โครงผลึก & โครงสร้างจุลภาค

โลหะเป็นผลึก หมายความว่า อะตอมของมันไม่ได้กระจายแบบสุ่ม แต่เรียงตัวเป็นรูปแบบที่ซ้ำกันอย่างเป็นระเบียบ — เรียกว่าโครงผลึก หน่วยที่เล็กที่สุดของรูปแบบนี้เรียกว่าหน่วยเซลล์ และในโลหะมีอยู่สามแบบหลัก ๆ

ลูกบาศก์กลางตัว (bcc): อะตอมที่มุมทั้งแปดของลูกบาศก์ บวกหนึ่งตัวตรงกลาง เหล็กที่อุณหภูมิห้องมีโครงสร้างนี้ — ในรูป มันแน่นแต่โอกาสที่อะตอมจะเลื่อนไถลได้มีจำกัด

ลูกบาศก์กลางหน้า (fcc): อะตอมที่มุมทั้งแปด บวกหนึ่งตัวตรงกลางของแต่ละหน้า เหล็กในช่วง 911 °C ถึง 1392 °C มีโครงสร้างนี้ — ในรูป โครงสร้าง fcc นั้น "โปร่ง" กว่าและเปลี่ยนรูปได้ดีกว่ามาก ในขณะเดียวกันช่องว่างในโครงสร้างก็รับอะตอม ได้มากกว่าอย่างชัดเจน

hexagonal close-packed (hcp): พบในสังกะสี แมกนีเซียม และไทเทเนียมที่อุณหภูมิห้อง โครงสร้างนี้มีระนาบการไถลน้อย — ดังนั้นโลหะเหล่านี้จึงขึ้นรูปเย็นได้ไม่ดี

จุดสำคัญสำหรับช่างเชื่อมอย่างเธอ: เหล็กเปลี่ยนโครงผลึกเมื่อร้อนขึ้นและเย็นลง ที่ 911 °C โครงสร้าง bcc จะเปลี่ยนเป็น fcc — กลายเป็น ตอนเย็นลงก็เกิดย้อนกลับเหมือนกัน การเปลี่ยนโครงผลึกนี้คือต้นเหตุของทุกอย่างที่เกี่ยวกับการแข็งตัวตอน :

• ถ้า เย็นตัว ช้า ๆ อะตอมคาร์บอนมีเวลาเคลื่อนออกจากโครงสร้าง fcc — จะได้ / ที่อ่อน

• ถ้าเย็นตัว เร็วมาก อะตอมคาร์บอนจะติดอยู่ข้างในและดึงโครงสร้างให้บิดเบี้ยวอย่างรุนแรง — จะได้ ที่แข็ง

ชิ้นโลหะจริง ๆ ไม่ใช่ผลึกเดี่ยว แต่ประกอบด้วย (เกรน) เล็ก ๆ นับล้านที่ชนกันตรงขอบเกรน ขนาดเกรน เป็นตัวกำหนดสมบัติ: เกรนละเอียด = แข็งและเหนียวขึ้น, เกรนหยาบ = อ่อนและเปราะขึ้น ตอน เกรนจะโตใน — ดังนั้นโซนเกรนหยาบข้างแนวเชื่อมจึงเป็นจุดอ่อน

ความบกพร่องในโครงผลึกก็เป็นเรื่องปกติในชีวิตประจำวัน อะตอมที่หายไป (ช่องว่าง) อะตอมแปลกปลอมที่แทรกอยู่ หรือดิสโลเคชัน (การเลื่อนที่ฝังอยู่ในโครงผลึก) เป็นตัวกำหนดว่าโลหะจะเปลี่ยนรูปและแข็งตัวอย่างไร แก่นของมันคือ: เธอสร้างดิสโลเคชันมากจนพวกมันไปบล็อกกันเอง