Основные типы кристаллических решеток.

Если соединить соседние атомы воображаемыми линиями, то получится пространственная кристаллическая решетка. Ее наименьшим структурным образованием является элементарная ячейка, контур которой, представляет какое-либо геометрическое тело, например куб или шестигранную призму.

Ячейки, примыкая, друг к другу, и многократно повторяясь, образуют более крупные образования – зерна.

Зерна, объединяясь, собственно и образуют металл, с его свойствами. Ориентация решеток в отдельных зернах – различная. Что же касается субзерен, то угол рассогласования между ними очень невелик (не превышает нескольких градусов).

Наиболее простой кристаллической решеткой у металлов является кубическая (рисунок 1.1, а, б), имеющая две разновидности: объемно центрированный куб (ОЦК) и гранецентрированный куб (ГЦК).

Кристаллическую решетку ОЦК имеют альфа-железо, хром, ванадий, вольфрам, молибден и др.

ГЦК имеют гамма-железо, алюминий, медь, никель, свинец.

Другой разновидностью является гексагональная плотноупакованная (ГПУ). Такую решетку имеют альфа-титан, магний, цинк и др. металлы.

Рисунок 1.1. Основные типы кристаллических решеток материалов:

а – кубическая объемно-центрированная; б – кубическая гранецентрированная; в – гексагональная плотноупакованная.

В ячейках кристаллической решетки атомы касаются друг друга внешними слоями электронных оболочек. Межатомные силы сцепления создаются электромагнитным воздействием, обусловленным наличием у атомов валентных электронов.

У металлов, находящихся в твердом состоянии, валентные электроны, освобождаясь от своих атомов, движутся между атомами, которые становятся положительно заряженными ионами. Принадлежащие всему зерну и образуя электронный «газ» свободные электроны, взаимодействуя с положительными ионами, обеспечивают целостность кристаллической решетки. Такая межатомная связь в кристаллической решетке получила название металлической.

Прочность металла зависит от плотности упаковки и особенностей строения его атомов (особенно валентного и подвалентного слоя электронной оболочки).

объясняется наличием в реальном металле концентраторов напряжений, металлургических дефектов и дефектов кристаллической решетки, важнейшими из которых являются дислокации.

Теоретической прочностью обладает совершенно бездефектный материал, имеющий идеально построенную, однородную во всех ее частях кристаллическую решетку. При его нагружении возникающие напряжения стремятся разорвать все совершенно одинаковые межатомные связи плоскости.

При наличии дефектов кристаллической решетки после небольшой упругой деформации происходит пластическая, а точнее упруго-пластическая деформация. При этом начинает действовать принципиально иной, так называемый дислокационный механизм упруго-пластической деформации, развитие которой может завершиться разрушением металла. При наличии в металле металлургических дефектов или концентраторов напряжений разрушение наступает раньше и протекает в течение значительно более короткого времени.