פחמן.(Fe-C) קיבועו, השחזתו, ליטושו וביצוע איכול כימי. לחץ אבקה

Transcript

1 א : 1. מטלוגרפיה והכרת דיאגרמת הפאזות ברזל-פחמן מטרות המעבדה 1. בחינת חומרים באמצעות ציוד מטלוגרפי כדוגמת המיקרוסקופ המטלוגרפי המאפשר לראות גבישים, פאזות, ואזורי התבדלות. 2. זיהוי המבנה הגבישי של פלדות שונות ויציקת ברזל בתנאי שיווי משקל (קירור וחימום איטיים) על-ידי בדיקה מיקרוסקופית, הכרת דיאגרמת פאזות ברזל-פחמן,Fe-C ולמידת המעברים השונים במערכת ברזל- פחמן.(Fe-C) רקע תיאורטי מטרת המטלוגרפיה היא לספק מידע אודות המיקרומבנה של חומרים. המטלוגרפיה עוסקת בבחינת המבנה הפנימי של החומר, בשיטות הקימות להכנת דגמים המיועדים לצורך בדיקת המבנה, ובהבנת הקשר שבין המבנה לבין תכונות החומר. להכנת הדגמים המטלוגרפיים חשיבות מרובה מאחר שרק באמצעות הכנה נכונה של הדגמים ניתן לקבל מידע חזותי שיאפשר הבנת המיקרומבנה. הכנת הדגם כוללת בחירת הדגם, חיתוכו, קיבועו, השחזתו, ליטושו וביצוע איכול כימי. המטלוגרפיה משמשת בעיקר לבחינת מתכות ונתכים, אך גם לחומרים נוספים כדוגמת החומרים הקרמים והמרוכבים, תוך שימוש במכשור דוגמת מיקרוסקופ אופטי. באמצעות המטלוגרפיה ניתן לדוגמה, לקבוע השפעות תרמיות על חומרים שונים. הכנת הדגם המטלוגרפי המוצג באיור 1.1 א' נעשית באמצעות מכבש, המוצג באיור 1.1 ב'. לחץ מד חום בוכנה עליונה אלמנט חימום א( אבקה גוש מתכת בוכנה תחתונה ( איור 1.1. דגם מטלוגרפי אופייני, ב. ב( ( מתקן להכנת דגם מטלוגרפי. הדגם המטלוגרפי עובר את השלבים הבאים: א. השחזה בשלבים מהשחזה גסה לעדינה, כמוראה בטבלה 1.1. ליטוש באמצעות בדי לטוש ואבקת אלומינה או משחת/תרחיף יהלום, על-מנת להסיר את סימני ההשחזה ב. מתקן המשמש לליטוש הדגמים המטלוגרפים ניתן לראות כך שיתקבל דגם מלוטש, חסר שריטוט מהותיות. מומלץ להתבונן בדגם ולראות o 90. באיור 1.2. במעבר משלב השחזה אחד למשנהו נהוג לסובב את הדגם ב- האם נשארו בו שריטות. 1

2 טבלה 1.1: טבלת מעבר ל- grit מהיחידות הנהוגות בארה"ב לאלה האירופאיות, (1994).B. Bousfield, Grit ,000 1,200 USA Average size (μm) European Average size (μm) Grit P40 P80 P120 P180 P240 P320 P400 P600 P800 P1000 P1200 P4000 איור 1.2: מתקן לליטוש דגמים מטלוגרפים. האיכול (Etching) לאחר הליטוש עדיין איננו יכולים להבחין בין הפאזות השונות בגרעיני החומר הרב-פאזי. לצורך הבחנה בין הגרעינים, צורבים את הדגם בחומצה המתאימה לחומר. רשימת מאכלים מקיפה נמצאת ב- (1985) 9 vol. ASM Handbook, וב-.ASTM-E407 החומצה תוקפת בצורה מועדפת את גבולות הגרעינים. בנתך בעל שתי פאזות, פאזה אחת רגישה יותר להתקפה כימית ואז אפשר להבחין גם בין הפאזות השונות (איור 1.3). ישנה אפשרות להשתמש במאכלים צבעוניים הצובעים באופן שונה את הפאזות השונות, דבר המאפשר לגלות אזורים בעלי הרכב כימי או קריסטלוגרפי שונה. 2

3 איכול לפני איכול אחרי חומר חד-פאזי. א. איכול לפני איכול אחרי β β חומר דו-פאזי. ב. איור 1.3: תאור תהליך האיכול בחומר חד-פאזי ובחומר דו-פאזי. מיקרוסקופ מטלוגרפי תפקידיו של המיקרוסקופ המטלוגרפי: א. סיפוק מידע אודות המבנה והרכב הפאזות של המתכת. ב. בחינת הטופוגרפיה של משטחים (ברמה המאקרוסקופית). ג. בחינת העובי והרכב הפאזות בשכבות דקות המכסות שטחי חומרים. ניתן לחלק את המיקרוסקופ לשתי מערכות עיקריות. המערכת הראשונה מכילה את מקור האור (המשמש להארת שטח הדגם) ומערכת הפריזמות והעדשות להארת הדגם. המערכת השניה הינה מערכת אופטית המגדילה את התמונה ונותנת לנו את הדמות הסופית. במיקרוסקופ הביולוגי עובר האור אל עין המתבונן דרך הדגם, לכן מקור האור ממוקם מתחת לדגם. המיקרוסקופ המטלוגרפי הנו בעל מערכת הארה המותאמת לדגמים אטומים שדרכם האור אינו עובר, ובזה הנו שונה מהמיקרוסקופ הביולוגי. לכן, במיקרוסקופ המטלוגרפי המוצג באיור 1.4 ב' נמצא מקור האור באותו הצד שבו נמצאת הדמות. לכן משתמשים במראה "חצי שקופה" המביאה את האור מן המקור אל הדגם וגם מאפשרת לצופה לראות את הדמות. לשם ריכוז האור מן המקור על הדגם משתמשים בעדשה מרכזת, ובתוך מערכת מקור האור ישנם גם צמצמים שתפקידם לאפשר אך ורק לקרן האור מן המקור לפגוע בדגם ולמנוע מאור מכל מקום אחר מלהגיע אליו. הדמות הסופית מתקבלת מתוך שימוש בשתי עדשות: 1. עדשה בכיוון הדגם, המכונה אוביקטיב,(objective) או עדשת הדגם. עדשה זאת הנה בעלת כושר הפרדה גבוה, המשמש לבחינת פרטי המבנה. 2. עדשה בכיוון עין המסתכל, המכונה אוקולר (eyepiece) או עדשת העין. עדשה זו משמשת להגדלת התמונה המתקבלת בעזרת עדשת הדגם. מערכת ההארה ממוקמת בין שתי העדשות הללו והמראה "החצי שקופה", המאפשרת החזרת האור המוקרן עליה בזווית מסוימת והעברתו בזוית אחרת. פני הדגם שהנם חלקים וניצבים לקו מדומה המחבר את שני מרכזי העדשות, מחזירים את האור כלפי המראה החצי שקופה. כעת המראה מעבירה את האור הפוגע בה בזוית האחרת, אל האוקולר, והתמונה המוגדלת נקלטת בעין המסתכלת. כושר הביצוע של המיקרוסקופ תלוי במיוחד בתכונות עדשת האוביקטיב והאפשרות שלה להפרדה בין פרטים על פני הדגם. בחינה מיקרוסקופית של הדגם לאחר ליטוש ואיכול, מאפשרת לגלות לגבי החומר פרטים כדוגמת סידור וגודל גרעינים, פיזור הפאזות, שינויים עקב דיפורמציה פלסטית ו/או טיפולים תרמיים וכן קיום מורפולוגית אי- ניקיונות וחומרים זרים. 3

4 א( ב( A C B האוקולר עדשת עין) (עדשת חצי שקופה מראה נורה מרכזת עדשה עדשתהאוביקטיב הדגם) (עדשת A B C דגם ( איור 1.4: תאור עקרון הפעולה של מיקרוסקופ מטלוגרפי. ( האופטיקה של המיקרוסקופ המטלוגרפי 1. ההגדלה :(Magnitude) ההגדלה הסופית הינה מכפלה בין הגדלת האוביקטיב להגדלת האוקולר. (1.1) M = M 1 M 2 M 2 הגדלת האוביקטיב. M 1 היא הגדלת האוקולר, ו- ההגדלה מסומנת בסימן לדוגמא: 100. חדות :(Focus) מידת הקבלה הברורה של תמונה עומק חדות depth) :(Field תחום בעל אורך מסוים, כשמכל נקודה בתחום זה נמצאים פני הדגם מבלי שתיפגם חדות התמונה. עומק החדות קטן עם העלאת ההגדלה ולהיפך. 4. אורך מוקד length) :(Focal המרחק בין הדגם ועדשת האוביקטיב. עולה, המרחק קטן ולהיפך. גורם התלוי בהגדלה. ככל שההגדלה 5. שדה נצפה field) :(Observed אזור בדגם הנראה במיקרוסקופ והנו קטן ככל שההגדלה עולה. 4

5 דיאגרמת פאזות שיווי-משקלית קרח ומים הם פאזה מוגדרת כחלק הומוגני של המערכת, בעל מאפיינים כימיים ופיסיקליים אופייניים. ברזל פריטי (BCC) וברזל אוסטניטי (FCC) γ הן שתי פאזות של פאזות שונות של המולקולה H. 2 O הדרך הטובה ביותר לתעד שינוי פאזה במערכות מסוגסגות שונות, היא לייצור דיאגרמות פאזות. ברזל. דיאגרמת פאזות שיווי-משקלית היא מיפוי טמפרטורה-הרכב המראה על הפאזות הקיימות בטמפרטורה ובהרכב נתונים. האינפורמציה שמקבלים מתוך דיאגרמת הפאזות: טמפרטורת היתוך של כל אחד מהמרכיבים הטהורים. 1. הירידה בטמפרטורת ההיתוך/השינוי בטמפרטורת ההיתוך כאשר ישנה מערכת (תערובת) של שניים או 2. יותר רכיבים. האינטרקצייה בין שני מרכיבים ליצירת רכיב שלישי. 3. קיומה של תמיסה מוצקה עבור מערכת נתונה (האם קיימת תמיסה מוצקה עבור מערכת נתונה כלשהי). 4. השפעת הטמפרטורה על שיעור התמיסה המוצקה. 5. הטמפרטורה שבה רכיב עובר ממבנה אחד למשנהו. 6. שיעור והרכב של פאזות נוזליות ומוצקות בטמפרטורה ובהרכב מסוים. 7. לפאזות שונות ישנן תכונות שונות (חוזק, משיכות, קשיות, פריכות). נוכל לדעת בטמפרטורות שונות איזה 8. פאזות נקבל, ולפיכך נוכל לדעת תכונות חומר שונות שיתקבלו עבורו. דיאגרמת שיווי-משקל Fe-C (פלדה) הברזל הינו מתכת אפורה, משיכה וקלה לעיצוב, המוליכה טוב חשמל וחום. הוספת כמויות קטנות של פחמן לברזל משפרת באופן משמעותי את התכונות המכניות. פלדה מוגדרת כברזל המכיל עד 2% משקלי של פחמן. הפלדה מהווה את אחד החומרים ההנדסיים החשובים והנפוצים ביותר. לפלדות חוזק גבוה, משיכות טובה ועמידות טובה לשבר. אנחנו מוצאים את הפלדה בכל מקום: ספינות, מכוניות, רכבות, מבנים, ציוד בענף המזון, מפעלי כימיקלים וכו'. השימוש הכה נרחב בפלדה נובע ממחירה הנמוך ומהיכולת לקבל תחום רחב יחסית של תכונות באמצעות טיפולים פשוטים יחסית. תקן SAEלפלדות: פלדה פחמנית פשוטה (רכה), המכילה 0.2% משקלי של פחמן. קרויה גם פלדת מים פלדה קשה, המכילה 0.6% משקלי של פחמן. קרויה גם פלדת שמן. עבור מערכת ברזל-פחמן קיימות פאזות שיווי-משקליות (דיאגרמת פאזות שיווי-משקלית) ופאזות שאינן שיווי-משקליות (דיאגרמת.(TTT הפאזות השיווי-משקליות הינן: פריט, אוסטניט, ברזל δ, צמנטיט (C,(Fe 3 פרליט ולדבוריט. הפאזות שאינן שיווי-משקליות הינן: מרטנזיט ובאיוניט. דיאגרמת ברזל-פחמן, באיור 1.5, מתארת שיווי-משקל מטסטבילי בין ברזל לקרביד Fe 3 C (צמנטיט), כאשר המספרים 5-1 באיור מציינים את אזורי הפאזות השונות בדיאגרמה. להלן מספר מונחים בסיסים הדרושים לשם הגדרת המבנה המטלוגרפי של פלדות, בהתאם לדיאגרמת ברזל- פחמן שבאיור 1.5: פריט = = Ferrite במבנה BCC (תא מרוכז גוף). הפריט היא הפאזה הרכה ביותר בדיאגרמת הברזל- 1. פחמן. אוסטניט = γ= Austenite במבנה FCC (תא מרוכז פנים). זוהי תמיסה מוצקה בה הפחמן מומס בתוך 2. הברזל בתא היחידה. האוסטניט ביא פאזה יציבה בטמפרטורות גבוהות. מדובר בפאזה קשה ופריכה.Fe 3 C הצמנטיט מכיל 6.67% משקלי של פחמן. קרביד הברזל צמנטיט = 3. בעלת חוזק נמוך במתיחה. הרכב פרליט = תערובת של שכבות פריט וצמנטיט המתחלפות ביניהן לסרוגין, המכילה 0.8 % פחמן. 4. אוטקטואידי: מוצק + 2 מוצק = 3 מוצק 1. הפרליט היא פאזה רכה יחסית. לדבוריט = הרכב אוטקטי: מוצק + 1 מוצק = 2 נוזל. הלדבוריט היא תערובת של אוסטניט וצמנטיט. 5. 5

6 Temperature o C γ δ + L δ + γ 0.16 % 1493 o C γ 0.51 % Austenite solid solution of carbon in gamma iron Pearlite and Ferrite 910 o C γ + L 723 o C Eutectoid point Austenite in liquid Pearlite and Cementite γ = Austenite = Ferrite δ = Delta iron CM = Cementite + Fe 3 C 1147 o C Austenite ledeburite and cementite L Primary austenite begins to solidify Austenite to pearlite Cementite, pearlite and transformed ledeburite CM begins to solidiffy L + Fe 3 C Fe 3 C γ + Fe 3 C Cementite and ledeburite 0.16 % 0.50 % 0.83 % 1 % 2 % 3 % 4 % 6% Hypo-eutectoid Hyper-eutectoid Steel Cast Iron Weight percent carbon איור :1.5 דיאגרמת שיווי-משקל. Fe-Fe 3 C ניתן לחלק את הנתכים הברזליים הפשוטים, המכילים רק פחמן, לכמה סוגים - שהרכבם הכימי ומבנם המטלוגרפי מפורט בטבלה 1.2. טבלה 1.2 חלוקת הנתכים הברזליים לסוגים השונים בהתאם לתכונותיהם. תכולת הפחמן (wt%) סוג הנתך ברזל נקי פלדה תת-אוטקטואידית Hypo Eutectoid פלדה אוטקטואדית פלדה על-אוטקטואידית Hyper Eutectoid יציקת ברזל המבנה המטלוגרפי פריט (ברזל ( פריט + פרליט פרליט (גס או עדין) פרליט + צמנטיט * ראה פירוט בהמשך 6

7 Temperature o C Pearlite and Ferrite Eutectoid point Cementite, pearlite + Fe 3 C and transformed ledeburite Pearlite and Cementite 0.16 % 0.50 % 0.83 % 1 % 2 % 3 % 4 % 6% Hypo-eutectoid Hyper-eutectoid Steel Cast Iron Weight percent carbon איור 1.6: סוגי פלדות. ברזל נקי o מופיע בקצה השמאלי של הדיאגרמה. במהלך הקירור הוא עובר שלושה מעברים: בתחום C o הוא בעל מבנה,FCC מתחת ל- 910 o C הוא שוב בעל מבנה הוא בעל מבנה, BCC בתחום C.BCC פלדות תת-אוטקטואידיות הרכב תת-אוטקטואדי טיפוסי מוצג על-ידי קו ae (ראה איור 1.7). בנקודה a הנתך אוסטניטי. מעבר איטי מתחיל תוך קירור איטי: בנקודה b הנתך נכנס לשטח דו-פאזי. גרעיני הפריט הראשונים יופיעו על גבול גרעיני האוסטניט. התמוססות פחמן בפריט היא קטנה בהרבה מהתמוססות פחמן באוסטניט, לכן גידול הפריט מלווה בדחיית פחמן חזרה לאוסטניט. בהמשך הקירור האיטי לנקודה c גרעיני הפריט גדלים. בנקודה d, מתחת לטמפרטורה אוטקטואידית, האוסטניט הופך לפרליט (ראה איור 1.8). Temperature o C Ferrite + Austenite + γ % a 0.54% b c d Pearlite and Ferrite e Austenite 723 o C Pearlite 0.50 % 0.83 % Weight percent carbon איור 1.7: נתך תת-אוטקטואידי. 7

8 Austenite γ Austenite Austenite Ferrite nuclie Ferrite Pearlite איור 1.8: מעבר האוסטניט לפרליט. בנקודה h בנקודה g הנתך אוסטניטי. פלדות על-אוטקטואידיות הרכב על-אוטקטואידי טיפוסי מוצג על-ידי קו gk (ראה איור 1.9). גרעיני הצמנטיט הראשונים מופיעים על גבול גרעיני האוסטניט. בהמשך הקירור כמות הצמנטיט הולכת וגדלה המבנה הסופי מופיע מתחת לטמפרטורה האוטקטואידית כל האוסטניט הנשאר הופך לפרליט. - בנקודה i. באיור Temperature o C g 1.2% Austenite h + γ i % Pearlite j Pearlite and Cementite and + Fe 3 C Ferrite k 0.50 % 0.83 % 2 % Weight per cent carbon איור 1.9: נתך על-אוטקטואידי. To 6.7% איור 1.10: נתך על-אוטקטואידי פרליט + צמנטיט. 8

9 יציקת ברזל המבנה של יציקות ברזל תלוי בקצב הקירור בהתמצקות ובהרכב הנתך. כפי שהזכרנו, איור 1.5 מתאר מצב שיווי-משקל מטסטבילי בין ברזל לקרביד. הקרביד Fe 3 C אינו פאזה יציבה ותוך זמן ארוך בטמפרטורה גבוהה הוא יהפוך לברזל + גרפיט. באיורים 1.11 א' ו ב' אפשר לראות את ההבדלים בדיאגרמת שיווי משקל בין המערכות Fe-Fe 3 C לבין.Fe-C Temperature o C Temperature o C Steel Cast iron γ + γ γ + L L 4.26 % γ + graphite L + graphite 1154 o C γ + γ γ + L L 1148 o C 4.30 % γ + graphite 727 o C graphite Fe 3 C Cementite (Fe 3 C) Fe ב. C Fe א. Fe C 3 Weight % carbon Weight % carbon איור 1.11: א. דיאגרמת שיווי-משקל Fe-Fe 3 C ב,. דיאגרמת שיווי-משקל,Fe-C ראה (1992) 25 p..asm Handbook, vol.3, יציקת ברזל אפורה Temperature o C γ γ 800 γ + L L a b 4.26 % γ + graphite c L + graphite 1154 o C liquid liquid Primary graphite eutectic structure (graphite and γ) γ graphite Fe Weight % carbon C Temperature o C Steel Cast iron 1600 eutectic reaction incomplete eutectic reaction incomplete γ + γ γ + L L 1148 o C 4.30 % γ + graphite 727 o C graphite pearlite pearlite Fe 3 C Cementite (Fe 3 C) Fe Weight % carbon Fe 3 C γ eutectic reaction incomplete איור 1.12: קירור יציקת ברזל אפורה (על-אוטקטואידית). graphite eutectic reaction incomplete 9

10 ק : נעסוק בהתמצקות נתך 5% פחמן על-אוטקטואידי (Hypereutectic), ראה איור תוך קירור איטי גבישי גרפיט מתבדלים מהנוזל (קו ac בציור). בטמפרטורה 1154 o C התגובה האוטקטית מתרחשת ושאר הנוזל הופך לאוסטניט וגרפיט. בתחום של גרפיט + γ התמוססות הפחמן יורדת מ wt% ל- 0.77, ולכן הפחמן המיותר מתבדל על גבישי הגרפיט הקימים (נקודה c). במהלך הקירור לטמפרטורת החדר האוסטניט הופך לפרליט. pearlite graphite איור 1.13: צילום של יציקת ברזל אפורה. יציקת ברזל אפורה קרויה כך על שום המראה האפור של שטח החתך שנגרם על-ידי הגרפיט. צילום של יציקת ברזל אפורה ניתן לראות באיור יציבות הגרפיט ביציקת הברזל האפורה מוגברת על-ידי צורן וזרחן. הגרפיט יכול להופיע בצורה תולעית או נודולרית. יציקת ברזל אפורה היא חומר פריך העמיד במאמצי לחיצה. יציקת ברזל לבנה Temperature o C 1600 liquid primary austenite γ + γ γ + L L 1148 o C 4.30 % γ + graphite 727 o C + Fe 3 C Cementite (Fe 3 C) Fe 3 C eutectic structure γ primary austenite Weight % carbon pearlite ירור יציקת ברזל לבנה (תת-אוטקטית). higher magnification Fe 3 C איור 1.14 pearlite Fe 3 C בקצב קירור די מהיר במשך ההתמצקות נוצר הקרביד Fe 3 C במקום הגרפיט. איור 1.14 מראה מהלך התמצקות וקירור של נתך 3.8% פחמן. במהלך הקירור עוברים מנוזל לנוזל+ אוסטניט. פה מתבדלים הגבישים הראשונים של אוסטניט (אם הנתך הוא על-אוטקטי, Fe 3 C יתבדל קודם)., γ + Fe 3 כך שבשעת המעבר דרך הטמפרטורה האוטוקטואידית בהמשך הקירור עוברים את התחום C האוסטניט הופך לפרליט, ראה איורים 1.15 א' ו ב'. הכמות היחסית של צמנטיט במבנה היא כה רבה עד 10

11 כדי כך שיציקת הברזל הלבנה היא חומר מאוד פריך וקשה. רעידות. השם של היציקות נובע מצבע השבר הלבן. אחד משימושיו נובע מכושרו לספוג ולבלום איור : 1.15 א. יציקת ברזל לבנה על-אוטקטית, ב. יציקת ברזל לבנה תת-אוטקטית. חוק המנוף בנוסף לזיהוי פאזות ולקריאת הרכבן מדיאגרמת שיווי-משקל, נוכל גם לחשב את כמות הפאזות בתחום דו- פאזי לפי חוק הקרוי חוק המנוף. מצורפות בהמשך הפרק ארבע דוגמאות של שימוש בחוק המנוף לצורך חישוב הכמויות של הפאזות השונות בדיאגרמת ברזל-פחמן..850 o C דוגמא 1: נתך 0.1% פחמן ב- מהן כמויות הפריט והאוסטניט? T o C x x γ x + γ Fe 3 C Wt% C איור 1.16: הדגמת חוק המנוף דוגמא מתוך הגרף שבאיור 1.16 ניתן לראות בקירוב: הרכב נקי: ~ 0 פחמן הרכב : γ % 0.21 פחמן מותחים קו אופקי בטמפרטורה 850 o C בין שני הצדדים של התחום הדו-פאזי. קוראים את הרכב ה- (מצד שמאל) שהוא ~ 0% פחמן והרכב האוסטניט מצד ימין שהוא 0.21% פחמן = 48% = כמות האוסטניט, 52% = = כמות הפריט

12 T o C o C דוגמא 2: נתך 0.1% פחמן ב- מהן כמויות הפריט והאוסטניט? x γ x γ x + Fe 3 C Wt% C איור 1.17: הדגמת חוק המנוף דוגמא (מצד מתוך הגרף שבאיור 1.17 ניתן לראות בקירוב: הרכב : 0.01% ~ פחמן הרכב : γ 0.65% ~ פחמן מותחים קו אופקי בטמפרטורה 750 o C בין שני הצדדים של התחום הדו-פאזי. שמאל) שהוא ~ 0.01% פחמן והרכב האוסטניט מצד ימין שהוא 0.65% פחמן. קוראים את הרכב ה = 14% =כמות האוסטניט, 86% = = כמות הפריט דוגמא 3: נתך 0.2% פחמן בטמפרטורת החדר. מהן כמויות הפריט והפרליט? (מצד מתוך הגרף שבאיור 1.18 ניתן לראות בקירוב: הרכב : 0% ~ פחמן הרכב פרליט: ~ 0.77% פחמן מותחים קו אופקי בטמפרטורה 600 o C בין שני הצדדים של התחום הדו-פאזי. שמאל) שהוא %~ 0 פחמן והרכב הפרליט מצד ימין שהוא 0.77% פחמן. קוראים את הרכב ה- 12

13 T o C x γ Fe 3 C x p x Wt% C איור 1.18: הדגמת חוק המנוף דוגמא = 26% = כמות האוסטניט, 74% = = כמות הפריט o C דוגמא 4: נתך 0.6% פחמן בטמפרטורה מהן כמויות הפריט והפרליט? T o C x γ Fe 3 C 660 x p x Wt% C איור 1.13: הדגמת חוק המנוף דוגמא מתוך הגרף שבאיור 1.19 ניתן לראות בקירוב: הרכב : 0% ~ פחמן הרכב פרליט: ~ 0.77% פחמן 13

14 (מצד מותחים קו אופקי בטמפרטורה 660 o C בין שני הצדדים של התחום הדו-פאזי. שמאל) שהוא %~ 0 פחמן והרכב הפרליט מצד ימין שהוא 0.77% פחמן. קוראים את הרכב ה = 78% = כמות הפרליט, 22% = = כמות הפריט מהלך המעבדה 1. קבלת הסבר על הכנת הדגם המטלוגרפי והפעלת המיקרוסקופ המטלוגרפי. הכנת דגם מטלוגרפי: דפינת המתכת בבית-דגם מבקליט באמצעות כבישה בחום השחזה, ליטוש ואיכול: א. השחזת פני הדגם, נעשית על גבי ניירות השחזה, המונחים על גבי משטח קשה וחלק. הדגם מוחלק ידנית o לאורכו של כל הניר, כאשר מופעל עליו לחץ קל ואחיד. מומלץ שינוי כיוון העבודה ב- 90 עם החלפת נייר ההשחזה, כך שהשריטות מהניר הקודם תהינה ניצבות לאילו הנוצרות על-ידי הניר הנוכחי. יש להמשיך בהשחזה על גבי אותו הניר עד שכל השריטות מהניר הקודם נעלמות. ההשחזה תעשה בניירות,240,,320,400, grit כאשר פעולת ההשחזה מתחילה על הניר הגס ביותר grit) 240) ונמשכת בהדרגה על ניירות עדינים יותר (בעלי גרגירים קטנים יותר). יש להקפיד על קירור הדגם בנוזל במהלך ההשחזה למניעת שינוי המבנה כתוצאה מחימום יתר של הדגם. מומלץ במעבר בין שלבי ההשחזה השונים לשטוף את הדגם במים זורמים. ב. ליטוש הדגם ושטיפתו. מטרת שלב זה היא להיפטר מהשריטות שנגרמו בשלבים הקודמים וליצור פני שטח אחידים. שלב זה נעשה על גלגלים מאוזנים מסתובבים המכוסים בד. כחומר השחיקה משתמשים בתרחיף המכיל חלקיקים קשים, לדוגמא אבקת אלומינה ) O. Al מתחילים ללטש עם חלקיקים בקוטר 5, μm ( 2 3 o 90 מומלץ לשנות את כיוון העבודה ב μm ולבסוף עם חלקיקים עדינים בקוטר μm אח"כ בעת הליטוש, לוחצים את הדגם כנגד הגלגל המסתובב, ומזיזים אותו במעבר בין שלבי הליטוש השונים. יש לדאוג לסיכתו של אין ללחוץ על הדגם חזק מדי, כדי לא לגרום לעיוותים מכניים. בתנועות סיבוביות. הגלגל בהתאם לצורך (בדרך כלל מים) ומדי פעם הוספתו של תרחיף ליטוש נוסף באמצעות בקבוק התזה. יש לנקות היטב את הדגם וידי המפעיל במעברים משלב ליטוש אחד למשנהו. ג. שטיפת הדגם במים ובאלכוהול. ייבוש באוויר קר/חם.. HNO 3 3% חומצה חנקתית ד. אכול הדגם באופן כימי באמצעות תמיסה מאכלת :(Nital) 97% אלכוהול + העיקרון של עיקרה של פעולה זאת הינו חשיפת השטח המלוטש לפעולת ראגנט כימי תחת תנאים מבוקרים. תהליך האיכול: כאשר מדובר בנתך ובמספר פאזות, הרי שכל פאזה מגיבה בצורה שונה עם הראגנט הכימי שמשתמשים בו בגלל הרכבה השונה, דבר שמאפשר להבחין בין הפאזות השונות תחת המיקרוסקופ. באם מדובר בדגם הומוגני רב גבישי, הרי שכל גרעין (גביש) על השטח המלוטש נמצא באורינטציה שונה. היות ומהירות הריאקציה הכימית תלויה גם בכיוון הקריסטלוגרפי, הרי שמתגלים הגרעינים השונים והגבולות זמני האיכול משתנים לגבי מתכות ומאכלים שונים ממספר שניות ועד למעלה מחצי שעה, וכמו כן ביניהם. ישנה חשיבות לטמפרטורה שבה מתרחש האיכול. ככל שהאיכול איטי יותר, יש בידינו אפשרות טובה יותר ואז הדגם מוכן לבדיקה בתום האיכול יש לשטוף את הדגם במים ואלכוהול, לשלוט על התהליך. המיקרוסקופית. 4. בדיקה מטלוגרפית שלדגמי ברזל-פחמן בעלי ריכוז פחמן משתנה וכן דגמים שעברו טיפולים תרמיים שונים וזיהוי המבנה במהלך המעבדה יבדקו מטלוגרפית דגמי ברזל-פחמן בעלי ריכוז פחמן משתנה, כמוראה בטבלה הבאה

15 טבלה 1.3: הדגמים שיבדקו במעבדה הנוכחית מסודרים לפי שיעור הפחמן. % wt פחמן % (חיסום) 0.6% (חיסום + הרפיה ב- (650 o C ברזל יציקה לבן 3% ברזל יציקה חשיל 3% ברזל יציקה אפור תולעי 4% ברזל יציקה ספרואידי 4% מספר הדגם הכן טבלה לדגמים הללו. לכל דגם יש לרשום את הפרטים הבאים: א. הרכב ב. פאזות קיימות ג. ציור סכימתי של הפאזות השונות ומתן הסבר על המבנה ותלות התכונות המכניות במבנה. ד. התייחס לדגמים שעברו טיפולים תרמיים והסבר את התהליך ואת השפעתו על תכונות החומר. הוראות לעריכת הדו"ח א. עריכת הדוח בהתאם להוראות המפורטות בסעיף II של המבוא למעבדות החומרים עמודים.IV-VI ב. התייחס לשימושים אפשריים בבדיקות מטלוגרפיות בתעשייה. כיצד יכולה מעבדה מסוג לעזור בפתרון בעיות הנדסיות בתעשייה. ג. מצא לפחות שני אתרי אינטרנט מעניינים העוסקים בתחום המטלוגרפיה ושני אתרי אינטרנט נוספים העוסקים בתחום דיאגרמות הפאזות ברזל-פחמן. ד. שם לב שהטבלה המאוירת שאתה מכין בסעיף תוצאות מפורטת כראוי ויכולה לשמש אותך בעתיד. הכיצד? דון על כך בסעיף ניתוח תוצאות ודיון. ה. פרט את התרשמותך האישית מתוך המעבדה, כולל רעיונות לשיפור המעבדה, הסברים נוספים שהית רוצה לשמוע בתחום וכדומה. ספרות מומלצת נעם אליעז, מבוא לתורת החומרים והתהליכים, יה"ב 230 מעבדה מטלורגית (1994). אלון, ברנדון, נדיב ורוזן, מבוא להנדסת חומרים, הוצאת מכלול (1974). דנה אשכנזי, "חקר כשלונות חומרים האם ניתן היה למנוע את אסונות הטיטאניק והצ'למג'ר?", גליליאו כתב עת למדע ולמחשבה, גיליון 103, מרץ 2007, עמודים ASM Handbook, vol. 9, Metallography and Microstructures, ASM International, Materials Park, OH (1985). ASM Handbook, vol.1, Properties and Selection: Iron, Steels and High-Performance Alloys, ASM International, Materials Park, OH (1990). 15

16 ASM Handbook, vol.3, Alloy Phase Diagram, ASM International, Materials Park, OH (1992). Bousfield, B., Surface Preparation and Microscopy of Materials, John Wiley & Sons, N.Y. (1994), pp.58, Cahn, R.W., Physical Metallurgy, North-Holland Pub. Comp., London (1970), Chap. 12, p.205. Callister, N.D., Materials Science & Engineering an Introduction, Fifth Edition, John Wieley & Sons, Inc., N.Y. (1999). Gordon, P., Principles of Phase Diagrams in Materials Systems, McGraw-Hill Book Company, N.Y. (1968). Hansen, M and Anderko, K., Constitution of Binary Alloys, 2 nd edition, McGraw-Hill Book Company, N.Y. (1969). Vander Voort, G. F., Metallography, Principles and Practice, McGraw-Hill Book Co., N.Y. (1984). אתרי אינטרנט מומלצים מילון מושגים - מטלוגרפיה והכרת דיאגרמת הפאזות ברזל-פחמן ברזל :(Fe) חומר שצבעו אפור מבריק, מוליך טוב חשמלית ותרמית, משיך וקל לעיבוד, בעל תכונות מגנטיות, והינו חומר קל למחזור. ברזל יציקה: נתכי ברזל המכילים מעל 2% פחמן ו % סיליקון. נתכים אלה נועדו להיות יצוקים לצורתם, במקום להיות מעובדים במצב מוצק. הם בעלי ערכים נמוכים יחסית של חוזק לנגיפה ומשיכות, דבר המגביל את השימוש בהם. ברזל יציקה אפור: הרכב: 1-3. wt% Si 2.5-4, wt% C בדרך-כלל מבנה של פתיתי/תולעי גרפיט המוקפים ב- פריט או בפרליט. מדובר על פלדה חלשה ופריכה מבחינה מכנית. המיקרו-מבנה של ברזל היציקה האפור יכול להשתנות שינויים בהרכב (הפחתת כמות ה- (Si או על-ידי קירור בקצבי קירור מהירים. יתרונות: עמידות 16

17 טובה בויברציות ובשחיקה. בנוסף במצב המותך, לנתך זה זרימות טובה בטמפרטורת היציקה. ברזל יציקה אפור הוא החומר הזול ביותר מבין הנתכים המתכתיים התעשייתיים. ברזל יציקה לבן: הרכב: 2.5-4, wt% C פחות מ- 1. wt% Si כאשר ריכוז ה- Si נמוך וקצבי הקירור גבוהים יחסית, רוב הפחמן יופיע בצורת צמנטיט ולא בצורת גרפיט. משטח השבר של נתך זה נראה בהיר ומכאן בה השם ברזל יציקה לבן. ברזל היציקה הלבן הוא מאוד קשה אך גם מאוד פריך, וקשה מאוד לעבדו, דבר המקטין את השימוש בו. השימושים של ברזל יציקה לבן הם רק עבור מקרים בהם נדרשת קשיות מאוד גבוהה ועמידות טובה בשחיקה, לדוגמה גלגיליות של מערגלים, או כדורי טחינה במטחנות. ברזל יציקה חשיל: הרכב: 2.5-4, wt% C פחות מ- 1. wt% Si חימום של ברזל יציקה לבן לטמפרטורה של , o C גורם לפרוק הצמנטיט ולהתבדלות של גרפיט בצורת שושנים (רוזטות), המוקפות על-ידי מטריצה של פריט ופרליט (תלוי בקצב הקירור). לברזל יציקה חשיל ישנו חוזק גבוה ובנוסף הוא חומר משיך ונוח לעיבוד. שימושים: מוטות הילוכים, חלקים שונים בתעשיית הרכב, חלקי שסתומים. גביש: מבנה בעל סידור מחזורי. גביש הינו המבנה התלת-מימדי של חומר מוצק. הצורה הבסיסית של סידור האטומים בגביש המוצק קרויה סריג. הסריג בנוי מאוסף של תאי יחידה החוזרים על עצמם בצורה מסודרת. החלקיקים המרכיבים את הגביש יכולים להיות אטומי מתכת כאשר מדובר בקשר מתכתי או יונים כאשר מדובר בקשר יוני. תהליך יצירת הגבישים נקרא התגבשות. גרעינים: ההתמצקות של חומר נוזלי בעת הקרור אינה מתבצעת בבת אחת בכל הנפח. היא מתחילה מנקודות מסויימות בנוזל, על-פי רוב באזורים של אי נקיונות. מנקודות אלה היא מתפשטת בחומר עד שכל החומר הופך מוצק. תופעה זאת יוצרת אזורים מוגדרים בחומר המוצק, שכל אחד מהם מקורו בנקודת התמצקות שונה. האזורים שונים זה מזה בכיווניות הגבישים והם נקראים גרעינים. משטח המפגש בין הגרעינים הוא גבול הגרעין, אשר מהווה איזור של אי התאמה מבחינת רצף המבנה, ועל כן ניתן לראותו כפגם משטחי. דיאגרמת פאזות: דיאגרמה המתארת את מבנה החומר כתלות בריכוז היסודות השונים וכתלות בטמפרטורה ובלחץ. דיאגרמת פאזות מתארת את מצבה המיקרוסקופי של מערכת מבחינת המבנה בתנאים של שיווי- משקל תרמודינמי. לכן היא מתארת תהליכים הפיכים. מבחינה טכנית הדבר יתכן רק אם התהליכים איטיים ביותר. דיאגרמת פאזות של תמיסה מוצקה דיאגרמת פאזות אוטקטית דיאגרמת פאזות ברזל-פחמן: דיאגרמת שיווי-משקל Fe C המוצגת עד, 7% C והפאזות המופיעות בה הן: פריט, אוסטניט, צמנטיט, פרליט, לדבוריט, ברזל-. δ אוסטניט - (FCC) γ היא פאזה הקיימת בטמפרטורות o גבוהות (האוסטניט פאזה יציבה בין הטמפרטורות C זוהי פאזה רכה ומשיכה. פריט - (BCC). זוהי הפאזה הרכה ביותר הקיימת בדיאגרמת ברזל-פחמן. צמנטיט - תרכובת סטויכומטרית בין ברזל לפחמן - C. Fe 3 פאזה קשה ופריכה יחסית. לדבוריט - תערובת בין אוסטניט וצמנטיט. פאזה זו מתקיימת כאשר הברזל מכיל למעלה מ- 2% פחמן. ברזל - δ פאזה בעלת מבנה BCC האופיינית לטמפרטורות גבוהות והינה בעלת תכונות מגנטיות. 17

18 דיאגרמת :TTT כאשר הקירור מהיר, דיאגרמת הפאזות ברזל-פחמן אינה מספקת די אינפורמציה מאחר שהיא חסרה את ציר הזמן. לצורך השימוש ההנדסי הוכנה דיאגרמה של הפאזות השונות המתקבלות כתלות בטמפ' ובזמן ועבור ריכוז פחמן קבוע. דיאגרמה זאת נקראת (Time-Temperature-Transformation) TTT והיא מראה את המבנים המתקבלים מאוסטניט כאשר מקררים אותו במהירות לטמפ' מסוימת, ואת השינויים במבנה המתקבלים בו כתלות בזמן. ביאניט - פאזה המתקבלת בעת קירור מהיר, והיא תערובת של פריט וקרביד. מרטנזיט - פאזה הנוצרת בעת קרור מהיר. בעלת גרעינים מאורכים דמויי מחטים/לוחיות. תא היחידה בעל מבנה BCT מעוות, הכולא בתוכו אטום פחמן. מדובר בפאזה בעלת קשיות וחוזק גבוהים, אך מאוד פריכה. התבדלות: תהליך יצירת פאזה חדשה מתוך פאזה מוצקה רווית יתר. כאשר הטמפרטורה של הסגסוגת יורדת מתחת לטמפ' של כושר ההמסה המקסימלי, מתחילה נוקלאציה של פאזה חדשה, בדר"כ על גבולות הגרעינים של פאזת האם. opposite arm of lever Phase precent = 100 חוק המנוף: total length of tie line למעשה חוק המנוף מאפשר מעבר מריכוז של פאזות לכמות היחסית של הפאזות ביחס לחומר כולו. חוק הפאזות של גבס: + 1 P F = C כאשר F מספר דרגות החופש, C מספר הרכיבים, 1+ מציין שהטמפרטורה משתנה והלחץ קבוע. הטמפרטורה והלחץ שניהם משתנים, יש לקחת במשוואה + 2. אם חיסום :(Quenching) תהליך שבו מחממים פלדה לטמפ' אוסטניטית ומצננים אותה במהירות במים לאחר הומוגניזציה של האוסטניט. הצינון המהיר של הפלדה בנוכחות ריכוז פחמן גבוה בהרכבה גורם לכך, שבמצב "מחוסם" יש לפלדה מבנה גבישי מיוחד במינו, הנקרא מרטנזיט, שהוא המבנה הקשה והפריך ביותר המוכר בפלדה, ומכאן שהוא בעל התנגדות מירבית לשחיקה. אטומי הברזל שואפים לעבור ממבנה FCC למבנה,BCC אולם לאטומי הפחמן אין אפשרות לצאת ממקומם; התוצאה היא קבלת מרטנזיט. תחת עדשת המיקרוסקופ נראות דיסקיות המרטנזיט כמחטים. טיפול תרמי: חימום או קירור בקצבים שונים במטרה לקבל שינויים מיקרו-מבניים בחומר נתון. כתוצאה מכך מקבלים מגוון רחב של תכונות פיסיקליות ומכניות בחומרים שונים. החומרים מתחלקים ל- 3 קבוצות: אלה שאינם מגיבים לטיפול תרמי, אלה שמגיבים לחיסום (פלדות, סגסוגות טיטניום), ואלה שמגיבים לזיקון (סגסוגות אלומיניום ונתכי-על). ליקווידוס: הקו בדיאגרמת הפאזות המפריד בין האזור המכיל רק נוזל לאזור המכיל תערובת של מוצק ונוזל. o מעברים אלוטרופיים: עד 910 o C הברזל הוא בעל מבנה,( Fe)BCC בין 910 o C ל C הוא o בעל מבנה ), γ Fe)FCC ובין 1400 C ועד לנקודת ההיתוך הוא בעל מבנה BCC שנית. פחמן בתוך γ Fe יוצר תמיסה מוצקה חדירה הנקראת אוסטניט, פחמן בתוך Fe יוצר תמיסה מוצקה חדירה הנקראת פריט. מבנה של פאזות פריט וצמנטיט (קרביד הברזל) המונחות זו ליד זו במבנה של שכבות (מבנה למלרי) נקרא פרליט. נוקלאוסים: נוזל, המקורר באופן פתאומי מתחת לנקודת ההתמצקות שלו, הופך לבלתי יציב ושואף להפוך למוצק, שהינו מצב יציב בטמפרטורה זו. כשיוצקים מתכת נוזלית לתוך תבנית קרה, טמפרטורת הנוזל בקרבת דופן התבנית יורדת מהר מתחת לטמפרטורת ההתמצקות, ונוצרים נוקלאוסים של מוצק (מוקדי התמצקות) על דופן התבנית ובקרבתה. נוקלאוסים אלה גדלים מהר לגרעינים בעלי צורה פחות או יותר כדורית ומשתחררת כמות גדולה של חום כמוס. חום כמוס זה, בנוסף לחום של המתכת הנוזלית, צריך להתפזר דרך קירות התבנית והשכבה הדקה שהתמצקה. קצב הוצאת החום יפקח לכן על קצב הגידול של הגבישים. הגרעינים הקיימים ממשיכים לגדול, ומתקבל מהנה של גרעינים מאורכים בעלי קריסטלוגרפיה אופיינית. 18

19 (a) (b) (c) (d) (d) באיור: (a) שלב היווצרות הנוקלאוסים, (b) ו- (c) וגידול של גרעינים והיווצרות גבולות גרעין. הינם שלבי גידול גבישים, הינו שלב של היווצרות נוקלאציה: שלב הנוקלאציה הוא שלב של היווצרות חלקיקים קטנים של פאזה חדשה, הנקראים נוקלאוסים, ושלב הגידול הוא הגדלת נפח החלקיקים עד אשר כל הפאזה הקודמת הופכת לפאזה חדשה או עד אשר הפאזה החדשה מגיעה לגודלה הסופי. נוקלאציה הומוגנית: נוקלאציה אחידה בכל הנפח. נוקלאציה הטרוגנית: כאשר ישנם מקומות מועדפים לנוקלאציה, כמו דפנות הכלי בשעת התמצקות או גבולות גרעינים בשעת מעבר פאזה, הנוקלאציה אינה אחידה בחומר. נקודה אוטקטית: בדיאגרמת הפאזות קיימת נקודה בה המעבר מנוזל למוצק נעשה בטמפרטורה קבועה ולא בתחום טמפרטורות. נקודה זאת נקראת נקודה אוטקטית, והיא מופיעה בריכוז והטמפרטורה קבועים. סולידוס: הקו בדיאגרמת הפאזות המפריד בין האזור המכיל רק מוצק לאזור המכיל תערובת של מוצק ונוזל. סריג: הסידור התלת ממדי הנוצר על-ידי תאי היחידה של הגביש. סריגי ברווה: המתכות בטבע מסודרות ב- 14 סוגי סריגים שונים, הנקראים סריגי ברווה. בטבע נכללות באחד משלושת הסריגים הבאים: Cubic) BCC (Body Centered 2 אטומים לתא יחידה. Cubic) FCC (Face Centered 4 אטומים לתא יחידה. Packed) HCC (Hexagonal Closed 2 אטומים לתא יחידה. מרבית המתכות FCC (Face Centered Cubic), CN=12, PF=0.74 דוגמאות:.Au, Ag, Ni, Fe, Cu, Al, Pb BCC (Body Centered Cubic), CN=8, PF=0.68 דוגמאות:.Fe, W, Mo HCP (Hexagonal Close Packed), CN=12, PF=0.74 דוגמאות:.Mg, Zn, Ti FCC BCC HCP 19

20 פאזה: מבנה הומוגני (אחיד) בעל תכונות כימיות ופיסיקליות אופייניות. במונח פאזה נכללים מצבי הצבירה גז, נוזל, מוצק. אולם, גם במצב מוצק ניתן להבחין בפאזות שונות (מבנים שונים) מבעד למיקרוסקופ. דוגמאות: 1) קרח ומים הם שתי פאזות של החומר המולקולרי H. 2 O 2) ברזל אוסטניטי הינו בעל מבנה FCC ואילו ברזל פריטי הינו בעל מבנה.BCC פולימורפיזם :(polymorphism) כאשר ליסוד מסוים ישנם מספר מבנים קריסטלוגרפים שונים בתנאים שונים, לדוגמא, היסוד פחמן יכול להופיע כגרפיט, כמבנה יהלום וכפחמן Buckyball) 60.(Fullerens פלדה: חומר בעל חוזק גבוה שהינו שילוב בין ברזל לבין כמויות קטנות (בדרכ' פחות מ- 1%) של פחמן. דיאגרמת ברזל-פחמן מתארת את סוג הפאזות הקימות בפלדות שונות כתלות בהרכב הפחמן ובטמפרטורה. פלדת אל-חלד, הקרויה בקיצור פלב"מ steel),(stainless הינה פלדה דלת-פחמן המכילה למעלה מ- 10% כרום.(Cr) תוספת זאת של כרום היא המקנה לפלדה את עמידותה בקורוזיה (שיתוך). שימושים של ברזל ופלדות: שלד לגשרים, שלד לגורדי שחקים, רכיבים אלקטרונים, מסילות ברזל, מכוניות, מגנטים, מוצרי ספורט, צעצועים, מכונות תעשייתיות, מטבעות ועוד. פלדות פחמן: הינם נתכי ברזל המכילים 1.5%-0.05% פחמן (C), ולא יותר מ- 0.6% סיליקון,(Si) 0.6% נחושת (Cu) ו- 1.65% מנגן.(Mn) בד"כ משתמשים בפלדות פחמן לשימושים לא תעופתיים, כאשר השיקולים העיקריים הם נוחות הייצור ומחירו הנמוך של החומר. פלדות פחמן מחלידות ע"י חמצן בנוכחות מים/לחות בטמפרטורת החדר, ויש להגן עליהן במידת האפשר (צביעה, ציפוי וכו').. liquid + β תגובה אוטקטית: תגובה בה מתרחש מעבר מנוזל לפאזות מוצקות: תמיסה מוצקה: כשמתחלים להוסיף יסוד אחד ליסוד האם, בד"כ אין מקבלים באחוזים נמוכים פאזה מוצקה, אלא תמיסה מוצקה. גבול המסיסות במצב מוצק תלוי במספר גורמים: טמפ' (בדר"כ גבול המסיסות עולה עם הטמפרטורה), היחס בין הקטרים האטומים של המרכיבים (צריך שהיחס יהיה קרוב ל- 1), ההבדל בערכיות של היסודות (אם קיים הבדל גדול קיימת אפשרות ליצירת תרכובות ביניהם, האלקטרונגטיביות (יסוד בעל מספר קטן יותר של אלקטרונים חופשיים יומס יותר בקלות). תא יחידה: כאשר למוצק יש מבנה גבישי, האטומים מסודרים במבנה חוזר הנקרא תא יחידה, שזוהי למעשה היחידה הבסיסית המבטאת את הסימטריה של הגביש. 20