Mạng tinh thể & cấu trúc tổ chức

Kim loại có cấu trúc tinh thể. Nghĩa là: các nguyên tử của chúng không phân bố ngẫu nhiên mà nằm trong một mẫu lặp lại đều đặn — mạng tinh thể. Đơn vị nhỏ nhất của mẫu này gọi là ô cơ sở, và ở kim loại có ba loại chính.

Lập phương tâm khối (krz): Một nguyên tử ở mỗi góc của khối lập phương cộng thêm một nguyên tử ở tâm. Sắt có mạng này ở nhiệt độ phòng — gọi là . Nó xếp khá đặc nhưng khả năng trượt của các nguyên tử bị hạn chế.

Lập phương tâm mặt (kfz): Nguyên tử ở các góc cộng thêm một nguyên tử ở tâm mỗi mặt. Sắt tồn tại trong mạng này từ 911 °C đến 1392 °C — gọi là . Mạng kfz "thoáng" hơn và dễ biến dạng hơn nhiều; đồng thời các lỗ trống của nó hòa tan được nhiều nguyên tử hơn hẳn.

Lục giác xếp chặt (hdp): Ở kẽm, magie và titan tại nhiệt độ phòng. Mạng này chỉ có ít mặt trượt — vì vậy các kim loại này khó biến dạng nguội hơn.

Điểm mấu chốt cho bạn là thợ hàn: Sắt thay đổi mạng tinh thể khi nung nóng và làm nguội. Ở 911 °C, mạng krz chuyển thành mạng kfz — biến thành . Khi nguội đi, quá trình này xảy ra ngược lại. Sự chuyển mạng này là nguyên nhân của mọi hiện tượng tôi cứng khi :

• Nếu nguội chậm, các nguyên tử cacbon có thời gian rời khỏi mạng kfz — tạo ra / mềm.

• Nếu nguội cực nhanh, các nguyên tử cacbon bị giữ lại và ép mạng tinh thể một cách cưỡng bức — tạo ra cứng.

Nhưng một miếng kim loại thực tế không phải đơn tinh thể mà gồm hàng triệu (hạt) tiếp giáp nhau ở biên giới hạt. Kích thước hạt quyết định tính chất: Hạt mịn = bền và dai hơn, hạt thô = mềm và giòn hơn. Khi , hạt lớn lên trong — vì vậy vùng hạt thô cạnh mối hàn chính là điểm yếu.

Các khuyết tật mạng cũng là chuyện thường ngày. Một nguyên tử thiếu (lỗ trống), một nguyên tử lạ xen vào, hoặc một lệch (một dịch chuyển cài trong mạng) quyết định cách kim loại biến dạng và hóa bền. thực chất là: bạn tạo ra nhiều lệch đến mức chúng chặn lẫn nhau.