- •2. Атомно-кристаллическое строение металлов
- •Строение реальных кристаллов
- •Аллотропические модификации металлов
- •3.2. Механизм процесса кристаллизации
- •3.3. Аморфное состояние металлов
- •3.4. Реальная форма кристаллических образований
- •3.5. Получение монокристаллов
- •3.6. Жидкие кристаллы
- •3.7. Строение стального слитка
- •3.8. Методы исследования структуры
- •4.2.2. Твердость – способность материалов сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела, которое называется индентором.
- •4.3. Конструкционная прочность металлов и сплавов
- •4.4. Пути повышения прочности металлов
- •4.5. Влияние нагрева на строение и свойства деформированного металла (рекристаллизация)
- •5.2. Химические соединения
- •5.3. Электронные соединения (фазы Юм – Розари)
- •5.4. Механические смеси
- •6. Диаграмма состояния
- •6.1. Построение диаграмм состояния (равновесия)
- •6.2. Правило отрезков или правило рычага
- •6.3. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов ( I рода)
- •Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (III рода)
- •6.7. Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения
- •6.8. Связь диаграммы состояния сплава с его свойствами
- •7 Анализ диаграммы «железо - углерод»
- •7.1. Характеристика линий и точек диаграммы Fe – Fe3c
- •Механические свойства некоторых марок серых чугунов (гост 1412-85)
- •8.2. Превращения в стали при нагреве - образование аустенита (I превращение)
- •8.4. Перлитное превращение
- •8.5. Бейнитное превращение
- •9.2. Классификация видов термической обработки
- •9.3. Способы закалки
- •9.4. Закаливаемость и прокаливаемость
- •10. Внутренние напряжения
- •11. Отпуск
- •12. Химико-термическая обработка (хто)
- •12.1. Цементация стали
- •13. Термомеханическая обработка
- •14.2. Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита
- •14.5. Принципы комплексного легирования
- •14.6. Технологические особенности термической обработки легированной стали
- •15. Конструкционные материалы
- •15.1. Классификация конструкционных сталей
- •16. Инструментальные стали и сплавы
- •16.1. Режущие стали
- •16.2. Быстрорежущие стали
- •16.3. Твердые peжyщие сплавы
- •16.4. Штамповые стали
- •16.5. Стали для измерительных инструментов
- •17.2. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы
- •17.3. Криогенные стали и сплавы
- •17.4. Магнитные стали и сплавы
- •17.5. Сплавы с особенностями электросопротивления
- •17.6. Сплавы с высоким электросопротивлением
- •17.7. Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения
- •Технические железоникелевые сплавы относятся к сталям аустенитного класса.
- •17.8. Сплавы с заданными упругими свойствами
- •18.2. Алюминиевые сплавы
- •18.5. Антифрикционные сплавы
- •Список использованных источников
- •Содержание
3.6. Жидкие кристаллы
Жидкие кристаллы – это жидкости с упорядоченной молекулярной структурой. Благодаря упорядочению молекул они занимают промежуточное положение между кристаллами и обычными жидкостями с беспорядочным расположением молекул. Жидкие кристаллы текучи, как обычные жидкости, но в то же время обладают анизотропией свойств, как кристаллы.
Известно несколько сотен жидких кристаллов, важное место среди них занимают некоторые органические вещества, у которых молекулы имеют удлиненную форму.
По структуре жидкие кристаллы разделяют на три класса (рис. 3.8):
- I (нематические);
- II (смектические);
- III (холестерические).
Рис. 3.8. Типы структур жидких кристаллов: а – нематические; б – смектические; в - холестерические
Ориентационный порядок в расположении молекул создает анизотропию: показатель преломления света, диэлектрическая проницаемость, удельное электрическое сопротивление, вязкость и многие другие свойства зависят от направления, вдоль которого измеряют их величины, например, параллельно или перпендикулярно осям молекул.
Структура жидких кристаллов легко изменяется под действием давления, электрического поля, нагрева. Это явление дает возможность управлять их свойствами путем слабых воздействий и делает жидкие кристаллы незаменимыми материалами для изготовления особо чувствительных индикаторов.
Способность изменять оптические свойства жидких кристаллов первого класса, а также кристаллов третьего класса под влиянием электрического поля и температурных условий широко используется в приборостроении.
В жидких кристаллах первого класса наблюдается электрооптический эффект динамического рассеяния света.
Жидкие кристаллы используют в цветных индикаторах и других цветовых устройствах. Для цветных изображений применяют смеси жидких кристаллов с красителями, также имеющими продолговатые молекулы.
На основе жидких кристаллов изготовляют медицинские термометры, датчики температуры для контроля перегрева узлов и деталей, преобразователи невидимого инфракрасного излучения в видимый свет. В последнем случае поглощение инфракрасного излучения нагревает жидкий кристалл так, что изменяется окраска отраженного света. Жидкие кристаллы применяют в модуляторах, системах отображения информации – калькуляторах, ручных часах, измерительных приборах автомобилей, устройствах для отклонения светового потока и др.
3.7. Строение стального слитка
Различные сочетания факторов, влияющих на кристаллизацию, приводят к своеобразной структуре стальных слитков.
Типичная структура слитка состоит из трех основных зон (рис.3.9).
Рис. 3.9. Схема строения стального слитка
Первая зона – наружная мелкозернистая корка I, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов – дендритов. При первом соприкосновении со стенками изложницы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает резкий градиент температур и , как следствие, явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.
Вторая зона – зона столбчатых кристаллов II. После образования самой корки условия теплоотвода меняются (из-за теплового сопротивления, из-за повышения температуры стенки изложницы и других причин), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения стали. В результате, из небольшого числа центров кристаллизации начинают расти нормально ориентированные к поверхности корки (т.е. в направлении отвода тепла) столбчатые кристаллы.
Третья зона слитка – зона равноосных кристаллов III. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. Температура застывающего металла успевает почти уравняться в различных точках, и жидкость обращается как бы в кашеобразное состояние вследствие образования в различных ее точках зачатков кристаллов. Далее зачатки разрастаются осями – ветвями по различным направлениям, встречаясь друг с другом. В результате этого процесса образуется равноосная структура. Зародышами кристалла здесь являются обычно различные мельчайшие включения, присутствующие в жидкой стали или случайно в нее попавшие, или не растворившиеся в жидком металле.
Применяя различные технологические приемы, можно изменить количественное соотношение зон или исключить из структуры слитка какую-либо зону вообще (рис.3.10).
а б
Рис. 3.10. Схемы макроструктур слитков: а – столбчатые кристаллы;
б – равноосные кристаллы
Например, перегрев сплавов перед разливкой и быстрое охлаждение при кристаллизации приводят к формированию структуры, состоящей практически из одних столбчатых кристаллов (рис.3.10а). Такая структура называется транскристаллической. Подобную структуру имеют слитки очень чистых металлов. Зона столбчатых кристаллов характеризуется наибольшей плотностью, но в месте стыка столбчатых кристаллов собираются нерастворимые примеси, и слитки с транскристаллической структурой часто растрескиваются. Транскристаллическая структура в сварных швах уменьшает прочность.
На практике для измельчения структуры металлов и сплавов широко применяют технологическую операцию, называемую модифицированием. Она состоит во введении в жидкий сплав перед разливкой специальных добавок (модификаторов). В качестве модификаторов используют поверхностно-активные вещества (например, бор в стали, натрий в алюминии и его сплавах) и элементы, образующие тугоплавкие тонкодисперсионные частицы (например, титан, цирконий в алюминии и его сплавах; алюминий, титан в стали). Модификаторы добавляют в сплавы в количествах от тысячных до десятых долей процента.
Слитки сплавов имеют неоднородный состав. Неоднородность сплава по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям, образующаяся при кристаллизации слитка, называется ликвацией.
Химическая неоднородность по отдельным зонам слитка называется зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойства. В реальных слитках помимо зональной встречаются и другие виды ликвации: внеосевая, дендритная, карбидная, подусадочная, угловая, гравитационная.
Так, гравитационная ликвация образуется в результате разницы в удельных весах твердой и жидкой фаз, а также при кристаллизации несмешивающихся жидких фаз.
Жидкий металл имеет больший объём, чем закристаллизовавшийся, поэтому залитый в форму металл в процессе кристаллизации сокращается в объёме, что приводит к образованию пустот, называемых усадочными раковинами. Усадочные раковины могут быть сконцентрированы в одном месте, либо рассеяны по всему объёму слитка или по его части. Они могут быть заполнены газами, растворимыми в жидком металле, но выделяющимися при кристаллизации.
В хорошо раскисленной, так называемой спокойной стали, отлитой в изложницу с утепленной подложкой, усадочная раковина образуется в верхней части слитка и в объёме всего слитка содержится малое количество газовых пузырей и раковин. Недостаточно раскисленная, так называемая кипящая сталь, содержит раковины и пузыри во всем объёме. Поэтому спокойный металл более плотный, чем кипящий.