Технические металлы (металлические сплавы) в твердом виде состоят из прочно связанных в одно целое кристаллических зерен, большей частью расположенных по случайным направлениям.
Каждое зерно представляет собой отдельный кристалл, т. е. вещество в таком состоянии, при котором составляющие его атомы или молекулы взаимно связаны и находятся в определенном положении в пространстве. Характерным признаком кристаллического строения металлов является правильное расположение атомов в каждом отдельном кристалле металла.
Рентгеновскими исследованиями обнаружено, что атомы в металлическом кристалле, располагаясь в определенном порядке, образуют пространственную кристаллическую решетку, состоящую из ряда параллельных кристаллографических плоскостей, отстоящих на определенных расстояниях одна от другой. Атомы располагаются в этих кристаллографических плоскостях, образуя узлы пространственной решетки.
Большинство главнейших металлов имеет простые пространственные решетки.
Формы элементарных ячеек этих решеток железа следующие:
- 1) куб центрированный или объемно-центрированный, в котором все атомы, кроме одного, расположены в вершинах и один в центре куба;
- 2) куб с центрированными гранями или гранецентрированных в котором атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани.
Наиболее тесное расположение атомов наблюдается в решетке гранецентрировнного куба. Обычно отдельные кристаллы («зерна») металлического тела не имеют правильных кристаллических огранений. Изучение таких кристаллов показало их ярко выраженную анизотропность, т. е. неодинаковость физических и механических свойств в различных направлениях. Однако изделия из технических металлов условно считают изотропными телами, так как они состоят из очень большого числа различно ориентированных мелких кристаллов (с линейными размерами обычно от 0,001 до 0,1 мм).
Процесс кристаллизации в металле
Первичная кристаллизация в металле происходит в результате затвердевания расплавленного металла при охлаждении.
В начальной стадии кристаллизации обычно образуются кристаллические образования ветвистого характера, называемые дендритами.
Отдельные ячейки кристалла как бы нанизываются друг на друга по определенным осям, последние постепенно растут, увеличиваются в размерах и дают попочные отростки (рис. 1), пространство между которыми постепенно заполняется частицами загнердевшего металла.
Рис. 1. Схема образования дендритов.
Примером дендрита большой величины (длина 390 мм) является кристалл, обнаруженный Д.К.Черновым в усадочной раковине большого слитка.
Некоторые металлы в твердом состоянии способны к аллотропическим превращениям, т. е. могут переходить при охлаждении или нагревании из одной кристаллической формы в другую.
При наличии аллотропических превращений а металле возникает новая кристаллизация, называемая вторичной. Вторичная кристаллизация в отличие от первичной протекает в твердой фазе.
