- •Глава 1. Кристаллическое строение металлов
- •Глава 2 механические свойства металлов
- •2.1. Статические испытания
- •2.1.1.Испытания на растяжение.
- •2.2. Динамические испытания
- •2.2.1. Испытание на удар, Ударная вязкость и порог хладноломкости
- •2.2.2. Циклические испытания металлов. Кривая усталости. Предел выносливости.
- •2.2.3. Определение твёрдости
- •Глава 3. Пластическая деформация
- •3.1. Пластическая деформация. Влияние пластической деформации на свойства сталей. Явление наклёпа. Влияние наклёпа на структуру и свойства металлов. Механизмы пластической деформации.
- •3.2. Назначение рекристаллизационного отжига. Первичная и собирательная рекристаллизация. Понятие о критической степени деформации.
- •3.3. Холодная и горячая пластическая деформация.
- •Глава 4. Теория металлических сплавов
- •4.1. Основные понятия теории сплавов.
- •4.1.1. Компонент, фаза, чистые химические элементы.
- •4.1.2.Твёрдые растворы, виды твёрдых растворов. Условия образования твёрдых растворов.
- •4.1.3. Химические соединения.
- •4.2. Диаграммы фазового равновесия (диаграммы состояния)
- •4.2.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии
- •4.2.2. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью и эвтектикой
- •4.3. Связь диаграмм состояния со свойствами сплавов
- •Глава 5 железо и сплавы на его основе
- •5.1. Компоненты и фазы в системе Fe-c
- •5.2. Диаграмма состояния железо-цементит
- •5.3. Структуры железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии
- •5.4. Серые чугуны
- •5.5. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- •Глава 6. Теория термической обработки
- •Глава 6 теория термической обработки
- •6.1.Превращение перлита в аустенит при нагреве
- •6.2. Превращения переохлаждённого аустенита
- •6.2.1. Диаграмма изотермического распада переохлаждённого аустенита
- •6.2.2. Перлитное превращение
- •6.2.3. Мартенситное превращение
- •6.2.4. Промежуточное (бейнитное) превращение
- •6.2.5. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении
- •6.2.6. Влияние легирующих элементов на распад аустенита
- •Глава 7. Практика термической обработки стали
- •7.1 Отжиг
- •7.2. Нормализация
- •7.2.1. Классификация сталей по структуре в нормализованном состоянии
- •7.3. Закалка
- •7.4. Отпуск стали
- •7.4.1. Отпускная хрупкость
- •7.5. Закаливаемость и прокаливаемость стали
- •7.6. Способы поверхностного упрочнения сталей
- •7.6.1. Поверхностная закалка стали с индукционным нагревом (закалка твч)
- •7.6.2. Цементация
- •7.6.3. Азотирование
- •8. Стали
- •8.2. Маркировка сталей(5.04.2012)
- •8.2.1.Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества:
- •8.2.2. Углеродистые конструкционные качественные стали
- •8.2.3. Конструкционные легированные стали
- •8.2.4. Инструментальные стали:
- •8.3. Конструкционные стали общего назначения
- •8.4. Конструкционные стали специального назначения
- •8.4.1. Износостойкие стали
- •8.4.2. Стали, устойчивые против коррозии
- •8.4.2.1. Жаростойкие стали
- •8.4.2.2. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали
- •8.4.3. Жаропрочные стали
- •8.4.3.1. Стали перлитного класса
- •8.4.3.2. Стали мартенситного (мартенситно-ферритного) класса:
- •8.5. Инструментальные стали
- •8.5.1. Стали для режущих инструментов
- •8.5.1.1. Углеродистые стали: у7…у13 (у8а…у13а).
- •8.5.1.3. Быстрорежущие стали
- •8.5.2. Стали для измерительных инструментов
- •8.5.3. Стали для штампов
- •9. Сплавы цветных металлов
- •9.1. Алюминий и его сплавы
- •9.1.1. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой
- •9.1.2. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термообработкой
- •9.2. Медь и ее сплавы
- •9.2.1. Латуни
- •9.2.2. Бронзы
- •9.2.2.1. Оловянные бронзы
- •9.3. Подшипниковые сплавы
- •9.4. Титан и его сплавы
- •Пластмассы
- •9.2. Полимерные структуры Наполнители
- •9.3. Клеи
- •9.4. Герметизирующие материалы
- •9.5. Лакокрасочные материалы
Глава 1. Кристаллическое строение металлов
ФАЗА И СТРУКТУРА.
Фаза – называют однородную составную часть системы, имеющую определённые состав, кристаллическое строение и свойства.
Структура – под этим определением понимают форму, размеры и характер взаимного расположения соответствующих фаз в металлах или сплавах.
АТОМНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ.
Металлы обладают следующими свойствами:
Высокой тепло и электропроводностью.
С ростом температуры электросопротивление металлов растёт.
Высокой термоэлектронной эмиссией, то есть металлы при нагреве легко испускают электроны.
Обладают наличием металлического блеска.
Высокой пластичностью – их можно ковать.
У металлов чаще всего встречаются следующие кристаллические решётки: кубическая, гексоганальная, тетрогональная.
Кубическая решетка бывает объемно центрированная и гранецентрированная.
Объемно центрированнаякубическая решетка (ОЦК). Железо (до 910о), а также Cr,Mo,W,Nbи др. металлы.
Период – это расстояние между двумя параллельными атомными плоскостями в элементарной ячейке. Период характеризует объём этой ячейки.
Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК). Железо (выше 910о), а также Al, Cu, Ni и др. металлы. Период – это ребро куба.
Гексагональная решетка имеет два периода решетки:α ≠ c. Кадмий, цинк, графит и магний.
Тетрагональнаярешеткаα ≠ c. Закалённая сталь, Mn, In. Она может быть объёмно центрированной или гранецентрированной.
СТРОЕНИЕ РЕАЛЬНЫХ КРИСТАЛЛОВ.
Зернистое строение:
Поликристалл. При кристаллизации металлов образуется большое количество зародышей твердой фазы, и растут они за счет жидкого металла. Затем при росте они сталкиваются друг с другом и их рост прекращается, так как жидкости между ними уже нет. При этом каждый зародыш образует свое зерно, и в результате в металле будут зерна и границы зерен, то есть металл имеет зернистое строение
Монокристалл.Весь кристалл состоит из одного зерна (полупроводники, солнечные батареи и др.).
ПОЛИМОРФИЗМ.
Полиморфизм – это свойство металла иметь разные кристаллические решетки (полиморфные модификации) при разных температурах. Полиморфизм присущ многим металлам, например, Feα имеет ОЦК-решетку, Feγ – ГЦК, Tiα – гексагональную, Tiβ – ОЦК и т.д. Температура полиморфного превращения чистых металлов постоянна: Feα↔Feγ – 910 оС; Tiα↔Tiβ – 882оС. Полиморфные модификации имеют разные свойства.
ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ.
Дефекты - это несовершенства кристаллического строения.
Точечные дефекты, сопоставимы с размерами атомов:
вакансии –отсутствующие атомы в узлах кристаллической решетки;
межузельные атомы– собственные атомы между узлами;
атомы внедрения и замещения– примесные атомы
Линейные дефекты –дислокации(рис. 3):
краевая дислокация– граница неполной атомной плоскости, перпендикулярная вектору сдвига в кристаллической решетке;
винтовая дислокация– линия, параллельная вектору сдвига, вокруг которой атомные плоскости образуют винтовую поверхность.
Плотность дислокаций, см-2– суммарная протяженность дислокаций в 1 см3кристалла.
Поверхностные дефекты. К ним относятся:
границы зерен– поверхности раздела между отдельными зернами в поликристалле;
дефекты упаковки – нарушения чередования атомных плоскостей.
Объемные дефекты: поры, трещины, частицы вторичных фаз, и т.д.
Дефекты искажают кристаллическую решетку и влияют на свойства металлов (рис 4). Увеличение плотности дислокаций в технических металлах (участок 4) приводит к повышению прочности металлов. Высокую прочность имеют кристаллы с бездефектной структурой - «усы» (участок 2).
ПРОЦЕСС КРИССТАЛЛИЗАЦИИ
Любое вещество может находиться в 4 агрегатных состояниях. Переход из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым превращением.Фазовые превращения для чистых кристаллических тел происходят при Т=const.
Кристаллизацией называется процесс образования кристаллов(образование кристаллической решетки) из жидкой или газообразной фаз.Форма, величина, а также направление кристаллов влияет на все свойства металлов и сплавов.
СТЕПЕНЬ ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЯ измеряется в градусах Цельсия и зависит от скорости охлаждения (чем больше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждения), природы и чистоты расплава (чем чище расплав, тем меньше степень переохлаждения. Начичие нерастворённых частичек ускоряет процесс кристаллизации, увеличивает степень переохлаждения.).
Рис.1.1. Кривые изменения числа центров кристаллизации (Ч.Ц.) и скорости роста кристаллов (С.Р.) от степени переохлаждения.
На практике измельчение зерна в сплавах достигается путём модифицирования, путём введения в расплав дисперсных частичек, являющимися дополнительными центрами кристаллизации.