Металлы представляют собой кристаллические тела с закономерным расположением атомов в узлах пространственной решетки.
Решетки состоят из ряда кристаллических плоскостей, расположенных друг от друга на расстоянии нескольких нанометров (1 нм=10-9 м). Большинство металлов имеет пространственные решетки в виде простых геометрических фигур.
Отдельные участки кристаллической решетки прочно связаны между собой в комплексы — зерна. Взаимное расположение зерен отдельных элементов и сплавов определяет структуру металлов и их свойства.
Черные металлы имеют простые кубические ячейки решеток двух видов:
- · центрированный или объемно-центрированный куб (9 атомов в ячейке), объем шаров занимает 68%;
- · гранецентрированный или куб с центрированными гранями (14 атомов), объем шаров занимает 74%. Некоторые цветные металлы и их сплавы имеют шестигранную решетку.
Железо, олово, титан и другие металлы обладают свойствами аллотропии, т. е. способностью одного и того же химического элемента при различной температуре иметь разную кристаллическую структуру. Аллотропические превращения сопровождаются выделением или поглощением теплоты. Температура, при которой происходит переход металла из одного аллотропического вида в другой, называется критической.
При нагреве металла амплитуда колебания атомов достигает некоторой критической величины, при которой происходят разрушение кристаллической решетки и переход металлов из твердого в жидкое состояние. Процесс кристаллизации заключается в росте кристаллов путем отложения новых кристаллических групп вокруг возникших зародышей. Рост кристаллических образований происходит в определенных направлениях. Вначале образуются главные оси кристалла путем роста в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а затем от каждой из этих осей образуются новые и возникает не полностью завершенный кристалл, называемый дендритом. В дальнейшем все промежутки между осями дендрита заполняются упорядоченно расположенными атомами.
В условиях несвободной кристаллизации образующиеся кристаллы получают неправильные очертания и форму и называются кристаллитами или зернами. Величина зерен оказывает существенное влияние на механические свойства металлов: чем мельче зерна, тем прочнее металл.
