Question

1. Для кристаллической решетки цинка определите координационное число и рассчитайте коэффициент укладки. Объясните природу относительно низкой пластичности цинка по сравнение с кристаллами, имеющими решетку ГЦК. 2.Объясните причину отсутствия упрочнения свинца, деформированного при нормальной температуре. Можно ли создать наклеп у свинца при других температурах? Сделайте анализ с учетом явления полиморфизма. Учебник Гуляева "Металловедение"

Answer 1

Ответ:

Объяснение:    Кристаллическая решетка цинка имеет структуру ГПУ (гексагональная плотноупакованная). В такой структуре каждый атом имеет шесть ближайших соседей, расположенных на равном расстоянии друг от друга по направлениям осей решетки. Таким образом, координационное число для цинка равно 6. Коэффициент укладки (отношение объема атомов к общему объему решетки) для гексагональной решетки равен 0,74.

Природа относительно низкой пластичности цинка по сравнению с кристаллами, имеющими решетку ГЦК, связана с тем, что в решетке ГПУ относительно меньше свободного места для перемещения атомов. В решетке ГЦК каждый атом имеет 12 ближайших соседей, что обеспечивает более свободное движение атомов при деформации и более высокую пластичность.

   Причина отсутствия упрочнения свинца, деформированного при нормальной температуре, связана с тем, что свинец при комнатной температуре имеет кубическую решетку, которая может деформироваться пластически при сдвиге плоскостей. Однако деформация не приводит к упрочнению материала, так как дислокации, которые обычно являются механизмом упрочнения металлов, в свинце практически не двигаются из-за высокой энергии связи между атомами свинца.

Создание наклепа у свинца при других температурах может быть возможно при полиморфизме - изменении кристаллической структуры материала при изменении температуры. Например, при нагревании свинца до 327 °C он претерпевает фазовый переход и переходит в состояние с ромбической решеткой. В таком состоянии материал может иметь большую пластичность и упрочнение при деформации. Однако, это требует специальных условий и может быть неэкономически выгодным.

Answer 2

1. Кристаллическая решетка цинка:

   • Цинк имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку (ГПУ) или решетку Гексагональной Ближайшей Упаковки (ГБУ).
   • Координационное число для атомов цинка в ГБУ решетке равно 12. Это означает, что каждый атом цинка внутри кристаллической решетки имеет 12 ближайших соседей.

   Коэффициент укладки (packing fraction) для решетки ГБУ можно рассчитать, используя отношение объема атомов к общему объему кристалла:

   Коэффициент укладки = (объем атомов) / (общий объем кристалла)

   В решетке ГБУ, каждый атом цинка занимает 1/2 места в ячейке, и у каждого атома есть шесть ближайших соседей на одном уровне и шесть на ближайшем уровне ниже. Плотная упаковка означает, что атомы занимают максимальное пространство, и коэффициент укладки для ГБУ решетки составляет около 0,74.

   По сравнению с кристаллами, имеющими решетку ГЦК (гексагонально-центрированную кубическую), такими как алюминий и медь, цинк менее пластичен из-за различий в структуре решетки. В решетке ГЦК атомы занимают более компактное местоположение, и эта структура обеспечивает большую пластичность.

2. Отсутствие упрочнения свинца при деформации при нормальной температуре объясняется его полиморфизмом и тем, что при комнатной температуре свинец находится в альфа-фазе, которая обладает релятивистскими эффектами. В альфа-свинце атомы упакованы в решетку ГЦК, где атомы занимают более компактное местоположение и взаимодействуют сильными связями между собой. Эти сильные связи делают металл более мягким и менее устойчивым к деформации при нормальной температуре.

Однако, при более низких температурах, свинец может переходить в другие полиморфные формы, такие как бета-свинец, гамма-свинец и дельта-свинец, которые могут обладать большей упругостью и устойчивостью при деформации. Наклеп свинца может быть создан при изменении температуры и давления, что может изменить его структуру и механические свойства.

Важно отметить, что полиморфизм - это явление, при котором один и тот же химический элемент может образовывать различные кристаллические структуры при разных условиях температуры и давления.