Медь кристаллическая решетка: Кристаллическая решетка меди

alexxlab | 15.12.1975 | 0 | Разное

Содержание

Кристаллическая решетка меди (14 атомов), железа ( 9 атомов), цинка (17 атомов) Molymod® кабинет химии Учебное оборудование Оборудование для кабинета химии Учебное оборудование для кабинета физики Оборудование для кабинета биологии

Мы предлагаем

Кристаллическая решетка металлов - меди (14 атомов), железа ( 9 атомов),

цинка (17 атомов) MSS-138-40

Цена: 3 800,00 р.

Комплект:

  1. Кубическая объемноцентрированная решетка, например, железа – модель из 9 атомов.

  2. Гексагональная плотноупакованная решетка, например,  цинка – модель из 17 атомов

  3. Кубическая гранецентрированная решетка, например, меди – модель из 14 атомов

Кристаллические решетки металлов:

  1. Кубическая объемноцентрированная решетка, Железо.

    Модель представляет собой куб, состоящий из 8 атомов с одним атомом, расположенным в центре куба. В данной модели видно, что центральный атом координирует вокруг себя восемь других атомов, хотя все атомы данной кристаллической решетки имеют также координационное число восемь и соответственно восемь  координационных связей с восемью другими атомами.

  2. Гексагональная решетка,   Цинк. Модель содержит атомы, связанные  в виде шестиугольников и расположенные в двух слоях. При подобном расположении атомов видно, что каждый атом одного слоя может иметь связь с тремя атомами верхнего слоя и тремя атомами нижнего слоя. Координационное число атомов в этой кристаллической решетке – 6.

  3. Кубическая гранецентрированная решетка,  Медь. Модель представляет собой куб из восьми атомов в углах и шести атомов , расположенных в центре граней (6 граней). Каждый атом данной кристаллической решетки имеет координационное число 12.


кабинет химии

« Назад

Исследовано движение линейных дефектов в сплавах меди и никеля

Сегодня известны разные способы повышения прочности металлов. Одним из них является твердорастворное упрочнение. Суть этого метода заключается во внедрении в металл атомов другого металла. Они препятствуют движению дефектов и неоднородностей кристаллической решетки металла, благодаря чему он становится крепче.

Дислокации представляют собой линейные дефекты решетки материала. Самый простой пример — это прямолинейная краевая дислокация. В кристаллическую решетку вклинивается дополнительная атомная полуплоскость (лежит по одну сторону от прямой), создавая под собой небольшую цилиндрическую полость. Если производить сдвиг материала, то произойдет движение этой атомной полуплоскости. В конце концов она выйдет на поверхность материала, что приведет к необратимой пластической деформации. Примесные атомы, которые добавляют в основной металл, влияют на скорость движения дислокаций. До недавнего времени в науке считалось, что они могут только замедлять перемещения дислокаций.

Российские ученые из лаборатории наномеханики Института механики Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова обнаружили, что добавляемые атомы могут не только уменьшать, но и увеличивать скорость движения дислокаций. В исследовании использовались сплавы твердого раствора, где основным металлом была медь, а добавленным — никель. Авторы работы выбрали их из-за того, что никель имеет полную растворимость в меди, позволяя рассмотреть широкий диапазон растворимости без изменения структуры сплава. Ученые провели компьютерное моделирование движения дислокации при температурах сплава от 100 К до 1100 К (от -173,15 до 827 °C) и концентрации никеля в диапазоне от 0 до 30% от всех атомов в веществе.

Ученые обнаружили два варианта, как атомы никеля влияют на скорость краевой дислокации. Все зависит от величины приложенного сдвигового напряжения. Когда оно не превышает критическое, атомы никеля действуют как барьеры, снижающие скорость движения дислокаций. Однако когда приложенное напряжение начинает превышать критическое, они, наоборот, увеличивают их скорость. В этом режиме дислокации движутся со скоростями, близкими к скорости поперечных звуковых волн. При этом они, по-видимому, перестают взаимодействовать с добавленными атомами. Ученые показали, что с ростом концентрации никеля в меди увеличивается скорость распространения звуковых волн, а она, в свою очередь, вызывает ускорение движения дислокаций при значении сдвигового напряжения выше критического.

«В дальнейшем мы собираемся рассмотреть подвижность дислокаций в других сплавах твердых растворов меди с высокой растворимостью. Так мы сможем изучить влияние других факторов на это явление», — прокомментировал руководитель проекта Илья Брюханов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института механики Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. 

§3. Физические свойства меди.

Tплавления

Tкипения

Ρ

Rудельное

1083 0C

2877 0C

8,96 г/cм3

1,63*10-8 ом*м

а) Плотность и твердость.

Металлы подгруппы меди, как и щелочные металлы, имеют по одному свободному электрону на один ион-атом металла. Казалось бы, эти металлы не должны особенно сильно отличатся от щелочных. Но они, в отличие от щелочных металлов, обладают довольно высокими температурами плавления. Большое различие в температурах плавления между металлами этих подгрупп объясняется тем, что между ион-атомами металлов подгруппы меди почти нет свободного пространства, и они расположены более близко. Вследствие этого количество свободных электронов в единице объема, электронная плотность, у них больше. Следовательно, и прочность химической связи у них больше. Поэтому металлы подгруппы меди плавятся и кипят при более высоких температурах.

Металлы подгруппы меди обладают, по сравнению с щелочными металлами, обладают большей твердостью. Объясняется это увеличением электронной плотностью и более плотной компоновкой атомов в кристаллической решетке. Необходимо отметить, что твердость и прочность металлов зависят от правильности расположения ион-атомов в кристаллической решетке. В металлах, с которыми мы практически сталкиваемся, имеются различного рода нарушения правильного расположения ион-атомов, например, пустоты в узлах кристаллической решетки. К тому же металл состоит из мелких кристалликов (кристаллитов), между которыми связь ослаблена. В Академии Наук СССР была получена медь без нарушения в кристаллической решетке. Для этого очень чистую медь возгоняли при высокой температуре в глубоком вакууме на глубокую подложку. Медь получалась в виде небольших ниточек – “усов”. Как оказалось, такая медь в сто раз прочнее, чем обычная.

б) Цвет меди и её соединений.

Чистая медь обладает и другой интересной особенностью. Красный цвет обусловлен следами растворенного в ней кислорода. Оказалось, что медь, многократно возогнанная в вакууме (при отсутствии кислорода), имеет желтоватый цвет. Медь в полированном состоянии обладает сильным блеском.

При повышении валентности окраска меди и ее соединений темнеет, например, CuCl – белый, Cu

2O – красный, CuCl + H2O – голубой, CuО - черный. Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем обусловлен интересный практический признак для поисков.

в) Электропроводимость.

Медь обладает наибольшей (после серебра) электропроводимостью, чем и обусловлено её обширное применение в электронике.

г) Кристаллическая решетка.

Медь кристаллизируется по типу централизованного куба (рис 1).

Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди.

д) Изотопы.

Природная медь состоит из двух стабильных изотопов — 63Cu и 65Cu с распространённостью 69,1 и 30,9 атомных процентов соответственно. Известны более двух десятков нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых 67Cu с периодом полураспада 62 часа.

§4. Сплавы меди.

Медные сплавы — первые металлические сплавы, созданные человеком. Примерно до середины XXв. по мировому производству медные сплавы занимали 1-е место среди сплавов цветных металлов, уступив его затем алюминиевым сплавам. Со многими элементами медь образует широкие области твёрдых растворов замещения, в которых атомы добавки занимают места атомов меди в гранецентрированной кубической решётке. Медь в твёрдом состоянии растворяет до 39 % Zn, 15,8 % Sn, 9,4 % Al, a Ni — неограниченно. При образовании твёрдого раствора на основе меди растут её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, может значительно повыситься коррозионная стойкость, а пластичность сохраняется на достаточно высоком уровне.

В настоящее время существуют бесчисленные сплавы на основе меди, здесь я приведу три самые основные и распространенные в технике и быту сплавы:

а) Латунь

Латунь – это медный сплав с добавлением цинка. Цинк, содержание которого в составе может доходить до 40%, повышает прочность и пластичность сплава. Наиболее пластична латунь, с долей цинка около 30%. Она применяется для производства проволоки и тонких листов. В состав также могут входить железо, олово, свинец, никель, марганец и другие компоненты. Они повышаю коррозийную устойчивость и механические свойства сплава. Латунь хорошо подвергается обработке: сварке и прокатке, отлично полируется. Широкий диапазон свойств, низкая себестоимость, легкость в обработке и красивый желтый цвет делают латунь наиболее распространенным медным сплавом с большой областью применения.

б) Бронза

Бро́нзы — сплав меди, обычно с оловом в качестве основного легирующего компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь) и никеля. Как правило в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и др.

Традиционную оловянную бронзу человек научился выплавлять ещё в начале Бронзового века и очень длительное время она широко использовалась; даже с приходом века железа бронза не утрачивала своей важности (в частности вплоть до XIX века пушки изготавливались из пушечной бронзы)

Самые широко применимые бронзы это: кремниевые бронзы, бериллиевые бронзы, кремниевые бронзы, хромовые бронзы, но, безусловно, самой известной и наиболее применимой является оловянная бронза.

в) Медно-никелевые сплавы

Сплавы на основе меди, содержащие никель в качестве главного легирующего элемента - Мельхиор, Нейзильбер (сплав меди с 5—35% Ni и 13—45% Zn). Никель образует с медью непрерывный ряд твёрдых растворов. При добавлении никеля к меди возрастают её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, сильно повышается стойкость против коррозии. Медно-никелевые сплавы хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Кристаллическая решетка - алюминий - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Кристаллическая решетка - алюминий

Cтраница 1

Кристаллическая решетка алюминия - гранецентрирован-ный куб, которая устойчива при температуре от 4 К до точки плавления.  [1]

Кристаллическая решетка алюминия состоит, как и у многих других металлов, из гра-нецентрированных кубов ( см. стр. Теплопроводность алюминия вдвое больше теплопроводности железа и равна половине теплопроводности меди. Его электропроводность намного выше электропроводности железа и достигает 60 % электропроводности меди.  [2]

Искажение кристаллической решетки алюминия вследствие ее пересыщения медью приводит к повышению прочности и твердости сплава. Когда закаленный сплав находится на воздухе, в нем самопроизвольно протекают процессы, изменяющие структуру. Атомы меди, стремясь выделиться из кристаллической решетки алюминия, группируются в отдельных ее участках, равномерно распределенных по всему объему сплава. Это увеличивает искажение кристаллической решетки и повышает твердость и прочность сплава. В местах скопления атомов меди образуется кристаллическая решетка СиА12, в которой атомы А1, находящиеся по границе, одновременно входят в структуру кристаллической решетки CuAls и кристаллической решетки алюминия. Образование такой структуры ведет к дальнейшему искажению кристаллической решетки алюминия и, как следствие, к упрочнению сплава.  [3]

Так, кристаллическая решетка алюминия, меди, серебра имеет форму гранецентрированного куба; натрия, калия, бария - объемноцентрированного куба, а магний, цинк и кадмий кристаллизуются в гексагональной решетке. Некоторые металлы кристаллизуются в двух или нескольких полиморфных формах.  [5]

Эти элементы, растворяясь в кристаллической решетке алюминия, существенно его упрочняют и лишь незначительно уменьшают пластичность, обеспечивая хорошую деформируемость сплавов.  [6]

Поскольку медь обладает большим атомным радиусом ( / GU 1 275 А), это искажает кристаллическую решетку алюминия ( rAi 1 43 А) и повышает механические свойства сплава. Выдержка при 150 - 180 С вызывает искусственное старение, сопровождающееся распадом твердого раствора с выделением в местах концентрации меди промежуточной 0 -фазы, не отличающейся по химическому составу от стабильной фазы СиА12, но имеющей искаженную тетрагональную решетку.  [7]

Поскольку медь обладает большим атомным радиусом ( г си 1 275 А), это искажает кристаллическую решетку алюминия / А1 1 43 А) и повышает механические свойства сплава. Выдержка при 150 - 180 С вызывает искусственное старение, сопровождающееся распадом твердого раствора с выделением в местах концентрации меди промежуточной б - фазы, не отличающейся по химическому составу от стабильной фазы СиА12, но имеющей искаженную тетрагональную решетку.  [8]

Активность А1 обусловлена не только участием в образовании связей d - орбиталей, но и меньшей по сравнению с бором прочностью кристаллической решетки алюминия.  [9]

Активность алюминия обусловлена не только участием в образовании связей rf - орбиталей, но и меньшей по сравнению с бором прочностью кристаллической решетки алюминия.  [10]

Электронный пучок, падающий на алюминиевую пластинку, дает при отражении дифракционную картину, причем угловое отклонение ( от центра этой картины) дифракционного максимума второго порядка в Г Период кристаллической решетки алюминия ( расстояние между атомными плоскостями) d 0 405 нм.  [11]

Так, кристаллическая решетка алюминия, меди и серебра имеет форму гранецентрированного куба; натрия, калия и бария - объемно-центрированного куба, а магния, цинка и кадмия - гексагональную решетку. Некоторые металлы кристаллизуются в двух или нескольких полиморфных формах.  [12]

На воздухе алюминий быстро покрывается тонкой окисной пленкой. Первые слои этой пленки воспроизводят кристаллическую решетку алюминия, образуя очень прочное соединение. За последние 15 лет механизм роста окисной пленки удалось использовать для создания исключительно жаропрочных сплавов, упроченных дисперсными частицами окиси алюминия. Специально выращивая химическим или электрохимическим способом утолщенную пленку и вводя в нее различные наполнители, можно придать ей любой цвет.  [13]

Свежезакаленный дуралюмин имеет низкую прочность и высокую пластичность, несмотря на наличие пересыщенного твердого раствора меди в алюминии. Это связано с тем, что строение кристаллической решетки алюминия и меди одинаковое ( ГЦК), а параметры решеток отличаются незначительно. Высокие прочностные свойства дуралюмин приобретает лишь в результате последующего старения. Старением называется процесс изменения строения и свойств закаленных сплавов, происходящий самопроизвольно при комнатной или повышенной температуре.  [14]

Силумины, упрочняющиеся после термической обработки, например, после закалки при 520 - 530 и длительного искусственного старения в течение 10 - 30 час. Их высокая прочность после старения объясняется искажением кристаллической решетки алюминия и выделением зон Гинье - Престона.  [15]

Страницы:      1    2

Свойства меди физические и кристаллографические.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Материалы - свойства, обозначения / / Металлы / / Медь, бронзы и латуни / / Медь ( и классификация медных сплавов)  / / Свойства меди физические и кристаллографические.

Свойства меди физические и кристаллографические.

Атомный номер 29
Атомный вес 63.546
Атомный диаметр 2.551 x 10-10м
Температура плавления 1356 K
Температура кипения 2868 K
Плотность при 293 K =20 С 8.94 x 103 кг/м3
Електронная формула 3d104s
Валентность 2,1
Энергия Ферми 7.0 эВ
Поверхность Ферми сферы, соединенные тонкими шеями вдоль направлений [111]
Коэффициент Холла -5.12 x 10-11 м 3/(A*сек)
Магнитные свойства диамагнетик
Удельная теплота плавления 134 Дж/г
Удельная теплота испарения 3630 Дж/г
Удельная теплота возгонки при 1299 K 3730 Дж/г


Кристаллографические свойства меди.

Тип структуры A1
Пространственная структура Oh5 - Fm3m
Кристаллическая структура гранецентрированная кубическая решётка
Число атомов в единичной ячейке 4
Постоянная кристаллической решетки при 293 K 3.6147 x 10-10 м
Минимальное расстояние между атомами
(вектор Бюргерса, вектор сдвига) при 293 К
2.556 x 10-10м
Атомный радиус ГОЛЬДШМИДТА
1.28 x 10-10м
Атомный объем 1.182 10-29м3



Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Химические свойства латуни зависят от содержания цинка и определяют сферу применения сплава

Латунь – это металлический сплав из меди и цинка. Химические свойства латуни зависят от процентного содержания цинка в смеси, которое может колебаться от 5% до 45%. Введение в сплав данного химического элемента снижает коэффициент трения материала, улучшает его технологические свойства, а также снижает себестоимость готового изделия.

Химические свойства латуни

Латунь широко используется во многих отраслях промышленности благодаря механической прочности, долговечности и следующим химическим свойствам сплавов:

  • Хорошо поддается упрочнению методом наклепа.
  • Свойства латуни кардинально меняются после процедуры низкотемпературного обжига – материал становится устойчивым против образования коррозии в химически агрессивной среде.
  • Кристаллическая решетка сплава не теряет свою эластичность при охлаждении до экстремальных значений, из-за чего готовые изделия могут применяться для уличных работ.
  • Цинковая составляющая повышает тугоплавкость металла, и при нагревании его ползучесть в несколько раз ниже, чем у чистой меди.
  • При повышении температуры до 400оС металл становится ковким, возрастают показатели ударной вязкости.

Латунь никогда не применяется при изготовлении кабелей, так как ее электрическая проводимость значительно ниже, чем у меди или алюминия.

Зависимость химических свойств латуни от состава

Как было сказано выше, латунь – это сплав цинка и меди в разном процентном соотношении. При смешении этих двух элементов достигаются несколько электронных стадий готового материала. Процентное содержание цинка влияет на конечные химические свойства латуни, кратко описанные ниже:

  • При введении в сплав цинка в количестве до 35% возрастает твердость готового материала с сохранением пластических свойств на первых этапах. Со временем происходит уплотнение кристаллической решетки сплава, из-за чего пластичность снижается.
  • При нагревании сплава до 500-700оС цинк теряет пластичность, и материал перестает деформироваться под ударным воздействием в связи с образованием хрупкой зоны.
  • При необходимости эксплуатации латуни в условиях повышенных температур (свыше 700оС) для сохранения пластических свойств в сплав вводятся дополнительные добавки – алюминий, никель или марганец.

В нормальных условиях при стандартных температурах окружающей среды материал хорошо поддается штамповке и ковке – ударная вязкость позволяет принимать сложные формы от грубого механического воздействия.

Сферы применения латуни в зависимости от химических свойств

В связи с изменением химических свойств сплавов в промышленном производстве выделяют следующие типы материалов на основе латуни:

  • Томпак – латунный сплав с содержанием цинка не более 13%, который отличается повышенной эластичностью и коррозионной стойкостью. Если процент цинка увеличивается до 14-22%, такой материал называется полутомпаком. Сплав имеет благородный золотистый оттенок, из-за чего широко используется при изготовлении декоративных изделий.
  • Фасонные детали инженерных коммуникаций, крепежи, сепараторы, втулки и другие детали изготавливаются из литейной латуни. Материал имеет в своем составе от 51% до 80% чистой меди. Для улучшения качественных свойств в сплав добавляются такие элементы как олово, железо, марганец и др.
  • При добавлении в сплав свинца в количестве от 0,5% до 1% получается автоматная латунь. Материал используется в технических целях для изготовления листов, проволоки, лент и других элементов.

По внешнему виду и механическим свойствам латунь сильно напоминает бронзу – смесь меди и олова, и отличить эти два сплава друг от друга без использования лабораторного оборудования практически невозможно.

Блестящая начинка для первого здания Нормана Фостера в России

Технологии и материалы

Долина Муми-троллей Компания «Новые Горизонты» представила тематические площадки, созданные по мотивам знаменитых историй Туве Янссон и при участии законных правообладателей: голубая башня, палатка, бревно-тоннель и другие чудеса Муми-Долины. Секреты городского пейзажа В творчестве известного архитектора-неоклассика Михаила Филиппова мансардные окна VELUX используются практически во всех проектах, начиная с его собственной квартиры и мастерской и заканчивая монументальными ансамблями в центре Москвы и Тюмени. Об умном применении мансардных окон и их связи с силуэтом городских крыш мастер дал развернутый комментарий порталу archi.ru. Золотисто-медное обрамление Откосы окон и входные порталы, обрамленные панелями из алюминия Sevalcon, завершают и дополняют архитектурный образ клубного дома «Долгоруковская 25», построенного в неорусском стиле рядом с колокольней Николая Чудотворца. Новое улучшенное приложение Dulux Expert: теперь все сервисы... Приложение позволяет определить цвет, найти его в каталоге, примерить на стены и выбрать нужный продукт. Как защитить деревянную мебель в доме и на улице: разновидности... Деревянные изделия ручной работы не выходят из моды, а потому деревянную мебель используют как в интерьерах, так и для оборудования уличных зон отдыха. В этой статье расскажем, как подобрать оптимальный защитный состав для деревянных изделий. Русское высотное Последние несколько лет в России отмечены новой волной интереса к высотному строительству, не просто высокоплотному, а именно башням. Об одной из них известно, что ее высота будет 703 м, что вновь претендует на европейский рекорд. Но дело, конечно, не только в высоте – происходит освоение нового формата: башен на стилобате, их уже достаточно много. Делаем попытку систематизировать самые новые из построенных небоскребов и актуальные проекты. Чувство города Бизнес-парк «Ростех-Сити» построен на Северо-Западе Москвы. Разновысотная застройка, облицованная затейливым клинкерным кирпичом разнообразных миксов Hagemeister, придаёт архитектурному ансамблю гуманный масштаб традиционного города. Великолепный дизайн каждой детали – Graphisoft выпускает... Обновления версии отвечают пожеланиям пользователей и обеспечивают значительные улучшения при проектировании, визуализации, создании документации и совместной работе в Archicad, BIMx и BIMcloud, что делает Archicad 25 версией, как никогда прежде ориентированной на пользователя Стильная сантехника для новой жизни шедевра русского... Реставрация памятника авангарда – ответственная и трудоемкая задача. Однако не меньший вызов представляет необходимость приспособить экспериментальный жилой дом конца 1920-х годов к современному использованию, сочетая актуальные требования к качеству жизни с лаконичной эстетикой раннего модернизма. В этом авторам проекта реставрации помогла сантехника немецкого бренда Duravit. Кирпич Terca из Эстонии – доступная европейская эстетика Эстонский кирпич соединяет в себе местные традиции и высокотехнологичное производство мирового уровня под маркой Wienerberger. Технические преимущества облицовочного кирпича Terca особенно ценны в нашем северном климате – благодаря им фасады не потеряют своих эстетических качеств, а постройки будут долговечными. Прочные основы декора. Методы Hilti для крепления стеклофибробетона Методы HILTI позволяют украшать фасад сложными объемными формами, в том числе карнизами, капителями, кронштейнами и узорными панелями из стеклофибробетона, отлично имитируя массивные элементы из натурального камня и штукатурки при сравнительно меньшем весе и стоимости. BRAER: возможности и особенности баварской кладки для... Компания BRAER предлагает разнообразные виды, оттенки и декоративные фактуры современной баварской кладки, как классические, так и уникальные. Кирпич BRAER отличается экологичностью и долговечностью. Дайте ванной право быть главной! Mix&Match – простой и понятный инструмент для создания «журнального» дизайна ванной комнаты. Воспользуйтесь концепцией от Cersanit с десятками комбинаций плитки и керамогранита разного формата, цвета и фактуры для трендовых интерьеров в разных стилях. Идеально подобранные миксы гармонично дополнят вашу идею и помогут сократить время на создание проекта. Современная архитектура управления освещением В понимании большинства людей управлять освещением – это включать, выключать свет и менять яркость светильников с помощью настенных выключателей или дистанционных пультов. Но управление освещением гораздо глубже и масштабнее, чем вы могли себе представить. Чистота по-австрийски Самоочищающаяся штукатурка на силиконовой основе Baumit StarTop – новое поколение штукатурок, сохраняющих фасады чистыми. Кто самый зеленый 14 небоскребов из разных частей света, которые достраиваются или планируются к реализации: уже не такие высокие, но непременно энергоэффективные и поражающие воображение. Материализация формы Три проекта, реализованные с применением объемных металлических панелей Gradas. Советы проектировщику: как выбрать плоттер в 2021 году Совместно с компанией HP, лидером рынка широкоформатной печати, рассматриваем тенденции, новые программные и технические решения и формулируем современные рекомендации архитекторам и проектировщикам, которым требуется выбрать плоттер. Energy Ice – стекло, прозрачное как лед Energy Ice – новое мультифункциональное стекло, отличающееся максимальным светопропусканием. Попробуем разобраться, в чем преимущество новинки от компании AGC Стать прозрачнее Zabor modern предлагает ограждения европейского типа: из тонких металлических профилей, функциональные, эстетичные и в достаточной степени открытые.

Сейчас на главной

Пластиковый «Гуггенхайм» В Хайкоу началось строительство Хайнаньского музея науки и технологии по проекту пекинского бюро MAD. Вода для жизни Пятый, а значит юбилейный по счету форум «Среда для жизни» прошел в Нижнем Новгороде сразу после юбилейных торжеств, посвященных 800-летию города, и стал, в сущности, частью празднования. В то же время среди показанных проектов лидировали решения, связанные с временно затопляемыми территориями, что можно признать одной из актуальных тенденций нашего времени. Градсовет Петербурга 8.09.2021 Градсовет рассмотрел новый вариант перестройки станции метро «Фрунзенская»: проект от московских архитекторов, Единый диспетчерский центр и противоречивый традиционализм. Медовая горка Проект-победитель конкурса Малых городов для города Куртамыш: террасированный парк, который дает возможность по-новому проводить досуг Традиции орнамента На фасаде павильона для собраний по проекту OMA при синагоге на Уилшир-бульваре в Лос-Анджелесе – узор, вдохновленный оформлением ее исторического купола. Кочевники и пряности Два проекта павильона ресторана катарской кухни, который мог появиться в Экспофоруме: не отработанный в Петербурге формат временной архитектуры, способный пропустить в город более смелые решения. Магистры ЯГТУ 2021: «Тени забытых предков» Работы выпускников кафедры архитектуры Ярославского государственного технического университета: анализ сталинской архитектуры, возвращение к жизни города-призрака, актуализация советских гаражей и маршрут по исправительно-трудовому лагерю. Домики в кронах Свайные гостевые домики по проекту бюро aoe обеспечивают постояльцам близость к природе и уединение. Дерево с удостоверением Объявлены финалисты премии за постройки из сертифицированной древесины WAF 2021. Среди них: самое крупное CLT-здание в США, микро-библиотека в Индонезии, офисный комплекс в Сиднее и киоск в Гонконге. Бакалавры ЯГТУ 2021: Архиреновация Публикуем дипломные проекты бакалавров кафедры архитектуры Ярославского государственного технического университета. Все они посвящены работе с архитектурным наследием и сохранению духа места. Химические реакции Проект-победитель конкурса Малых городов раскрывает многогранность Щекино: в нем нашлось место Анне Карениной и Игорю Талькову, космонавтам и шахтерам, равно как и богатой природе тульского края, безбарьерной среде и разным видам досуга. Диалектический манифест Высотный ЖК MOD, строительство которого начато в Марьиной роще рядом с территорией, на которой запланирована штаб-квартира РЖД, откликается на «центральный» контекст будущего городского окружения и в то же время позиционируется авторами как «манифест модернистских минималистичных принципов в архитектуре». Мечта Азимова Проект DNK ag победил в конкурсе на АГО Национального центра физики и математики в Сарове, проведенного корпорацией Росатом совместно с МГУ, РАН и Курчатовским институтом. Ре-Школа 2021: Соловки Третий учебный год Ре-Школа посвятила Соловецкому архипелагу и подготовке жизнеспособной концепции сохранения трех объектов на Банном озере. Об эмоциональных и по-настоящему научных открытиях, которые состоялись за два семестра, рассказывает руководитель школы Наринэ Тютчева. Кровля по принципу инь и ян Центр исполнительских искусств для танцовщицы Ян Липин на юге Китая по проекту пекинского Studio Zhu-Pei. Медь и камень Реконструкция монастыря Сен-Франсуа на острове Корсика по проекту Amelia Tavella Architectes. Околоземное пространство Новый терминал аэропорта в Кемерово «Леонов» построен в «космические» сроки, несмотря на пандемию. Он стал одним из важных элементов стремительного развития города и зримо отразил свое посвящение первому выходу человека в открытый космос, как в интерьерах, так и на фасадах. Его главные «фишки»: эффект звездного неба и открытость. В дуэте с ареной Жилой комплекс West Half по проекту ODA в Вашингтоне построен рядом с бейсбольным стадионом и учитывает все аспекты такого соседства, включая свою «роль» в телетрансляциях матчей. Золотая медаль МАРХИ 2021: победители Публикуем два проекта, награжденных Золотой медалью МАРХИ. Магистерская диссертация Полины Болдыревой посвящена исследованию метаструктур, а дипломный проект Дарьи Зотовой – проработке событийного комплекса с иммерсивным театром в Ясенево. Золотая медаль МАРХИ 2021: номинанты Публикуем работы четырех номинантов на Золотую медаль МАРХИ. В поле интересов выпускников: реновация АТС, Шереметьево-5, намывные территории Петербурга и технологичные библиотеки. На воде и у воды Рассказываем об итогах конкурсной программы фестиваля «Эко-Берег» и показываем шесть проектов-победителей. Феликс Новиков: «Я никогда не предлагал заказчику... Большое и очень увлекательное интервью с Феликсом Новиковым. О репрессированных родителях, погибшем брате, о переходе от классики к модернизму, об авторстве и соавторстве, о том, как обойти ограничения. По видео связи в Zoom, Hью-Йорк – Рочестер, штат Нью-Йорк, 16-17 Августа, 2021. Градсовет Петербурга 25.08.2021 На очередном заседании градостроительный совет обсудил башни в Купчино, супрематизм в Пулково и лечение в Репино. Исправление градостроительной ошибки KAAN Architecten реконструировали в Амстердаме офисное здание, чье строительство в 1960-е вызвало протесты и даже изменение градостроительной политики. Высотная дактилоскопия Ламели на фасадах высотного жилого комплекса Arté MK в Куала-Лумпуре по проекту SPARK обеспечивают защиту от солнца днем и декоративную подсветку ночью, а также повторяют узор отпечатка пальца заказчика. Малые города: победители 2021 Подведены итоги уже пятого конкурса проектов благоустройства малых городов и исторических поселений. Рассказываем, кто победил. Пресса: Бодипозитив от архитектуры: как (и зачем) полюбить...

20 лет в российских городах властвовал он — капиталистический романтизм. До сих пор принято ругать здания-представители этого стиля — ТЦ «Наутилус», «Москва-Сити» и «Лахта-Центр». Специально для «Афиши Daily» один из авторов термина «капром» Александр Семенов написал программную колонку, а также выбрал 10 построек, которые пора понять и принять.

Александр Балабин: «Любой проект надо рассматривать... Глава компании Северин Проект, двадцать лет успешно работающей на рынке, – об истории развития бюро, непростых путях получения заказа и творческом шансе, который необходимо ловить. Скелет суккулента Сотрудники и студенты Штутгартского университета построили павильон с несущей конструкцией из льняного волокна, которая повторяет строение кактуса.

Стандарты и свойства: Металлургия сплавов на основе меди

Уильям Д. Нильсен, младший
Western Reserve Manufacturing Co., Inc.

На основные свойства медных сплавов в значительной степени влияют свойства самой меди. Известно, что медь обладает определенными уникальными качествами, которые делают ее лучшим инженерным материалом для подшипников. Это:

  • Высокая теплопроводность
  • Превосходная пластичность и вязкость в широком диапазоне температур
  • Превосходная коррозионная стойкость в различных средах

Атомная структура меди

Все три вышеуказанных качества напрямую связаны со структурой и поведением структуры меди в атомном масштабе.

Рис. 1. Модель гранецентрированной кубической кристаллической структуры меди, показывающая одну элементарную ячейку. Расстояние между центрами угловых атомов составляет 3,6 ангстрем (ссылка 1). Атом меди очень похож на атом золота или серебра, которые вместе с медью составляют группу в периодической таблице элементов. Всем известна прекрасная электропроводность меди, которая является следствием атомной структуры меди. Внутри решетки атомов меди облако свободных электронов является единственным доступным для передачи электрического тока.Это же облако электронов также увеличивает эффективную передачу тепловой энергии.

Твердая медь может быть описана как расположение атомов меди в гранецентрированной кубической (ГЦК) конфигурации. Атом меди находится в каждом углу и в центре каждой грани куба, как показано на рис. 1 . Это элементарная ячейка, которая повторяется в трехмерном пространстве, составляя кристаллическую структуру металла.

Атомы удерживаются в структуре за счет энергии атомного притяжения между ними.Именно это гранецентрированное кубическое расположение атомов придает меди ее высокую пластичность и прочность. Все металлы деформируются за счет механизма, называемого скольжением. Когда происходит скольжение, сила, действующая на металл, заставляет атомы скользить друг мимо друга группами. В медной ГЦК-структуре это движение происходит предпочтительно в любом или во всех трех направлениях вдоль определенной геометрической плоскости атомов в решетке, как показано на , рис. 2, .

Рис. 2. Единица ГЦК меди с удаленным угловым атомом, чтобы показать плоскость скольжения, на которой происходит преимущественная деформация.Это место воплощает самую плотную упаковку атомов, которая возможна геометрически (Ссылка 1). В медной ячейке таких плоскостей четыре. Если движение может происходить в трех направлениях на всех четырех плоскостях, существует двенадцать возможностей возникновения скольжения. Оказывается, это максимальное количество возможностей скольжения в любой металлической конструкции. Чем больше вероятность того, что металл может подвергнуться значительному скольжению, тем больше вероятность его деформации, а не разрушения и разрушения. Следовательно, медь обладает превосходной пластичностью и вязкостью, а также устойчива к усталости и ползучести.Дополнительным преимуществом является то, что медь, поскольку она является гранецентрированной структурой, не страдает охрупчиванием при низких (минусовых) температурах; явление, обычное для других кристаллических структур.

Сочетание электронной и кристаллографической структур меди придает ей превосходную устойчивость к коррозии. Облако свободных электронов легко доступно для образования когерентных пленок на поверхности металла, которые защищают решетку от дальнейшей коррозии.

ГЦК-структура, образующая плоскости скольжения, придает этим самым плоскостям еще одну характеристику.Атомы на плоскостях скольжения упакованы настолько близко друг к другу, насколько это возможно в любой металлической системе (, рис. 2, ). Такое эффективное расположение атомов упаковывает большую часть материи в определенное пространство (что, кажется, знают пчелы, когда строят соты). Ионам водорода очень трудно найти свой путь через небольшие промежутки между атомами и вызвать коррозионное растрескивание под напряжением, за исключением наиболее агрессивных сред.

Мы видели, как медь, основной металл для литой бронзы, в атомном масштабе придает важные характеристики качественным материалам подшипников.Но подшипники изготавливаются не из чистой меди, а из широкого диапазона доступных сейчас медных сплавов. Каждый из этих сплавов улучшает характеристики чистой меди и дополнительно адаптирует новый материал к конкретным условиям. Давайте рассмотрим некоторые из наиболее распространенных систем сплавов в отношении металлургии материала и его назначения в конструкции подшипников.

Литые бронзовые сплавы

Подшипниковые марки литой бронзы металлургически можно разделить на три категории:

  • Однофазные твердые сплавы
  • Полифазные сплавы
  • Композиционные материалы

Чтобы понять характеристики различных сплавов, мы должны сначала понять, что происходит с основной структурой меди при добавлении небольших количеств легирующих металлов.Реакции происходят во время затвердевания и охлаждения сплавов из их расплавленного состояния.

Проще говоря, окончательное расположение легирующих металлов по отношению к нормальной ГЦК решетке меди определяет свойства материала сплава.

Легирующие металлы находят свое место в решетке меди тремя основными способами:

  1. Замещают атомы меди в ГЦК решетке.
  2. Они соединяются с медью и образуют локализованные области (фазы), в которых кристаллическая структура имеет форму, отличную от кристалла меди с ГЦК-решеткой.
  3. Они отклоняются затвердевающей решеткой меди, но остаются внутри кристаллов сплава, когда они замерзают и растут.

Исследования привели к графическому изображению того, как реагируют простые бинарные системы сплавов. Такое представление называется фазовой диаграммой. Фазовые диаграммы некоторых бинарных систем, относящихся к бронзе, показывают поведение легирующих элементов, которое обычно приводит к одному из трех случаев, упомянутых ранее. Фазовая диаграмма равновесия медь-олово (, рис. 3, ) иллюстрирует случаи (1) и (2).

Рис. 3. Равновесная фазовая диаграмма медь-олово (Ссылка 2).

Дело (1) - Замена

Рис. 4. Микроструктура однофазного (альфа) сплава медь-олово (88Cu-8Sn-4Zn). Структура показывает линии скольжения. Обратите внимание также на следы дельта-фазы (более темные острова) (ссылка 2). Ссылаясь на Фигуру 3, при содержании олова менее 11% (например, при 8% олова) видно, что сплав при охлаждении затвердевает в определенном диапазоне температур, становясь полностью твердым, когда температура опускается ниже примерно 850 ° C.В равновесных условиях медленного охлаждения образующаяся твердая фаза представляет собой гранецентрированный кубический кристалл (альфа-фаза). Атомы олова замещают непосредственно в решетке атомы меди. Атомы олова фактически усиливают чистую медь, потому что они деформируют решетку, то есть изменяют обычное расстояние между атомами меди. В промышленных условиях довольно медленного затвердевания почти весь металл затвердевает в виде альфа-фазы (, рис. 4, ).Это явление замещения приводит к однофазному твердому раствору олова в меди. Кристаллическая структура, хотя и прочнее, чем у чистой меди из-за деформации решетки, все же имеет ГЦК-структуру. Следовательно, характеристики скольжения остаются очень хорошими. Таким образом, однофазные твердые сплавы меди сохраняют высокую пластичность, несмотря на очень значительное увеличение прочности. Такие материалы находят широкое применение в условиях, когда материал может подвергаться значительному напряжению, но разрушение может быть катастрофическим (например, арматура в системах морской воды ядерных реакторов).

Примером такого однофазного промышленного сплава является сплав C, свойства которого сравниваются с медью в таблице ниже.

C
Cu 99,9 88,0
Sn 8,0
Zn 4,0
Т.С., тыс. Кв. 28 45
Ю.С., кси 8 23
Удлинение,% в 2 дюйма 45 25
Твердость, BHN 40 77
(Значения указаны для непрерывно литого материала диаметром менее 3 дюймов)

Корпус (2) - многофазный

Если содержание олова увеличить до 11% или более, некоторая часть альфа-фазы будет преобразовываться, когда металл остынет ниже 400 ° C. Появляется новая фаза, вкрапленная в нормальные альфа-кристаллы с ГЦК.Эта фаза, называемая дельта, может быть сохранена в материале при довольно быстром охлаждении ( Рис. 5, ).

Рисунок 5 . Микроструктура непрерывнолитого сплава оловянной бронзы С. Указывается дельта-фаза (Ссылка 3).

Дельта-фаза (хотя все еще в основном ГЦК) содержит гораздо больше олова по сравнению с медью, чем в альфа-фазе, и она очень твердая и прочная, но не обладает большой пластичностью. В лучших условиях он выглядит как мелкодисперсные островки по всей микроструктуре материала.Влияние этой второй фазы на механизм скольжения драматично, так как происходит закрепление плоскостей скольжения после небольшой степени движения. Но дельта-фаза также значительно увеличивает износостойкость материала, о чем свидетельствует значительное увеличение твердости. Популярные алюминиевые бронзовые сплавы (C95400 и C95500) и марганцевые бронзы (C86300 и C86400) приобретают высокую прочность и твердость аналогичным образом, хотя действующие лица различны. Тем не менее, эти свойства являются результатом дисперсии другой фазы (или фаз) в основной ГЦК решетке, причем почти во всех случаях дисперсная фаза намного тверже и прочнее, чем основная часть материала окружающей матрицы.Эти «искусственные неоднородности» в материале служат для закрепления плоскостей скольжения и ограничения их движения.

Эти материалы известны как многофазные сплавы и характеризуются более высокой прочностью, твердостью и износостойкостью, чем альфа-сплавы; но они обладают гораздо меньшей пластичностью, как показано в таблице ниже. В результате они лучше всего подходят для частей поверхности управления, где размерная целостность наиболее важна, и для тяжелых нагрузок и ударных нагрузок на малых скоростях, например, подшипников шасси самолетов.

Дополнительной характеристикой многофазных сплавов является то, что их свойства могут значительно изменяться в зависимости от температуры по сравнению с однофазными материалами. Такие сплавы часто подвергаются термообработке. Путем манипулирования микроструктурой сплава, как показано на диаграмме состояния равновесия, путем «короткого замыкания» равновесия можно получить определенные свойства, которые отсутствуют в состоянии после литья.

Однофазный Полифазный
C C
C
C95400
Cu 88 89 87 85
Sn 8 11 11
Пб 1
Zn 4
Al 11
Ni 1
Fe 4
Т.С., кси 49 52 50 85
Ю.С., тыс. Фунтов стерлингов 23 29 25 35
Удлинение,% в 2 дюйма 25 18 20 18
Твердость, BHN 77 95 83 170
(Значения приведены для непрерывнолитого материала менее 3 дюймов.диаметра, за исключением C95400, которые являются литыми.)

В любом случае, многофазные материалы, не содержащие значительного количества свинца, следует использовать только в качестве подшипников против стальных сопрягаемых поверхностей, которые сами были закалены термической обработкой. В случае применения алюминиевой бронзы или марганцевой бронзы часто рекомендуется, чтобы вал был хромированным или изготовлен из биметаллического материала, аналогичного тому, который используется для валков сталелитейных заводов.

Ящик (3) - Композитные смеси

Рисунок 6. Равновесная фазовая диаграмма медь-свинец (ссылка 2). Наиболее широко используемые материалы для подшипников - это действительно композиты. По сути, они могут иметь однофазные или многофазные структуры, служащие матрицей вокруг частиц или глобул свободного свинца. Взгляд на фазовую диаграмму равновесия медь-свинец (, рис. 6, ) показывает, что свинец почти полностью отвергается решеткой меди, когда он замерзает. Тем не менее инженеры-металлурги и литейщики в равной степени приложили огромные усилия для улавливания свинца между кристаллами материала на основе меди, поскольку эти кристаллы замерзают и растут, потому что полученный сплав создает очень тонкие подшипники.Типичная микроструктура, показывающая диспергированный свинец, показана на , рис. 7, .

Сегодня возможно производить материал на основе меди с содержанием свинца более 30%, при этом частицы свинца имеют микроскопические размеры. С другой стороны, если применение подшипника указывает на то, что более желательны более крупные частицы свинца, можно также производить сплав в этой форме.

Рисунок 7. Микроструктура непрерывнолитого сплава свинцовой оловянной бронзы C94100 (20% Pb).Указаны частицы свинца (ссылка 3).

Свинец выполняет три важные функции подшипника, каждая из которых служит для защиты вала и повышения производительности оборудования. Первостепенное значение имеет способность частиц свинца уменьшать коэффициент трения между подшипником и валом. Механизм, с помощью которого это достигается, весьма интересен. Частицы свинца могут быть срезаны с поверхности подшипника за счет микроскопических шероховатостей на поверхности вала. Стальной вал покрывается свинцом, который постепенно перераспределяется, заполняя углубления на валу.Как только это будет выполнено, коэффициент трения снова повысится лишь незначительно, как указано в таблице ниже (ссылка 4). Это же явление имеет дополнительное преимущество в том, что температура, развиваемая в точках контакта между подшипником и сопряженной частью, ограничивается температурой плавления провода 327, ° C). Очевидно, что это свойство свинцовых сплавов очень ценно при отсутствии смазки (запланированной или случайной) или если рабочая среда машины сама подвержена резким перепадам температур, например, на самолетах или оборудовании арктических нефтяных месторождений.

Коэффициент трения
(скольжения)
Сталь на меди 0,9
Сталь на C94300 (23% Pb) 0,18
Сталь на C94300 после длительного использования 0,30
Сталь на стали 1,00

Вторая важная функция свинца - поглощать грязь, которая попадает в границу раздела, хотя этой проблемы можно избежать за счет конструкции должным образом герметизированных подшипников, когда это возможно.

В-третьих, свинцовые сплавы, имеющие несколько более низкую прочность, чем сплавы медь-олово без свинца, и гораздо более низкую прочность, чем сплавы медь-алюминий или медь-цинк, демонстрируют высокую степень совместимости. То есть подшипник будет корректировать свою форму, чтобы допустить плохую центровку или вибрацию. Эта характеристика в сочетании с характеристиками, описанными ранее, позволяет утверждать, что свинцовые сплавы будут очень хорошо «изнашиваться», что особенно желательно для червячных передач, чтобы назвать один пример.Свинецсодержащие бронзы также легко обрабатываются.

Инженер должен напоминать себе, что эти сплавы не так прочны, как неэтилированные материалы, и при этом они не обладают таким большим сопротивлением ударам и последующей усталости, ведущей к разрушению. Однако одно утешительное соображение состоит в том, что полный отказ подшипника вряд ли приведет к разрушению вала или заклиниванию машины из-за «мягкости» этих сплавов.

Выбрав соответствующую матрицу, в которую будут отливаться частицы свинца, инженер может выбрать из довольно широкого диапазона прочности материала, совместимого с умеренными и легкими нагрузками и высокими скоростями, как показано в таблице ниже.Значения даны для непрерывного литья диаметром менее 3 дюймов.

C83600 C93200 C93700 C93800 C94300
Cu 85 83 80 78 70
Sn 5 7 10 7 5
Пб 5 7 10 15 25
Zn 5 3
Т.С., кси 45 45 41 34 27
Ю.С., тыс. Фунтов стерлингов 21 24 24 23 13
Удлинение,% в 2 дюйма 28 16 10 12 15
Твердость, BHN 72 72 80 62 48

Свойства литой бронзы

Давайте теперь рассмотрим семейства бронзовых сплавов подшипников с помощью двух таблиц, в которых сравниваются некоторые из их наиболее важных инженерных свойств. В таблице 1 приведены химические составы и свойства применения. В таблице 2 указаны наиболее распространенные применения этих материалов и их рабочие характеристики в тех областях применения, в которых они находят наибольшее применение.

Таблица 1 . Состав и свойства литой подшипниковой бронзы
Состав%
Семейство сплавов Cu Sn Пб Zn Ni Fe млн Al
Красная латунь
C84400 81 3 7 9
C83600 85 5 5 5
Олово-свинцовая бронза
C93200 83 7 7 3
C93700 80 10 10
Олово бронза с высоким содержанием свинца
C93800 78 7 15
C94300 70 5 25
Олово бронза
C 88 8 4
C 88 10 2
C
89 11
C
87 11 1 1
C92700 88 10 2
C92900 84 10 2.5 3,5
C94700-HT ** 88 5 2 5
Алюминиевая бронза
C95400 85 4 11
C95400-HT 85 4 11
C95500 81 4 4 11
C95500-HT 81 4 4 11
Марганцевые бронзы
C86300 63 25 3 3 6
C86400 59 1 40
* БТЕ / фут2 / фут / час / фут
** HT - термообработка
Таблица 1 .Состав и свойства литых подшипниковых бронз (продолжение)
Свойства непрерывного литья (типовые)
Семейство сплавов Т.С., тыс. Фунтов Ю.С., тыс. Фунтов стерлингов удлинн.,
%
BHN Обрабатываемость
Индекс
Компрессионный
Y.S., тыс. Фунтов на квадратный дюйм
Thermal
Проводимость *
Красная латунь
C84400 37 16 23 55 90 28 41
C83600 45 21 18 72 100 34 41
Олово-свинцовая бронза
C93200 45 24 16 72 100 30 33
C93700 41 24 10 80 100 25 27
Олово бронза с высоким содержанием свинца
C93800 34 23 12 62 100 23 30
C94300 27 13 15 48 100 20 36
Олово бронза
C 49 23 25 77 25 36 43
C 51 29 18 92 25 29 43
C
51 29 18 95 20 38 41
C
49 26 17 80 30 32 42
C92700 48 20 18 80 80 28 40
C92900 53 31 15 100 85 38 34
C94700-HT ** 90 66 9 180 20 71 31
Свойства после литья
Алюминиевая бронза
C95400 85 35 18 170 60 50 34
C95400-HT 105 54 8 195 20 75 34
C95500 100 44 12 195 50 60 24
C95500-HT 120 68 10 230 15 80 24
Марганцевые бронзы
C86300 115 70 15 225 8 80 20
C86400 65 25 20 90 65 40 51
* БТЕ / фут2 / фут / час / фут
** HT - термообработка
Таблица 2 .Сравнительное руководство по характеристикам сплавов подшипников в различных средах
Качественная рабочая среда подшипников
Сплав № Скорость нагрузка Окружающая среда Твердость вала Типичные области применения
C94300 (низкий)

(высокий)

(нижний)


(высший)

(более абразивный)

(менее абразивный)
(низкий)


(высокий)

Топливные насосы для самолетов
C93800 Шахтный водяной насос, изнашиваемые пластины
C93700 Высоконагруженные высокоскоростные подшипники
C93200 Подшипники общего назначения
C83600 Подшипники вала линейного насоса для глубоких скважин, легкие шестерни
C92700 Поршневые кольца
C Шестерни, направляющие клапана, рабочие колеса насоса
C92900 Шестерни, направляющие клапана, заменитель стальной задней стенки
C Компоненты клапана, паровая арматура
C
Шестерни
C95400 Панели управления
C95500 Панели управления
C86300 Винтовые гайки для прокатных станов

Все сплавы, показанные в таблицах, по существу являются вариациями основных материалов, которые обсуждались.В некоторых случаях свинец мог быть добавлен для улучшения обрабатываемости (C

по сравнению с C
). Возможно, никель был добавлен для повышения прочности или коррозионной стойкости (C95500 против 95400). Содержание марганца и железа можно варьировать для стабилизации определенных структур (C86300 против C86400). Цинк мог быть заменен оловом из соображений экономии (C против C). Один сплав был создан из-за преобладающей доступности металлолома (C93200 от C83600 и C93700) и в настоящее время, пожалуй, является наиболее широко используемым сплавом для подшипников.Это очень хороший компромисс. Тем не менее, каждый материал обладает уникальным набором свойств, которые лучше всего подходят для определенных целей.

Экономика

Несколько слов об относительной экономике материалов сплава. Все компоненты сплава подвержены влиянию мировых рынков, где их уровень цен определяется предложением, спросом, государственным контролем и спекулятивным интересом. Колебания на мировом рынке этих компонентов в конечном итоге сказываются на стоимости композитного металла для сплавов, и это также влияет на стоимость металлолома, когда он выводится из эксплуатации. Таблица 3 показывает приблизительные общие относительные значения меди и основных легирующих материалов на момент написания.

Таблица 3 . Приблизительная зависимость стоимости металла
Приблизительная
Относительная стоимость
Приблизительная
Относительная стоимость
Первичные металлы Вторичный лом
Медь 1.0 Свинец Олово бронза 0,9
Олово 7,8 Олово бронза 1,0
Свинец 0,2 Алюминиевая бронза 0,3
цинк 0,5 Марганцевая бронза 0,3
Никель 4,0
Алюминий 0,9 Предварительно легированный слиток
C93200 1.2
C
2,0
C98400 1,2

Методы производства

Подшипниковые сплавы меди доступны во многих формах, производимых различными методами производства. Методы производства литья кратко изложены в Табл. 4 .

Продукты для песка и охлаждения

Таблица 4 . Способы производства семейств подшипниковых сплавов
Метод производства
Семейство сплавов Песок Охладитель
Форма
Центробежный непрерывный Кованые
Красная латунь Х Х Х Х НЕТ
Олово-свинцовая бронза Х Х Х Х Х *
Олово-бронза с высоким содержанием свинца S = сегрегация свинца может быть проблемой S S S Х НЕТ
Олово бронза Х Х Х Х Х **
Алюминиевая бронза Х Х Х Х Х
Марганцевые бронзы Х Х Х Х Х
* Ограничено примерно 4% Pb
** Деформируемые сплавы C51000, C52100, C52400.

Литье в песчаные формы или кокильные формы - идеальные методы производства, идеально подходящие для очень небольших серий или очень мелких деталей, а иногда и обязательны для очень больших деталей, таких как гребные винты судов.

Все обсуждаемые сплавы доступны в этих формах, хотя могут возникнуть проблемы с серьезной сегрегацией свинца, когда содержание свинца приближается к 16%. Можно отливать широкий диапазон размеров и сложных форм. Красные латуни, которые очень популярны в качестве материалов для сантехнического оборудования, производятся этими методами, в основном в виде корпусов клапанов и фитингов.

Изделия центробежного литья

Опять же, все рассматриваемые сплавы легко производятся методом центробежного литья, за исключением оловянных бронз с высоким содержанием свинца, в которых содержание свинца приближается к 20%. Проблемы сегрегации свинца зависят от размера отливки. Этим методом изготавливаются втулки очень большого размера. Вероятно, что большинство вводов с наружным диаметром более 14 дюймов. и примерно до 100 дюймов. центробежные отливки. Такие отливки могут быть длиной более 100 дюймов.Тем не менее, небольшие центробежные отливки также являются крупносерийными. Многие из более крупных фланцевых подшипников или зубчатых передач изготавливаются этим методом. Несмотря на то, что они чувствительны к количеству продукции, небольшие тиражи могут быть очень экономичными. Дистрибьюторы складских запасов поддерживают запасы полуфабрикатов центробежного литья, в основном стандартных размеров и особенно из сплавов C95400 и C93200.

Продукция непрерывного литья

Все сплавы доступны в виде непрерывнолитых прутков; сегрегация свинца обычно не проблема.Может потребоваться снятие напряжений с некоторых отливок с очень тонкими стенками, особенно если используется сплав C95400, C95500 или C86300, чтобы предотвратить потерю зазора или допусков при изготовлении и использовании. Доступен широкий диапазон размеров сплошных, трубчатых и изготавливаемых на заказ стержней поперечного сечения. Диаметр варьируется от менее 0,500 дюйма до примерно 14 дюймов по внешнему диаметру, длина - примерно до 13 футов. Возможно изготовление стержней с очень тонкими стенками, иногда менее 1/4 дюйма, в зависимости от наружного диаметра. Эти изделия идеально подходят для дальнейшего изготовления на автоматических станках.

Большие партии изделий непрерывного литья значительно более экономичны, но, опять же, дистрибьюторы складских запасов берут на себя большую часть этой нагрузки, особенно в том, что касается сплавов C95400, C93200 и C.

Кованые изделия

Деформируемые сплавы фосфористой бронзы (C51000, C52100, C52400, C54400) иногда используются в подшипниках. Эти сплавы также доступны в виде непрерывных отливок в отожженном состоянии. Кованая фосфористая бронза обычно ограничивается размером около 3 дюймов.О. и под. C54400 имеет самое высокое доступное содержание свинца, около 4%. Сплавы с более высоким содержанием свинца экструдируются или прокатываются.

Сплавы алюминия и марганцевой бронзы также имеют кованые аналоги. Деформируемые сплавы обладают очень хорошими механическими свойствами, подвергались тяжелой обработке экструзией, волочением, прокаткой или ковкой и широко используются в аэрокосмической отрасли. Некоторые из этих сплавов используются в качестве сварочных материалов. Эти сплавы также доступны в различных экструдированных формах, хотя доступное разнообразие в значительной степени зависит от количества.Термическая обработка литых сплавов дает механические свойства, аналогичные деформируемым материалам, как и при непрерывной разливке алюминиевых бронз. Вообще говоря, для обеспечения экономичности кованых изделий требуются большие объемы производства, хотя дистрибьюторы, занимающиеся складскими запасами, взяли на себя это бремя для конечного пользователя меньших объемов.

Готовые подшипники

Некоторые производители, а также многие дистрибьюторы на складе и подшипниковые центры имеют запасы стандартных готовых втулок, особенно из сплава C93200.Эти детали выпускаются серийно и легко доступны.

Специальные подшипники

Ряд механических цехов специализируется на производстве подшипников, особенно нестандартных конструкций и критических сплавов на заказ. В этих цехах работают сложные обрабатывающие центры. Используя лучшее доступное оборудование, они обеспечивают высочайшую степень точности при производстве деталей и поддерживают высокие стандарты контроля качества материалов. Такие предприятия обслуживают те предприятия OEM и отделы технического обслуживания крупных корпораций, которые предпочитают не производить свои собственные подшипники.Они обеспечивают экономичное обслуживание и хорошо осведомлены о технологии и источниках сплавов для подшипников, которые лучше всего подходят для производства данного подшипника.

Сводка

Металлургическое машиностроение - это в большей степени наука, но и искусство. Исследования, обширный опыт и глубокое понимание свойств, которые легирующие элементы могут придавать медному основному металлу, необходимы для хорошего дизайна материала. Не менее важно понимание экономики, связанной с материалами, производством деталей и работой конечного оборудования.Замечательные свойства меди, латуни и бронзы принесли пользу отраслям во всем мире благодаря их надежной работе, общедоступности и экономическому качеству.

Список литературы

  1. Р.А. Флинн , Отливки из меди, латуни и бронзы, Общество учредителей цветных металлов, Кливленд (1961 г.).
  2. R. Hultgren и P.D. Desai , Избранные термодинамические значения и фазовые диаграммы для меди и некоторых из ее бинарных сплавов, Монография I Incra, Международная ассоциация исследований меди, Inc., Нью-Йорк (1971).
  3. W.A. Glaeser и K.F. Дюфран , Конструкция подшипников из литой бронзы с граничной смазкой, Институт подшипников из литой бронзы, Inc. (1978).
  4. F. Bowden и D. Tabor , Трение и смазка твердых тел, Clarendon Press, Oxford (1950).

Общие, атомные и кристаллографические свойства и особенности меди

Источник: «Свойства меди и медных сплавов при криогенных температурах» Н.Дж. Саймон, Э. Дрекслер и Р.П. Рид (NIST MN 177)

Общие и атомные свойства меди

Атомный номер 29
Атомный вес 63,546
Атомный диаметр 2,551 x 10 -10 м
Точка плавления 1356 К
Точка кипения 2868 К
Плотность при 293 К 8.94 x 10 3 кг / м 3
Электронная структура 10
Состояния валентности 2,1
Fermi Energy 7,0 эВ
Поверхность Ферми сферическая, горловина на [111]
Коэффициент Холла -5,12 x 10 -11 м 3 / (A . S)
Магнитное состояние диамагнитный
Тепло плавления 134 Дж / г
Теплота испарения 3630 Дж / г
Теплота сублимации при 1299 К 3730 Дж / г


Кристаллографические особенности меди
Тип конструкции A1
Космическая группа O ч 5 - Fm3m
Кристаллическая структура гранецентрированная кубическая
Число атомов в элементарной ячейке 4
Параметры решетки при 293 К 3.6147 x 10 -10 м
Расстояние ближайшего атомного сближения
(вектор Бюргерса) при 293
2,556 x 10 -10 м
Атомные радиусы Гольдшмидта
(12-кратная координация)
1,28 x 10 -10 м
Атомный объем 1,182 10 -29 м 3

Металл-индуцированные межбелковые взаимодействия и идентификация нового мотива связывания меди

Proc Natl Acad Sci U S. A.1997 Sep 2; 94 (18): 9620–9625.

Биофизика

Р. Балакришнан

* Отдел биофизики и Центр кристаллографических исследований, Институт рака Розуэлл-Парк, Буффало, Нью-Йорк 14263; Кафедра биологии полости рта, Государственный университет Нью-Йорка, Буффало, штат Нью-Йорк 14214; и § Департамент молекулярной и экспериментальной медицины, Исследовательский институт Скриппса, Ла-Хойя, Калифорния

Н. Рамасуббу

* Отдел биофизики и Центр кристаллографических исследований Института рака Розуэлл-Парк, Буффало, штат Нью-Йорк 14263; Кафедра биологии полости рта, Государственный университет Нью-Йорка, Буффало, штат Нью-Йорк 14214; и § Департамент молекулярной и экспериментальной медицины, Исследовательский институт Скриппса, Ла-Хойя, Калифорния

K.И. Варугезе

* Отдел биофизики и Центр кристаллографических исследований, Институт рака Розуэлл-Парк, Буффало, штат Нью-Йорк 14263; Кафедра биологии полости рта, Государственный университет Нью-Йорка, Буффало, штат Нью-Йорк 14214; и § Департамент молекулярной и экспериментальной медицины, Исследовательский институт Скриппса, Ла-Хойя, Калифорния

Р. Партасарати

* Отдел биофизики и Центр кристаллографических исследований, Институт рака Розуэлл-Парк, Буффало, Нью-Йорк 14263; Кафедра биологии полости рта, Государственный университет Нью-Йорка, Буффало, штат Нью-Йорк 14214; и § Департамент молекулярной и экспериментальной медицины, Исследовательский институт Скриппса, Ла-Хойя, Калифорния

* Отдел биофизики и Центр кристаллографических исследований, Институт рака Розуэлл-Парк, Буффало, штат Нью-Йорк 14263; Кафедра биологии полости рта, Государственный университет Нью-Йорка, Буффало, штат Нью-Йорк 14214; и § Департамент молекулярной и экспериментальной медицины, Исследовательский институт Скриппса, Ла Хойя, Калифорния

Кому запросы на перепечатку следует направлять по адресу: 109 Foster Hall, Департамент биологии полости рта, Государственный университет Нью-Йорка в Буффало. , Буффало, штат Нью-Йорк, 14214.электронная почта: [email protected]

Сообщение предоставлено Гербертом Хауптманом, Медицинский научно-исследовательский институт Хауптмана – Вудворда, Буффало, штат Нью-Йорк

Получено 24 марта 1997 г .; Принято 7 июля 1997 г.

Copyright © 1997, Национальная академия наук США. Эта статья цитировалась в других статьях в PMC.

Abstract

Мы сообщаем о кристаллических структурах комплексов меди и никеля РНКазы А. Общая топология этих двух комплексов аналогична топологии других структур РНКазы А.Однако есть существенные различия в способе связывания меди и никеля. На молекулу белка приходится два иона меди, но на молекулу белка приходится только один ион никеля. Значительные изменения происходят во взаимодействиях между белками в результате различий в координирующих группах в общем сайте связывания вокруг His-105. Следовательно, димеры РНКазы А, связанные с ионами меди и никеля, действуют как центры зародышеобразования для образования различных кристаллических решеток для двух комплексов.Второй ион меди присутствует в остатке активного центра His-119, все лиганды которого принадлежат одной молекуле белка. На этом втором сайте His-119 принимает неактивную конформацию (B), индуцированную медью. Мы идентифицировали новый мотив связывания меди, включающий α-аминогруппу и N-концевые остатки.

Ионы металлов отвечают за широкий спектр функций, включая нуклеофильный катализ в ферментах, таких как карбоангидраза и карбоксипептидаза, перенос электронов в белках, таких как рубредоксин и цитохромы, и стабилизацию белковой структуры многих белков от цинкового пальца до алкогольдегидрогеназы. (1, 2) и в регуляции генов (3, 4).Cu 2+ и Zn 2+ являются важными микроэлементами, присутствующими у многих видов (5, 6), тогда как Ni 2+ проникает в клетку при хроническом воздействии (7) и является известным канцерогеном (8). Медь действует как кофактор супероксиддисмутазы меди-цинка и играет важную роль в защите от свободных радикалов, производных от кислорода, которые оказывают вредное воздействие на биологические макромолекулы (4). Из-за множества биологических ролей, которые играют эти ионы металлов, недавно были предприняты усилия по созданию de novo участков связывания металлов, чтобы придать белку желаемое свойство.Например, сайты связывания металлов были разработаны для помощи в очистке белка (9), для повышения стабильности белка (10, 11) и регулирования каталитической активности (12, 13), а также для введения ионов металлов в новые белковые каркасы (14, 15). ). В этом отношении структурные исследования металлопротеинов в значительной степени помогли в создании новых участков связывания металлов в белках.

Однако присутствие этих переходных металлов в аномальных уровнях из-за метаболических нарушений или из-за хронического воздействия было связано с повреждением ДНК и, в конечном итоге, с гибелью клеток.Например, при болезнях Вильсона и Менкеса существует аберрантный путь метаболизма меди, ведущий к накоплению меди (16). При болезни Альцгеймера наблюдается снижение уровня металлотионеиноподобного белка, что приводит к повышению уровня цинка (17, 18). Неспособность металлопротеинов выполнять нормальные функции напрямую связывается с отсутствием ионов металлов, приводящим к конформационным изменениям, как показали кристаллографические, спектроскопические и биохимические исследования (19–23).Но пока имеется ограниченное количество доказательств, объясняющих, как металлы при связывании могут заставить нормальные белки претерпевать конформационные изменения и тем самым сделать их дисфункциональными. Для понимания таких необычных взаимодействий металл-белок необходимо разработать модель. В связи с этим мы использовали рибонуклеазу (РНКазу A) в качестве модельного неметаллопротеина, чтобы определить ( i ), вызывает ли связывание иона металла с РНКазой A конформационное изменение (локальное или глобальное) и ( ii ), как эти изменения влияют на структурные и функциональные свойства белка.В частности, поскольку предполагалось, что ионы металлов могут вызывать агрегацию других растворимых белков, таких как β-амилоидный белок болезни Альцгеймера и прионный белок прионных заболеваний, мы хотели бы определить, может ли связывание металлов приводить к олигомеризации или агрегации. белка в нашей модели.

Отчеты (24), основанные на исследованиях аффинной хроматографии с иммобилизованными ионами металлов (IMAC), показали, что РНКаза А связывается с медью и никелем. Более того, с исторической точки зрения, хотя РНКаза А в комплексе с никелем (форма I) была впервые получена Куницем (25), попытка воспроизвести форму I была предпринята в рамках проекта Protein Structure Project под руководством Д.Harker не увенчались успехом (25). Однако сначала было сообщено о структурном растворе безметалловой моноклинной формы РНКазы A (обозначенной как форма II и кристаллизованной в Protein Structure Project) (26). Хотя было кристаллизовано еще 14 кристаллических форм РНКазы А, включая комплекс с медью (27), о структуре РНКазы А со связанным ионом металла никогда не сообщалось. Результаты нашего структурного исследования показывают, что связывание меди и никеля с РНКазой A вызывает локальные конформационные изменения и приводит к различной упаковке.Мы также идентифицировали новый структурный мотив связывания меди в белках.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОЦЕДУРА

Кристаллы комплексов РНКаза – Cu и РНКаза – Ni выращивали, как описано (28, 29). Для комплекса никеля РНКазу A (Sigma, Lot 5503) диализовали против воды для удаления любых солей, концентрировали с использованием PEG ( M r 4000), а затем лиофилизировали. Для кристаллов комплекса РНКаза – Cu использовали фермент типа XII-A от Sigma без дополнительной очистки. Образцы оставляли нетронутыми в темноте на 3 месяца, после чего кристаллы появлялись в виде тонких пластинок.Кристаллы комплекса меди моноклинны, а кристаллы комплекса никеля ромбические (таблица).

Таблица 1

Кристаллографические параметры для комплексов РНКаза – Cu и РНКаза – Ni

1 90,00 9209 3

091 10,0–2,6

Коэффициент ,%

1 1,4

Деталь структуры Медь Никель
Условия кристаллизации
Salt ( M) 2 NiCl 2
pH 5.5 5,5
Осадок MPD MPD
Сбор данных
Космическая группа C 2 P
6 919 919 2 919 916 919 919 916 919 919 916
a , Å 58,18 44,69
b , Å 53,80 75,80
c 90 37,74
α, градусы 90,00 90,00
β, градусы 118.90 90.00
γ, градусы
γ, градусы 29,800 31,800
Параметр Мэтью 2,18 2,32
Кол-во уникальных отражений 6,930
  • 7
  • 6,930 9207

    9 9201 9201

    9 4.1
    4,7
    Уточнение
    Количество отражений> 2σ 6610 4180
    Диапазон разрешения, Å 8,0–2,0 10,0–2,6 20 17
    Кол-во атомов белка 1,196 1,196
    Кол-во молекул растворителя 82 87
    No.ионов металлов 2 1
    Отклонения от идеальности
    Расстояния, Å 0,007 0,007
    Углы скрепления, градусы 1,4 26 25
    Белок B факторов, Å 2
    Основная цепь 17,0 10,6
    Боковая цепь 19.9 13,3

    Данные по дифракции рентгеновских лучей на кристаллах меди были собраны с использованием пластины Mar Image (с разрешением 2,0 Å), тогда как данные о комплексе никеля были получены с использованием многопроволочного детектора области ( до разрешения 2,6 Å). Источник рентгеновского излучения, используемый для генерации излучения Cu – K α , представлял собой вращающийся анод, работающий при 100 мА и 50 кВ. Дифракционные данные записывались в виде серии дискретных кадров, хотя отдельные кадры были смежными в том смысле, что начало каждого небольшого диапазона колебаний совпадало с концом предыдущего диапазона.Данные по комплексу никеля собирали при комнатной температуре, а данные по комплексу меди собирали при 4 ° C. Определение ориентации кристаллов, интегрирование интенсивностей отражений и обработка данных были выполнены с использованием denzo и scalepack (30), как показано в таблице.

    Структуры обоих комплексов расшифрованы методом молекулярного замещения с использованием структуры бесфосфатной рибонуклеазы (7RSA) в качестве модели поиска (31). Для решения обеих структур использовалась программа amore (32).Уточнение (позиционное и коэффициент B ) проводили с помощью x-plor (33). Для обоих комплексов использовалась схема взвешивания, зависящая от разрешения, определенная в x-plor. Карты пропусков разностной плотности ( F o - F c и 2 F o - F c ) карты были созданы с использованием x-plor, а остатки были подобраны для исключения карты с использованием tom, производного от frodo (34). Полный набор карт исключения, в которых 10 остатков последовательно не учитывались на протяжении всего хода полипептидной цепи, также был исследован, и при необходимости были внесены дополнительные корректировки.Карта разности электронной плотности, как и ожидалось, не выявила какой-либо дополнительной плотности, соответствующей молекуле фосфата. Однако ионы меди и никеля наблюдались на уровне 7σ. Поиск молекул воды был начат только после того, как уточнение атомов белка приблизилось к коэффициенту R , равному 21 и 19% для комплексов меди и никеля соответственно. Молекулы воды были выбраны из разностных карт плотности, созданных с помощью x-plor, и включены в уточнение только при соблюдении следующих критериев: ( i ) высота пика в F o - F c карта был выше уровня 2σ, ( ii ) выбранный пик имел ощутимый контакт с молекулой белка, и ( iii ) температурные факторы были меньше 60 Å 2 .Окончательный кристаллографический фактор R составил 20% и 17% для структур РНКаза – Cu и РНКаза – Ni соответственно. Для оценки корректности модели использовались программы procheck (35) и x-plor. Визуализация электронной плотности, построение модели и уточнение проводились на рабочем месте SGI.

    РЕЗУЛЬТАТЫ

    Окончательные уточненные модели комплексов состоят из 124 аминокислотных остатков, 2 ионов Cu 2+ и 82 вод в РНКазе – Cu и 1 ионе Ni 2+ и 87 вод в РНКазе – Ni. конструкции.Соответствующие параметры уточнения приведены в таблице. Обе структуры имели очень четко определенную и непрерывную электронную плотность на уровне 1α для всех атомов основной цепи в F o - F c опущенных картах. Общая топология, наблюдаемая в 7RSA (без фосфатов) (31) и 5RSA (с фосфатными связями) (36), также сохранилась в этих комплексах. Среднеквадратичные отклонения, рассчитанные по графикам Луццати, сопоставимы для комплексов меди и никеля.Однако два комплекса демонстрируют значительные различия в местах координации, как описано ниже.

    Координация ионов металлов.

    Основное различие между комплексами меди и никеля заключается в количестве сайтов связывания (рис.) И природе лигандов вокруг этих ионов. Расстояния связи в комплексе меди варьируются от 2,0 до 2,6 Å, а расстояния в комплексе никеля - от 1,8 до 2,4 Å. В металлопротеинах расстояния связи между ионом металла и его лигандами обычно находятся в очень узком диапазоне (37), но могут варьироваться от среднего расстояния 2.1 Å из-за искаженной геометрии. Например, в комплексе аскорбатоксидаза – медь (38) расстояния между ионом металла и его лигандами (O, N) составляют от 1,9 до 2,2 Å. В никелевом комплексе уреазы (39) расстояние между лигандами (O, N) и ионами металлов колеблется от 2,0 до 2,3 Å. Кроме того, никакие геометрические ограничения не применялись для согласования металла во время доводки.

    Стерео вид координационных сфер в местах связывания металлов в комплексах. ( A ) Медь на площадке His-105.( B ) Никель на площадке His-105. ( C ) Медь на стоянке His-119.

    Ион меди связывается с двумя сайтами, тогда как ион никеля связывается только с одним сайтом; и медь, и никель имеют общий участок около His-105, в котором координационная геометрия представляет собой искаженную квадратную пирамиду. Однако координирующие группы (лиганды), обеспечиваемые двумя симметричными молекулами, различны в этом общем месте. Таким образом, α-аминогруппа Lys-1, амидный азот и карбонильный кислород Glu-2 из одной молекулы, NE2 из His-105 и карбонильный кислород Tyr-76 из молекулы, связанной с симметрией (1/2 - x , y - 1/2, - z + 1) лиганд Cu 2+ в сайте I.В никеле, однако, вместо α-аминогруппы координируются три молекулы воды, карбонильный кислород Tyr-76 и амидный азот Glu-2. Кроме того, карбоксилатный кислород Lys-1 из связанной с симметрией молекулы ( x , y , z + 1), а не Glu-2, координируется с никелем в этом месте.

    Второй сайт для меди находится на His-119, который является остатком активного сайта. Лиганды в этом сайте представляют собой NE2 His-119 и OE2 Glu-111 из той же молекулы РНКазы A и трех молекул воды.Интересно, что ион меди индуцирует конформационное изменение, при котором His-119 существенно меняет ориентацию своей боковой цепи по сравнению с 7RSA и комплексом никеля (Рис.). В этой ориентации His-119 находится вне кармана активного сайта. Гистограмма, изображающая доступную для растворителя площадь поверхности для всех остатков His в структурах РНКазы A, показывает, что она больше для His-119 по сравнению с соответствующими остатками His в структурах РНКаза-Ni или 7RSA. Напротив, эта площадь сопоставима для His-105 во всех трех структурах.Это говорит о том, что в перевернутой конформации His-119 более доступен и лучше ориентирован для связывания с ионами металлов. В перевернутой конформации значение угла χ 1 для His-119 (-58,4 °) сравнимо с величиной, обнаруженной для His-119 в неактивной конформации B, как это наблюдается в комплексе ингибиторов РНКазы A, но отличается от активной конформации A His-119 на целых 143 ° (40). Из-за этого pK a His-12 может быть затронут до такой степени, что РНКаза-Cu может стать неактивной.

    Наложение структур 7RSA, комплекса РНКаза – Cu и комплекса РНКаза – Ni. На ленточной диаграмме показан только 7RSA. Боковые цепи остатков возле участков связывания металлов отображаются во всех трех структурах (медь, зеленый; никель, желтый; 7RSA, белый). Обратите внимание, что ( i ) поворот имидазольного кольца His-105 на 180 ° и последующее изменение положений ионов меди (зеленый) и никеля (желтый) и ( ii ) ориентации His-119 (зеленый) в комплексе РНКаза – Cu.

    Металлическое уплотнение.

    Координация меди и никеля показывает, что связывание вокруг His-105 включает четыре остатка от двух молекул РНКазы А в комплексе меди, тогда как только два остатка от двух молекул РНКазы А участвуют в никелевом комплексе. В результате упаковочные взаимодействия в РНКазе – Cu существенно отличаются от таковых в никелевом комплексе. Комплекс RNase – Cu обнаруживает упаковку «спина к спине», тогда как комплекс RNase – Ni обнаруживает линейный массив упаковки от головы к хвосту.Каждая молекула в комплексе РНКаза – Cu взаимодействует с 7 молекулами, имеющими отношение к симметрии, что дает в общей сложности 194 контакта. Эти контакты распределены между 74 остатками, 36 из которых относятся к контрольной молекуле. В комплексе РНКаза – Ni всего 186 контактов происходит между референсной молекулой (44 остатка) и 6 симметричными молекулами (44 остатка). В медном комплексе имеется 16 Н-связей и один солевой мостик по сравнению только с 10 Н-связями и отсутствием солевого мостика в никелевом комплексе. Одиночный солевой мостик в структуре РНКаза – Cu находится между OD2 (Asp-121) и Nh2 (Arg-85) на расстоянии 2.84 Å. Аналогичный анализ упаковки другой структуры РНКазы A (неметалла), 6RSA ** (41), выявил наличие 6 H-связей. Хотя среднее количество контактов на молекулу в структуре 6RSA составляет всего 12, это число значительно выше в комплексах меди (24 контакта) и никеля (27 контактов), что предполагает плотную упаковку в структурах РНКаза – Cu и РНКаза – Ni. Хотя упаковка в молекулярном кристалле - это компромисс между множеством различных межмолекулярных и внутримолекулярных сил, она определяется самыми сильными силами, соответствующими самому короткому из этих контактов.Таким образом, между двумя комплексами, хотя комплекс никеля имеет больше контактов <4,0 Å, комплекс меди имеет более короткие значимые контакты, такие как Н-связи и солевые мостики. Из-за этих более коротких взаимодействий комплекс меди плотно упакован. Дополнительную поддержку этому выводу дает сравнение параметра Мэтьюза (42). Этот параметр мал для меди (2,18) по сравнению с никелем (2,32). Большинство взаимодействий происходит вокруг области, где присутствуют два иона металла.На этих участках количество контактов, наблюдаемых в медном комплексе, больше, чем в никелевом комплексе. По-видимому, различия в упаковке являются прямым следствием различий в связывании меди и никеля, поскольку ориентация His-105 и координирующих лигандов в комплексах меди и никеля различна. Эти по-разному димеризованные молекулы РНКазы A могут действовать как центры зародышеобразования для упаковки и могут вызывать различия в общей симметрии кристалла.

    ОБСУЖДЕНИЕ

    Copper Binding Motif.

    Сравнение координации никеля и меди в позиции I показывает присущую меди способность вызывать локальные конформационные и электронные изменения в большей степени, чем у никеля (рис. И). Ясно, что концевой остаток Lys претерпевает значительные конформационные изменения для связывания с ионом меди. Поскольку кристаллы комплекса меди были получены из раствора, pH которого поддерживали на уровне 5,5, ожидается, что α-аминогруппа будет протонирована.Чтобы эта группа могла координироваться с ионом меди, должно было произойти серьезное изменение в локальной электронной среде, чтобы уменьшить pK a примерно с 7,8. Исследования кристаллических структур трипептида Gly-Gly-Gly в комплексе с медью также выявили участие α-аминогруппы в образовании комплекса (43). Точно так же в сывороточном альбумине, который является белком-переносчиком меди, α-аминогруппа и остаток His участвуют в образовании координационного комплекса с медью (44).Однако кристаллизация трипептида и образование комплекса сывороточного альбумина проводились при щелочном pH, и, следовательно, можно было ожидать, что α-аминогруппа будет нейтральной. Интересно, что ситуация, аналогичная РНКазе-Cu, имеет место в кристаллической структуре тиоредоксина (45), где медь связывается на N-конце, используя α-аминогруппу в качестве лиганда. Эти авторы сообщают, что pH маточного раствора составляет 3,8, но не объясняют необычное связывание α-аминогруппы при таком низком pH.Очевидно, Cu 2+ вызывает локальные конформационные изменения на N-конце для связывания с доступными лигандами. Мы предполагаем, что эта особенность может быть связана с новым структурным мотивом связывания меди в белках, и этот мотив показан на рис. В этом мотиве α-аминогруппа является постоянным донором электронов для меди, хотя среди O1, N2 и O2 выбор зависит от относительного положения и стереохимии иона металла на N-конце.

    Суперпозиция N-концевых остатков (остатки 1–5) 7RSA (лента), РНКаза – Cu (жирная линия) и РНКаза – Ni (пунктирная линия).Обратите внимание на приближение His-105 к ионам меди и никеля и относительное расположение других лигандов. Lys-1 находится внизу.

    Суперпозиция атомов N1 и ионов металлической меди в связывающем медь мотиве с участием α-аминоконца и лигандов из первых двух остатков в Gly-Gly-Gly (пунктирная линия), тиоредоксине (светлая линия) и РНКазе– Структуры Cu (жирная линия).

    Координация электронодонорными атомами основной цепи (N1, O1, N2 и O2) N-концевых остатков Lys и Glu с Cu 2+ ставит вопрос о механизме такого связывания.Интересно, что в отдельном исследовании с помощью КД и ЯМР-спектроскопии была предложена пошаговая координация, индуцированная медью в собачьем сывороточном альбумине (45). Медь может быть способна индуцировать координацию групп РНКазы A аналогичным пошаговым способом, потому что в аналогичных обстоятельствах никель генерирует другой комплекс. Таким образом, комплексообразование медью можно контролировать термодинамически, для чего мы предлагаем следующий механизм. ( i ) His-105 привязан к меди.( ii ) Олигомеризация молекул РНКазы A происходит в результате связывания с одним из N-концевых остатков. ( iii ) Возможен поиск белковых лигандов для образования комплексов с участием дополнительных N-концевых остатков. В этом процессе небольшая степень N-концевой гибкости, наблюдаемая в структурах рибонуклеаз, также может играть роль. Комплекс никеля, с другой стороны, можно более кинетически контролировать. Таким образом, после первоначального связывания His-105 координации с молекулами воды достаточно для стабилизации комплекса никеля.Сравнение скручивания основной цепи структур меди и никеля со структурой структуры бесфосфатной РНКазы (7RSA) показывает частичное раскручивание N-концевой спирали в этих комплексах металлов (рис.). Подобный механизм может объяснить связывание меди в тиоредоксине, где при pH 3,8, что ближе к pK и Asp, медь может сначала связываться с Asp (Asp-2 OD1 или Asp-10 OD2), а затем олигомеризация в кристаллической решетке может затем связываться с α-аминогруппой (Ser-1), амидным азотом Asp-2 N2 и водой.

    Хотя карбонильный кислород Tyr-76 является сильным лигандом меди, он явно отсутствует в структуре никеля. Частично это происходит из-за значительного изменения значения угла χ 2 для His-105 в меди (86 °) и никеле (-67 °). Из-за этого конформационного изменения (т. Е. Переворота имидазольного кольца примерно на 180 °) NE2 His-105 находится рядом с Tyr-76 (рис.). Подход связанного с металлом His-105 симметричной молекулы к N-концу в обоих комплексах различается.Связывание меди с His-105 и, следовательно, с N-концом переориентирует боковую цепь Lys-1. Из нашего исследования ясно, что образование и / или стабильность не обязательно зависят от простого наличия лигандов. Состояние гибридизации ионов металлов также может играть роль в образовании и стабильности комплексов металлов, как предполагают Ирвинг и Уильямс (46).

    Корреляция с IMAC.

    Кристаллическая структура комплексов РНКаза – Cu и РНКаза – Ni дает основу для интерпретации результатов, полученных IMAC на РНКазе A (24).Сообщалось, что РНКаза А проявляет разную силу связывания для иммобилизованной меди и никеля. РНКаза A удерживалась на колонках IDA-Cu (II) и IDA-Ni (II) при pH 7,0 и элюировалась при pH 4,3 и 6,0 соответственно. В IMAC белок удерживается на колонке IDA-M (II) за счет своих открытых остатков, таких как His и Trp, и высвобождается из колонки путем протонирования имидазольного кольца остатков His (снижение pH). Тот факт, что РНКаза А может быть вытеснена из IDA-Ni (II) при гораздо более высоком pH (6.0), чем от IDA-Cu (II), означает, что комплекс белок-никель является слабым и, следовательно, может быть вытеснен небольшим снижением pH с 7,0 до 6,0. В настоящем исследовании мы связываем более сильное связывание РНКазы A с иммобилизованной медью с вкладом двух остатков His (His-105 и -119), а более слабое в никеле - с вкладом только His-105. Кроме того, ион никеля сольватирован в His-105 с тремя молекулами воды, но у меди есть белковые лиганды, участвующие в координационной сфере.Кроме того, элюция РНКазы A из колонки IDA-Cu (II) при pH 4,3 показывает, что His pK a значительно уменьшился, чтобы оставаться нейтральным и связываться с ионом металла.

    Биологические последствия связывания иона металла с РНКазой A.

    Сообщалось (12), что связанный с медью рекомбинантный трипсин становится неактивным, когда Arg-96 заменяется His рядом с His-57 активного сайта. Ион меди препятствует участию His активного центра в общем катализе оснований.Рентгеновские исследования кристаллов (47) медного комплекса рекомбинантного трипсина показали, что боковая цепь каталитически необходимого His-57 переориентируется из кармана активного центра для связывания с медью. Это очень хорошо относится к структуре РНКаза-Cu, где каталитически важный остаток, His-119, переориентировался и образовал комплекс с ионом меди (рис.). Однако, в отличие от трипсина, где для катализа стал недоступен только один остаток активного центра, в структуре РНКаза-Cu связывание меди с His-119 может препятствовать участию His-119 и His-12 в катализе.Ранее было документально подтверждено (40), что в присутствии ингибитора имидазольное кольцо His-119 переходит в неактивную B-конформацию. Аналогичный эффект был вызван медью, перевернув боковую цепь His-119 на угол, более близкий к углу, обнаруженному в комплексе ингибиторов РНКазы А. Это убедительно свидетельствует о том, что медь может вести себя как ингибитор.

    Клетки содержат неожиданно большое количество различных РНКаз, которые осуществляют многие специфические реакции метаболизма РНК. Механизмы, с помощью которых эти реакции регулируются РНКазами, до сих пор не ясны.Эти специфические реакции относятся к следующим двум классам: ( i ) превращение одной молекулы РНК в другую, включая разделение отдельных видов РНК, созревание 5'- и 3'-концов отдельной РНК и удаление интронов; и ( ii ) деградация нежелательной РНК или образование нуклеотидов для последующего синтеза РНК. Нежелательная РНК может мешать метаболизму клетки, конкурируя с другими функционирующими РНК (48). В этом отношении структура РНКаза-Cu дает некоторое представление о возможной регуляторной роли РНКазы, поскольку медь, связанная с остатком активного центра (His-119), может сделать фермент неактивным по механизму, наблюдаемому в трипсине.Однако из этих структурных исследований нельзя однозначно ответить на вопрос, как и почему конкретная РНКаза выбрана для инактивации, без дополнительных доказательств регуляции РНКазы ионами металлов. Еще одно важное наблюдение в этом исследовании - участие как меди, так и никеля в олигомеризации РНКазы A в кристаллической решетке. В ситуации, когда клетки имеют высокий уровень следов металлов, ионы металлов могут быть изолированы белком посредством олигомеризации, что может предотвратить токсичность металлов и, следовательно, гибель клеток.

    Сводка.

    На основе кристаллической структуры РНКазы – Cu и ее сравнения с другими медными комплексами пептидов и белков мы показали, что медь предпочитает α-аминогруппу в качестве одного из своих лигандов. Этот связывающий мотив, уникальный для меди, включает димер белков (пептидов). Мы также показываем, что существуют различия в связывании меди и никеля. Наконец, мы предполагаем, что присущая меди способность вызывать локальные конформационные изменения в ее сайтах связывания может возникать из-за термодинамического контроля, в отличие от связывания никеля.

    Выражение признательности

    Эта статья посвящена покойному доктору Д. Харкеру (бывшему директору отдела биофизики онкологического института Розуэлл-Парк, Буффало), который первым провел структурное исследование РНКазы A, первый проект по кристаллографии белков в этой стране (25 ). Мы благодарим доктора М. Дж. Левина за поддержку, доктора Н. Х. Сюонга из Калифорнийского университета в Сан-Диего за доступ к зонным детекторам и г-жу Дж. Манн за техническую помощь. Р. Б. благодарит Департамент здравоохранения штата Нью-Йорк за стипендию и докторов.С. Т. Рао и Э. Сулковски за полезные обсуждения. Эта работа была частично поддержана грантами Службы общественного здравоохранения США DE08240 (Исследовательский центр биологии полости рта) и HL55375 (K.I.V.).

    СОКРАЩЕНИЕ

    IMAC Аффинная хроматография с иммобилизованными ионами металлов

    Сноски

    Размещение данных: координаты атомов и структурные факторы были депонированы в банке данных по белкам, Департамент химии, Брукхейвен , NY 11973 (ссылка 1aqp, γ1aqprsf).На эту информацию действует запрет на 6 месяцев (координаты) и 6 месяцев (структурные факторы) с даты публикации.

    Космическая группа, P 2 1 / a = 30,18 Å; b = 38,40 Å; c = 53,32 Å; α = 90,00 °; β = 105,85 °, γ = 90,00 °.

    Космическая группа, P 2 1 / a = 30,18 Å; b = 38,40 Å; c = 53,32 Å; α = 90,00 °; β = 105,85 °; γ = 90,00 °.

    ** Космическая группа, P 2 1 / a = 30,3 Å; b = 38,35 Å; c = 53,70 Å; α = 90,00 °; β = 106,4 °; γ = 90,00 °.

    Ссылки

    5. Эттингер М. Дж. В: Медные белки и медные ферменты. Лонти Р., редактор. Vol. 3. Бока-Ратон, Флорида: CRC; 1984. С. 175–229. [Google Scholar] 11. Мухейм А., Тодд Р. Дж., Казимиро Д. Р., Грей Н. Б., Арнольд Ф. Х. J. Am Chem Soc. 1993; 115: 5312–5313. [Google Scholar] 12. Хигаки Дж. Н., Хеймор Б. Л., Чен С., Флеттерик Р. Дж., Крейк С. С.Биохимия. 1990; 29: 8582–8586. [PubMed] [Google Scholar] 13. Бринен Л.С., Скотт Виллет В., Крейк С.С., Флеттерик Р. Дж. Биохимия. 1996; 35: 5999–6009. [PubMed] [Google Scholar] 15. Песси А., Биначи Е., Крамери А., Вентурини С., Трамонтано А., Солаццо М. Природа (Лондон) 1993; 362: 367–369. [PubMed] [Google Scholar] 17. Буш А. И., Петтингелл В. Х., младший, Марк д. Paradis, Tanzi R E.J Biol Chem. 1994; 269: 12152–12158. [PubMed] [Google Scholar] 18. Буш А. И., Петтингелл В. Х., младший, Мультхауп Г., Марк д. Paradis, Vonsattel JP, Gusella JF, Beyreuther K, Masters C.L., Tanzi R.E.Наука. 1994; 265: 1464–1467. [PubMed] [Google Scholar] 19. Гроссманн Дж. Г., Ной М., Эванс Р. В., Линдли П. Ф., Аппель Н., Хаснаин С. С. Дж. Мол биол. 1993; 229: 585–590. [PubMed] [Google Scholar] 20. Bellsolell L, Prieto J, Serrano L, Coll M. J. Mol Biol. 1994; 238: 489–495. [PubMed] [Google Scholar] 22. Gomis-Ruth F-X, Grams F, Yiallouros I, Nar H, Kusthardt U, Zwilling R, Bode W., Stocker W. J. Biol Chem. 1994; 269: 17111–17117. [PubMed] [Google Scholar] 23. Чжан Ф. Л., Фу Х. В., Кейси П. Дж., Епископ В. Р. Биохимия. 1996; 35: 8166–8171.[PubMed] [Google Scholar] 25. Тулинский А. Annu Rep Med Chem. 1996. 31: 357–366. [Google Scholar] 26. Карта Дж., Белло Дж., Харкер Д. Природа (Лондон) 1967; 213: 281–291. [Google Scholar] 27. Король М. В., Белло Дж., Пигнатаро Е. Н., Харкер Д. Акта Кристаллогр. 1962; 15: 144–147. [Google Scholar] 28. Король М. В., Магдофф Б. С., Адельман М. Б., Харкер Д. Acta Crystallogr. 1956; 9: 460–465. [Google Scholar] 30. Отвиновски З. В: Материалы уик-энда CCP4 Study. Сойер Л., Иссакс Н., Бейли С., редакторы. Лаборатория Дарсбери, Дарсбери, У.К .: Совет по науке и инженерным исследованиям; 1993. С. 56–62. [Google Scholar] 31. Влодавер А., Свенссон Л. А., Сьолин Л., Гиллиланд Г. Л. Биохимия. 1988. 27: 2705–2717. [PubMed] [Google Scholar]

    33. Брюнгер, А. Т. (1988) Руководство по x-plor (Издательство Йельского университета, Нью-Хейвен, Коннектикут).

    35. Ласковски Р. А., Макартур М. В., Мосс Д. С., Торнтон Дж. М. Дж. Appl Crystallogr. 1993; 26: 283–291. [Google Scholar] 38. Messerschmidt A, Rossi A, Ladenstein R, Huber R, Bolognesi M, Gatti G, marchesini A, Petruzzelli R, Finazzi-Agro A.J Mol Biol. 1989; 206: 513–529. [PubMed] [Google Scholar] 39. Джабри Э., Карр М. Б., Хаусингер Р. П., Карплюс П. А. Наука. 1995; 268: 998–1004. [PubMed] [Google Scholar] 41. Бора Б., Чен С. В., Иган В., Миллер М., Влодавер А., Коэн Дж. С. Биохимия. 1985; 24: 2058–2067. [PubMed] [Google Scholar] 43. Фримен Х. С., Робинсон Дж., Шун Дж. К. Acta Crystallogr. 1964; 17: 719–730. [Google Scholar] 46. Ирвинг Х., Уильямс Р. Дж. П. Природа (Лондон) 1948; 162: 746–747. [Google Scholar] 47. МакГрат М. Э., Хеймор Б. Л., Саммерс Н. Л., Крейк С. С., Флеттерик Р. Дж.Биохимия. 1993; 32: 1914–1919. [PubMed] [Google Scholar]

    mp-30: Cu (кубическая, Fm-3m, 225)

    @article {Jain2013, автор = {Джайн, Анубхав и Онг, Шьюе Пинг и Отье, Джеффрой и Чен, Вей и Ричардс, Уильям Дэвидсон и Дацек, Стивен и Чолия, Шреяс и Гюнтер, Дэн и Скиннер, Дэвид и Седер, Гербранд и Перссон, Кристин а. }, doi = {10.1063 / 1.4812323}, issn = {2166532X}, journal = {APL Materials}, число = {1}, pages = {011002}, title = {{Комментарий: The Materials Project: подход с использованием генома материалов к ускорению инноваций в материалах}}, url = {https: // doi.org / 10.1063 / 1.4812323}, объем = {1}, год = {2013} } @article {Owen1933, author = "Оуэн, Э.А. и Йейтс, Э.Л.", title = "Прецизионные измерения параметров кристалла", journal = "Философский журнал, Серия 7 (1926-46,1955)", год = "1933", volume = "15", pages = "472-488", ASTM_id = "PHMA72" } @article {Westgren1925, author = "Вестгрен, А. и Фрагмен, Г.", title = "Структура сплавов", journal = "Философский журнал, Серия 6 (1901-1925)", год = "1925", volume = "50", pages = "311-341", ASTM_id = "PHMAA4" } @article {RamosdeDebiaggi2011, author = "Рамос де Дебьяджи, С.и Кабеза, Г.Ф. и Deluque Toro, C. и Monti, A.M. и Соммадосси С. и Фернандес Гильермет А. ", title = "Ab initio исследование структурных, термодинамических и электронных свойств интерметаллической фазы Cu10 In7", journal = "Журнал сплавов и соединений", год = "2011", volume = "509", pages = "3238-3245", ASTM_id = "JALCEU" } @article {SrinavasaRao1963, author = "Шринаваса Рао, С. и Анантараман, Т. Р.", title = "Точная оценка параметров решетки альфа-латуни", journal = "Текущая наука", год = "1963", volume = "32", pages = "262-263", ASTM_id = "CUSCAM" } @article {Suh2988, author = "Сф, I.-К. и Охта, Х. и Васеда, Ю. ", title = "Высокотемпературное расширение шести металлических элементов, измеренное методом дилатации и дифракции рентгеновских лучей", journal = "Журнал материаловедения", год = "1988", volume = "23", pages = "757-760", ASTM_id = "JMTSAS" } @article {Owen1939, author = "Оуэн, Э.А. и Робертс, Э.В.", title = "Факторы, влияющие на предел растворимости элементов в меди и серебре", journal = "Философский журнал, Серия 6 (1901-1925)", год = "1939", volume = "27", pages = "294-327", ASTM_id = "PHMAA4" } @article {Young1923, author = "Янг, Дж.F.T. ", title = "Определение кристаллической структуры сплавов Гейслера", journal = "Философский журнал, Серия 6 (1901-1925)", год = "1923", volume = "46", pages = "291-305", ASTM_id = "PHMAA4" } @article {Lu1941, author = "Лу, С.-С. и Чанг, Ю.Л.", title = "Точная оценка расстояний между решетками по порошковым фотографиям с обратным отражением", journal = "Труды Физического общества, Лондон", год = "1941", volume = "53", pages = "517-528", ASTM_id = "PPSOAU" } @article {SrinivasaRao1963, author = "Шриниваса Рао, С.и Анантараман, Т.Р. ", title = "Точная оценка параметров решетки альфа-латуни", journal = "Текущая наука", год = "1963", volume = "32", pages = "262-263", ASTM_id = "CUSCAM" } @article {Holgersson1926, author = "Хольгерссон, С.", title = "Рентгеновское исследование сплавов", journal = "Annalen der Physik (Лейпциг), Folge 4", год = "1926", volume = "79", pages = "35-54", ASTM_id = "ANPY4V" } @article {Straumanis1969, author = "Штрауманис, М.Э., Ю, Л.С. », title = "Параметры решетки, плотности, коэффициенты расширения и совершенство структурообразователя альфа-фазы Cu и Cu-In", journal = "Acta Crystallographica A (24,1968-38,1982)", год = "1969", volume = "25", pages = "676-682", ASTM_id = "ACACBN" } @article {Kantola1967, author = "Кантола, М. и Токола, Э.", title = "Рентгеновские исследования теплового расширения медно-никелевых сплавов", journal = "Annales Academiae Scientiarum Fennicae, Series A6: Physica", год = "1967", volume = "223", pages = "1-10", ASTM_id = "AAFPA4" } @article {Mosunov2000, author = "Мосунов, А.С. ", title = "Позиции атомов на ближней грани ГЦК кристалла", journal = "Physical Review, Серия 3. B - Конденсированное вещество (18,1978-)", год = "2000", volume = "61", pages = "3022-3027", ASTM_id = "PRBMDO" } @article {Swanson1953, author = "Свонсон, Х. Э. и Тэтдж, Э.", title = "Стандартные порошковые дифракционные рентгенограммы", journal = "Национальное бюро стандартов (США), циркуляр", год = "1953", volume = "539", pages = "1-95", ASTM_id = "NBSCAA" } @article {KurtLejaegher2014, author = "Лежегере, Курт и Спейбрук, Вероника Ван и Ост, Гвидо Ван и Коттенье, Стефан", title = "Оценка погрешности предсказаний теории функционала плотности твердого тела: обзор элементарных кристаллов в основном состоянии", journal = "Критические обзоры по твердому телу и материаловедению", год = "2014", volume = "39", pages = "1-24", ASTM_id = "CCRSDA" } @article {Bragg1914, author = "Брэгг, В.Л. ", title = "Кристаллическая структура меди", journal = "Философский журнал, Серия 6 (1901-1925)", год = "1914", volume = "28", pages = "255-360", ASTM_id = "PHMAA4" } @article {Otte1961, author = "Отте, Х.М.", title = "Определение параметров решетки с помощью рентгеновского спектрогониометра по методу Дебая-Шеррера и влияние состояния образца", journal = "Журнал прикладной физики", год = "1961", volume = "32", pages = "1536-1546", ASTM_id = "JAPIAU" }

    Гранецентрированная кубическая структура (FCC)

    Если вместо того, чтобы начать с квадрата, мы начнем с треугольника и продолжим добавлять атомы, упаковывая их как можно плотнее, мы получим слой атомов, как показано на рисунок ниже.

    Первый слой гексагональной структуры

    Кредит: Каллистер и Ретвиш 5e

    Теперь позвольте мне поместить атом поверх этого первого слоя над одной из позиций «B» и позволить ему упасть в одну из впадин. Теперь я могу разместить еще два атома в соседних положениях «B», чтобы каждый находился в своей долине таким образом, чтобы все три атома соприкоснулись и образовали треугольник. Теперь позвольте мне добавить еще атомов ко второму слою, упаковав их как можно плотнее. Эти два слоя показаны на рисунке ниже.Если вы присмотритесь, вы увидите, что второй слой покрывает только половину впадин, образованных первым слоем. Долины «С» остаются открытыми. Фактически половина долин второго слоя выстраивается в ряд с незанятыми долинами «С» первого слоя.

    Первый и второй слой гексагональной структуры

    Кредит: Каллистер и Ретвиш 5e

    Теперь давайте поместим третий слой, где атомы расположены там, где расположены незанятые впадины первых двух слоев, впадины «C».Это немного сложно визуализировать, но если один из атомов верхнего слоя является одним из углов нашего куба, и этот угол указывает вниз, то мы получим куб, показанный на рисунке ниже.

    Полная трехслойная шестиугольная структура

    Кредит: Каллистер и Ретвиш 5e

    Эта кристаллическая структура известна как гранецентрированная кубическая и имеет атомы в каждом углу куба и шесть атомов на каждой грани куба. Это показано на рисунке ниже. В этой структуре, как и в следующей структуре, которую мы собираемся обсудить, атомы упакованы настолько плотно, насколько это возможно теоретически.Металлы с гранецентрированной кубической структурой включают медь, алюминий, серебро и золото.

    Гранецентрированная кубическая (ГЦК) структура

    Кредит: Каллистер и Ретвиш 5e

    В следующем разделе мы обсудим нашу четвертую и последнюю кристаллическую структуру.

    B для бронзы - металлов и сплавовБлог

    Бронза, пожалуй, наиболее известна нам в виде статуй и материала, из которого сделаны медали за третье место в спортивных соревнованиях. Что касается металлов и сплавов, которые изменили мир, - один из старейших, и мы вернемся к нему в конце этой публикации.Как и многие сплавы, бронза - это не отдельный материал, а семейство сплавов. Основой для наиболее распространенных бронз является смесь 12% по весу олова с медью. Помимо олова или вместо олова часто добавляют другие металлические элементы, такие как алюминий, мышьяк, никель, висмут и цинк. Некоторые изделия из бронзы содержат мало или совсем не содержат олова.

    Через несколько постов мы встретимся с фразой «O означает бескислородную медь», где мы увидим, что электропроводность меди высока только тогда, когда мы избегаем легирования чем-либо, включая небольшое количество кислорода.Однако широкое использование бронзы говорит нам о том, что есть много других свойств, которые улучшаются за счет легирования. Фактически, всегда бывает так, что сплавы прочнее и тверже, чем чистый элемент, на котором они основаны. Чистая медь не является ни твердой, ни прочной. Эти два свойства важны в огромном диапазоне применений, поэтому во многих случаях сплавы медных сплавов, в том числе бронзы, предпочтительнее, чем элемент медь.

    По мере того, как мы путешествуем по Металлам и сплавам, которые изменили мир , нам будет полезно понять, почему сплав прочнее металла.Мы можем проиллюстрировать это бронзой. Чистая медь имеет обычную кристаллическую структуру, известную как гранецентрированная кубическая, или сокращенно ГЦК. Так же, как и алюминий, с которым мы вчера познакомились. Эта кристаллическая структура определяется кубами, в которых атомы меди расположены по углам, а также в центре каждой из шести граней, как схематично показано ниже на рисунке 1. Хотя это трудно визуализировать, это расположение представляет собой один из двух способов, которыми сферы можно упаковывать до максимальной плотности (заполняя 74% пространства). Эта кристаллическая структура с ГЦК-решеткой легко деформируется постоянно присутствующими дефектами, называемыми дислокациями, которые могут перемещаться через напряженный материал.Это делает чистую медь ковкой (ее легко сплющивать без разрушения) и пластичной (легко удлинять без разрушения). Медь разделяет эти свойства с другими металлами, которые разделяют кристаллическую структуру ГЦК, такими как алюминий, золото, никель и серебро.

    Рис. 1 Схематическое изображение гранецентрированной (ГЦК) элементарной ячейки. В реальной ячейке гранецентрированные атомы касаются угловых атомов.

    Если к меди добавить несколько процентов олова, она образует сплав, в котором сохраняется кристаллическая структура ГЦК.Атомы олова замещают некоторые атомы меди, несмотря на различие в размере. Эти сплавы известны как альфа-бронзы, альфа - это греческая буква, используемая для обозначения кристаллической структуры ГЦК в медных сплавах. Альфа-сплавы прочнее и тверже меди, потому что атомы Sn препятствуют движению дислокаций. Этот эффект известен как упрочнение твердого раствора - атомы Sn растворяются в растворе в твердой меди аналогично соли, добавляемой в воду, в результате чего раствор известен как рассол.Эти альфа-сплавы используются, среди прочего, для изготовления монет, где явно важна износостойкость, зависящая от твердости. Олово имеет ограниченную растворимость в меди, и дальнейшее добавление олова приведет к насыщенной альфа-фазе с ГЦК. Когда растворимость олова в меди превышена, в бронзе образуются частицы с другими кристаллическими структурами; они делают материал еще тверже и прочнее.

    Эти сплавы с более высоким содержанием олова также имеют более низкие температуры плавления, что сделало их предрасположенными к случайному открытию, положившему начало бронзовому веку.Тот факт, что разделение ранней истории и предыстории на три эпохи камня, бронзы и железа сохраняется при описании и анализе развития человечества, указывает на огромное влияние, которое материалы оказали на технологии. С переходом от каменных, то есть кремневых орудий, к тем, которые стали возможными из бронзы, мир изменился благодаря революционным достижениям в охоте, сельском хозяйстве, торговле и культуре. В этом смысле бронза ощутимо и безвозвратно изменила мир.

    Нравится:

    Нравится Загрузка...

    Рентгеноструктурный анализ сплавов цинк-медь

    1478-7814 / 36/1/307

    Абстрактные

    1. Сплавы с содержанием до 38%. Установлено, что цинк, составляющий α-латуни, обладает гранецентрированной кубической решеткой, причем параметр увеличивается с 3,608 Å для чистой меди до 3,696 Å для сплава, содержащего 38%. цинк. Решение происходит путем замещения атомов цинка на атомы меди.

    2. ( a ) Рентгеновский анализ латуни, содержащей 48.5 процентов. Цинк по весу показал, что β-латуни обладают центрированной кубической структурой со стороной единичного куба 2,946 Å.

      ( b ) Образцы, закаленные от 550 ° C и отожженные ниже 470 ° C, дали идентичные спектры и не показали никаких признаков присутствия α-фазы. Выделение тепла наблюдается при 470 ° C. не сопровождается изменением кристаллической структуры и аналогичен α-β превращению в железе. Это не сопровождается распадом β-составляющей на смесь α и γ.

      ( c ) Образцы, содержащие 43,7%. цинк по весу. Первый отжиг при 750 ° C и закалка показал отражения, обусловленные только β-латуни. Второй отожженный при 500 ° C и закаленный, а третий, отожженный при 400 ° C, состоял из смеси α- и β-фаз. Результаты рентгеноструктурного анализа согласуются с конституционной диаграммой Шепарда.

    3. Обнаружено, что γ-фаза кристаллизуется на ромбоэдрической гексагональной структуре стороны 4.136 Å и осевое отношение 0,6495.

    4. Эпсилон-фаза дала спектр, характерный для плотноупакованной гексагональной решетки со стороной 2,718 Å и отношением осей 1,585.

    5. ( a ) Система цинк-медь кристаллизуется на ромбоэдрической гексагональной решетке от меди до γ-латуни и на гексагональной системе с плотной упаковкой от (или, возможно, δ) латуни до цинка. Наблюдаемый параметр решетки латуни предполагает, что атом меди заставляет атом цинка вращаться вокруг оси, перпендикулярной плоскости 1120, до тех пор, пока атомы цинка в последовательных плоскостях 0001 не будут разделены расстоянием, равным стороне решетки чистой цинк.Тогда синтез в обоих случаях будет происходить примерно при одинаковой температуре.

      ( b ) Очень низкое значение плотности, ранее приписываемое сплаву, содержащему 10%. медь не подтверждена. Найденное значение плотности этого сплава составляет 7,35 г / ц. Наблюдаемая плотность исследованных сплавов хорошо согласуется со значением, рассчитанным по рентгеновским данным.

      ( c ) Твердость латуни достигает максимума в области γ-латуни, где кривая атомного объема показывает наибольшее отклонение от прямой линии, соединяющей атомные объемы меди и цинка.Твердость α-фазы приписывается локальному искажению, а твердость β-фазы - различию типа решетки. Относительно очень высокая твердость γ-латуни обусловлена ​​небольшим атомным объемом и потерей симметрии.

      ( d ) Тот факт, что кривая атомного объема состоит из двух прямых линий, предполагает существование аллотропа цинка с атомным объемом 13,92 Å 3 . Рассмотрение значения параметра решетки β-фазы позволяет предположить, что эта фаза является результатом аллотропной модификации меди с атомным объемом 12.79 Å 3 .

    Экспорт ссылок и рефератов BibTeX РИС

    Предыдущая рассматриваемая статья .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *