2-modul: Metallar strukturasi. Rеja
Yüklə 119,82 Kb. Pdf görüntüsü
|
|
2-modul: Metallar strukturasi. Rеja: 1. Asosiy tushunchalar. 2. Plastik va elastik deformatsiya. 3. Birlamchi, yig‘uvchi va ikkilamchi qayta kristallanish. 4. Keramikaning kristall strukturasi. 1. 1900 yilda Jeyms Eving va Valter Rozenxeyn, agar namunani deformatsiyalansa, masalan uning qirralari turli tomonlarga qayrilsa, yuzasi chiziqlar bilan qoplanib qolishini aniqlashdi. Ular odatda, donachalar atrofida bir biriga qat'iy paralell bo‘lib, har xil donachalarda ularning yo‘nalishi turlicha edi. Tadqiqotlar shuni ko‘rsatdiki, bu chiziqlar, kristallarning nozik qatlamlarining bir biriga nisbatan qiyshayishi natijasida hosil bo‘ladigan zinasimon qavatlarning izi ekan. Katta va ideal metall kristallari bilan olib borilgan keyingi tadqiqotlardan bu zinasimon qavatlarning ma'lum tartibdagi tekislikliklarda va aniq kristalografik yo‘nalishlarda hosil bo‘layoganligi aniqlandi. Metallarning egilish deformatsiyasi mexanizmi, shu tahlit, suyuqlik va gazlarning oquvchanligidan jiddiy farqlanishi ma'lum bo‘ldi. Bu jarayonda siljish tekisligining bir tarafidagi atomlar, o‘zlarining avvalgi qo‘shnilaridan uzilib, o‘zi bilan birga ma'lum qismdagi kristallni ergashtirib, boshqa joyga «ko‘chib» o‘tadi va u yerdagi yangi qo‘shnilari biloan birga, avvalgi holatidagi kabi yana to‘g‘ri struktura hosil qilib oladi. Shu tarzda kristallning dastlabki ichki strukturasi xususiyatlari qayta tiklanadi. «Agar egilishdagi siljish» metallning kristall strukturasi tufayli bo‘lsa, unda nima sababdan u nometall kristallar, masalan olmos, sapfir kabi, odatda deformatsiyada sinadigan strukturalarda kuzatilmaydi? Yoki, boshqacha aytganda, nima uchun metallar egililuvchan, lekin ko‘plab nometallar esa mo‘rt? Buni tushinish uchun biz, metallarning ichki tuzilishi bilan yanada batafsil tanishamiz. Metallarda kristall panjaraning uch xil turi uchraydi. Hajmiy-markazlashgan kubsimon panjarada bitta qo‘shimcha atom, oddiy kub panjaraning markazida joylashgan. Unday strukturaga ishqoriy metallar, xona haroratidagi temir, volfram, xrom va molibden egalik qiladi. Qirraviy-markazlashgan panjaralarda esa, qo‘shimcha atomlar kubning har bir qirrasi markazida joylashadi. Bunday strukturaga yuqori haroratdagi temir, shuningdek, mis, kumush, oltin, alyuminiy, nikel, va qo‘rg‘oshin ega. Geksagonal zichlangan strukturada esa, 3 ta qo‘shimcha atomlar oddiy geksagonal katakcha ichidagi bo‘shliqda joylashadi. Ruz, magniy, kobalt va titanning stukturasi aynan shunday. Qirraviy-markazlashgan kubda ham, Geksagonal zichlangan strukturada ham atomlar maksimal ravishda zich joyalashadi. Yuqoridagi har ikkala strukturani zichlangan tekis strukturaning birini boshqasi ustiga joylashtirish yo‘li bilan olish mumkin. Har uch qo‘shni donacha tekislikda chuqurcha hosil qiladi va u chuqurchaga yuqori qatlandagi bitta donachani joylashtirish mumkin bo‘ladi. Bunday chuqurchalarni tanlashning ikki xil usuli bor. Agar birinchi qatlamdagi donachalarning joylashuvini A bilan keyingi ikkita qatlamlarni esa mos ravishda B va C deb belgilasak, ABCABC ketma-ketlikdan qirraviy-markazlashgan kub panjara hosil bo‘ladi. ABABAB ketma-ketlikdan esa geksagonal zich panjara hosil qilinadi. Metallarning kristallaridagi atomlarning siljishi, atomlarning nisbatan zich joylashgan chegaralari bo‘ylab yuz beradi. Chunki, bu holatda qatlamlarning bir- birining harakatiga nisbatan qarshiligi eng kam bo‘ladi. Bundan tashqari, zichlangan atom qatorlari bo‘ylab harakatlanayotgan atomlar, ko‘pincha mustahkam vaziyatda bo‘ladi. Ko‘p simmetriyalilik tufayli, bunday kubik strukturaning zich joylashgan qatorlari, atom tekisliklarining‘ bir biriga nisbatan siljish yo‘nalishlarning ko‘plab variantlariga ega bo‘ladi. Bu metallning egiluvchaniligida yaqqol seziladi. Alohida kristallchalar shunday shkllarga kirishi mumkinki, qo‘shni donachalar bir biriga o‘tz zich yaqinlashib, o‘z ortidan bo‘shliq ham tirqish ham qoldirmaydi. Shu tufayli ham ular tashkil qiluvchi butun kristall panjara ham, sinmasdan, istalgan shklaga kira oladi. Geksagonal strukturaning kristallari nisbatan mo‘rt va ular mexanik ishlov berishga unchalik yaroqli emas. Metllarning kristallarining egiluvchanlik xossasi, yuqorida ko‘rganimizdek, zich joylashgan atom qatorlarining yo‘nalishlari va tekisliklari bo‘ylab siljishi bilan tushuntiriladi. Nima sababdan bunday kristall strukturalar hosil bo‘ladi? Bu savolga javob olish uchun biz metallarning elektron tuzilishiga e'tibor berishimiz zarur. 1900-yilda olmon fizigi Paul Drudye, metallarning yuqori elektr o‘tkazuvchanligining asosiy sababi bo‘lgan, yuqori elektr maydoni ta'sirida butun metall bo‘ylab harakatlanish imkoniga ega bo‘ladigan erkin elektronlari mavjud degan g‘oyani ilgari surdi. Bu faraz keyinchalik kvant mexanikasini ilova qilish orqali yanada takomillashtirildi. Lekin, asos o‘sha-o‘shaligicha qoldi: harakatlanuvchi elektronlar gazi, o‘zining elektr tortish kuchi hisobiga, xuddi suyuq yelim kabi, metallning musbat ionlarini o‘zaro biriktirib qo‘yadi. Elektron gaz va ionlar o‘zaro bir biriga tortishib, ixcham massa hosil qilishga intiladi, bu massaning strukturasi va hajmi esa, zichlangan donachalarning geometriyasi orqali o‘rnatiladi. Agar donachalar sof metalldagi kabi mutloq bir xil bo‘lsa, biz yuqorida ko‘rib o‘tganimizdek, odiiy kristall struktura paydo bo‘ladi. Ba'zi qotishmalarda donachalar o‘lchamlaridagi farqqa bog‘liq holda, boshqascha, xatto bundan ham zich strukturalar hosil bo‘lishi mumkin. Elektron gazning o‘zini xuddi yelim kabi tutub, ionlarni o‘zaro‘ bog‘lab qo‘yishi sababidan, metallarning valentligi, nometallar singari, o'zining kristall strukturalarida ahamiyat kasb etmaydi. Metallarning kristallchalari o‘zaro va erkin elektronlar gazi bilan shunday mustahkam bog‘lanishi mumkinki, ular orasidagi chegara deyarli bilinmay qoladi. Agar donachalar aralashmalar tufayli kuchsizlanib qolmagan bo‘lsa, sof sovuq metallni donachalar chegarasi bo‘ylab sindirish juda mushkul. Metall bog‘lanishlarning bunday «tanlab o‘tirmaydigan» xossasi tufayli, ikki bo‘lak metallning toza sirtini o‘zaro siqish orqali tutashtirish mumkin bo‘ladi. Metall bog‘lanish, turli xil metallarning qotishmalarini, har xil tartib va proportsiyadagi ko‘rinishlarini olish imkoniyatini beradi. Erkin elektronlarning mavjudligi, metallarning egiluvchanligi va mustahkamligiga qanday ta'sir ko‘rsatadi? Bir effektni biz yuqorida ko‘rib chiqib bo‘ldik: metallardagi (shuningdek, atomlarining o‘lchamlari bir biridan unchalik katta farq qilmaydigan ba'zi qotishmalardagi) oddiy kristall strukturalardagi zich joylashgan atom qatorlari tekisliklari bo‘ylab siljishlar ro‘y berar ekan. Metallardagi egilivchanlik ham, atomlarning bir biri bilan bevosita bog‘lanmaganligi, balki, erkin elektronlar tufayli o‘zaro tortishishi bilan tushuntirildi. Shu tufayli bir qatlamning ikkinchi qatlamga nisbatan siljishi oson yuz beraveradi. Agar qatlamlarning birining ikkinchisiga nisbatan siljishida qarshilik butunlay yo‘q bo‘lganidami, bunday material umuman qattiqlikka ega bo‘lmas edi. Qattiq jism esa, juda kichik deformatsiya uchun zarur bo‘lgan kuch miqdorini aniqlovchi siljish moduli bilan o‘lchanadigan muayyan va aniq qattiqlik darajasiga ega bo‘ladi. Tekislikda sirpanishning ikki xil holatini ko‘rib chiqamiz (rasm). Bir holatda (a) har bir qatordagi atomlar gorizontal yo‘nalishda zich joylashishgan, va natijada, vertikal yo‘nalishdagi tekisliklar oarsidagi masofa, (b) holatdagidan sezilarli ravishda qisqa. bir xil deformatsiyaning o‘zi uchuna holatda bholatdagidan kamroq kuchlanish zarur bo‘ladi. Sodda qilib aytganda, ozroq sondagi bo‘g‘imlarga ajralishga (bu shuni anglatadiki, elektron qavatlarini deformatsiyalash uchun kamroq kuch sarflash ham yetarli bo‘ladi) to‘g‘ri keladi. Boshqacha aytganda, zich joylashgan atomlar tekisliklari bo‘ylab siljish moduli kichik bo‘ladi. Metallning mustahkamligi shuningdek, uning oquvchaligi - atomlarning qayta tiklanmas siljishi keltirib chiqaruvchi deformatsiya kattaligi faktori bilan ham xarakterlanadi. Siljish ro‘y berganida, egiluvchi deformatsiya, yuqoridagi qatlamning atomi beqaror muvaznat holatiga yaqinlashganida, ya'ni, atomni ortga qaytarishga intilayotgan elektr kuchlari va uni oldinga, navbatdagi «chuqurcha»ga itarayotgan elektr kuchlari orasodagi farq maksimal holatda bo‘lganida boshlanib keladi. a holatda bu deformatsiya kichikroqligi ko‘rinib turibdi. Buning sababi ikkita: oquvchanlik chegarasiga yetish uchun zarur bo‘lgan siljish qarshiligiham, deformatsiyaham kam bo‘lgani uchun, zichlangan tekisliklar bo‘ylab siljish ehtimoli nisbatan yuqori bo‘ladi. Bunday tasavvur orqali, kubik kristall panjara strukturasiga ega bo‘lgan mis va Alyuminiy kabi metalllarning egiluvchanligi xususiyatlarini tushunishga yordam beradi, lekin, mustahkamlik haqidagi savolni ochiqligicha qoldiradi. Bunday tasavvur asosida qilingan hisob kitoblar ko‘rsatib turibdiki, metalllar, oquvchanlik yuzaga kelgunicha 3-10% ga deformatsiyalanishi kerak ekan. Lekin, sof metalllar 0.01% deformatsiyadoq ichki oquvchanlikka uchraydi. Mashinasozlikda toza metallar ishlatilmaydi hisob. Chunki, ularni olish texnalogiyasi ancha murakkab, qimmat va ulardan foydalanish davrida ish berish xossalari yetarli emas. Shuning uchun asosan ularning qotishmalari ishlatiladi. Metallik qotishma-bu makro bir xil tizim, qaysiki, metallardan, hamda metall va nometallardan tashkil topgan; metallik xossalarga ega. Tizim - qattiq, suyuq yoki gaz holatdagi jismlarning yig‘indisi. Tizim oddiy va murakkab bo‘lishi mumkin. Oddiy tizim 2,3 tashkil etuvchilardan – Komponentlardan iborat. Murakkab tizim komponentlari ko‘p bo‘ladi. Yüklə 119,82 Kb. Dostları ilə paylaş:
|