Горлов О. К. Фізико-хімічні основи технологічних процесів. Зварювання: навч посібник / О. К. Горлов, Є. П. Рогачов, С. М. Лашко


НазваГорлов О. К. Фізико-хімічні основи технологічних процесів. Зварювання: навч посібник / О. К. Горлов, Є. П. Рогачов, С. М. Лашко
Сторінка3/16
Дата16.07.2013
Розмір1.18 Mb.
ТипДокументи
bibl.com.ua > Фізика > Документи
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Закономірності атомно-кристалічної будови металів


Елементарною комплексною основою елементів, в тому числі металів, є атом, що складається з позитивно зарядженого ядра й негативно заряджених електронів, що обертаються на різній відстані від ядра. У цілому атом є електрично нейтральним.

Електрони в атомах знаходяться на різній відстані від ядра, що визначає їхній енергетичний рівень і міцність зв'язку з ядром. Чим ближче розташовані один до одного протилежно заряджені ядро і електрони, тим сильніше вони взаємно притягаються. Крім різної відстані від ядра, стан електронів визначається орбітами, вздовж яких вони обертаються. Орієнтування орбіт у просторі може бути різним. Такі орбіти можуть бути круговими з ядром у центрі й еліптичними з різним ступенем еліптичності. Крім того, сам електрон обертається навколо своєї осі й напрямок цього обертання може бути в різних електронів різним.

Стан та енергія електронів в атомі визначаються чотирма квантовими числами. Головне квантове число n характеризує енергію й розмір електронної орбіталі й збігається з номером періоду елемента в періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва. Воно може набувати цілих значень від 1 до 7, що свідчить про можливість наявності в різних елементах від одного до семи головних енергетичних електронних рівнів. Орбітальне квантове число l визначає енергію, орбітальний момент кількості руху та форму орбіталі (змінюється від 0 до n-1). Магнітне квантове число ml характеризує просторове положення тієї або іншої орбіталі, а також магнітний момент електрона відносно ядра. Воно змінюється від -l до +l й має значення тільки цілих чисел. Спінове квантове число характеризує власне обертання електрона навколо своєї осі, має тільки два значення: +1/2 й -1/2. Обертання може бути в одну або іншу сторону.

В атомі не може бути двох електронів з однаковими чотирма числами (принцип заборони Паулі).

Енергетичні показники зв'язку між електронами і ядром, а також зв'язок між собою атомів тих же самих елементів й атомів різних елементів залежать від загального числа електронів в атомі, їхнього розташування за електронними рівнями, від ступеня заповнення електронних рівнів або підрівнів, загального числа електронних рівнів, стану останнього зовнішнього електронного рівня, а також від того, чи є спіни сусідніх електронів цього підрівня і особливо електронів зовнішньої оболонки взаємно врівноваженими.

Відповідальними за створення міжатомного зв'язку, що характеризується прагненням атома одержати завершену електронну оболонку, є зовнішні електрони, що найслабкіше пов'язані з ядром. Кількість цих електронів визначає валентність атома, а ступінь заповнення зовнішньої оболонки – його активність або здатність вступати в з'єднання з іншими атомами. Там, де зовнішня оболонка повністю заповнена, атом речовини виявляється практично пасивним до утворення зв'язків.

Здатність атомів тієї ж самої речовини або різних речовин з'єднуватися один з одним у міцний агрегат – утворювати нероз'ємне з'єднання – є найважливішим чинником при зварюванні металів і особливо при зварюванні тиском у твердому стані.

Серед багатьох показників, пов'язаних з особливостями атомної будови металів, для зварювання найбільше значення мають такі:

– міцність зв'язку найлегше відокремлюваних електронів зовнішньої оболонки з ядром або іоном;

– тип і міцність зв'язку між атомами;

– показник вільної енергії поверхні.

Атоми різних елементів відрізняються між собою кількістю електронних оболонок (енергетичних рівнів, на яких розташовані електрони). Чим більше головне квантове число електронної оболонки, тим далі електрони розміщені від ядра, тим більшою є їхня вільна енергія, тим слабкіше вони пов'язані з ядром.

Має значення не тільки збільшення відстані цих електронів від ядра й зменшення сили взаємодії електрона і ядра, але й вплив проміжних електронних оболонок. Електрони зовнішніх оболонок в атомі можуть при відповідних умовах віддалятися від ядра, взагалі його залишати, переходячи, наприклад, до іншого атома, у якого зовнішня оболонка має більш низький енергетичний рівень і вільне місце (незаповнене). Таким чином, одним з факторів, що визначають з'єднання атомів, є енергетичний стан електронів на зовнішній оболонці – валентних електронів: чим слабкіше вони пов'язані з ядром цього атома, тим легше переходять до утворення зв'язку з іншим атомом.

Велике значення для міцності зв'язку зовнішніх електронів з атомом має ступінь заповнювання зовнішньої оболонки. Чим повніше заповнена зовнішня оболонка, тим міцніше закріплені на ній електрони. Атоми з одним електроном на зовнішній оболонці легше всього його віддають.

На міцність закріплення зовнішнього електрона у «свого» атома також впливає утворення замкнутих магнітних полів, створюваних спінами електронів (обертанням електронів навколо своєї осі). Якщо атом має два зовнішніх електрони з антипаралельними спінами (що обертаються в різних напрямках), тобто четверте квантове число у одного -1/2, у іншого +1/2, то магнітні поля, що створюються при обертанні електрона, утворять більш замкнуте магнітне поле, що сприятиме утриманню кожного з електронів. Якщо розглядати з'єднання двох різних атомів (зварювання різних металів), то наявність на зовнішніх оболонках атомів з протилежними спінами має обумовлювати утворення врівноважених магнітних полів і поліпшення зварюваності.

Сила, з якою утримується електрон у «своєму» атомі (мова звичайно йде про зовнішні електрони), визначається іонізаційним потенціалом – напругою, яку необхідно прикласти, щоб відірвати електрон і зробити атом позитивно зарядженим іоном. Іонізаційний потенціал є важливим показником здатності атомів до встановлення міжатомних зв'язків. В атомі може бути кілька іонізаційних потенціалів відповідно до того, скільки у нього електронів на зовнішній оболонці і який за рахунком електрон відривається. Чим нижче потенціал іонізації атома, тим легше зробити атом активним для встановлення зв'язку . Так, серед металів, що використовують у техніці, легше всього мають зварюватися у твердому або пластичному стані деталі з алюмінію (іонізаційний потенціал – 5,98 еВ), трохи складніше – титан (6,82 еВ), потім – ніобій (6,88 еВ), молібден (7,1 еВ), свинець (7,42 еВ), срібло (7,57 еВ), нікель (7,63 еВ), магній (7,64 еВ), мідь (7,72 еВ), залізо (7,8 еВ), вольфрам (7,98 еВ).

Найбільш високі потенціали іонізації мають елементи з повністю заповненою зовнішньою оболонкою (інертні гази). Найнижчі потенціали мають елементи з найменш заповненими оболонками. У міру збільшення атомного номера елемента виявляється екранованим вплив внутрішніх електронних рівнів.

Для міцності міжатомного зв'язку велике значення має його тип, тобто спосіб і принцип з'єднання атомів між собою. Основою міжатомного зв'язку й, отже, утворення нероз'ємних з'єднань є взаємодія електронів, а рушійною силою цієї взаємодії – прагнення атомів одержати завершені електронні оболонки та досягти найбільш стійкого розподілу електронів за рівнями й підрівнями. Таким чином, при взаємодії кожен з атомів різних речовин шляхом віддачі або захвату електронів прагне придбати найближчу йому стійку електронну будову.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Схожі:

Проектування технологічних процесів обробки деталей механічних засобів
МОДУЛЬ ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ ПРОЕКТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У МАШИНОБУДУВАННІ
Колесніченко Л. А., Борисенко Л. Л. К 60 Основи психології та педагогіки:...
К 60 Основи психології та педагогіки: Навч метод посібник для самост вивч дисц. — К.: КНЕУ, 2002. — 157 с
Конспект лекцій з курсу “ Системно-структурне моделювання технологічних...
Конспект лекцій з курсу “Системно-структурне моделювання технологічних процесів” / Укладач П. В. Кушніров. – Суми: Вид-во СумДУ,...
МОДУЛЬ ВСТУП. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІВОДИ. ГІДРОЛОГІЯ РІЧОК Блок...
Гідрологія – наука про природні води, їх властивості та явища і процеси, що в них відбуваються, а також закономірності розвитку цих...
ПРАВОВІ ОСНОВИ ДОКУМЕНТОЗНАВЧОЇ ДІЯЛЬНОСТІ
Правові основи документознавчої діяльності /Д. О. Готило, С. Ф. Гуцу, В. М. Петрук – Навч посібник для студентів гуманітарного факультету...
Сутність процесу електроконтактного точкового зварювання
Мета роботи: вивчити технологічний процес електроконтактного точкового зварювання; визначити його відмінності; ознайомитися з будовою...
1 Держава, право та Конституція України
Основи конституційного права і чинного законодавства України / Г. Ю. Каніщев, В. Б. Селевко, С. С. Бичкова. – Навч посібник. – Харків:...
Максимова Н. Ю., Мілютіна К. Л., Піскун В. М. Основи дитячої патопсихології: Навч посібник
Важковиховуваність як психолого–педагогічна проблема. Типологія соціально-дезадаптованої поведінки. Асоціальна поведінка як відхилення...
Пасинков В. В., Сорокин В. С. Материалы електронной техники
...
ЗВІТ про виконання лабораторної роботи РУЧНЕ ЕЛЕКТРОДУГОВЕ ЗВАРЮВАННЯ...
Умовне позначення електродів для ручного дугового зварювання і наплавлення сталі ГОСТ 9466-75
Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка