Аллотропная кривая железа

t

L

а

C

1539

ОЦК

1392

ГЦК

911

ОЦК

768

ОЦК

0

Дополнения к лекции 1, 2 Получение монокристаллов

Металлы, используемые в технике, состоят из большого числа кристаллов неправильной формы, называемых зернами или кристаллитами. Такое строение металлов называется поликристаллическим.

По границам между зернами металла нарушается правильность строения кристаллической решетки. Обычно зерна повернуты произвольно.

Для научных целей путем очень медленного охлаждения можно получить весьма крупные куски металла, масса которых составляет несколько сот граммов, представляющих собой один кристалл. Их называют монокристаллами.

Анизотропия свойств кристаллов

В кристаллической решетке монокристалла плотность расположения атомов по различным плоскостям неодинакова. По плоскости АВСД, проходящей через грань куба, в углах грани элементарной ячейки расположены четыре атома. Площадь, приходящаяся на 1 атом равна а .

На площади прямоугольника АВС1Д1 в диагональной плоскости располагается 4 атома (каждый принадлежит прямоугольнику на ¼) и еще один атом в центре.

В плоскости АВС1Д1 (0,7 а ) атомы расположены более плотно, чем в плоскости АВСД (а ).

Как следствие различной плотности в расположении атомов по разным кристаллографическим плоскостям многие свойства кристалла зависят от направления (прочность, электро- и теплопроводность, магнитные свойства, растворимость в кислотах и т.п.). Зависимость свойств от направления называется анизотропией. Такие свойства, как плотность, температура плавления, теплоемкость и др., не зависят от направления.

Наряду с кристаллическими телами на практике приходится сталкиваться с телами аморфными (например, обычное стекло), у которых атомы расположены беспорядочно. Так как у аморфных тел атомы по всем направлениям расположены примерно с одинаковой плотностью, то и свойства их не зависят от направления. Такие тела называют изотропными.

Квазиизотропия

В металлических изделиях содержится очень большое количество кристаллов. В стальном прокате, например в 1 см , содержатся десятки тысяч кристаллов. Все они произвольно ориентированы. Хотя у каждого кристаллика свойства зависят от направления, у металлического изделия в целом свойства в любом направлении одинаковы. В любом направлении оказывается примерно равное количество кристаллов, ориентированных вдоль этого направления осями наибольшей и наименьшей прочности, теплопроводности, электропроводности и пр.

Металлическое изделие с произвольным расположением зерен называется квазиизотропным (квазиизотропия – кажущаяся изотропия).

В некоторых случаях при помощи пластической деформации и последующей термической обработки добиваются преимущественной ориентации кристаллов во всем металлическом изделии. (Например, получив в трансформаторной стали преимущественную ориентацию зерен, можно добиться снижения потерь при перемагничивании стального набора трансформатора).