- •Теоретический курс
- •Раздел 1. Металловедение.
- •1.1. Общая характеристика металлов.
- •1.1.1. История познания металлов человеком
- •1.1.2. Кристаллическое строение
- •1.1.3. Типы кристаллических решеток
- •1.1.4. Анизотропия свойств кристаллов
- •1.1.5. Полиморфизм в металлах
- •1.1.6. Строение реальных кристаллов
- •Вопросы для самопроверки
- •2.2. Кристаллизация металлов
- •2.2.1. Теоретические основы
- •1.2.2. Механизм процесса кристаллизации
- •1.2.3. Основные явления кристаллизации слитков. Влияние формы кристаллов на служебные характеристики металла
- •Вопросы для самопроверки
- •1.3. Основы теории сплавов.
- •1.3.1. Внутреннее строение и свойства механических смесей, твердых растворов и химических соединений
- •1.3.2. Диаграммы состояния сплавов. Их типы и построение
- •Вопросы для самопроверки
- •1.4. Железоуглеродистые сплавы.
- •1.4.1. Железо
- •1.4.2. Углерод
- •1.4.3. Структурные составляющие системы железо-углерод
- •1.4.4. Диаграмма состояния железо – цементит (метастабильное равновесие)
- •Вопросы для самопроверки
- •1.5. Термическая обработка стали
- •1.5.1. Основы технологии термической обработки
- •1.5.2. Основные параметры процессов термической обработки
- •1.5.3. Основные виды термической обработки
- •1.5.4. Основные превращения в сталях в процессах термообработки
- •1.5.5. Химико-термическая обработка стали. Общая характеристика процессов
- •1.5.6. Термомеханическая обработка (тмо)
- •Вопросы для самопроверки
- •1.6. Физические основы пластичности и прочности металлов
- •1.6.1. Виды деформации
- •1.6.2. Механические свойства металлов
- •1.6.3. Влияние дефектов кристаллической решетки на прочность металла
- •1.6.4. Методы исследования строения, структуры и свойств металлов
- •Вопросы для самопроверки
- •1.7. Влияние температуры на структуру и свойства металлов
- •1.7.1. Диффузия ядер в металлах
- •1.7.2. Влияние повышения температуры на механические свойства
- •1.7.3. Возврат и рекристаллизация деформированного металла при нагреве
- •1.7.4. Сфероидизация и графитизация цементита в сталях
- •Вопросы для самопроверки
- •1.8. Углеродистые и легированные стали
- •1.8.1. Условия эксплуатации и требования к сплавам
- •1.8.2. Структура и основные свойства сталей
- •1.8.3. Принципы классификации и маркировки сталей
- •1.8.4. Конструкционные стали
- •1.8.5. Инструментальные стали
- •1.8.6. Легированные стали в энергетике
- •Вопросы для самопроверки
- •1.9. Чугуны
- •1.9.1. Классификация чугунов
- •1.9.2. Серые чугуны
- •1.9.3. Высокопрочные чугуны
- •1.9.4. Ковкие чугуны
- •1.9.5. Специальные чугуны
- •1.9.6. Маркировка чугунов
- •Вопросы для самопроверки
- •1.10. Сплавы на основе железа с различными металлами
- •Вопросы для самопроверки:
1.1.4. Анизотропия свойств кристаллов
Плотность расположения ядер в решетке по различным плоскостям неодинакова. Вследствие этого свойства отдельно взятого кристалла в данном направлении отличаются от таковых в другой ориентации, и зависят от плотности упаковки решетки. Различие свойств металла в разных кристаллографических направлениях называется анизотропией. Реальный технический металл состоит из большого числа монокристаллов, называемых кристаллитами, и является поликристаллом. Если кристаллиты многогранны, то их называют полиэдрами, если округлы, то зернами. Кроме того он содержит дополнительные фазы, относящиеся к примесным элементам, например, графита и др. В большинстве случаев единичные монокристаллы статистически неупорядоченно ориентированы друг к другу, поэтому во всех направлениях свойства металлов более или менее одинаковы, следовательно поликристаллы являются псевдо- или квазиизотропными.
1.1.5. Полиморфизм в металлах
В зависимости от внешних условий один и тот же металл может иметь разные по структуре и симметрии кристаллы. Способность вещества существовать в виде двух или нескольких структурных разновидностях, относящихся к различным кристаллическим системам, называется полиморфизмом. Полиморфизм является частным проявлением аллотропии элементов, под которой понимается существование у гомоядерных веществ двух или более структурных форм (например, металлическое и полимерное олово). Понятие аллотропии относится к простым веществам независимо от их агрегатного (не только твердого) состояния. Разные структурные кристаллические формы вещества называются полиморфными модификациями, а переходы между ними полиморфными превращениями.
Явление полиморфизма очень распространено в природе. Практически все вещества, в том числе и металлы, могут быть получены в многообразных модификациях.
В соответствии с различием в кристаллической структуре полиморфные модификации отличаются (иногда очень резко) по своим физическим свойствам – плотности, твердости, пластичности, электронной проводимости и др. Полиморфные вариации разнятся и по своей химической активности.
Имеющиеся у вещества модификации обычно обозначают греческими буквами: - видоизменения, устойчивые при комнатной или низкой температурах,- модификации, стойкие при высоких температурах,и- соответственно еще более высокотемпературные вариации. Так-олово, имеющее кубическую алмазоподобную кристаллическую решетку, устойчиво приt13,2С, а-олово, кристаллизующееся в тетрагональной решетке, стойко в обычных условиях вплоть до температуры плавления. Превращение из- в-модификацию происходит с трансформацией типа связи от металлической к ковалентной и сопровождается резким изменением объема. Белое металлическое олово превращается в серый порошок, так как коэффициент линейного расширения серого олова в 4 раза больше, чем у белого. Это явление получило название «оловянной чумы».
Полиморфизм имеет большое практическое значение. Используя это явление, можно упрочнять или разупрочнять металлы с помощью термической обработки.