Теория сплавов: Основы теории сплавов

Содержание

Лекция №2. Теория сплавов

Лекция №2. Теория сплавов

Рассмотрим ряд основополагающих определений и понятий.

Сплав – вещество, полученное сплавлением двух и более
элементов (компонентов). Сплав, приготовленный преимущественно из металлических
элементов и обладающий металлическими свойствами, называются металлическим
сплавом.

По количеству компонентов сплавы соответственно
называются двойными, тройными и многокомпонентными.

Структурные составляющие – обособленные части сплава, имеющие одинаковое
строение с присущими им характерными особенностями.

Система – совокупность тел (твердых, жидких) в определенном
объеме при определенных внешних условиях, взятых для исследования.

Компонент – простейшая часть (вещество) из образующих систему. В
металлических сплавах компонентами являются элементы (металлы и неметаллы) и
химические соединения (не диссоциирующие при нагревании)

Фаза – однородная часть системы, имеющая физическую границу
раздела (поверхность), при переходе через которую химические состав или
структура изменяются скачком.

2.1. Строение сплавов

Чистые металлы находят довольно ограниченное применение. Основными
конструкционными материалами являются металлические сплавы. В основном сплавы
получают путём кристаллизации жидкого расплава нескольких металлов, но могут
быть и другие пути – спеканием, диффузией, осаждением и другие.

Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг
в друге в любых соотношениях и образуют однородный жидкий раствор с равномерным
распределением атомов одного металла среди атомов другого металла.

При образовании сплавов в процессе их затвердевания
возможно различное взаимодействие компонентов. По характеру взаимодействия
компонентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механические смеси,
твердые растворы и химические соединения.

Механическая смесь двух компонентов образуется, если они не способны к
взаимодействию или взаимному растворению.

Каждый компонент при этом кристаллизуется в свою
кристаллическую решетку. Структура механических смесей неоднородная, состоящая
из отдельных зерен компонента А и компонента В. Свойства механических смесей
зависят от количественного соотношения компонентов.

Если механическая смесь образуется при первичной
кристаллизации, она называется эвтектической, если в результате вторичной –
эвтектоидной.

Твердые растворы образуются, когда один компонент растворяется в
другом. Тогда в твердом состоянии атомы одного компонента входят в
кристаллическую решетку другого. Если атомы кристаллической решетки одного
компонента А частичного замещаются атомами другого В, образуются твердые
растворы замещения, рис. 2.1а. Твердые растворы замещения образуются
элементами, атомные радиусы которых отличаются не более чем на 8 – 15%, но и в
этом случае кристаллическая решетка растворителя искажается, не утрачивая
своего строения.

Если атомы растворимого компонента В внедряются в
пустоты решетки растворителя А, то образуются твердые растворы внедрения (рис.
2.1б). Следовательно, атомы растворимого элемента должны быть соизмеримы с
пустотами кристаллической решетки растворителя. Концентрация твердых растворов
внедрения не может быть высокой – не более 1…2%.

Рис. 2.1. Схемы твердых растворов замещения (а)
внедрения (б)

Твердый раствор имеет однородную структуру и одну
кристаллическую решетку. Обозначают твердые растворы буквами греческого
алфавита α, β, γ, δ и т.д.

Химическое соединение образуется, если компоненты сплава А и В вступают в
химическое взаимодействие. Химическое соединение имеет свою кристаллическую
решетку, которая отличается от кристаллических решеток компонентов. При этом
сохраняется кратное соотношение компонентов, что позволяет выразить состав
химического соединения формулой А_nВ_m.

Свойства химического соединения резко отличаются от
свойств образующих его компонентов при этом они, как правило, обладают большой
твердостью и хрупкостью (карбиды, нитриды и др. ). Химическое соединение имеет
однородную структуру, состоящую из одинаковых по составу и свойствам зерен, и
может играть роль компонента в сплавах.

2.2. Диаграммы состояния двойных сплавов

Диаграмма состояния – графическое изображение состояния сплава изучаемой
системы в зависимости от концентрации в нем компонентов и температуры.
Диаграмма состояния показывает равновесные, устойчивые состояния сплава, т.е.
такие, которые при данных условиях обладают минимальной свободной энергией.

Построение диаграмм состояния осуществляют
различными экспериментальными методами. Наиболее часто используется метод
термического анализа. Он заключается в том, что составляют несколько сплавов с
различной концентрацией компонентов, расплавляют их и медленно охлаждают,
фиксируя время охлаждения и температуру.

По полученным данным строят серию кривых
охлаждения в координатах: время (τ, сек) – температура (t,°С), на которых
наблюдают точки перегибов и температурные остановки – критические точки фазовых
переходов (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Кривая охлаждения сплава

В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не
при постоянной температуре, а в интервале температур, поэтому на кривых
охлаждения сплавов есть две критические точки. В верхней критической точке,
называемой точкой ликвидус (t_л), начинается кристаллизация. В нижней
критической точке — солидус (t_с) кристаллизация завершается.

Диаграмму строят в координатах температура –
концентрация. Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазовых
состояний. Для построения диаграммы состояния используют большое количество
кривых охлаждения для сплавов различных концентраций. При построении диаграммы
критические точки переносятся с кривых охлаждения на диаграмму (оси температура
– концентрация) и соединяются линией. В получившихся на диаграмме областях
записывают фазы или структурные составляющие. Линия начала кристаллизации
сплавов на диаграмме называется линией ликвидус, а линия окончания кристаллизации
– солидус.

Вид диаграммы зависит от того, как взаимодействуют
между собой компоненты.

Диаграмма состояния сплавов,

образующих механические смеси чистых компонентов (1
тип)

Рассмотрим кривые охлаждения нескольких сплавов
системы А – В, имеющих различный состав (рис. 2.3). Кристаллизация чистого
компонента А (100%) начинается в т.1 и заканчивается в т.1*, протекая при
постоянной температуре. Выше этой температуры компонент А находится в жидком
состоянии, ниже – в твердом. Аналогично происходит кристаллизация чистого
компонента В.

Кривая охлаждения сплава (60% А + 40%В) аналогична
кривым охлаждения чистых компонентов. На ней имеется также только одна
температурная остановка 2-2*, т.е. кристаллизация происходит при постоянной
температуре. Особенность кристаллизации этого сплава заключается в том, что
происходит одновременная кристаллизация обоих компонентов – появляются и растут
кристаллы, образуя мелкокристаллическую механическую смесь обоих компонентов
(А+В).

Механическая смесь двух или более разнородных
кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости, называется эвтектикой (от эвтэо (греч.) – легкоплавкий). Сплав,
отвечающий составу эвтектики, называют эвтектическим сплавом. Он имеет
постоянную и минимальную температуру плавления (кристаллизации) для сплавов
данной системы и постоянный химический состав.

Рис. 2.3. Диаграмма состояния сплавов, образующих
механические смеси

чистых компонентов, состав сплавов: 1 – 100%А, 2 –
80%А+20%В,

3 – 60%А+40%В, 4 – 20%А+80%В, 5 – 100%В

Кристаллизация сплава (80%А + 20%В) происходит иначе.
На кривой имеются две кристаллические точки: точка перегиба 1 и температурная
остановка 2-2*. Выше т.1 сплав находится в жидком состоянии, в т.1 появляются
первые зародыши кристаллов компонента А – начало кристаллизации. Выделение и
рост зерен А продолжается до т.2. При этой температуре жидкий сплав, вследствие
удаления из расплава компонента А в виде твердых кристаллов, приобретет
эвтектический состав (60%А + 40%В) и при постоянной температуре, равной
эвтектической, произойдет одновременная кристаллизация обоих компонентов (А+В),
т. е. произойдет эвтектическое превращение.

Сказанное в равной степени относится и к сплаву (20%А
+ 80%В), отличие состоит лишь в том, что на участке 1–2 происходит образование
и рост зерен компонента В. Для этих сплавов характерной особенностью является
то, что кристаллизация на участке 1–2 происходит в интервале температур.

Полученные критические точки перенесем на диаграмму,
где координатами будут концентрация и температура. Если затем соединить линией
все точки начала кристаллизации (линия АСВ) и точки окончания кристаллизации
линия (ДСF), то получим диаграмму состояния системы А – В. Линия АСВ –
геометрическое место точек ликвидус, называется линией ликвидус. Линия
ДСF – линией солидус. Выше линии ликвидус находится жидкость
(расплав), ниже линии солидус – сплавы находятся в твердом состоянии. Сплав,
отвечающий составу эвтектики (точка С), как уже указывалось, называется эвтектическим.
Сплавы, находящиеся левее точки С, называют доэвтектическими. Их
структура – избыточные кристаллы А и эвтектика (А+В). Сплавы, расположенные
правее точки С, – заэвтектические, их структура кристаллы – В и
эвтектика (А+В). Из этого следует что А, В и эвтектика (А+В) являются структурными
составляющими сплавов.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной
растворимостью

компонентов в твердом состоянии (2 тип)

Для таких сплавов возможно образование двух
фаз: жидкого сплава Ж и твердого раствора α. На диаграмме две линии, верхняя –
ликвидус и нижняя – солидус (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной
растворимостью

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью

в твердом состоянии (3 тип)

В таких сплавах могут существовать три фазы: жидкий
раствор (Ж), твердый раствор компонента В в компоненте А – (α) и твердый
раствор компонента А в компоненте В – (β). Эта диаграмма содержит в себе
элементы двух предыдущих (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной
растворимостью

компонентов в твердом состоянии

Линия АСВ – линия ликвидус, линия АЕСFВ – линия
солидус. Линия ЕСF – линия эвтектики. Таким образом, здесь также образуется
эвтектика, доэвтектические и заэвтектические сплавы. Линия РЕ – линия
ограниченной растворимости компонента В в компоненте А, по этой линии
происходит выделение вторичных кристаллов β_II (вследствие
уменьшения растворимости компонента В в компоненте А с понижением температуры).
Процесс выделения вторичных кристаллов называется вторичной кристаллизацией.

Диаграмма состояния сплавов,
образующих устойчивые химические соединения (4 тип)

Рис. 2.6. Диаграмма 4 типа

Такая диаграмма характеризуется наличием
вертикальной линии, соответствующей соотношению компонентов в химическом
соединении А_nВ_m (рис. 2.6). Эта линия делит диаграмму
на две части, которые можно рассматривать как самостоятельные диаграммы
сплавов, образуемых устойчивым химическим соединением и одним из компонентов.
На рисунке представлена диаграмма для случая, когда каждый из компонентов
образует с химическим соединением механическую смесь.

2.3. Пластическая деформация, наклеп и рекристаллизация

Пластическая деформация – это необратимая
деформация, т.е. ее влияние на форму, структуру и свойства тела сохраняются
после снятия нагрузки. При пластической деформации зерна деформируются,
вытягиваются в направлении деформации, образуется волокнистая структура,
увеличивается число дислокаций. При этом прочность и твердость металла
повышается, а пластичность и вязкость снижаются. Явление упрочнения металла при
пластической деформации называется наклепом, или нагартовкой.

Волокнистое строение и наклеп можно устранить при
нагреве металла. Частичное снятие наклепа происходит уже при небольшом нагреве.
Снимается искажение кристаллической решетки. Этот процесс называется возвратом
(рис. 2.7). Но волокнистая структура при этом сохраняется.

При нагреве до более высоких температур в металле
происходит образование новых равноосных зерен. Такой процесс называют рекристаллизацией.
Наклеп при этом снимается полностью. Различают рекристаллизацию первичную и
собирательную.

Рекристаллизация первичная (участок 1–2 на рис. 2.7)
заключается в образовании зародышей и росте новых равновесных зерен с
неискаженной кристаллической решеткой.

Собирательная рекристаллизация – вторая стадия процесса, заключающаяся в
росте образовавшихся новых зерен. Рост зерен обусловлен стремлением системы к
более равновесному состоянию за счет уменьшения внутренней поверхности зерен.
Особенность собирательной рекристаллизации – вторичная рекристаллизация – рост
отдельных зерен за счет других. Основными факторами, определяющими величину
зерен, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень
деформации.

Рис. 2.7. Схема изменения структуры и свойств
наклепанного металла

при возврате (отдыхе) и рекристаллизации

Температура, при которой идет процесс рекристаллизации,
называется температурой рекристаллизации. Абсолютная температура
рекристаллизации

Т_р = аТ_пл,

где а – коэффициент, зависящий от структуры и состава металла. Для
особо чистых металлов а = 0,2, для металлов технической чистоты а = 0,3 – 0,4,
для сплавов а = 0,5 – 0,6.

На практике наклеп устраняют
рекристаллизационным отжигом.

Если деформирование происходит при температуре
выше температуры рекристаллизации, то наклепа не происходит. Такая деформация
называется горячей. Деформация, которая происходит при температуре ниже
температуры рекристаллизации, называется холодной.

Основы теории сплавов презентация, доклад

Слайд 1Текст слайда:

Основы теории сплавов

БПОУ «Омский АТК»
Разработчик: Цехош София Ивановна

Слайд 2Текст слайда:

Сплавы – сложные вещества, получаемые сплавлением или спеканием двух или нескольких веществ, называемых компонентами.

В жидком состояние сплавы представляют собой жидкий раствор.

В твердом виде сплавы образуют механические смеси, химические соединения и твердые растворы.

Слайд 3Текст слайда:

Компоненты системы

Система – называется группа сплавов, которая выделяется для изучения и строения их свойств.

Компонентами называются вещества, образующие систему.

Однокомпонентная система — чистый металл.

Двухкомпонентная система — сплав двух металлов.

Виды систем:

Компоненты в сплавах:
Жидкие и твердые растворы.
Химические соединения.
Механические смеси.

Слайд 4Текст слайда:

Фазы сплавов

Фаза – называют однородную часть системы, имеющую одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделенную от остальных частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяются скачкообразно.

Слайд 5Текст слайда:

Структурные составляющие сплавов:
твердый раствор, химические соединения, механическая смесь.

Структурные составляющие — это однородная часть строения, которая образует в результате первичный или вторичный кристалл сплава, как из жидкого так и твердого раствора.

Слайд 6Текст слайда:

Твердый раствор — имеет одну кристаллическую решетку металларастворителя.

В твердом растворе внедрения атомы растворенного компонента занимают место между узлами кристаллической решетки металла – растворителя.

В твердом растворе замещения атомы растворенного компонента частично замещают в узлах атомы металла – растворителя.

Слайд 7Текст слайда:

Химические соединения – однородное кристаллическое тело, имеет кристаллическую решетку с упорядоченным расположением атомов, которая отличается от решеток элементов, образующих это соединение.

Пример: Цементит Fe3C – карбит железа.

Аm Bn, где А и В (большое) – компоненты химических соединений, m и n (малое) – простые числа, которые отображают валентность химических соединений.

Слайд 8Текст слайда:

Механическая смесь – микроскопически малые, тесно перемешанные и связанные между собой компоненты сплава, состоящие из чистых металлов, твердых растворов и химических соединений.

Эвтектики — образуются из жидкого сплава при охлаждении и характеризуются самой низкой температурой затвердевания смеси, хорошими литейными качествами и высокими механическими свойствами.

Слайд 9Текст слайда:

Аустенит — является твердым раствором углерода (до 2,14 %) в γ-железе.
Существует в железо углеродистых сплавах, только при высоких температурах от 1539 – 727 градусов.

Слайд 10Текст слайда:

Цементит — это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fе3С.
Цементит содержит около 6,67%. Высокая твердость, не обладает пластичностью, является хрупким.
Распадается на феррит и свободный углерод.

Слайд 11Текст слайда:

Ледебурит- это правильно построенная механическая смесь состоящая из аустенита (А) и цементита (Ц), которая получается в результате первичной кристаллизации. Л (А+ Ц).
Наименьшая температура затвердевания 1147 С.
Может существовать до температуры 727, ниже грани, распадается на перлит (П) и цементит (Ц). Является структурой, а не фазой.

Слайд 12Текст слайда:

Перлит – правильное построенная механическая смесь состоящая из Ф – феррита и Ц – цементита. П (Ф + Ц ), которая получается в результате вторичной кристаллизации, переход из твердого вещества называется эвтектоид. Происходит образование перлита при температуре 727 градусов.

Эвтектоиды — образуются при распаде твердого раствора.

Феррит – почти чистое железо, или твердый раствор углерода (0,006 – 0,03 %) в α-железе. Устойчив до температуры 911 градусов, высокая пластичность.

Слайд 13Текст слайда:

Диаграмма состояния

Диаграмма состояния – это графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации компонентов в условиях равновесия.

Диаграмма первого типа

А + Ж

А + В

В + Ж

В + А

А (100%)

В (100 %)

Слайд 14Текст слайда:

Диаграмма второго типа

А (100%)

В (100 %)

Ж + α

α – твердый раствор

Слайд 15Текст слайда:

Диаграмма третьего рода

α + Ж

β+ Ж

А (100%)

В (100%)

Твердый раствор

t, С

α — твердый раствор компонента В в А

β – твердый раствор компанета А в В

Слайд 16Текст слайда:

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

Ж + А

Ж + Ц1

Ц1 + Л

Ц1+ Л

П + Ц2 + Л

А + Ц2 + Л

А+ Ф

Ф + П

Ц2 + П

А + Ц2

Ж – Жидкий сплав

4,3%

2,14%

0,8%

Ф + Ц3

6,67 %

Содержание углерода, %

1539 С

727 С

911 С

500 С

1600 С

768, С

1147 С

Слайд 17Текст слайда:

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

Ж + А

Ж + Ц1

Ц1 + Л

Ц1+ Л

П + Ц2 + Л

А + Ц2 + Л

А+ Ф

Ф + П

Ц2 + П

А + Ц2

Ж – Жидкий сплав

4,3%

2,14%

0,8%

Ф + Ц3

6,67 %

Содержание углерода, %

1539 С

727 С

911 С

500 С

1600 С

768, С

1147 С

Слайд 18Текст слайда:

Ж – жидкий раствор.
Первичный цементит (Ц1), выделяющийся при первичной кристаллизации из жидкого сплава.
Вторичный цементит (Ц2), выделяющийся из твердого раствора аустенита.
Третичный цементит (Ц3), выделяющийся из твердого раствора феррита.

Скачать презентацию

Козлов Ю. С. Материаловедение. – М.: «Агар», Санкт-Петербург, «Лань», 1999

©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

Козлов Ю.С. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. – М.: «Агар», Санкт-Петербург, «Лань», 1999.

ВВЕДЕНИЕ

Используемые в технике металлы принято подразделять на две основные группы — черные и цветные. К черным металлам относят железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы). Остальные металлы и их сплавы составляют группу цветных.

Из металлов особое значение имеют железо и его сплавы, являющиеся до настоящего времени основным машиностроительным материалом. В общемировом производстве металлов свыше 90% приходятся на железо и его сплавы. Это объясняется ценными физическими и механическими свойствами черных металлов, а также и тем, что железные руды широко распространены в природе, а производство чугуна и стали сравнительно дешево и просто.

Наряду с черными металлами важное значение в технике имеют цветные металлы. Это объясняется рядом важных физико-химических свойств, которыми не обладают черные металлы. Наиболее широко используют в самолетостроении, радиотехнике, электронике и в других отраслях промышленности медь, алюминий, магний, никель, титан, вольфрам, а также бериллий, германий и другие цветные металлы.

Особое развитие за последние 30 лет получило производство синтетических материалов — пластмасс. Пластмассы и другие неметаллические материалы используют в конструкциях машин и механизмов взамен металлов и сплавов. Такие материалы позволяют повысить сроки службы деталей и узлов машин и установок, снизить массу конструкций, сэкономить дефицитные цветные металлы и сплавы, снизить стоимость и трудоемкость обработки.

Рациональный выбор материалов и совершенствование технологических процессов их обработки обеспечивают надежность конструкций, снижают себестоимость и повышают производительность труда. Прикладную науку о строении и свойствах технических материалов, основной задачей которой является установление связи между составом, структурой и свойствами, называют материаловедением.

ГЛАВА I. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ

Типы кристаллических решеток. Твердые тела делят на кристаллические и аморфные. Кристаллические тела при нагреве остаются твердыми до определенной температуры (температуры плавления), при которой они переходят в жидкое состояние. Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале; сначала они становятся вязкими и лишь затем переходят в жидкое состояние.

Все металлы и их сплавы — тела кристаллические. Металлами называют химические элементы, характерными признаками которых являются непрозрачность, блеск, хорошая электро- и теплопроводность, пластичность, а для многих металлов также способность свариваться. Не потеряло своего научного значения определение металлов, данное более 200 лет назад великим русским ученым М. В. Ломоносовым: «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Для металлов характерно то, что, вступая в химические реакции с элементами, являющимися неметаллами, они отдают последним свои внешние валентные электроны. Это объясняется тем, что у атомов металла внешние электроны непрочно связаны с его ядром. Металлы имеют на наружных оболочках всего 1 -2 электрона, тогда как у неметаллов таких электронов много (5-8).

Чистые химические элементы металлов (например, железо, медь, алюминий и др.) могут образовывать более сложные вещества, в состав которых могут входить несколько элементов-металлов, часто с примесью заметных количеств элементов-неметаллов. Такие вещества называются металлическими сплавами. Простые вещества, образующие сплав, называют компонентами сплава.

Для описания кристаллической структуры металлов пользуются понятием кристаллической решетки. Кристаллическая решетка- это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой располагаются атомы (ионы), образующие металл. Частицы вещества (ионы, атомы), из которых построен кристалл, расположены в определенном геометрическом порядке, который периодически повторяется в пространстве. В отличие от кристаллов в аморфных телах (стекло, пластмассы) атомы располагаются в пространстве беспорядочно, хаотично.

Формирование кристаллической решетки в металле происходит следующим образом. При переходе металла из жидкого в твердое состояние расстояние между атомами сокращается, а силы взаимодействия между ними возрастают. Характер взаимодействия атомов определяется строением их внешних электронных оболочек. При сближении атомов электроны, находящиеся на внешних оболочках теряют связь со своими атомами вследствие отрыва валентного электрона одного атома положительно заряженным ядром другого и т. д. Происходит образование свободных электронов, так как они не принадлежат отдельным атомам. Таким образом, в твердом состоянии металл представляет собой структуру, состоящую из положительно заряженных ионов, омываемых свободными электронами.

Связь в металле осуществляется электростатическими силами. Между ионами и свободными электронами возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы. Такую связь между частицами металла называют металлической.

Силы связи в металлах определяются силами отталкивания и силами притяжения между ионами и электронами. Ионы находятся на таком расстоянии один от другого, при котором потенциальная энергия взаимодействия минимальна. В металле ионы располагаются в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Такое расположение ионов обеспечивает взаимодействие их с валентными электронами, которые связывают ионы в кристаллической решетке.

Элементарные ячейки кристаллических решеток:

1 — кубическая объемно-центрированная (а-железо), II— кубическая гранецентрированная (медь), III — гексагональная плотноупакованная; а и с — параметры решеток.

Типы кристаллических решеток у различных металлов различны. Наиболее часто встречаются решетки: объемно-центрированная кубическая (ОЦК) — α-Fе, Сг, W, гранецентрированная кубическая (ГЦК) — γ-Fе, А1, Сu и гексагональная плотноупакованная (ГПУ) — Мg, Zn и др. Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объеме, называют элементарной кристаллической ячейкой (рис. 1). Кристаллическая решетка характеризуется ее параметрами, например длиной ребра куба для ОЦК и ГЦК, которая составляет для металлов 2,8-6 • 10ˆ(-8) см.

Дефекты в кристаллах. В кристаллах всегда имеются дефекты (несовершенства) строения, обусловленные нарушением правильного расположения атомов кристаллической решетки..

Дефекты в кристаллах:

а — вакансия, б — внедренный атом, в — краевая линейная дислокация, г — неправильное расположение атомов на границе зерен 1 и 2

Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на точечные, линейные и поверхностные. Атомы совершают колебательные движения возле узлов решетки, а с повышением температуры амплитуда этих колебаний увеличивается. Большинство атомов данной кристаллической решетки имеют одинаковую (среднюю) энергию и колеблются при данной температуре с одинаковой амплитудой. Однако отдельные атомы обладают энергией значительно большей средней энергии и перемещаются из одного места в другое. Наиболее легко перемещаются атомы поверхностного слоя, выходя на поверхность. Место, где находился такой атом, называется вакансией (рис. 2, а). На это место через некоторое время перемещается один из атомов соседнего слоя и т. д. Таким образом вакансия перемещается в глубь кристалла. С повышением температуры количество вакансий увеличивается и они чаще перемещаются из одного узла в другой. В диффузионных процессах, протекающих в металлах, вакансии играют определяющую роль. К точечным дефектам относят также атом, внедренный в междоузлие кристаллической решетки (рис. 2, б), и замешенный атом, когда место атома одного металла замещается в кристаллической решетке другим, чужеродным атомом. Точечные дефекты вызывают местное искажение кристаллической решетки.

Линейные дефекты являются другим важнейшим видом несовершенства кристаллической решетки, когда в результате сдвига на одно межатомное расстояние одной части решетки относительно другой вдоль какой-либо плоскости число рядов атомов в верхней части решетки на один больше, чем в нижней. В данном случае в верхней части решетки появилась как бы лишняя атомная плоскость (экстра-плоскость). Край экстраплоскости, перпендикулярный направлению сдвига, называется краевой или линейной дислокацией (рис. 2, в), длина которой может достигать многих тысяч межатомных расстояний. Ширина дислокации мала и составляет несколько атомных расстояний.

Кристаллическая решетка в зоне дислокации упруго искажена, поскольку атомы в этой зоне смещены относительно их равновесного состояния. Для дислокации характерна их легкая подвижность. Это объясняется тем, что атомы, образующие дислокацию, стремятся переместиться в равновесное состояние. Дислокации образуются в процессе кристаллизации металлов (см. гл. 1, 2), а также при пластической деформации, термической обработке и других процессах.

Поверхностные дефекты представляют собой границы раздела между отдельными кристаллами (рис. 2, г ).На границе раздела атомы расположены менее правильно, чем в его объеме. Кроме того, по границам раздела скапливаются дислокации и вакансии, а также концентрируются примеси, что еще больше нарушает порядок расположения атомов. При этом сами кристаллы разориентированы, т. е. могут быть повернуты относительно друг друга на десятки градусов. Прочность металла может либо увеличиваться в следствии искажений кристаллической решетки вблизи границ, либо уменьшаться из-за наличия примесей и концентрации дефектов. Дефекты в кристаллах существенно влияют на свойства металлов.

Анизотропия кристаллов. Неодинаковость физических свойств среды в разных направлениях называют анизотропией. Анизотропия кристаллов обусловлена различием плотности упаковки атомов в решетке в различных направлениях. Все кристаллы анизотропны, аморфные тела (стекло, смола) изотропны, т. е. имеют одинаковую плотность атомов в различных направлениях.

Анизотропия свойств важна при использовании монокристаллов— одиночных кристаллов, частицы которых расположены единообразно по всему их объему. Монокристаллы имеют правильную кристаллическую огранку (в форме естественных многогранников), анизотропны по механическим, электрическим и другим физическим свойствам. Так, для монокристалла меди предел прочности δв изменяется от 120 до 360 МПа в зависимости от направления приложения нагрузки.

Металлы и сплавы, применяемые в технике, обычно имеют поликристаллическую структуру, т. е. состоят из множества мелких и различно ориентированных кристаллов, не имеющих правильной кристаллической огранки и называемых кристаллитами (или зернами). В каждом зерне поликристалла наблюдается анизотропия. Однако вследствии разнообразной, беспорядочной ориентировки кристаллографических плоскостей в различных зернах поликристалл может иметь одинаковые свойства по разным направлениям и не обнаруживать анизотропию (когда размеры зерен значительно меньше размеров поликристалла и количество их весьма велико). Это обстоятельство во многих случаях позволяет рассматривать поликристаллическое тело как подобное изотропному, несмотря на анизотропию свойств отдельных составляющих его зерен.

2. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называют кристаллизацией. Процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, поэтому кривые охлаждения строятся в координатах температура — время (рис. 3). Теоретический, т.е. идеальный, процесс кристаллизации металла без переохлаждения протекает при температуре Тs (рис. 3). При достижении идеальной температуры затвердевания Тs падение температуры прекращается. Это объясняется тем, что перегруппировка атомов при формировании кристаллической решетки идет с выделением тепла (выделяется скрытая теплота кристаллизации). Каждый чистый металл (не сплав) кристаллизуется при строго индивидуальной постоянной температуре. По окончании затвердевания металла температура его снова понижается.

Практически кристаллизация протекает при более низкой температуре, т.е. при переохлаждении металла до температур Тn, Тn1, Тn2, (например, кривые 1,2). Степень переохлаждения (ΔТ=Тs-Тn) зависит от природы и чистоты металла и скорости охлаждения. Чем чище жидкий металл, тем он более склонен к переохлаждению. При увеличении скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает, а зерна металла становятся мельче, что улучшает его качество. Для большинства металлов степень переохлаждения при кристаллизации в производственных условиях составляет от 10 до 30°С. При больших скоростях охлаждения она может достигать сотен градусов.

Кривые кристаллизации металла при охлаждении с разной скоростью

Процесс кристализации состоит из двух стадий: зарождения кристаллов (зародышей или центров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров. При переохлаждении сплава ниже Тп на многих участках жидкого металла (рис. 4, а, б) образуются способные к росту кристаллические зародыши. Сначала образовавшиеся кристаллы растут свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму (рис. 4, в, г, д). Затем при соприкосновении растущих кристалов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается.

Последовательные этапы процесса кристаллизации металла

Рост кристалла продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидкого металла. В результате кристаллы, имевшие сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают неправильную форму, их называют кристаллитами или зернами (рис. 4, е).

Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно металла.

Величина зерен, образующихся при кристаллизации, зависит не только от количества самопроизвольно зарождающихся центров кристаллизации, но также и от количества нерастворимых примесей, всегда имеющихся в жидком металле. Такие нерастворимые примеси являются готовыми центрами кристаллизации. Ими являются оксиды (например, Аl2O3,), нитриды, сульфиды и другие соединения. Центрами кристаллизации в данном металле или сплаве могут быть только такие твердые частицы, которые соизмеримы с размерами атомов основного металла. Кристаллическая решетка таких твердых частиц должна быть близка по своему строению и параметрам решетке кристаллизующегося металла. Чем больше таких частичек, тем мельче будут зерна закристаллизовавшегося металла.

На образование центров кристаллизации влияет и скорость охлаждения. Чем выше скорость охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации и, следовательно, мельче зерно металла Схема дендритного роста кристалла

Чтобы получить мелкое зерно, создают искусственные центры кристаллизации. Для этого в расплавленный металл .(расплав) вводят специальные вещества, называемые модификаторами. Так, при модифицировании магниевых сплавов зерно уменьшается от 0,2—0,3 до 0,01-0,02 мм, т. е. в 15-20 раз. Модифицирование отливок проводят введением в расплав добавок, которые образуют тугоплавкие соединения (карбиды, оксиды). При модифицировании, например, стали применяют алюминий, титан, ванадий; алюминиевых сплавов — марганец, титан, ванадий.

Иногда в качестве модификаторов применяют поверхностно-активные вещества. Они растворяются в жидком металле. Эти модификаторы осаждаются на поверхности растущих кристаллов, образуя очень тонкий слой. Этот слой препятствует дальнейшему росту кристаллов, придавая металлу мелкозернистое строение.

Строение металлического слитка. Форма растущих кристаллов определяется не только условиями их касания друг с другом, но и составом сплава, наличием примесей и режимом охлаждения. Обычно механизм образования кристаллов носит дендритный (древовидный) характер (рис. 5). Дендритная кристаллизация характеризуется тем, что рост зародышей происходит с неравномерной скоростью. После образования зародышей их развитие идет в тех плоскостях и направлениях решетки, которые имеют наибольшую плотность у паковки атомов и минимальное расстояние между ними. В этих направлениях образуются длинные ветви будущего кристалла — так называемые оси (1) первого порядка (рис. 5). В дальнейшем от осей первого порядка начинают расти новые оси (2) — оси второго порядка, от осей второго порядка- оси (3) — третьего порядка и т.д. По мере кристаллизации образуются оси более высокого порядка, которые постепенно заполняют все промежутки, ранее занятые жидким металлом.

Рассмотрим реальный процесс получения стального слитка. Стальные слитки получают охлаждением в металлических формах (изложницах) или на установках непрерывной разливки. В изложнице сталь не может затвердеть одновременно во всем объеме из-за невозможности создания равномерной скорости отвода тепла. Поэтому процесс кристаллизации стали начинается у холодных стенок и дна изложницы, а затем распространяется внутрь жидкого металла.

Схема строения стального слитка:

а — расположение дендритов в наружных частях слитка, б — строение слитка; 1 — стенки изложницы, 2 — мелкие равноосные кристаллы, 3 ~ древовидные кристаллы, 4 — равноосные неориентированные кристаллы больших размеров, 5 — усадочная рыхлость, 6 — усадочная раковина

При соприкосновении жидкого металла со стенками изложницы 1 (рис. 6) в начальный момент образуется зона мелких равноосные кристаллов 2. Так как объем твердого металла меньше жидкого, между стенкой изложницы и застывшим металлом образуется воздушная прослойка и сама стенка нагревается от соприкосновения с металлом. Поэтому скорость охлаждения металла снижается, и кристаллы растут в направлении отвода теплоты. При этом образуется зона 3, Состоящая из древовидных или столбчатых кристаллов. Во внутренней зоне слитка 4 образуются равноосные, неориентированные кристаллы больших размеров в результате замедленного охлаждения.

В верхней части слитка, которая затвердевает в последнюю очередь, образуется усадочная раковина 6 вследствие уменьшения объема металла при охлаждении. Под усадочной раковиной металл в зоне 5 получается рыхлым из-за большого количества усадочных пор. Для получения изделий используют только часть слитка, удаляя усадочную раковину и рыхлый металл слитка для последующего переплава.

Слиток имеет неоднородный химический состав, который тем больше, чем крупнее слиток. Например, в стальном слитке концентрация серы и фосфора увеличивается от поверхности к центру и снизу вверх. Химическую неоднородность по отдельным зонам слитка называют зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойства металла.

Аллотропия металлов. Аллотропией, или полиморфизмом, называют способность металла в твердом состоянии иметь различные, кристаллические формы. Процесс перехода из одной кристаллической формы в другую называют аллотропическим превращением. При нагреве чистого металла такое превращение сопровождается поглощением тепла и происходит при постоянной температуре, что связано с необходимостью затраты определенной энергии на перестройку кристаллической решетки. Аллотропические превращения имеют многие металлы: железо, олово, титан и др. Например, железо в интервале температур 911—1392°С имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГКЦ) γ-Fе (рис.7). В интерпалах до 911˚С и от 1392 до 1539˚С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку (ОЦК) — α-Fе. Аллотропические формы металла обозначаются буквами α, β, γ и т. д. Существующая при самой низкой температуре аллотропическая форма металла обозначается через букву а, которая в виде индекса добавляется к символу химического элемента металла и т. д.

А
ллотропические превращения в железе.

При аллотропических превращениях происходит изменение свойств металлов — изменение объема металлов (особенно характерно для олова) и растворимости углерода (характерно для железа).

Методы изучения строения металлов. Изучение строения металлов и сплавов производится методами макро- и микроанализа, рентгеновского, а также дефектоскопии (рентгеновской, магнитной, ультразвуковой). Методом макроанализа изучается макроструктура, т.е. структура, видимая невооруженным глазом или с помощью лупы, при этом выявляются крупные дефекты: трещины, усадочные раковины, газовые пузыри и т. д., а также неравномерность распределения примесей в металле. Макроструктуру определяют по изломам металла, по макрошлифам. Макрошлиф — это образец металла или сплава, одна из сторон которого отшлифована, тщательно обезжирена, протравлена и рассматривается с помощью лупы с увеличением в 5—10^х.

Микроанализ выявляет структуру металла или сплава по микрошлифам, приготовленным так же, как и для макроанализа, но дополнительно отполированным до зеркального блеска. Шлифы рассматриваются в отраженном свете под оптическим микроскопом при увеличении до 3000^х . Из-за различной ориентировки зерен металла они травятся не в одинаковой степени и под микроскопом свет также отражается неодинаково. Границы зерен, благодаря примесям, травятся сильнее, чем основной металл, и выявляются более рельефно. В сплаве структурные составляющие травятся также различно.

В электронном микроскопе рассматривают реплику — слепок с особо тонкой структуры металла при увеличениях до 100 000^х. Этот важнейший анализ определяет размеры и форму зерен, структурные составляющие, неметаллические включения и их характер — трещины, пористость и т. д., качество термической обработки. Зная микроструктуру, можно объяснить причины изменения свойств металла.

С помощью рентгеновского анализа изучают атомную структуру металлов, типы и параметры кристаллических решеток, а также дефекты, лежащие в глубине. Этот анализ, основанный на дифракции рентгеновских лучей рядами атомов кристаллической решетки, позволяет обнаружить дефекты (пористость, трещины, газовые пузыри, шлаковые включения и т. д.), не разрушая металла. В местах дефектов рентгеновские лучи поглощаются меньше, чем в сплошном металле, и поэтому на фотопленке такие лучи образуют темные пятна, соответствующие форме дефекта.

Для исследования структуры металла и дефектов изделий широко применяют гамма-лучи, которые проникают в изделие набольшую глубину, чем рентгеновские.

Магнитным методом исследуют дефекты в магнитных металлах (сталь, никель и др.) на глубине до 2 мм (трещины различного происхождения, неметаллические включения и т. д.). Для этого испытуемое изделие намагничивают, покрывают его поверхность порошком железа; осматривают его поверхность и размагничивают изделие. Вокруг дефекта образуется неоднородное поле, вследствие чего магнитный порошок повторяет очертания дефекта. Другой метод — магнитный индукционный -часто используют для оценки полноты структурных превращений в сплавах (изделиях) после их термической обработки.

Ультразвуковым методом осуществляется эффективный контроль качества металла изделий и заготовок практически любых размеров. В импульсных ультразвуковых дефектоскопах ультразвуковая волна от щупа-излучателя распространяется в контролируемом изделии и при встрече с каким-либо дефектом отражается от него. При этом отраженные волны принимаются, усиливаются и передаются на показывающий индикатор. Ультразвук используют для контроля качества роторов, рельсов, поковок, проката и других изделий при необходимости сохранения целостности изделий.

3. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Физические свойства. К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства и др.

Цветом называют способность металлов отражать световое излучение с определенной длиной волны. Например, медь имеет розово-красный цвет, алюминий — серебристо-белый.

Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плотности все металлы делят на легкие (менее 4500кг/м¹) и тяжелые. Плотность имеет большое значение при создании различных изделий. Например, в самолето- и ракетостроении стремятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий.

Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы (вольфрам 3416°С, тантал 2950°С, титан 1725°С и др.) и легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). Температура плавления имеет большое значение при выборе металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектрических приборов и других изделий. В системе СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К).

Теплопроводностью называют способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам тела. Серебро, медь, алюминий обладают большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность примерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе металла для деталей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образуются трещины. Некоторые детали машин (поршни двигателей, лопатки турбин) должны быть изготовлены из материалов с хорошей теплопроводностью. В системе СИ теплопроводность имеет размерность Вт/ (м • К).

Тепловым расширением называют способность металлов увеличиваться в размерах при нагревании и уменьшаться при охлаждении. Тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения α =(l2-l1)/[l1(t2-t1)], где l1 и l2 длины тела при температурах t1 и t2. Коэффициент объемного расширения равен 3α. Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горячей объемной штамповке, изготовлении литейных форм, штампов, прокатных валков, калибров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, укладке железнодорожных рельсов.

Теплоемкостью называют способность металла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В системе СИ имеет размерность Дж/К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемкости — количеству тепла, выраженному в больших калориях, которое требуется для повышения температуры 1 кг металла на 1°С (в системе СИ — Дж/(кгК)).

Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя взаимно противоположными характеристиками —электропроводимостью и электросопротивлением. Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах (См), а удельная электропроводимость—в См/м, аналогично электросопротивление выражают в омах (Ом), а удельное электросопротивление — в Ом/м. Хорошая электропроводимость необходима, например, для токонесущих проводов (медь, алюминий). При изготовлении электронагревательных приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин). С повышением температуры металла его электропроводимость уменьшается, а с понижением — увеличивается.

Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или магнитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В системе СИ магнитная постоянная имеет размерность Гн/м. Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, называемые ферромагнитными. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.

Химические свойства. Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Химическое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды называют коррозией.

Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур.

Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.

Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Поэтому при выборе материала для изготовления деталей необходимо прежде всего учитывать его механические свойства: прочность, упругость, пластичность, ударную вязкость, твердость и выносливость. Эти свойства определяют по результатам механических испытаний, при которых металлы подвергают воздействию внешних сил (нагрузок). Внешние силы могут быть статическими, динамическими или циклическими (повторно-переменными). Нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.

Напряжение— величина нагрузки, отнесенная к единице площади поперечного сечения испытуемого образца. Деформация — изменение формы и размеров твердого тела под влиянием приложенных внешних сил. Различают деформации растяжения (сжатия), изгиба, кручения, среза (рис.8). В действительности материал может подвергаться одному или нескольким видам деформации одновременно.

Для определения прочности, упругости и пластичности металлы в виде образцов круглой или плоской формы испытывают на статическое растяжение. Испытания проводят на разрывных машинах. В результате испытаний получают диаграмму растяжения (рис. 9). По оси абсцисс этой диаграммы откладывают значения деформации, а по оси ординат — нагрузки, приложенные к образцу.

Виды деформаций: а — сжатие, б — растяжение, в — кручение, г — срез, д— изг

Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок оценивается пределом прочности и пределом текучести. Важным показателем прочности материала является также удельная прочность — отношение предела прочности материала к его плотности. Предел прочности Од (временное сопротивление) — это условное напряжение в МПа, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца:σн=Рмах/f0), где Рmax — наибольшая нагрузка, H; F0 — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца, м². Истинное сопротивление разрыву Sk — это напряжение, определяемое отношение нагрузки Рk в момент разрыва к площади минимального поперечного сечения образца после разрыва Fk(Sk=Pk/Fk).

Диаграмма растяжения: а — условная диаграмма в координатах Р — Л1, б — условная диаграмма напряжений и диаграмма истинных напряжений

Предел текучести (физический) σт — это наименьшее напряжение (в МПа), при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки: σт=Рт/F0, где Pт — нагрузка, при которой в диаграмме растяжения наблюдается площадка текучести, Н.

Площадку текучести имеют в основном только малоуглеродистая сталь и латуни. Другие сплавы площадки текучести не имеют. Для таких материалов определяют предел текучести (условный), при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от расчетной длины образца:σ0.2=P0.2/F0.

Упругость — способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки Руп оценивают пределом пропорциональности σпц и пределом упругости σуп.

Предел пропорциональности σпц — напряжение (МПа), выше которого нарушается пропорциональность между прилагаемым напряжением и деформацией образца δпц=Pпц/F0.

Предел упругости (условный) σ_0,05— это условное напряжение в МПа, соответствующее нагрузке, при которой остаточная деформация впервые достигает 0,05% от расчетной длины образца 1₀: σ _0,05=Р_0,05/F0, где Р0,05 — нагрузка предела упругости, Н.

Пластичность — это способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь. Характеризуется относительным удлинением и относительным сужением.

Относительное удлинение (после разрыва) δ — это отношение приращения (lk-l0) расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине l0, выраженное в процентах: δ =[( lk-l0/ l0) 100%.

Относительное сужение (после разрыва) σ — это отношение разности начальной и минимальной площадей (F0—Fk) поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади Fg поперечного сечения, выраженное в процентах: σ =[( F0—Fk / F0] 100%.

Чем больше значения относительного удлинения и сужения для материала, тем он более пластичен. У хрупких материалов эти значения близки к нулю. Хрупкость конструкционного материала является отрицательным свойством.

Ударная вязкость — это способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам. Определяется как отношение затраченной на излом образца работы W (в МДж) к площади его поперечного сечения F (в м²) в месте надреза KC=W/F.

Для испытания изготовляют специальные стандартные образцы, имеющие форму квадратных брусочков с надрезом. Испытывают образец на маятниковых копрах. Свободно падающий маятник копра ударяет по образцу со стороны, противоположной надрезу. При этом фиксируется работа, затраченная на излом.

Определение ударной вязкости особенно важно для некоторых металлов, работающих при минусовых температурах и проявляющих склонность к хладноломкости. Чем ниже порог хладноломкости, т.е. температура, при которой вязкое разрушение материала переходит в хрупкое, и чем больше запас вязкости материала, тем больше ударная вязкость материала. Хладноломкость—снижение ударной вязкости материалов при низких температурах.

Циклическая вязкость — это способность материалов поглощать энергию при повторно-переменных нагрузках. Материалы с высокой циклической вязкостью быстро гасят вибрации, которые часто являются причиной преждевременного разрушения. Например, чугун, имеющий высокую циклическую вязкость, в некоторых случаях (для станин и других корпусных деталей) является более ценным материалом, чем углеродистая сталь.

Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Высокой твердостью должны обладать металлорежущие инструменты: резцы, сверла, фрезы, а также поверхностно-упрочненные детали. Твердость металла определяют способами Бринелля, Роквелла и Виккерса(рис. 10).

Способ Бринелля основан на том, что в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой стальной закаленный шарик. Диаметр шарика и величину нагрузки устанавливают в зависимости от твердости и толщины испытываемого металла. Твердость по Бринеллю определяют на твердомере ТШ (твердомер шариковый). Испытание проводят следующим образом. На поверхности образца, твердость которого нужно измерить, напильником или абразивным кругом зачищают площадку размером 3—5 см².

Определение твердости металш методами Бринелля (а), Роквелла (б) и Виккерса (в)

Образец ставят на столик прибора и поднимают до соприкосновения со стальным шариком, который укреплен в шпинделе прибора. Груз опускается и вдавливает шарик в испытываемый образец. На поверхности металла образуется отпечаток. Чем больше отпечаток, тем металл мягче.

За меру твердости НВ принимают отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка диаметром d и глубиной t, который образуется при вдавливании силой Р шарика диаметра D (см. рис. 10, а).

Числовое значение твердости определяют так: измеряют диаметр отпечатка с помощью оптической лупы (с делениями) и по полученному значению находят в таблице соответствующее число твердости.

Преимущество способа Бринелля заключается в простоте испытания и точности получаемых результатов. Способом Бринелля не рекомендуется измерять твердость материалов с НВ>450, например закаленной стали, так как при измерении шарик деформируется и показания искажаются.

Для испытания твердых материалов применяют способ Роквелла. В образец вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120″ или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм. Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. Условная величина единицы твердости соответствует осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Испытание проводят на приборе ТК. Значение твердости определяют по глубине отпечатка П и отсчитывают по циферблату индикатора, установленному на приборе. Во всех случаях предварительная нагрузка Р0 равна 100 Н.

При испытании металлов с высокой твердостью применяют алмазный конус и общую нагрузку Р=Р0+Р1=1500 Н. Твердость отсчитывают по шкале «С» и обозначают HRC.

Если при испытании берется стальной шарик и общая нагрузка 1000 Н, то твердость отсчитывается по шкале «В» и обозначается HRB.

При испытании очень твердых или тонких изделий используют алмазный конус и общую нагрузку 600 Н. Твердость отсчитывается по шкале «А» и обозначается HRA. Пример обозначения твердости по Роквеллу:

Н RC 50 — твердость 50 по шкале «С».

При определении твердости способом Виккерса в качестве вдавливаемого в материал наконечника используют четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136°. При испытаниях применяют нагрузки от 50 до 1000 Н (меньшие значения нагрузки для определения твердости тонких изделий и твердых, упрочненных поверхностных слоев металла). Числовое значение твердости определяют так: замеряют длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки и с помощью микроскопа и по полученному среднему арифметическому значению длины диагонали находят в таблице соответствующее число твердости. Пример обозначения твердости по Виккерсу — HV 500.

Для оценки твердости металлов в малых объемах, например, на зернах металла или его структурных составляющих применяют способ определения микротвердости. Наконечник (индентор) прибора представляет собой алмазную четырехгранную пирамиду (с углом при вершине 136°, таким же, как и у пирамиды при испытании по Виккерсу). Нагрузка на индентор невелика и составляет 0,05-5 Н, а размер отпечатка 5-30 мкм. Испытание проводят на оптическом микроскопе ПМТ-3, снабженном механизмом нагружения. Микротвердость оценивают по величине диагонали отпечатка.

Усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала под действием повторно-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению. Усталость металла обусловлена концентрацией напряжений в отдельных его объемах, в которых имеются неметаллические включения, газовые пузыри, различные местные дефекты и т. д. Характерным является усталостный излом, образующийся после разрушения образца в результате многократного нагружения и состоящий из двух разных по внешнему виду частей. Одна часть излома с ровной (затертой) поверхностью образуется вследствие трения поверхностей в области трещин, возникших от действия повторно-переменных нагрузок, другая часть с зернистым изломом возникает в момент разрушения образца. Испытания на усталость проводят на специальных машинах. Наиболее распространены машины для повторно-переменного изгибания вращающегося образца, закрепленного одним или обоими концами, а также машины для испытаний на растяжение-сжатие и на повторно-переменное кручение. В результате испытаний определяют предел выносливости, характеризующий сопротивление усталости.

Выносливость — свойство материала противостоять усталости. Предел выносливости — это максимальное напряжение, которое может выдержать металл без разрушения заданное число циклов нагружения. Между пределом выносливости и пределом прочности существует приближенная зависимость:

σ_—₁≈0,43δв; σ_-1_p≈0.36δB, где σ_—₁ и σ_-1_p — соответственно пределы выносливости при изгибе и растяжении-сжатии.

5.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

Технологические свойства. Эти свойства характеризуют способность металлов подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях. Технологические свойства определяют при технологических пробах, которые дают качественную оценку пригодности металлов к тем или иным способам обработки. Образец, подвергнутый технологической пробе (рис. 12), осматривают. Признаком того, что образец выдержал испытание, является отсутствие трещин, надрывов, расслоения или излома. К основным технологическим свойствам относят: обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, литейные свойства и др.

Обрабатываемость резанием — одно из важнейших технологических свойств, потому что подавляющее большинство заготовок, а также деталей сварных узлов и конструкций подвергается механической обработке. Одни металлы обрабатываются хорошо до получения чистой и гладкой поверхности, другие же, имеющие высокую твердость, плохо. Очень вязкие металлы с низкой твердостью также плохо обрабатываются: поверхность получается шероховатой, с задирами. Улучшить обрабатываемость, например, стали можно термической обработкой, понижая или повышая ее твердость.

Свариваемость — способность металлов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла. Ее определяют пробой сваренного образца на загиб или растяжение.

Ковкость — способность металла обрабатываться давлением в холодном или горячем состоянии без признаков разрушения. Ее определяют

Технологические пробы: а — изгиб на определенный угол, б — изгиб до параллельности сторон, в — изгиб до соприкосновения сторон, г— на навивание, д — на сплющивание труб, е — на осадку

кузнечной пробой на осадку до заданной степени деформации. Высота образца для осадки равна обычно двум его диаметрам. Если на боковой поверхности образца трещина не образуется, то такой образец считается выдержавшим пробу, а испытуемый металл — пригодным для обработки давлением.

Литейные свойства металлов характеризуют способность их образовывать отливки без трещин, раковин и других дефектов. Основными литейными свойствами являются жидкотекучесть, усадка и ликвация.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла хорошо заполнять полость литейной формы.

Усадка при кристаллизации — это уменьшение объема металла при переходе из жидкого состояния в твердое; является причиной образования усадочных раковин и усадочной пористости {см. рис. 6) в слитках и отливках.

Ликвация — неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации, обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем сильнее развивается ликвация, причем наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые наиболее сильно влияют на ширину температурного интервала кристаллизации (для стали, например, сера, кислород, фосфор, углерод).

Эксплуатационные свойства. Эти свойства определяют в зависимости от условий работы детали специальными испытаниями. Одним, из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.

Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление износу, т.е. постепенному изменению размеров и формы тела вследствие разрушения поверхностного слоя изделия при трении. Испытание металлов на износ проводят на образцах в лабораторных условиях, а деталей — в условиях реальной эксплуатации. При испытаниях образцов моделируются условия трения, близкие к реальным. Величину износа образцов или деталей определяют различными способами: измерением размеров, взвешиванием образцов и другими методами.

К эксплуатационным свойствам следует также отнести хладностойкость, жаропрочность, антифрикционность и др. Указанные технологические свойства будут рассмотрены далее.

жүктеу/скачать 1.51 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

Материаловедение — Научная электронная библиотека

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Часть I. ТЕОРИЯ СПЛАВОВ

Глава 1. Строение и свойства металлов

1.1. Атомное строение металлов
1.2. Межатомная связь
1.3. Кристаллическое строение металлов
1.4. Кристаллографические обозначения атомных плоскостей
1.5. Строение реальных кристаллов. Дефекты в кристаллах
1. 6. Процессы плавления и кристаллизации
1.6.1. Плавление металлов
1.6.2. Энергетические условия процесса кристаллизации
1.6.3. Механизм и законы процесса кристаллизации
1.6.4. Строение металлического слитка
1.6.5. Полиморфные превращения
1.6.6. Магнитные превращения
1.7. Пластическая деформация и рекристаллизация металлов
1.7.1. Пластическая деформация
1.7.2. Возврат и рекристаллизация

Глава 2. Методика исследования структуры, фазового состава и механических характеристик металлов и сплавов

2.1. Исследование макроструктуры
2.2. Микроструктурный анализ
2.3. Рентгеновский и другие методы анализа
2.4. Механические свойства металлов
2.4.1. Методы механических испытаний металлов
2.4.2. Испытание на растяжение
2.4.3. Испытание на твердость
2.4.4. Определение ударной вязкости
2.4.5. Испытание на усталость
2.4.6. Испытания при повышенных температурах

Глава 3. Строение и свойства сплавов

3.1. Общая характеристика сплавов
3. 2. Твердые растворы
3.3. Химические соединения
3.4. Эвтектики

Глава 4. Диаграммы состояния систем

4.1. Основные сведения
4.2. Правило фаз
4.3. Диаграмма состояния сплавов, не растворяющихся друг в друге в твердом состоянии
4.4. Правило отрезков
4.5. Диаграмма состояния сплавов, образующих неограниченные твердые растворы
4.6. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии
4.7. Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения
4.8. Диаграммы состояния сплавов, компоненты которых обладают полиморфизмом
4.9. Диаграммы состояния сплавов из трех компонентов
4.10. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния

Часть II. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Глава 5. Железоуглеродистые сплавы

5.1. Железо
5.2. Углерод
5.3. Фазы железоуглеродистых сплавов
5.4. Диаграмма состояния «железо – углерод»
5.5. Углеродистые стали
5.5.1. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства стали
5. 5.2. Классификация и маркировка углеродистых сталей
5.6. Чугуны
5.6.1. Характерные особенности чугунов
5.6.2. Процесс графитизации
5.6.3. Структура и свойства чугуна
5.6.4. Классификация и маркировка чугунов
5.6.5. Легированные чугуны

Глава 6. Теория термической обработки стали

6.1. Разновидности термической обработки стали
6.1.1. Образование аустенита
6.1.2. Распад аустенита при охлаждении
6.1.3. Мартенситное превращение
6.1.4. Промежуточное (бейнитное) превращение
6.1.5. Превращения при нагреве закаленной стали
6.2. Влияние термической обработки на свойства стали

Глава 7. Технология термической обработки стали

7.1. Нагрев при термической обработке
7.2. Контроль температурного режима
7.3. Отжиг и нормализация
7.4. Закалка
7.4.1. Определение температуры нагрева под закалку
7.4.2. Время нагрева
7.4.3. Воздействие нагревающей среды
7.4.4. Закалочные среды
7.4.5. Прокаливаемость
7. 4.6. Внутренние напряжения
7.4.7. Способы закалки
7.4.8. Дефекты, возникающие при закалке
7.5. Обработка стали холодом
7.6. Отпуск стали
7.7. Поверхностная закалка

Глава 8. Химико-термическая обработка стали

8.1. Назначение и физические основы химико-термической обработки
8.2. Цементация стали
8.3. Азотирование стали
8.4. Цианирование стали
8.5. Диффузионная металлизация

Часть III. РАЗНОВИДНОСТИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Глава 9. Легированные стали и сплавы

9.1. Необходимость легирования стали
9.2. Общая характеристика легирующих элементов, их влияние на свойства стали
9.3. Фазы и структурные составляющие легированных сталей
9.4. Влияние легирующих элементов на фазовые превращения в стали
9.5. Особенности термической обработки легированных сталей
9.6. Классификация и маркировка легированных сталей
9.7. Маркировка зарубежных сталей

Глава 10. Конструкционные стали

10.1. Влияние легирующих элементов и структуры на механические свойства стали
10. 2. Термическая обработка конструкционных сталей
10.3. Цементуемые стали
10.4. Улучшаемые стали
10.5. Пружинные стали
10.6. Шарикоподшипниковые стали
10.7. Высокопрочные стали
10.8. Износостойкие стали
10.9. Коррозионно-стойкие стали и сплавы
10.10. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы

Глава 11. Инструментальные стали и сплавы

11.1. Классификация инструментальных сталей и сплавов
11.2. Стали для режущего инструмента
11.3. Стали для мерительного инструмента
11.4. Штамповые стали
11.5. Твердые сплавы

Глава 12. Стали и сплавы с особыми свойствами

12.1. Магнитные и немагнитные стали и сплавы
12.2. Электротехнические материалы
12.3. Сплавы с особыми тепловыми свойствами
Часть IV. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Глава 13. Алюминий и его сплавы

13.1. Свойства алюминия
13.2. Алюминиевые сплавы
13.2.1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой
13.2.2. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой
13. 2.3. Литейные алюминиевые сплавы

Глава 14. Магний и его сплавы

14.1. Свойства магния
14.2. Сплавы на основе магния
Глава 15. Медь и ее сплавы
15.1. Свойства меди
15.2. Латуни
15.3. Бронзы

Глава 16. Титан и его сплавы

16.1. Свойства титана
16.2. Сплавы на основе титана

Глава 17. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе

17.1. Основные свойства тугоплавких металлов
17.2. Сплавы на основе тугоплавких металлов

Часть V. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Глава 18.

18.1. Атомная энергетика, ее разновидности и применение
18.2. Общая характеристика металлов, применяемых в атомной энергетики
18.2.1. Уран
18.2.2. Плутоний
18.2.3. Галлий
18.2.4. Полоний
18.2.5. Цирконий
18.2.6. Бериллий
18.2.7. Бор

Часть VI. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Глава 19. Полимеры

19.1. Пластические массы
19.2. Классификация пластмасс
19.3. Разновидности пластмасс, их свойства и применение
19. 3.1. Ненаполненные пластмассы
19.3.2. Пластмассы с порошкообразными наполнителями
19.3.3. Пластмассы с волокнистыми наполнителями
19.3.4. Пластмассы со слоистыми наполнителями
19.3.5. Газонаполненные пластмассы

Глава 20. Резины

20.1. Классификация резин

Глава 21. Керамические материалы

21.1. Механические свойства
21.2. Теплофизические свойства
21.3. Электрофизические свойства
21.4. Химические свойства
21.5. Стойкость к излучению
21.6. Особенности изготовления деталей из керамических материалов
21.7. Керамические материалы на основе огнеупорных окислов
21.8. Пьезоэлектрическая керамика

Глава 22. Стеклянные материалы

22.1. Основные свойства стекол
22.2. Закаленное стекло
22.3. Пеностекло
22.4. Ситаллы
22.5. Кварцевое стекло

Глава 23. Композиционные материалы

23.1. Основные свойства и классификация композиционных материалов
23.2. Композиционные материалы с нуль-мерными наполнителями
23. 3. Композиционные материалы с одномерными наполнителями
23.4. Эвтектические композиционные материалы
23.5. Композиционные материалы на неметаллической основе
Список литературы

«Материаловедение» Программа курса

Программа курса

«Материаловедение»

1. Строение металлов

Металловедение как наука о свойствах металлов и сплавов. Атомно-кристаллическое строение металлов. Основные типы кристаллических решеток. Аллотропия металлов и анизотропия свойств. Процесс кристаллизации.
Рассмотрите особый тип металлической связи, который обуславливает отличительные свойства металлов: высокую электропроводность и теплопроводность, высокую пластичность и металлический блеск.
Металлические тела характеризуются кристаллическим строением. Однако свойства реальных кристаллов определяются известными несовершенствами кристаллического строения. В связи с этим необходимо разобраться в видах несовершенств и особенно в строении дислокаций (линейных несовершенств), причинах их легкого перемещения в кристаллической решетке и влияния на механические свойства. Уясните теоретические основы процесса кристаллизации, состоящего из двух элементарных процессов: зарождения и роста кристаллов, и влияния на эти параметры степени переохлаждения.

2. Теория сплавов

Сплавы, виды взаимодействия компонентов в твердом состоянии. Диаграмма состояния для случаев полной нерастворимости, неограниченной и ограниченной растворимости компонентов в твердом виде, а также для случая образования устойчивого химического соединения.
Необходимо отчетливо представлять строение металлов и сплавов в твердом состоянии. Уясните, что такое твердый раствор, химическое (металлическое) соединение, механическая смесь. Наглядное представление о состоянии любого сплава в зависимости от его состава и температуры дают диаграммы состояния. Нужно усвоить методику построения диаграмм состояния.
При изучении диаграмм состояния нужно уметь применять правило отрезков (для определения доли каждой фазы или структурной составляющей в сплаве), определять химический состав фаз.

3. Пластическая деформация и механические свойства металлов

Напряжения и деформация. Явление наклепа. Стандартные механические свойства: твердость; характеристики, определяемые при растяжении; ударная вязкость; сопротивление усталости.
Рассмотрите физическую природу деформации и разрушения. Внимание уделите механизму пластической деформации, ее влиянию на микроструктуру, на плотность дислокаций. Уясните связь между основными характеристиками, строением и механическими свойствами. Разберитесь в сущности явления наклепа и его практическом использовании.
Изучите основные методы исследования механических свойств металлов. Свойства, полученные на гладких образцах, не совпадают со свойствами готового изделия, выполненного из предварительно испытанного материала. Это связано с наличием в реальных деталях отверстий, надрезов и других концентраторов напряжений, а также с различием в характере напряженного состояния образца и детали. Отсюда вытекает важность испытаний образцов с надрезами, позволяющих приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации материала и получить результаты, характеризующие конструкционную прочность металла.

4. Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла

Необходимо знать сущность рекристаллизационных процессов: возврата, первичной рекристаллизации, собирательной (вторичной) рекриталлизации, протекающих при нагреве деформированного металла. Уясните, как при этом изменяются механические, физико-химические свойства и размер зерна. Установите влияние состава сплава и степени пластической деформации на протекание рекристаллизационных процессов. Научитесь выбирать режимы рекристаллизационного отжига. Уясните его практическое значение, различие между холодной и горячей пластическими деформациями.

5. Железо и его сплавы

Диаграмма состояния железо — цементит. Классификация железоуглеродистых сплавов. Фазы, образующиеся в сплавах железа. Структурные классы углеродистых и легированных сталей. Чугуны.
Научитесь вычерчивать диаграмму состояния железо — цементит и определять все фазы и структурные составляющие этой системы. Постройте кривые охлаждения (или нагревания) для любого сплава; разберитесь в классификации железоуглеродистых сплавов и усвойте, что различие между тремя классами (техническое железо, сталь, чугун) не является формальным (по содержанию углерода).
Разные классы сплавов принципиально различны по структуре и свойствам. Технические железоуглеродистые сплавы состоят не только из железа и углерода, но и обязательно содержат постоянные примеси, попадающие в сплав в результате предыдущих операций при выплавке.
Изучите влияние легирующих элементов на критические точки железа и стали и объясните, при каком сочетании углерода и соответствующего легирующего элемента могут быть получены легированные стали ферритного, перлитного, аустенитного и ледебуритного классов.
Уясните влияние постоянных примесей на строение чугуна и разберитесь в различии металлической основы серых чугунов разных классов. Запомните основные механические свойства и назначение чугунов различных классов и их маркировку. Обратите внимание на способы получения ковких и высокопрочных чугунов. Изучите физическую сущность процесса графитизации.

6. Теория термической обработки стали

Превращения в стали при нагреве. Превращения переохлажденного аустенита. Мартенситное превращение и его особенности. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении. Превращения при отпуске закаленной стали.
Теория и практика термической обработки стали — главные вопросы металловедения. Термическая обработка — один из основных способов влияния на строение, а следовательно, и на свойства оплавов.
При изучении превращений переохлажденного аустенита особое внимание обратите на диаграмму изотермического распада, устанавливающую связь между температурными условиями превращения, интенсивностью распада и строением продуктов превращения. Разберитесь в особенностях перлитного, промежуточного и мартенситного превращений, происходящих соответственно в верхней, средней и нижней температурных областях. Уясните строение и свойства перлита, сорбита, тростита, бейнита, мартенсита и особенно различие и сходство одноименных структур, получаемых при распаде аустенита и отпуске закаленной стали. Запомните практическое значение термокинетических диаграмм.
Изучите влияние легирующих элементов на кинетику и характер превращения в перлитной, промежуточной и мартенситной областях. В связи с влиянием легирующих элементов на диаграммы изотермического распада аустенита рассмотрите причины получения различных классов по структуре (перлитного, мартенситного и аустенитного). Уясните влияние легирующих элементов на превращения при отпуске. Запомните, что легирующие элементы, как правило, затормаживают процессы превращений.

7. Технология термической обработки

Основные виды термической обработки стали. Отжиг, нормализация, закалка, обработка холодом. Прокаливаемость стали. Отпуск стали. Поверхностная закалка.
Уясните влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали и физическую сущность процесса отжига, нормализации, закалки и обработки холодом. При изучении технологических процессов термической обработки особое внимание обратите на разновидности режимов и их назначение. Для выяснения причин брака при термической обработке стали следует прежде всего разобраться в природе термических и фазовых напряжений.
Уясните различие между закаливаемостью и прокаливаемостью стали, а также факторы, влияющие на эти характеристики. Разберитесь в способе получения высокопрочных деталей термомеханической обработкой.
Различные виды поверхностной закалки позволяют получить особое сочетание свойств поверхностного слоя и сердцевины, что приводит к повышению эксплуатационных характеристик изделия. При изучении индукционной закалки уясните связь между глубиной проникновения закаленного слоя и частотой тока. Закалка при нагреве токами высокой частоты приводит к получению более высоких механических свойств, чем при обычном нагреве.

8. Химико-термическая обработка стали и поверхностное упрочнение наклепом

Физические основы химико-термической обработки. Цементация. Азотирование. Диффузионная металлизация. Дробеструйный наклеп.
Процесс химико-термической обработки состоит из выделения атомов насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбиции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. Насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред, поэтому нужно знать наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химико-термической обработки и конечные результаты (поверхностное упрочнение и изменение физико-химических свойств).
Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-термической обработки. Уясните преимущества и области использования цементации, азотирования и различных видов диффузионной металлизации. Объясните влияние легирования на механизм формирования структуры поверхностного слоя. Рассмотрите сущность и назначение дробеструйного поверхностного наклепа и его влияние на эксплуатационные свойства деталей машин.

9. Конструкционные стали

Конструкционные стали общего назначения. цементуемые, улучшаемые, пружинно-рессорные, строительные, шарикоподшипниковые стали. Износоустойчивые стали. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы.
Нужно усвоить принципы маркировки сталей и уметь по маркировке определить состав и особенности данной стали, а также иметь общее представление о разных группах стали.
Разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойств стали, особое внимание уделите технологическим особенностям термической обработки легированной стали различных групп.
Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализованном состоянии и, особенно важно для машиностроителей, по назначению), основные принципы выбора для различного назначения цементуемых, улучшаемых, пружинно-рессорных, износостойких, высокопрочных, нержавеющих, жаропрочных и других сталей.
При изучении жаропрочных сталей обратите внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температурах. Уясните сущность явления ползучести и основные характеристики жаропрочности; каковы предельные рабочие температуры и области применения сталей различного структурного класса.
В качестве примеров указать две-три марки стали каждой группы, расшифровать состав, назначить режим термической обработки и охарактеризовать структуру, свойства и область применения.

10. Инструментальные материалы

Классификация и маркировка инструментальных сталей. Стали для режущего, измерительного и штампового инструментов. Твердые сплавы.
Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от назначения инструмента и в связи с этим рассмотрите основные эксплуатационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните особенности их термической обработки.
При изучении штамповых сталей необходимо различать условия работы штампов для деформирования в холодном состоянии и штампов для деформирования в горячем состоянии.
Студент обязан уметь выбрать марку стали для инструмента различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки, объяснить сущность происходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства.

11. Специальные стали и сплавы

В этом разделе изучают стали и сплавы с особыми физическими свойствами: магнитомягкие и магнитотвердые материалы, материалы с заданным электрическим сопротивлением и др.
Необходимо знать особенности применения таких материалов, их термообработку.

12. Алюминий и его сплавы

Деформируемые и литейные сплавы.
Обратите внимание на основные преимущества алюминиевых сплавов, связанных с их высокой удельной прочностью. Рассмотрите классификацию алюминиевых сплавов и обоснуйте технологический способ изготовления изделий из сплавов каждой группы. Разберитесь в основах теории термической обработки (старения) легких сплавов. Обоснуйте выбор способа упрочнения деформируемых сплавов.

13. Медь и ее сплавы

Латуни и бронзы.
Изучите классификацию медных сплавов и уясните маркировку, состав, структуру, свойства и области применения разных групп медных сплавов.

14. Экономическая эффективность применения различных материалов и методы повышения долговечности изделий

Проследите зависимость стоимости углеродистых сталей от их качества и способов выплавки. Сопоставьте стоимость серых, ковких и высокопрочных чугунов и различных сталей в зависимости от степени легирования. Проведите анализ факторов, влияющих на себестоимость термической и химико-термической обработки.
Разберитесь в методике расчета экономической эффективности применения упрочняющих процессов с учетом долговечности деталей в эксплуатации. Обоснуйте области применения углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и неметаллических материалов.

Материаловедение машиностроительного производства. В 2 ч. Часть 1 — Образовательная платформа «Юрайт». Для вузов и ссузов.

Скопировать в буфер библиографическое описание
Материаловедение машиностроительного производства. В 2 ч. Часть 1 : учебник для среднего профессионального образования / А. М. Адаскин, Ю. Е. Седов, А. К. Онегина, В. Н. Климов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2018. — 258 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-08154-1. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait. ru/bcode/424328 (дата обращения: 15.09.2022).
Добавить в избранное

2-е изд., испр. и доп. Учебник для СПО

Нравится
1
Посмотреть кому понравилось
Поделиться

Описание
Программа курса
Видео: 1
Тесты: 8
Выбор редакции
Нет в мобильном приложении

Ознакомиться

Аннотация
Программа курса
Медиаматериалы
1
Тесты
8
Комплекты
1

В учебнике приведены физико-химические основы материаловедения, теория сплавов и механизмы их упрочнения; рассмотрены металлические материалы и технологии их термической, химикотермической обработки, упрочнение пластической деформацией, а также конструкционные, неметаллические и композиционные материалы; даны основные сведения о нано- и интеллектуальных материалах. Впервые показано место и назначение термической обработки в технологических процессах изготовления деталей разного назначения из металлических и неметаллических материалов.

Теория сплавов — Глава книги

Поиск статей

Выберите журнал (обязательно)
2D Матер. (2014 – настоящее время) Acta Phys. Грех. (Зарубежный Эдн) (1992 — 1999) Adv. Нац. Науки: наноски. нанотехнологии. (2010 – настоящее время) Заявл. физ. Экспресс (2008 – настоящее время)Biofabrication (2009 – настоящее время)Bioinspir. Биомим. (2006 – настоящее время) Биомед. Матер. (2006 – настоящее время) Биомед. физ. англ. Экспресс (2015 — настоящее время)Br. Дж. Заявл. физ. (1950 — 1967)Чин. Дж. Астрон. Астрофиз. (2001 — 2008)Чин. Дж. Хим. физ. (1987 — 2007)Чин. Дж. Хим. физ. (2008 — 2012)Китайская физ. (2000 — 2007)Китайская физ. B (2008-настоящее время)Chinese Phys. C (2008-настоящее время)Chinese Phys. лат. (1984 — настоящее время)Класс. Квантовая Грав. (1984 — настоящее время) клин. физ. Физиол. Изм. (1980 — 1992)Горючее. Теория Моделирования (1997 — 2004) Общ. Теор. физ. (1982 — настоящее время) Вычисл. науч. Диск. (2008 — 2015)Конверг. науч. физ. Онкол. (2015 — 2018)Распредел. Сист. инж. (1993 — 1999)ECS Adv. (2022 — настоящее время)ЭКС Электрохим. лат. (2012 — 2015)ECS J. Solid State Sci. Технол. (2012 – настоящее время)ECS Sens. Plus (2022 – настоящее время)ECS Solid State Lett. (2012 — 2015)ECS Trans. (2005 — настоящее время)ЭПЛ (1986 — настоящее время)Электрохим. соц. Интерфейс (1992 — настоящее время)Электрохим. Твердотельное письмо. (1998 — 2012)Электрон. Структура (2019 — настоящее время)Инж. Рез. Экспресс (2019 – настоящее время)Окружающая среда. Рез. коммун. (2018 – настоящее время)Окружающая среда. Рез. лат. (2006 – настоящее время)Окружающая среда. Рез.: Климат (2022 – настоящее время)Окружающая среда. Рез.: Экол. (2022 — настоящее время)Окружающая среда. Рез.: Здоровье (2022 – настоящее время) Окружающая среда. Рез.: Инфраструктура. Поддерживать. (2021 — настоящее время)Евр. Дж. Физ. (1980 — настоящее время) Флекс. Распечатать. Электрон. (2015 – настоящее время)Fluid Dyn. Рез. (1986 — настоящее время) Функц. Композиции Структура (2018 – настоящее время)IOP Conf. Сер.: Земная среда. науч. (2008 – настоящее время) IOP Conf. Сер.: Матер. науч. англ. (2009 г.- настоящее время) IOP SciNotes (2020 — настоящее время) Int. Дж. Экстрем. Произв. (2019 – настоящее время)Обратные задачи (1985 – настоящее время)Изв. Мат. (1995 — настоящее время)Дж. Дыхание Рез. (2007 — настоящее время)Дж. Космол. Астропарт. физ. (2003 — настоящее время)Дж. Электрохим. соц. (1902 — настоящее время) Дж. Геофиз. англ. (2004 — 2018)Дж. Физика высоких энергий. (1997 — 2009)Дж. Инст. (2006 — настоящее время)Дж. микромех. Микроангл. (1991 — настоящее время)Дж. Нейронная инженер. (2004 — настоящее время)Дж. Нукл. Энергия, Часть C Плазменная физика. (1959 — 1966)Дж. Опц. (1977 — 1998)Дж. Опц. (2010 — настоящее время)Дж. Опц. A: Чистый Appl. Опц. (1999 — 2009)Ж. Опц. B: Квантовый полукласс. Опц. (1999 — 2005)Дж. физ. A: Общая физ. (1968 — 1972)Дж. физ. А: Математика. Ген. (1975 — 2006) Дж. физ. А: Математика. Нукл. Ген. (1973 — 1974) Дж. физ. А: Математика. Теор. (2007 — настоящее время)Дж. физ. Летучая мышь. Мол. Опц. физ. (1988 — настоящее время)Дж. физ. Летучая мышь. Мол. физ. (1968 — 1987)Дж. физ. C: Физика твердого тела. (1968 — 1988)Дж. физ. коммун. (2017 — настоящее время)Дж. физ. Сложный. (2019 — настоящее время)Дж. физ. Д: заявл. физ. (1968 — настоящее время)Дж. физ. Э: наук. Инструм. (1968 — 1989)Дж. физ. Энергия (2018 – настоящее время)Дж. физ. Ф: Мет. физ. (1971 — 1988) Дж. физ. Г: Нукл. Часть. физ. (1989 — настоящее время)Дж. физ. Г: Нукл. физ. (1975 — 1988)Дж. физ. Матер. (2018 — настоящее время)Дж. физ. Фотоника (2018 – настоящее время)Дж. физ.: Конденс. Материя (1989 — настоящее время) Дж. физ.: конф. сер. (2004 — настоящее время)Дж. Радиол. прот. (1988 — настоящее время)Дж. науч. Инструм. (1923 — 1967)Дж. Полуконд. (2009 – настоящее время)Дж. соц. Радиол. прот. (1981 — 1987)Дж. Стат. мех. (2004 — настоящее время)Дж. Турбулентность (2000 — 2004)Япония. Дж. Заявл. физ. (1962 — настоящее время) Лазерная физика. (2013 — настоящее время)Лазерная физика. лат. (2004 — н.в.) Мах. Уч.: научн. Технол. (2019- настоящее время) Матер. Фьючерсы (2022 – настоящее время)Матер. Квантовая технология. (2020 — настоящее время)Матер. Рез. Экспресс (2014 – настоящее время)Матем. Изв. (1967 — 1992) Матем. СССР сб. (1967 — 1993) Изм. науч. Технол. (1990 – настоящее время) Знакомьтесь. Абстр. (2002 — настоящее время) Прил. методы. флуоресц. (2013 – настоящее время)Метрология (1965 – настоящее время)Моделирование Simul. Матер. науч. англ. (1992 — настоящее время)Многофункциональный. Матер. (2018 – настоящее время)Nano Express (2020 – настоящее время)Nano Futures (2017 – настоящее время)Нанотехнологии (1990 – настоящее время)Network: Comput. Нейронная система. (1990 — 2004) Нейроморф. вычисл. англ. (2021 – настоящее время) New J. Phys. (1998 — настоящее время)Нелинейность (1988 — настоящее время)Nouvelle Revue d’Optique (1973 — 1976)Nouvelle Revue d’Optique Appliquée (1970 — 1972)Nucl. Fusion (1960-настоящее время)PASP (1889-настоящее время)Phys. биол. (2004 — настоящее время)Физ. Бык. (1950 — 1988)Физ. Образовательный (1966 — настоящее время)Физ. Мед. биол. (1956 — настоящее время)Физ. Скр. (1970 — настоящее время)Физ. Мир (1988 — настоящее время)УФН. (1993 — настоящее время)Физика в технике (1973 — 1988)Физиол. Изм. (1993 — настоящее время)Физика плазмы. (1967 — 1983)Физика плазмы. Контроль. Fusion (1984 — настоящее время) Plasma Res. Экспресс (2018 – настоящее время)Plasma Sci. Технол. (1999 — настоящее время) Plasma Sources Sci. Технол. (1992 — настоящее время)Тр. — Электрохим. соц. (1967 — 2005) Тез. физ. соц. (1926 — 1948) Тез. физ. соц. (1958 — 1967) Тез. физ. соц. А (1949 — 1957) Тр. физ. соц. Б (1949 — 1957) Учеб. физ. соц. Лондон (1874 — 1925) прог. Биомед. англ. (2018 — настоящее время)Прог. Энергия (2018 – настоящее время)Общественное понимание. науч. (1992 — 2002) Чистый Appl. Опц. (1992 — 199 гг.8)Quantitative Finance (2001 — 2004)Quantum Electron. (1993 — настоящее время)Квантовая опт. (1989 — 1994)Квантовая наука. Технол. (2015 – настоящее время)Квантовый полукласс. Опц. (1995 — 1998)Респ. прог. физ. (1934 — настоящее время) Рез. Астрон. Астрофиз. (2009 – настоящее время)Научные записки ААН (2017 – настоящее время)Обозрение физики в технике (1970 – 1972)Росс. акад. науч. сб. Мат. (1993 — 1995)Рус. хим. Преп. (1960 — н.в.) рус. Мат. Surv. (1960 — настоящее время)Российская акад. науч. Изв. Мат. (1993 — 1995)Сб. Мат. (1995 — настоящее время)Наук. Технол. Доп. Матер. (2000 — 2015)Полусекунда. науч. Технол. (1986 — настоящее время)Умный Матер. Структура (1992 — настоящее время) сов. Дж. Квантовый электрон. (1971 — 1992)Сов. физ. Усп. (1958 — 1992)Суперконд. науч. Технол. (1988 — настоящее время)Прибой. Топогр.: Метрол. Prop. (2013 — настоящее время) The Astronomical Journal (1849 — настоящее время) Astrophysical Journal (1996 — настоящее время) The Astrophysical Journal Letters (1995–2009) The Astrophysical Journal Letters (2010 — настоящее время) The Astrophysical Journal Supplement Series (1996 — настоящее время) ) The Planetary Science Journal (2020 – настоящее время) Trans. Являюсь. Электрохим. соц. (1930 — 1930) Пер. Электрохим. соц. (1931 — 1948) Пер. Опц. соц. (1899 — 1932) Пер. Матер. Рез. (2014–2018)Waves Random Media (1991–2004)Номер тома:
Номер выпуска (если известен):
Номер статьи или страницы:

сплав

: теория, режимы и лечение | Материалы

В этой статье мы обсудим: 1. Значение сплавов 2. Металлы, используемые для изготовления сплавов 3. Меры предосторожности 4. Теория 5. Способы образования 6. Классификация 7. Типы 8. Сплавы свинца 9. Свойства 10. Лечение.

Значение Сплавы :

Сплав представляет собой смесь с металлическими свойствами и состоит из двух или более элементов, из которых по крайней мере один является металлом.

В ходе развития металлографии было установлено, что некоторые сплавы представляют собой определенные соединения, некоторые — твердые растворы одного металла в другом, некоторые — просто механические смеси, а третьи — сочетания этих условий.

ОБЪЯВЛЕНИЙ:

Микроскопические и рентгеновские исследования сплавов в сочетании со спектроскопическим анализом помогли металлургам провести систематическое изучение и разработку полезных сплавов.

Металл можно изменить в отношении его физических и химических свойств, таких как твердость, прочность на растяжение и устойчивость к коррозии, путем простого добавления в него небольшого количества одного или нескольких элементов. Этот основной факт дал большой толчок к непрерывной разработке полезных сплавов.

Металлы, используемые для изготовления сплавов:

Важные металлы, используемые для изготовления сплавов:

я. Медь,

ii. Свинец,

III. Цинк,

ив. Никель,

против алюминия,

VI. Хром,

VII. Вольфрам.

В некоторой степени добавляются также сурьма и висмут.

Меры предосторожности, необходимые для изготовления сплавов:

При изготовлении сплавов необходимы следующие меры предосторожности:

я. Когда два элемента, которые должны быть смешаны, имеют очень разные температуры плавления или когда один из элементов легко окисляется или улетучивается, то второстепенный элемент сначала смешивается с основным элементом в известном избыточном количестве.

Эта смесь, состав которой известен, затем добавляется к необходимому количеству основного элемента. Например, если необходимо получить какой-либо сплав путем добавления к меди небольших количеств кремния, сначала в медь добавляют известное избыточное количество кремния. Затем эту смесь смешивают с необходимым количеством меди.

ii. При изготовлении сплавов важно, чтобы окисление было предотвращено или сведено к минимуму, насколько это возможно. Это делается либо путем покрытия металлов мелким древесным углем, либо с помощью электрических индукционных печей для плавки, где можно точно контролировать условия печи.

III. Сначала плавится наименее легкоплавкий металл, а затем добавляется более легкоплавкий.

ив. Самый тяжелый металл добавляется в последнюю очередь, чтобы предотвратить его оседание на дно.

v. Перед литьем необходимо достаточное перемешивание графитовой, деревянной или железной палочкой.

VI. Для литья сплава необходимы подходящие формы. Если формы выполнены из металла, поверхность следует покрыть формовочной смывкой для предотвращения прилипания отливки к поверхности формы; иначе будет испорчена гладкость поверхности отливки. Промывка формы должна быть такой, чтобы не выделялся газ.

VII. Металл при заливке в другой металл не должен быть при очень высокой температуре. Обычно его добавляют при температуре примерно на 100°С выше температуры плавления сплава.

Теория сплавов:

Теорию сплавов можно рассматривать и изучать с двух сторон. Этими двумя аспектами являются аспекты атомной структуры и фазовые аспекты.

Оба эти аспекта описаны ниже:

я. Атомная структура:

Атомы в сплаве периодически располагаются в кристаллическом пространстве. Разные сплавы имеют разную кристаллическую структуру, и в кристаллической структуре разных сплавов различны и расстояния между центрами атомов в решетке. Различия в свойствах различных сплавов могут быть связаны с различием их кристаллической структуры.

Например, металлы и сплавы с объемно-центрированной кубической кристаллической структурой (например, медь и серебро) более пластичны, но не так прочны, как металлы и сплавы с кубической гранецентрированной кристаллической структурой (например, железо и вольфрам). . Сплавы с гексагональной и другой некубической кристаллической структурой обладают меньшей ковкостью, чем металлы и сплавы с кубической кристаллической структурой.

ii. Фазовый аспект сплавов:

Фаза в сплаве или металле – это область, имеющая одинаковую кристаллическую структуру, состав и межатомные расстояния. Твердый металл или сплав состоит из одной или нескольких фаз. Распределение фаз в сплаве определяет свойства сплава.

Например, в дисперсионно-твердеющих сплавах именно мелкодисперсная дисперсия второй фазы по всему сплаву вызывает упрочнение сплава. Однако когда вторая фаза распределяется в виде крупных частиц при отжиге, прочность сплава снижается.

Способы образования сплавов:

я. Растворимость Сплавы:

Когда различные металлы сплавляются, они либо полностью или частично растворяются друг в друге, либо могут вообще не растворяться и оставаться нерастворимыми. Хорошие сплавы образуются только тогда, когда составляющие металлы растворяются друг в друге. Например, медь и цинк полностью растворимы в жидком состоянии, но частично растворимы в твердом состоянии.

Сплав, содержащий 10 % цинка и 90 % меди, состоит из однофазного гранецентрированного кубического твердого раствора. Некоторые атомы меди в кристаллической структуре случайным образом заменены или замещены элементом цинка. Такой тип твердых растворов называют замещающими. Все металлические растворы относятся к этому типу.

Железо и свинец нерастворимы в обеих фазах, жидкой и твердой, но, тем не менее, не требующая механической обработки свинцовая сталь, содержащая 0,2% свинца, изготавливается путем диспергирования свинца через современную сталь при подготовке слитка. Свинец остается во взвешенном состоянии, пока слиток быстро замерзает. Свинец присутствует в виде твердых частиц свинца, а не в виде твердого раствора.

Ниже приведены правила, регулирующие растворимость сплавов замещающего типа :

(а) Полная растворимость имеет место, если компоненты имеют одинаковую кристаллическую структуру. Примером полной растворимости является сплав меди и никеля; оба элемента имеют гранецентрированную кубическую структуру.

(б) Чем больше разница между размерами атомов (радиусами), тем меньше растворимость твердого вещества. Полная растворимость наступает только при различии размеров до 15%.

(c) Металлы с одинаковой валентностью обладают большей растворимостью в твердом состоянии, чем металлы с различной валентностью. Также металлы с более низкой валентностью имеют тенденцию растворять металл с высокой валентностью в большей степени.

(d) Чем дальше друг от друга расположены металлы в электрохимическом ряду, тем выше склонность к образованию твердого раствора.

ii. Формирование соединения:

Металлы реагируют вместе, образуя соединения.

Обычно встречаются следующие виды соединений:

(a) Валентные соединения:

При их формировании соблюдаются обычные правила валентности.

(б) Электронные соединения:

Электронные соединения представляют собой фазы с широким диапазоном гомогенности. Их кристаллическая структура определяется количеством валентных электронов в легирующих элементах. Поэтому их называют электронными соединениями.

Электронные соединения могут иметь следующие три соотношения атомов электронов: 3:2 (структура бета-латуни или бета-марганца), 21:13 (структура гамма-латуни) и 7:4 (гексагональная структура эпсилон-латуни). Это соотношения, при которых возникают электронные соединения. Примерами типа бета-латуни являются CuZn, AuZn, AgZn, FeAl, NiAl, CoAl, Cu 9.0169 3 A ₁ , Cu ₃ Sn. Во всех них соотношение электронов и атомов равно 3 : 2.

III. Разные соединения:

В число прочих соединений входят чрезвычайно твердые карбиды, нитриды и бориды металлов. В этих соединениях небольшие атомы углерода, азота и бора располагаются между атомами металла в структуре.

Примерами являются Fe ₃ C (цементит), очень твердый карбид, используемый для изготовления кромок бритвенных лезвий и инструментов, и W ₂ C с 13% кобальта для образования сверхпрочного карбида вольфрама используются для режущих инструментов.

iv. Заказ-Нарушение:

В твердых растворах атомы различных металлов случайным образом распределены по узлам решетки. В соединениях атомы каждого вида занимают заданные точки решетки. Существует еще один класс твердых растворов, которые превращаются в соединения, называемые соединениями сверхрешетки.

В этих соединениях сверхрешетки атомы перемещаются из случайных мест в заданные места. Сверхрешетки подобны ионным соединениям. Примерами являются стоматологические сплавы (в основном CuAu), которые при быстром охлаждении представляют собой твердые растворы, но при медленном охлаждении образуют сверхрешетчатую структуру.

Классификация сплавов:

Классификация сплавов может быть выполнена следующими четырьмя способами:

я. Классификация по металлургической структуре:

Сплавы классифицируются в зависимости от того, состоят ли они из одной фазы или из двух или более фаз. Например, монель (2/3 Ni и 1/3 Sn), некоторые латуни (70 % Cu, 30 % Zn), трансформаторное железо (96 % Fe, 4 % Si) являются однофазными сплавами. Отожженные стали (фазы феррита и карбида), металл Мунца (60% Cu и 40% Zn) являются двухфазными сплавами.

ii. Классификация на основе основного металла в сплаве :

Сплавы классифицируют по содержащемуся в них основному металлу, например сплавы алюминия, сплавы магния. Эти сплавы, если их различать по основным металлам, также имеют определенные отличительные характеристики. Например, сплавы Al и сплавы Mg имеют низкие значения sp. гравитация (2,8 для сплавов Al и 1,8 для сплавов Mg) и такая же прочная, как сталь.

Медные сплавы

отличаются своей коррозионной стойкостью и хорошей пластичностью. Свинцовые и оловянные сплавы устойчивы к коррозии и жаропрочны и используются для подшипников и припоев. Никелевые сплавы отличаются своей прочностью.

III. Классификация по способу изготовления:

Для разных типов изделий используются разные сплавы. Поэтому они классифицируются в зависимости от типа изготовления, для которого они используются. Например, существуют медные литейные сплавы и медные деформируемые сплавы. Литейные сплавы содержат по 5% олова, цинка и свинца для обеспечения герметичности и легкой обрабатываемости. Кованые медные сплавы содержат от 5 до 40% цинка.

iv. Классификация по применению сплавов:

Сплавы изготавливаются для различных целей, поэтому их можно соответствующим образом классифицировать. Например, припои, содержащие олово и свинец (от 40 до 60% олова и от 60 до 40% свинца), сплавы подшипниковых металлов и т. д.

Типы сплавов:

1. Сплавы с памятью формы :

Типичный сплав с памятью формы имеет состав 55% Ni и 45% Ti. Эти сплавы после пластической деформации при комнатной температуре в различные формы возвращаются к своим первоначальным формам при нагревании. Они обладают хорошей пластичностью, коррозионной стойкостью и электропроводностью.

Они находят применение в соединителях, зажимах, застежках и уплотнениях. Для использования в космосе их складывают при комнатной температуре, чтобы они занимали меньше места, а по достижении места назначения нагревают, чтобы они приобрели первоначальную форму.

2. Аморфные сплавы :

Эти сплавы не имеют дальнодействующей кристаллической структуры. В них нет границ зерен, а атомы расположены беспорядочно и плотно. Поскольку их структура напоминает стекло, эти сплавы называются металлическими стеклами.

Ранее такую структуру получали чрезвычайно быстрым затвердеванием расплавленного сплава. Аморфные сплавы обычно содержат железо, никель и хром, легированные углеродом, фосфором, бором, алюминием и кремнием. Они доступны в виде проволоки, ленты, полосы и порошка.

Эти сплавы обладают отличной коррозионной стойкостью, хорошей пластичностью, высокой прочностью и очень низкими потерями из-за магнитного гистерезиса. Таким образом, он идеально подходит для изготовления магнитных стальных сердечников для трансформаторов, генераторов, двигателей, ламповых балластов, магнитных усилителей и т. д.

3. Полимеры :

Они составляют важный класс материалов из-за широкого диапазона механических, физических и химических свойств. Они имеют меньшую плотность, прочность, модуль упругости по сравнению с металлами.

Пластмассы состоят из полимерных молекул и различных добавок. Мономеры связываются процессами полимеризации с образованием более крупных молекул. Полимерные структуры могут быть модифицированы различными способами для придания пластмассам широкого спектра свойств.

Эластомеры

включают большое семейство аморфных полимеров, имеющих низкую температуру стеклования. Они обладают характерной способностью без разрушения подвергаться большой упругой деформации. Были разработаны синтетические каучуки, имеющие широкое применение. Силиконы имеют самый высокий диапазон рабочих температур (до 315°C).

4. Керамика :

Это соединения металлических и неметаллических материалов. Они характеризуются высокой твердостью и прочностью на сжатие, высокой термостойкостью и химической инертностью.

5. Композитные материалы :

Обладают превосходными механическими свойствами и при этом имеют малый вес. Армирующими волокнами обычно являются стеклянные, графитовые, борные и т. д. Материалом матрицы обычно служат эпоксидные и полиэфирные смолы. Армированные пластмассы развиваются быстрыми темпами.

Новые разработки касаются металломатричных и керамических композитов и сотовых конструкций. (Сотовая структура состоит из сердцевины сот или других гофрированных форм, соединенных с двумя тонкими внешними оболочками. Разрабатываются режущие инструменты с керамической матрицей, изготовленные из оксида алюминия, армированного карбидом кремния, со значительно увеличенным сроком службы.

Композитный материал, как указано выше, содержит более одного компонента. Составные материалы включаются в композит, чтобы использовать их свойства, таким образом получая улучшенный материал. Они становятся связными структурами, созданными путем физического объединения двух или более совместимых материалов.

Композиты, армированные волокном, представляют собой гетерогенные материалы, полученные путем объединения и соединения в единую структуру материалов, обладающих различными свойствами. Благодаря взаимодополняющей природе композитный материал обладает дополнительными и превосходными свойствами. Таким образом, они становятся идеальными материалами для структурных применений, требующих высокого отношения прочности к весу и жесткости к весу. Материалы, армированные волокном, обладают анизотропными свойствами.

Стеклянные волокна прочны, но если надрезать их, они легко ломаются. Заключив их в матрицу из полиэфирной смолы, их можно защитить от повреждений. Волокна графита и бора также используются в композитах. Обычно используемые волокна для композиционных материалов: стеклянные, кварцевые и борсодержащие для аморфной структуры, керамические и металлические для монокристаллов, а также поликристаллов, углеродные и борсодержащие (аморфные) материалы для многофазной структуры и органические материалы для макромолекулярной структуры.

Для двумерных конструкционных применений, таких как плиты, стены, оболочки, цилиндры, трубы и т. д., плоская арматура является более предпочтительной по сравнению с линейной арматурой.

6. Компоненты из дуплексного композита :

Детали, подверженные сильному износу и высоким контактным напряжениям, могут быть изготовлены из дуплексного композита, причем композитный слой располагается на внешней или внутренней поверхности в зависимости от требований. Были разработаны алюминиевые композитные сплавы, армированные керамикой, которые имеют относительно высокое отношение прочности к массе, высокий модуль упругости и хорошие характеристики износа.

Частицы карбида кремния внедряются в поверхность алюминиевого сплава, нагретого до кашеобразного состояния, и прикладывается давление для обеспечения хорошего смачивания между алюминиевым сплавом и частицами карбида кремния.

Можно провести эксперименты для определения условий формования полутвердых материалов. Образец, окруженный частицами SiC, нагревают до этой температуры в течение примерно 45 минут, чтобы гомогенизировать температуру образца. Гидравлический пресс используется для приложения необходимого низкого давления в процессе формования полутвердых материалов.

Существует оптимальное сочетание значений температуры и давления для получения оптимальных механических свойств. Таким образом, композитный слой шириной около 2,5 мм может быть сформирован с равномерно распределенными частицами, имеющими хорошую связь с алюминиевой матрицей, без разделения или пористости на границе раздела композитный слой/матрица.

Поверхностный композитный слой имеет твердость и износостойкость примерно в 1,75 и 10 раз выше, чем у исходного алюминиевого матричного сплава.

Сплавы свинца:

1. Сурьма-свинец:

Состав варьируется от 6 до 8% сурьмы, остальное свинца. Сурьмянистый свинец обладает высокой устойчивостью к серной кислоте и многим химическим растворам, содержащим серную кислоту. Твердость и прочность сурьмяного свинца больше, чем у свинца. Он имеет высокую прочность на растяжение около 470 кг/см ² и относительное удлинение 22%.

Свинец, содержащий 13 % сурьмы, 1 % олова, 0,5 % мышьяка и 1 % меди, обладает хорошими литейными свойствами. Полученные отливки также достаточно прочны.

2. Свинцово-оловянные сплавы:

Сплав, содержащий от 10 до 25% олова и от 90 до 75% свинца, используется в качестве металлического покрытия для листового железа. Такое покрытие наносится методом горячего погружения. Листовое железо, покрытое таким сплавом, используется для изготовления тары. Когда требуется более твердое и стойкое покрытие, также добавляют сурьму. В качестве типовых металлов используются сплавы свинца, олова и сурьмы.

3. Сплавы свинца для кабельной промышленности:

Кабели

требуют гибкого покрытия и оболочки для защиты от влаги и масла.

Свинец для подшипников и свинец с содержанием сурьмы 1% используются для покрытия электрических силовых и кабелей связи по следующим причинам:

(i) Они непроницаемы для влаги и масла,

(ii) Они могут быть легко экструдированы,

(iii) У них достаточно силы,

(iv) Они не подвержены коррозии во всех нормальных атмосферных условиях,

(v) Они гибкие, оболочку можно наматывать и разматывать, а также сгибать вокруг острых углов.

Сплав, содержащий около 0,40% кальция, также может использоваться для оболочки кабелей. Добавление кальция увеличивает прочность, не влияя на пластичность и пластичность свинца. Усталостная прочность также увеличивается.

Другой сплав, используемый для этой цели, имеет состав 0,15% мышьяка, 0,1% олова и 0,1% висмута, а остаток свинца.

Свойства сплавов:

(i) Тепло- и электропроводность твердого раствора меньше, чем у чистых металлов. Согласно правилу Матиссена, при добавлении в металл небольшого количества легирующего элемента в виде твердого раствора увеличение сопротивления не зависит от температуры.

Для смесей нерастворимых фаз термическое и электрическое сопротивления подчиняются закону смесей.

(ii) Плотность увеличивается за счет более тяжелого металла в твердом растворе и уменьшается за счет более легкого металла. В случае твердого раствора внедрения добавленный элемент мало влияет на плотность.

(iii) Удельная теплоемкость и коэффициент теплового расширения подчиняются закону смесей.

(iv) Температура плавления металла преобразуется в диапазон путем добавления легирующего элемента. Диапазон температур плавления сплава может быть выше или ниже температуры плавления металла. Чем больше разница валентностей между металлами сплава, тем шире область плавления.

(v) Температура кипения также преобразуется в диапазон путем добавления легирующих элементов.

Обработка сплавов:

Сплавы должны пройти один или несколько из следующих процессов, прежде чем они будут преобразованы в готовую продукцию:

я. Плавка:

Сплавы могут быть расплавлены и в расплавленном состоянии могут быть добавлены отвердители, восстановители и т. д., или расплавленный металл может быть перегрет. Свинцовые, алюминиевые и магниевые сплавы плавятся в чугунных котлах. Бронзу выплавляют в графитовых тиглях. Никель и сталь выплавляют в печах с огнеупорной футеровкой. Магниевые сплавы плавятся с флюсом, который окружает весь расплав.

ii. Литье:

Отливки изготавливаются самотеком в песчаные или металлические формы. Чугун и бронзу отливают в формах из сырого песка. Магниевые сплавы отливают в сухую песчаную форму, когда расплавленный магний реагирует с водой. Центробежная сила используется для литья в вращающиеся стальные формы. Давление используется для подачи жидких сплавов в формы для литья под давлением.

III. Спекание:

Спекание используется для смешивания металлических порошков, которым была придана форма. Используется либо порошок сплава, либо смесь порошков легирующих металлов. При спекании происходит диффузия. Эта диффузия гомогенизирует смесь порошков и получается однородный по составу готовый продукт. Например, для изготовления магнитов Alnico прессованная смесь порошков железа, никеля и алюминия спекается до температуры плавления сплава для обеспечения хорошей диффузии.

iv. Горячая работа:

Для изготовления плит, стержней и фасонного проката применяется горячая прокатка. Горячая ковка осуществляется для сложных форм. Экструзия применяется для изготовления стержней и профилей из алюминия, магния и меди.

Нижняя предельная температура для горячей обработки давлением – это температура рекристаллизации или несколько выше ее. Максимальная температура горячей обработки обычно ниже солидуса. Некоторые сплавы в определенных диапазонах температур являются хрупкими и не могут подвергаться горячей обработке. Например, монель нельзя подвергать горячей обработке в диапазоне температур от 650 до 870°С.

v. Холодная обработка:

Холодная обработка проводится при температуре ниже температуры рекристаллизации. При холодной обработке металл упрочняется. Другим преимуществом холодной обработки давлением является удобство работы, так как невозможно горячую обработку тонкого металла для прокатки фольги и волочения проволоки.

VI. Обработка поверхности:

Существует множество способов обработки поверхности сплавов. Науглероживание, при котором углеродистая сталь нагревается до 900°C в науглероживающем материале является примером обработки поверхности. Еще одним примером обработки поверхности является азотирование, при котором легированная сталь (C = 0,30 %, Cr = 1,3 %, Al = 1,3 %, Mo = 0,2 %) подвергается воздействию атмосферы диссоциированного аммиака в течение 48–96 часов при температуре 550°С. Образуется поверхностное покрытие из нитрида алюминия. Это покрытие повышает твердость до более чем 1000 единиц по Бринеллю.

Прочие виды обработки поверхности: окрашивание, хромирование и силиконирование, при которых слои толщиной около 1,0 мм содержат 25% Al, 20%; Cr и 14% Si образуются на поверхности мягких и других сталей. Окрашенные стали используются для работы при высоких температурах до 815°С в атмосфере, содержащей серу. Хромированные и силиконизированные стали используются там, где требуется жаростойкость и коррозионная стойкость.

vii. Присоединение:

Готовые материалы, такие как машины, сосуды под давлением, большие конструкции и т. д., могут быть изготовлены в процессе сварки плавлением. При сварке плавлением сплавы сваривают, переводя их в расплавленное состояние с добавлением или без добавления присадочного металла.

При пайке присадочным металлом является цветной металл или сплав, температура плавления которого выше 540°С, но ниже, чем у соединяемых металлов или сплавов.

viii. Термическая обработка:

Обычно используются следующие виды термической обработки:

(а) Отжиг:

При холодной обработке сплава увеличивается предел прочности при растяжении, твердость, ширина дифракционной линии, удельное электрическое сопротивление, коэффициент расширения и электродный потенциал, но снижается пластичность, способность к холодной обработке, плотность и устойчивость к надрезам. При повышении температуры сплава все свойства имеют тенденцию возвращаться к нормальным значениям. Этот нагрев сплава для размягчения называется отжигом.

(b) Дисперсионное твердение:

Термическая обработка, повышающая прочность сплава за счет появления и роста второй фазы в пересыщенном твердом растворе.

При медленном охлаждении сплава 4% меди от 254°C кристаллы тета-фазы появляются, когда температура падает ниже кривой насыщения. Эти тета-кристаллы увеличиваются в размерах, а содержание меди в твердом растворе уменьшается при продолжающемся медленном охлаждении до комнатной температуры. Такое появление кристаллов тета-фазы называется дисперсионным твердением.

(c) Мартенситная закалка:

Осуществляется подавлением эвтектоидного фазового превращения быстрым охлаждением или закалкой. При этом происходит образование твердой нестабильной фазы.

Например, термическая обработка стали заключается в образовании мартенсита, который представляет собой твердую неустойчивую фазу. Мартенсит образуется при закалке аустенита (твердый раствор углерода в гранецентрированном кубическом железе) от температуры выше эвтектоида железо-карбид железа при 720°С.

Главная ›› Промышленное строительство ›› Материалы ›› Сплавы

Теория фаз сплавов — Электронная библиотека ЕНТ

Показаны 1-4 из

32 страницы в этой статье.

PDF-версия также доступна для скачивания.

Описание

Различные нетермодинамические подходы к пониманию и предсказанию фазовых диаграмм исследуются с точки зрения физики твердого тела. Обзор предназначен для того, чтобы показать масштабы деятельности и некоторый прогресс, который был достигнут. (ГТ)

Физическое описание

32 страницы

Информация о создании

Уотсон, RE; Эренрайх, Х. и Беннетт, Л.Х.

1 января 1977 г.

Контекст

Этот

артикул

входит в состав сборника под названием:

Управление научно-технической информации Технические отчеты

а также

предоставлено отделом государственных документов библиотек ЕНТ
к
Электронная библиотека ЕНТ,

цифровой репозиторий, размещенный на
Библиотеки ЕНТ.

Его просмотрели 21 раз.

Более подробную информацию об этой статье можно посмотреть ниже.

Поиск

Открытый доступ

Кто

Люди и организации, связанные либо с созданием этой статьи, либо с ее содержанием.

Авторы

Уотсон, Р. Э.
Эренрайх, Х.
Беннетт, Л. Х.

Издатели

Брукхейвенская национальная лаборатория

Информация об издателе:

Брукхейвенская национальная лаборатория, Аптон, Нью-Йорк (США)

Место публикации:

Аптон, Нью-Йорк
Гарвардский университет

Информация об издателе:

Гарвардский университет, Кембридж, Массачусетс (США)

Место публикации:

Кембридж, Массачусетс
Национальное бюро стандартов, Вашингтон, округ Колумбия (США)

Место публикации:

США

Предоставлено

Библиотеки ЕНТ Отдел государственных документов

Являясь одновременно федеральной и государственной депозитарной библиотекой, отдел государственных документов библиотек ЕНТ хранит миллионы единиц хранения в различных форматах. Департамент является членом Программы партнерства по контенту FDLP и Аффилированного архива Национального архива.

О |

Просмотреть этого партнера

Свяжитесь с нами

Исправления и проблемы
Вопросы

какая

Описательная информация, помогающая идентифицировать эту статью.
Перейдите по ссылкам ниже, чтобы найти похожие элементы в электронной библиотеке.

Описание

Физическое описание

32 страницы

Примечания

Отд. NTIS, ПК A03/MF A01.

Предметы

Ключевые слова

сплавы
Диаграммы
Типы документов 360102* — Металлы и сплавы — Структурные и фазовые исследования
Электронная структура
Фазовые диаграммы
Отзывы

Тематические категории ИППП

36 Материаловедение

Источник

Семинар по применению фазовых диаграмм в металлургии и керамике, Гейтерсбург, Мэриленд, США, 10 января 1977 г.

Язык

Английский

Тип вещи

Статья

Идентификатор

Уникальные идентификационные номера для этой статьи в электронной библиотеке или других системах.

Отчет № :
БНЛ-23181
Отчет № :
КОНФ-770116-6
Номер гранта :
ЭЙ-76-С-02-0016
Отчет Управления научной и технической информации № :
5350229
Ключ архивного ресурса :
ковчег:/67531/metadc1064214

Коллекции

Эта статья является частью следующего сборника связанных материалов.

Управление научно-технической информации Технические отчеты

Отчеты, статьи и другие документы, собранные в Управлении научной и технической информации.

Управление научной и технической информации (OSTI) — это офис Министерства энергетики (DOE), который собирает, сохраняет и распространяет результаты исследований и разработок (НИОКР), спонсируемых Министерством энергетики, которые являются результатами проектов НИОКР или другой финансируемой деятельности в DOE. лаборатории и объекты по всей стране, а также получатели грантов в университетах и других учреждениях.

О |

Просмотрите эту коллекцию

Какие обязанности у меня есть при использовании этой статьи?

Цифровые файлы

32
файлы изображений
доступны в нескольких размерах
1
файл
(. pdf)
API метаданных:
описательные и загружаемые метаданные, доступные в других форматах

Когда

Даты и периоды времени, связанные с этой статьей.

Дата создания

1 января 1977 г.

Добавлено в цифровую библиотеку ЕНТ

4 февраля 2018 г., 10:51

Описание Последнее обновление

3 июня 2021 г. , 9:24.

Статистика использования

Когда эта статья использовалась в последний раз?

Вчерашний день:
0

Последние 30 дней:
1

Всего использовано:
21

Дополнительная статистика

Взаимодействие с этой статьей

Вот несколько советов, что делать дальше.

Поиск внутри

Поиск

Начать чтение

PDF-версия также доступна для скачивания.

Все форматы

Цитаты, права, повторное использование

Ссылаясь на эту статью
Обязанности использования
Лицензирование и разрешения
Связывание и встраивание
Копии и репродукции

Международная структура взаимодействия изображений

Мы поддерживаем IIIF Презентация API

Распечатать/поделиться

Полезные ссылки в машиночитаемом формате.

Архивный ресурсный ключ (ARK)

ERC Запись:
/ark:/67531/metadc1064214/?
Заявление о стойкости:
/ark:/67531/metadc1064214/??

Международная структура совместимости изображений (IIIF)

IIIF Манифест:
/ковчег:/67531/metadc1064214/манифест/

Форматы метаданных

УНТЛ Формат:
/ark:/67531/metadc1064214/metadata. untl.xml
DC РДФ:
/ark:/67531/metadc1064214/metadata.dc.rdf
DC XML:
/ark:/67531/metadc1064214/metadata.dc.xml
OAI_DC :
/oai/?verb=GetRecord&metadataPrefix=oai_dc&identifier=info:ark/67531/metadc1064214
МЕТС :
/ark:/67531/metadc1064214/metadata. mets.xml
Документ OpenSearch:
/ark:/67531/metadc1064214/opensearch.xml

Картинки

Миниатюра:
/ark:/67531/metadc1064214/миниатюра/
Маленькое изображение:
/ковчег:/67531/metadc1064214/маленький/

URL-адреса

В текст:
/ark:/67531/metadc1064214/urls. txt

Статистика

Статистика использования:
/stats/stats.json?ark=ark:/67531/metadc1064214

Уотсон, RE; Эренрайх, Х. и Беннетт, Л.Х.
Теория фаз сплава,
статья,

1 января 1977 г .;

Аптон, Нью-Йорк.

(https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1064214/:
по состоянию на 14 сентября 2022 г.),
Библиотеки Университета Северного Техаса, цифровая библиотека ЕНТ, https://digital.library.unt.edu;
зачисление отдела государственных документов библиотек ЕНТ.

Теория превращений металлов и сплавов

Часть I
Общее введение . Классификация трансформаций. Особенности зародышеобразования и ростовых превращений. Характеристики мартенситных превращений. Кривые изотермических превращений
Формальная геометрия кристаллических решеток . Описание идеального кристалла. Линейные преобразования системы координат. Аффинные преобразования: однородная деформация. двойные кристаллы.
Теория скорости реакции . Химическая кинетика и энергия активации. Теория скорости реакции.
Термодинамика необратимых процессов . Микроскопическая обратимость: взаимные отношения онзагера. Производство энтропии в природных процессах.
Структура реальных металлов . Металлоконструкции: полиморфизм. Точечные дефекты в кристаллах. Кристаллические поверхности: равновесная структура ступени. Структура плотноупакованных поверхностей.
Растворы твердых веществ . Парные функции вероятности: термодинамические свойства. Модель ближайшего соседа: регулярные решения. Квазихимическая теория: другие статистические теории. Энергия несоответствия в твердых растворах: субрегулярные растворы.
Теория дислокаций . Введение: краевые и винтовые дислокации. Геометрические свойства дислокаций. Дислокации в упругой среде. Формирование и свойства кристаллических дислокаций
Поликристаллические заполнители . Макроскопическая теория. Дислокационные модели границ зерен. Энергии границ зерен. Межфазные границы: поверхностные дислокации.
Диффузия в твердом теле . Механизм миграции атомов. Статистическая основа диффузии: закон Фика. Феноменологическая теория диффузии. Восходящая диффузия.
Классическая теория нуклеации . Образование зародышей новой фазы. Гетерофазные флуктуации: теория нуклеации Фольмера. Теория нуклеации Беккера-Дёринга. Зарождение твердого тела из паров жидкости.
Теория термоактивированного роста . Рост контролируется процессами на границе раздела. Диффузионно-контролируемый рост. Линейный рост дуплексных областей.
Формальная теория кинетики превращений . Превращение зародилось на границах зерен. Анализ кривых изотермического превращения. Преобразование с параболическими законами роста. Влияние температуры: неизотермические превращения.
Часть II
Рост из паровой фазы . Рост идеального кристалла при низком пересыщении. Реальные кристаллы: теория роста кристаллов Франка. Рост поверхностных покрытий и тонких пленок из пара. Рост вискеров, нанокристаллов, квазикристаллов и аморфных твердых тел из паровой фазы.
Затвердевание и плавление Затвердевание чистых металлов. Зарождение жидкотвердофазного перехода в сплавах. Рост кристаллов из расплава. Рост из жидкого сплава.
Полиморфные изменения . Твердофазные реакции в чистых металлах. Массовые трансформации.
Осаждение из пересыщенного твердого раствора . Типы осаждения: спинодальный распад. Непрерывные осадки. Прерывистые осадки. Формирование зоны ГП и другие низкотемпературные изменения.
Эвтектоидные превращения .Эвтектоидное разложение и диаграммы Т-Т-Т. Аустенитно-перлитное превращение в сталях. Образование аустенита из двухкомпонентных смесей феррита и цементита.
Преобразования порядок-беспорядок . Образование сверхрешетки. Упорядочивание как непрерывная реакция: изменение дальнего порядка.
Извлечение, перекристаллизация и рост зерна . Отжиг холоднодеформированных металлов. Первичная перекристаллизация. Рост зерен, вторичная рекристаллизация и образование двойников.
Двойникование деформации . Кристаллография двойникования. Действующие режимы двойникования в металлических конструкциях. Зарождение и рост механических двойников. Влияние внешних переменных на побратимство.
Характеристики мартенсовых превращений . Атомные движения при превращении. Деформация, вызванная перемещением интерфейсов. Эффекты напряжения: термоупругое превращение.
Кристаллография мартенситных превращений . Общее описание формальных теорий. Мартенистическое превращение в сталях. Объемно-центрированные кубические преобразования в орторомбические. Другие приложения формальной теории.
Кинетика мартенситных превращений . Зарождение мартенсита. Формальная кинетика образования мартенсита.
Быстротвердеющий . Методы быстрого охлаждения жидкости: общие свойства образующегося твердого вещества. Аморфные (стекловидные) металлы. Квазикристаллы.
Бейнитная сталь . Микроструктуры и свойства. Кристаллография бейнита.
Сплавы с памятью формы . Псевдоупругость и гистерезис. Память формы.

Магнетизм и теория сплавов

[Офис: PS141, Физические науки; Тел. : +44 2476 523381, электронная почта: j.b.staunton at warwick.ac.uk]

Директор Центра докторантуры по моделированию гетерогенных систем (HetSys)

Группа теории магнетизма и сплавов ‘ s исследование направлено на описание различных свойств материалов путем тщательного учета их электронного «клея» или структуры, которая включает спиновую поляризацию и релятивистские эффекты, такие как спин-орбитальная связь. Для этого требуются методы и ресурсы высокопроизводительных вычислений, такие как те, которые доступны в Центр научных вычислений (CSC) Уорикского университета. Таким образом группа изучает теоретический металлический магнетизм, а также, на той же электронной основе, теорию типов сплавов, которые могут образовываться при объединении двух или более металлических элементов. Сильная сторона работы состоит в том, что она является «первопринципной», так что многие аспекты могут быть проверены в количественных деталях с помощью ряда экспериментальных измерений. Группа сотрудничает с несколькими другими как на национальном, так и на международном уровне и активно участвует в крупной европейской электронной структуре PSI-K сеть. Текущие проекты касаются разработки теории электронной структуры ab-initio за пределами стандартного DFT, чтобы включить эффекты сильных электронных корреляций и конечных температур, например. к свойствам редкоземельных и переходных металлов. Делаются приложения к постоянным магнитам из редкоземельных металлов, спинтронике, магнитным свойствам гетероструктур и нанокластеров, магнитокалорическим и магнитным материалам с памятью формы, а также электрокалорическим и термоэлектрическим материалам.

Теория магнитного упорядочения в тяжелых редкоземельных элементах: Ab Initio Электронное происхождение парных и четырехспиновых взаимодействий Эдуардо Мендив-Тапия и Джули Б. Стонтон, Phys. Преподобный Летт. 118 , 197202, (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118. 197202

Фрустрированный магнетизм и калорические эффекты в нитридах антиперовскита на основе Mn: теория Ab initio J. Zemen, E. Mendive-Tapia, Z. Gercsi, R. Banerjee, J.B. Staunton и K.G. Sandeman, Phys. Версия Б 95 , 184438, (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.184438

Магнитные взаимодействия редкоземельных и переходных металлов в первозданном и легированном (Ni, Fe) YCo5 и GdCo5 Кристофер Э. Патрик, Сантош Кумар, Гита Балакришнан, Рэйчел S. Edwards, Martin R. Lees, Eduardo Mendive-Tapia, Leon Petit, and Julie B. Staunton, Phys. Ред. Материалы 1 , 024411, (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.1.024411

Расчет магнитной анизотропии ферримагнетиков из редкоземельных металлов с переходными металлами Кристофер Э. Патрик, Сантош Кумар, Гита Балакришнан, Рэйчел С. Эдвардс, Мартин Р. Лис, Леон Пети и Джули Б. Стонтон, Phys. Преподобный Летт. 120 , 097202, (2018) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett. 120.097202

Магниты из редкоземельных металлов и переходных металлов при конечной температуре: «Релятивистская теория функционала плотности с поправкой на самодействие в неупорядоченной локальной мгновенное изображение Кристофера Э. Патрика и Джули Б. Стонтон, Phys. Rev. B 97 , 224415 (2018) https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.224415

Вызванный полем наклон магнитных моментов в GdCo5 при конечной температуре: расчеты из первых принципов и измерения в сильном поле Кристофера Э. Патрик, Сантош Кумар, Кэтрин Готце, Мэтью Дж. Пирс, Джон Синглтон, Джордж Роулендс, Гита Балакришнан, Мартин Р. Лис, Пол А. Годдард и Джули Б. Стонтон, J. Phys: Condens. Материя, 30,32лт01,(2018). https://doi.org/10.1088/1361-648x/aad029

Мультисайтовый усиленный обменом барокалорический ответ в Mn3NiN Дэвид Болдрин, Эдуардо Мендив-Тапия, Ян Земен, Джули Б. Стонтон, Томас Хансен, Арасели Аснар, Хосеп-Луис Тамарит, Мария Баррио, Пол Льоверас, Джиёб Ким, Ксавье Мойя, и Lesley F. Cohen, Phys. Ред. X 8, 041035, (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.041035

Коэффициенты кристаллического поля для иттриевых аналогов магнитов из редкоземельных и переходных металлов с использованием теории функционала плотности в волне, дополненной проектором формализм Кристофера Э. Патрика и Джулии Б. Стонтон, J. Phys.: Condens. Matter 31, 305901 (2019) Journal

Структурные и магнитные свойства GdCo _5-x Ni _x Эми Л. Тедстон, Кристофер Э. Патрик, Сантош Кумар, Рэйчел С. Эдвардс, Мартин Р. Лис, Гита Балакришнан и Джули Б. Стонтон, Phys. Ред. Материалы 3, 034409(2019) Journal

Ab initio расчеты температурно-зависимой магнитострикции Fe и A2 Fe _{1 -x} Ga _x в неупорядоченном локальном моменте изображения Джорджа А. Маршана, Кристофера Э. Патрика и Джули Б. Стонтон, Phys. B 99, 054415 (2019) Journal

Расчеты из первых принципов магнитокристаллической анизотропии граничной фазы прототипа ячейки Y (Co _1-x-y Fe _x Cu _y ) _{5 by} Christopher E. Patrick, Munehisa Matsumoto Стонтон, Дж. Магн. Магн. Матер. 477, 147 (2019) Journal

Ab initio теория свободной энергии Гиббса и иерархия функций корреляции локальных моментов в системах с блуждающими электронами: магнетизм класса материалов Mn3A Эдуардо Мендив-Тапия и Джули Б. Стонтон, Phys. Версия Б 99, 144424, (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.144424

Температурно-зависимая магнитокристаллическая анизотропия постоянных магнитов редкоземельных и переходных металлов из первых принципов: легкие интерметаллиды RCo5 (R=Y, La-Gd) Кристофера Э. Патрика и Julie B. Staunton, Phys. Ред. Материалы 3. 101401(R), (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.3.101401

Калорические эффекты вокруг фазовых переходов в магнитных материалах, описанные теорией ab initio: электронный клей и флуктуирующие локальные моменты Эдуардо Мендив-Тапия и Джули Б. Стонтон, Дж. Аппл . физ. 127 (11) https://doi.org/10.1063/5.0003243

Исследование с помощью магнитометрии крутящего момента спинового переориентационного перехода и температурно-зависимой магнитокристаллической анизотропии в NdCo5 Сантош Кумар, Кристофер Э. Патрик, Рэйчел С. Эдвардс, Мартин Р. Лис, Гита Балакришнан и Джули Б. Стонтон, J. Phys.: Конденс. Matter 32 , 255802, (2020) https://doi.org/10.1088/1361-648X/ab7ad6

Ферромагнитные переходы первого рода локальных моментов лантаноидов в двухвалентных соединениях: механизм передвижных электронов с положительной обратной связью и топология поверхности Ферми изменение Эдуардо Мендив-Тапия, Дурга Паудьял, Леон Пети и Джули Б. Стонтон, Phys. Версия Б 101 , 174437, (2020) https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.174437

Температурно-зависимая спиновая поляризация Гейслера Co2MnSi из подхода неупорядоченного локального момента : Эффекты атомного беспорядка и нестехиометрии Кэндзи Нава, Иван Курниаван, Кейсуке Масуда, Йошио Миура, Кристофер Э. Патрик и Джули Б. Стонтон, Phys. B 102, 054424, (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.054424

Текстура короткопериодной намагниченности B20-MnGe, объясненная термически флуктуирующими локальными моментами Э. Мендив-Тапия, М. душ Сантос Диас, С. Грицюк, Дж. Б. Стонтон, С. Блюгель и С. Лоунис, Phys. Ред. B103, 024410, (2021). Журнал

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766

	Публикация бумаги WeChat

Недавно опубликованные статьи

Лаиса Прата Морейра Фернандес, Лаис Феррейра Назарет, Ярло Энрике Друмон Пирес Паскоаль, Карлос Эдуардо Фидель де Соуза и Сильва, Андре Луис Ксавьер Гимарайнш Насри, Педро Скарпини Гомеш Гнапп, Густаво Раймес Богеа Феликс, Рохерио Габриэль де Кастро Москейра, Карлос Альберто Джуниор Москейра де Оливейра, Сара Налия де Оливейра Коста, Ханс Шмидт Сантос
Люк Календеле Лундеми, Стефани Салуму Нима, Эммануэль Казингуву Атибу, Криспин Кьела Муладжи, Тьерри Табу Тангу, Камилла Ипей Нсиманда, Роберт Буэя Суами, Мари Онококо Эсако, Дьедонне Эюл’Анки Мусибоно, Фернандо Пьедаде Карвальо

Лекция №2. Теория сплавов

Основы теории сплавов презентация, доклад

Козлов Ю. С. Материаловедение. – М.: «Агар», Санкт-Петербург, «Лань», 1999

Материаловедение — Научная электронная библиотека

Часть I. ТЕОРИЯ СПЛАВОВ

Глава 2. Методика исследования структуры, фазового состава и механических характеристик металлов и сплавов

Глава 3. Строение и свойства сплавов

Глава 4. Диаграммы состояния систем

Часть II. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Глава 6. Теория термической обработки стали

Глава 7. Технология термической обработки стали

Глава 8. Химико-термическая обработка стали

Часть III. РАЗНОВИДНОСТИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Глава 10. Конструкционные стали

Глава 11. Инструментальные стали и сплавы

Глава 12. Стали и сплавы с особыми свойствами

Глава 13. Алюминий и его сплавы

Глава 14. Магний и его сплавы

Глава 16. Титан и его сплавы

Глава 17. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе

Часть V. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Часть VI. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Глава 20. Резины

Глава 21. Керамические материалы

Глава 22. Стеклянные материалы

Глава 23. Композиционные материалы

«Материаловедение» Программа курса

Материаловедение машиностроительного производства. В 2 ч. Часть 1 — Образовательная платформа «Юрайт». Для вузов и ссузов.

Теория сплавов — Глава книги

: теория, режимы и лечение | Материалы

Типы сплавов:

Сплавы свинца:

Теория фаз сплавов — Электронная библиотека ЕНТ

Описание

Физическое описание

Информация о создании

Контекст

Кто

Авторы

Издатели

Предоставлено

Библиотеки ЕНТ Отдел государственных документов

Свяжитесь с нами

какая

Описание

Физическое описание

Примечания

Предметы

Ключевые слова

Тематические категории ИППП

Источник

Язык

Тип вещи

Идентификатор

Коллекции

Управление научно-технической информации Технические отчеты

Цифровые файлы

Когда

Дата создания

Добавлено в цифровую библиотеку ЕНТ

Описание Последнее обновление

Статистика использования

Взаимодействие с этой статьей

Поиск внутри

Начать чтение

Цитаты, права, повторное использование

Международная структура взаимодействия изображений

Распечатать/поделиться

Архивный ресурсный ключ (ARK)

Международная структура совместимости изображений (IIIF)

Форматы метаданных

Картинки

URL-адреса

Статистика

Теория превращений металлов и сплавов

Магнетизм и теория сплавов

Открытый доступ SCIRP

Журналы по тематике

Публикуйте у нас