К статье МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ
Металлы и сплавы являются, как правило, кристаллическими материалами, хотя обычно не имеют кристаллических граней, знакомых нам по минералам. Кристаллическая структура металлов и сплавов определяет их свойства, в частности анизотропию, т.е. неодинаковость свойств материала по разным направлениям в кристалле. Таким образом, свойства типа жесткости и теплового расширения для разных осей кристалла различны. Часто анизотропия металлического объекта незаметна, так как он состоит из мелких кристалликов (рис. 1), имеющих произвольную ориентацию кристаллических осей, что приводит к усреднению анизотропии в объекте как целом. Если, однако, кристаллические оси стремятся принять некоторое предпочтительное направление, то говорят, что объект имеет предпочтительную ориентацию, или текстуру.
Структура кристаллической решетки. Большинство простых металлов кристаллизуется в довольно простую структуру, например кубическую или гексагональную с плотной упаковкой, или в объемно-центрированную кубическую структуру, в которой атомы расположены в вершинах и центре кубической элементарной ячейки (рис. 2). Олово и уран могут служить примерами металлов, которые имеют более сложную кристаллическую структуру с тетрагональными или ромбическими элементарными ячейками. См. также КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ; МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ; ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА.
Когда один металл хорошо перемешивается с другим, то образуется либо твердый раствор, либо интерметаллическое соединение. В твердом растворе атомы распределены произвольным образом и среднее расстояние между ними различно, но кристаллическая структура сохраняется. Интерметаллическое соединение обычно имеет кристаллическую структуру, которая отличается от структуры составляющих его металлов, а его атомы распределяются упорядоченным образом.
Интерметаллические соединения в большинстве случаев имеют простую формулу, например CuZn, Ni3Al или Cu5Sn. Некоторые из них строго ограничены своим идеальным составом; для многих других, однако, характерен значительный диапазон возможных составов. В годы зарождения физического металловедения, когда еще не была ясна природа химической связи, интерметаллические соединения относили к дальтонидам и бертоллидам, названным так Н.С.Курнаковым в честь Дж.Дальтона (1766-1844), который отстаивал идею постоянной атомной основы химических соединений, и К.Бертолле (1748-1822), основателя учения об изменяющемся химическом равновесии. Теперь механизм соединения металлов стал более понятным, и указанные термины начинают выходить из употребления. Бертоллид неидеального состава представляет собой в действительности твердый раствор; твердый раствор, основанный на чистом металле, называют "предельным" ("граничным") твердым раствором.
Фазы. Сплавы могут содержать области из двух или более кристаллических структур, различающихся составом. В типичном случае одна область состоит из предельного твердого раствора и одна или несколько - из интерметаллических соединений. Такие области называются фазами. В частично расплавленном сплаве жидкая область также является отдельной фазой. Число, кристаллическая структура, состав и относительная доля фаз в сплаве, рассматриваемые как функции температуры и полного состава сплава, служат основой диаграмм равновесия. К их описанию мы и переходим.