылған және ферромагниттік деп аталды. Ферромагниктерге темір, кобальт, никель және басқа металдар жатады. Қыздыру салдарынан металдардың ферромагниттік қасиеттері бірте-бірте азаяды: басында әлсіз, содан соң өте көп және белгілі темрературада (Кюри нүктесі) жоғалады (темір үшін Кюри нүктесі - 768°С). Бүл температурадан жоғары болғанда металдар парамагнетиктер болады. Магниттікке айналулар кристалдық тордың немесе микроқұрылымның өзгеруіне емес, олар электрондар арасындағы өзара әсерлерінің қасиеттерінің өзгерулеріне байланысты.

Магниттік айналу. Кейбір металдар магниттік өріс əрекетінің салдарынан магниттеледі. Магниттік өріс алғаннан кейін де олар қалдық магниттікке ие болады. Бұл құбылыс темірде алғашқы рет табылған жəне ферромагниттік деп аталды. Ферромагниктерге темір, кобальт, никель жəне басқа металдар жатады. Қыздыру салдарынан металдардың ферромагниттік қасиеттері бірте-бірте азаяды: басында əлсіз, содан соң өте көп жəне белгілі темрературада (Кюри нүктесі) жоғалады (темір үшін Кюри нүктесі -7680 С ). Бұл температурадан жоғары болғанда металдар парамагнетиктер болады. Магниттікке айналулар кристалдық тордың немесе микроқұрылымның өзгеруіне емес, олар электрондар арасындағы өзара əсерлерінің қасиеттерінің өзгерулеріне байланысты келеді.