|
2. Metallarning kristall tuzilishi.
Metall atomlarining bertartib harakatda bo’lgan suyuq holatdan, atomlari batartib joylashgan qattiq holatga o’tish jarayoni birlamchi kristallanish deyiladi.
Ushbu rasmda suyuq va qattiq holatdagi metallarning erkin energiyasi qiymatining temperaturaga qarab o’zgarishi ko’rsatilgan.
F - erkin energiya qiymati
Tn - nazariy kristallanish temperaturasidan yuqori temperatura bo’lganda suyuq holatdagi metallning erkin energiya qiymati (Fs) qattiq holatdagi metallning erkin energiya qiymatidan (Fk) kichik (Fs < Fk) bo’lgani uchun u suyuq holatda aksincha Tn.K dan past temperaturada qattiq metallning erkin energiyasi suyuq metallning erkin energiyasi qiymatidan kichik (Fe
Fqν-TS
ν -sistemaning ichki energiyasi,
T- absolyut temperatura,
S- entropiya
Entropiya, sistemada fazoviy zarrachalarning joylashishini xarakterlaydi. Temperatura ortgan sari entropiya ham ortadi.
Bizga ma’lumki, metall qolipga quyilganda uning o’ta sovish natijasida, ya’ni kristallanishning boshlang’ich davrida tug’ma va sun’iy kristallanish markazlari atrofida hosil bo’layotgan birlamchi kristallarga tik yo’nalgan ikkilamchi, ularga tik bo’lgan uchlamchi kristallar hosil bo’ladi. Ular o’zaro to’qnashguncha o’sib borib, biri ikkinchisidan o’sishi yo’nalishi va o’lchamlari bilan farq qiladi. Bunday kristallarning tuzilishi daraxtni eslatadi. Bu kristall dentrit deb ataladi.
Dentrit so’zi yunoncha so’zdan olingan bo’lib, shoxli daraxt shaklidagi kristalni bildiradi.
Metallarning kristallanish jarayoni to’lik tugaganda turli muntazam shaklli, o’lchamli va turli tomonga yo’nalgan donlar hosil bo’ladi.
D.K.Chernov metallarning kristallanish jarayonini o’rganib, bu jarayon ikki bosqkichda borishini kuzatadi. Birinchi bosqichda kristallanish markazlari hosil bo’ladi, ikkinchi bosqichda esa bu markazlardan kristallarning chizqli o’sishi sodir bo’ladi.
Ma’lumki metall suyuqligida uning atomlari bertartib harakatda bo’ladi. Metall temperaturasi pasaygan sari atomlarning tartibsiz harakati susayib, ma’lum temperaturadan boshlab suyuq metallarning ayrim qismlarida kelgusida kristallanish markazlari hosil qiluvchi atomlar gruppasi vujudga keladi.
Bu markazlarning ba’zilari tartibsiz harakatdagi boshqa atomlar bilan bombardimon qilinsa, ba’zilari bombardimon qilinmay qoladi. Bu "tug’ma" turgun markazlar kristallanish markazlari bo’lib, ular atrofida metall kristallana boradi.
Turg’un kristallanish markazlari soni metallning o’ta sovitilish darajasi (t) ga bog’liq (tqTnk-Th). O’ta sovitilish darajasi ortgan sari turg’un markazlar soni ham ortadi.
Kristallarning markazlari soni va kristallarning chiziqli o’sish tezligi metallning o’ta sovish darajasi (t) ga to’g’ri keluvchi maksimum MS va KT qiymatlarga ega bo’ladi.
Agar hosil bo’layotgan kristallarning hajmi birlikdagi sonini A harfi bilan belgilashak, unda uning qiymatini quyidagicha ifodalash mumkin.
MS
A q -----
KT
bu yerda MS - kristallanishdagi turg’un markazlarning birlik hajmida vaqt birligida hosil bo’lish soni, mmqs, KT- kristalarning vaqt birligida chiziqli o’sish tezligi, mm3
qs A ning qiymati qancha ortsa, donalar shuncha mayda bo’ladi.
Metallning xossalarini yaxshilash maqsadida suyuq metallga kristallana boshhlashida ozgina magniy yoki tseriy kukunlari (modifiratorlar) qo’shib, mayda donli, yuqori sifatli qotishmalar olish mumkin.
3. Ishlab chiqarishda va sanoatda ko’p foydalanadigan metallar Fe, So, Sp, Ti va boshqalar qattiqligida bosim o’zgarmasdan temperature o’zgarganda kichik erkin energiyali barqaror holatga intilish sababli ular bir kristall panjarali holatdan boshqa tuzilishdagi kristall panjarali holatga o’tadi.
Metallarning muayyan temperaturada bir kristall panjarali holatdan ikkinchi barqaror kristall panjarali holatga o’tish xususiyati allotropiya deyiladi.
Kristall panjaraning bir turdan ikkinchi bir turga o’tish jarayoni metallardagi polimorf o’zgarish deb ataladi.
Metallardagi polimorf o’zgarish izotermik (temperatura o’zgarmas sodir bo’ladigan) jarayon bo’lib, u issiqlik chiqarish yoki o’tish xususiyatiga ega. Polimorf o’zgarishda qayta kristallanish sodir bo’ladi.
Birgina elementning bir necha turdagi kristall panjara ko’rinishhlari polimorf qatorni tashkil qiladi.
Bu qator α, β, γ, δ va h.k. bilan belgilanadi. Ko’pgina metallar (Fe, Sp, So, Mp, Ti va h.k.) polimorfizm xossasiga egadir. Metall polimorfizmiga misol qilib, temir polimorfizmini ko’rib chiqamiz. Temirning polimorfizmi 3-rasmga ko’rsatilgan
Temirning suyuq holatidan uy temperaturasigacha sovib borishda allotropik shakl o’zgarishdagi kritik temperaturalar grafigi. Temir 1539oS kristallana boshhlaydi natijada hosil bo’lgan kristall panjara turi markazlashgan kub katakcha (K 8) shaklida bo’ladi. Demak 1392oS dan 1539oS gacha (K 8) shaklida bo’ladi. (b-modifikatsiya). Sovish temperaturasi 1392oS ga yetganda kristall katakchaning shakli o’zgaradi (K8 - K12), ya’ni polimorf o’zgarish ro’y beradi.
Temperatura 911oS gacha pasayganda yana polimorf o’zgarish ro’y beradi (k12-K8) yoqlari markazlashgan (K12) kub kattakcha yana markazlashgan kub kattakchaga (K8) oi’tadi.
O’qlari markazlashgan kub katakcha temirning γ modifikatsiyasi deyiladi, 911oSdan kichik temperaturada hosil bo’lgan markazlashgan kub katakcha esa - α modifikatsiya deb ataladi. Demak qizdirilganda ham xuddi shu jarayon qaytariladi ( α γ δ) α - hamda δ- modifikatsiyalarining kub katakchalari shakl bir xil bo’lganligi uchun modifikatsiyani yuqori temperaturali - modifikatsiya deb ataladi.
Ammo 768oS da yuz beradigan izotermik jarayon temirdagi polimorf o’zgarishhlarga aloqador emas. Temperatura 768oS bo’lganda, temir atomining atrofdagi d - qobiqda elektronlar jufti hosil bo’ladi, lekin kristal panjara turi o’zgarmaydi (k8).
Elektron qobig’idagi bunday o’zgarish temirning magnit xossalari o’zgarishiga olib keladi. Shuning uchun ham temir 768oS dan pastda ferromagnit va 768oS dan yuqori temperaturada esa paramagnit xossasiga ega, faqat temir emas balki boshqa elementlar ham yuqori temperaturada o’zining magnit xossalarini o’zgartiradi (masalan, nikel, kobalt va h.k.). Elementlarning magnit xossalarini yo’qotish xususiyatlari izotermik jarayon bo’lib, bu izotermik temperaturalar P.Kyuri nuqta si deb ham ataladi.
Magnit xossalarining o’zgarishi ferromagnit xossalariga ega bo’lgan element atomlarining tashqi qobig’idagi elektronlar tuzilishining o’zgarishini bildiradi. Demak, yuqori temperaturada yo’qotilgan magnit xossalari metall sovitilganda yana asta-sekin tiklanadi, magnit o’zgarish izotermik temperaturadan pastda metall yana ferromagnit xossasiga ega bo’lib qoladi.
Polimorf o’zgarish magnit o’zgarishi bilan bir xil emas va ular bir - birlariga bog’liq ham emas.
Masalan, temir uchun - modifikatsiyaga o’tish 911oS da magnit o’zgarishhlari esa 768oS da sodir bo’ladi, kobalt elementining α-dan β- modifikatsiyaga o’tishi esa 450oS da, magnit o’zgarishi esa 1000oS dan yuqorida sodir bo’ladi.
Metaldagi polimorfizm xossalarining kashf qilinishi metall va qotishmalar xossalarini boshqarishga keng imkoniyat yaratib beradi.
Metallarning kristall panjara to’rini aniqlash uchun rentgen nuridan
foydalanalaniladi.
Metallarning ko’pgina fizik xususiyatlarining monokristallarda o’rganish mumkin. Kristallarning fizik xususiyatlariga ko’ra ikki gruppaga bo’lish mumkin. Birinchi gruppaga monokristallarda atomlarning joylashish tartibiga bog’liq bo’lmagan xususiyatlar (masalan jism zichlig)ini kiritish mumkin. Haqiqatdan ham jismning zichligi kristal panjaraning hamma yo’nalishida bir xil bo’ladi. Ikkinchi gruppaga tashqi kuch ta’siridagi xossalar (mexanik xossalar) ya’ni kristal panjaraga ta’sir qaysi yo’nalishga bog’liq ekanligini fizik xususiyatlari kiradi.
Do'stlaringiz bilan baham: |
