Типы металлической связей в твёрдых телах.

Типы металлической связей в твёрдых телах.

Ковалентная связь образуется между атомами одного или нескольких химических элементов с близкими ионизационными потенциалами. В чистом виде ковалентная связь реализуется при взаимодействии элементов с наполовину заполненными электронными оболочками. H₂ ,C, Si, Ge, Sn. Соседние атомы обмениваются электронами.

Появление между положительно заряженными ионами пары отрицательно заряженных электронов приводит к тому, что оба иона притягиваются к обобществленным электронам и, тем самым, притягиваются друг к другу. Каждый атом взаимодействует с ограниченным числом соседей, причем число соседей равно числу валентных электронов атома. Следовательно, ковалентная связь насыщенна. Кроме того, атом взаимодействует только с теми соседями, с которыми он обменялся электронами, то есть ковалентная связь направлена.

Ионная связь образуется при взаимодействии атомов с малым количеством валентных электронов и атомов с большим количеством электронов на валентных оболочках. При этом наружные электроны атомов с низкими потенциалами ионизации переходят на валентные оболочки атомов с высокими ионизационными потенциалами. Ионная связь ненасыщенна, поскольку каждый из отрицательно заряженных ионов притягивает к себе положительно заряженные, а каждый из положительно заряженных ионов притягивает к себе все отрицательно заряженные. Однако ионная связь направлена, поскольку ион притягивает к себе разноименно заряженные ионы и отталкивает одноименно заряженные.

Уменьшение размера иона и увеличение его заряда ведет к росту энергии связи, а следовательно, к росту температуру плавления материала, уменьшению коэффициента теплового расширения и к увеличению модуля упругости.

Металлическая связь образуется между атомами одного или нескольких химических элементов, у которых валентные электронные оболочки застроены меньше чем на половину. Поскольку энергия иона минимальна при полностью заполненной внешней оболочке, атомы отдают внешние валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы, между которыми находятся свободные электроны (электронный газ).

Металлическая связь ненаправленна и ненасыщенна. Кристаллические решетки металлов упакованы плотно.

 

Анизотропия кристаллов. Полиморфизм.

Анизотропия – зависимость свойств кристалла от направления, возникающее в результате упорядоченного расположения атомов(ионов, молекул) в пространстве. В кристалле расстояния между атомами в различных кристаллографических направлениях различны, а поэтому различны и свойства. Она присуща многим свойствам кристаллов. Наиболее сильно она проявляется в кристаллах со структурами, обладающими малой симметрией.

Среди кристаллов распространено явление полиморфизма (аллотропия) – способность в твёрдом состоянии при различных температурах (или давлении) иметь различные типы кристаллических структур. Эти кристаллические структуры называют аллотропическими формами, или модификациями. Низкотемпературную модификацию называют α, а высокотемпературные – β, γ, δ и т.д. 

Кристаллизация Ме.

Механизм и кинетика кристаллизации складывается из 2 элементарных процессов: образование центров кристаллизации и рост этих кристаллов. Число центров и скорость роста зависят от степени переохлаждения. Процесс кристаллизации можно изобразить графически в корд температуры и времени.

Для начала кристаллизации необходимо переохлаждение, а для начала плавления необходим перегрев. Только в этом случае уменьшение объемной составляющей свободной энергии превысит увеличение поверхностной составляющей свободной энергии. Для этого требуются два условия:

1. Температура должна быть ниже температуры кристаллизации

2. Объем, самопроизвольно образующегося зародыша, должен быть достаточно большим.

Величина переохлаждения чистых жидкостей малого объема, при которых активно образуются устойчивые зародыши кристаллов, достаточно велика ~ 0,2 П_л. Именно при таких переохлаждениях должна начаться кристаллизация. Но опыт показывает, что в действительности кристаллизация жидкостей начинается при существенно меньших переохлаждениях. что жидкости, как правило, содержат примеси. Наличие поверхностно-активных примесей, растворенных в жидкости, снижает поверхностное натяжение на границе раздела «кристалл-жидкость», и, тем самым, уменьшает объем критического зародыша. Наличие в жидкости нерастворенных частиц, обеспечивает появление готовых поверхностей раздела, от которых начинается кристаллизация.

7. Строение слитка. После затвердения стали, залитой в изложницы, в полученном слитке наблюдаются три зоны (рис. 9): зона 1 вблизи поверхности — плотный слой мелких кристаллов, зона 2 — крупнокристаллическая, столбчатые кристаллы которой расположены перпендикулярно оси слитка, зона 3 — кристаллы, беспорядочно ориентированные в слитке.

В нижней части слитка металл находится в рыхлом состоянии, а в верхней —образуется усадочная раковина. Это объясняется тем, что скорость остывания разных слоев слитка неодинакова.

В слитках стали встречаются газовые раковины, возникающие вследствие того, что газы, поглощенные металлом во время плавки, не успевают выделиться при охлаждении металла и остаются в нем, образуя внутренние пузыри.

Слиток неоднороден по своему химическому составу. Это неравномерное распределение составляющих сплава в различных местах сплава называется зональной ликвацией.

Масса кристалла металла также химически неоднородна. Это явление называют внутрикристаллической ликвацией. Ликвацию уменьшают разными способами: ускорением затвердевания слитка, соответствующей последующей термической обработкой металла и др.

8. Полиморфные превращения в металлах. У некоторых металлов в твердом состоянии в зависимости от температуры нагревания, скорости охлаждения или изменения давления в пределах твердого состояния изменяются форма и периоды кристаллических решеток. Такие изменения называют полиморфными превращенниями.

Они протекают при постоянной температуре и сопровождаются поглощением или выделением тепла. Изменившееся строение кристаллической решетки при полиморфном превращении, которое произошло при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой а, при более высокой - буквой р, при дальнейшем повышении температуры у и т. д.

Полиморфные превращения можно обнаружить термическим методом, который заключается в следующем. В тигель с расплавленным металлом помещают соединенный с самопишущим температурно-измерительным прибором (потенциометром, осциллографом) термоэлектрический термометр. Расплав медленно охлаждают. Прибор записывает кривую охлаждения в координатах «температура - время охлаждения». Точки перегиба на кривой будут соответствовать полиморфным превращениям.

Полиморфные превращения сопровождаются изменением в твердом состоянии структуры металлов и сплавов, при этом изменяются их механические, физические и химические свойства. Такое явление широко используется в технике, например при термической обработке металлов и сплавов. Так, при закалке стальных или чугунных изделий в результате быстрого охлаждения происходит полиморфное превращение, при котором резко возрастает твердость сплавов.

Изменение в твердом состоянии структуры металлов н сплавов в результате перемены внешних условий (температуры, давления в пределах твердого состояния) называют перекристаллизацией. При перекристаллизации очень часто изменяется объем вещества, а следовательно, и плотность металла.

12. Правило фаз Гиббса общие закономерности существования устойчивых фаз, отвечающих условиям равновесия м.б. выражены в математической форме, которая называется правило фаз Гиббса. Правило фаз дает количественную зависимость м/у степенью свободы системы, количеством компонентов, количеством фаз и количеством внешних переменных. Число степеней свободы – число внешних и внутренних факторов которые можно изменять без изменения числа фаз в системе. Если число степеней свободы =0(система безвариантная), то нельзя изменять внешние и внутренние факторы без того, чтобы это не вызвало изменение числа фаз. Если число степеней свободы =1 (система моновариантная), то в некоторых пределах возможно изменение одного из этих факторов и при этом не произойдет изменение числа фаз.

С=К+П-Ф; С – число степеней свободы; К – число компонентов; П – внешние переменные; Ф – число фаз. С=К-Ф+1(Р=const)

10. Наклеп. Наклёп упрочнение М под действием пластической деформации. После снятии нагрузки, превышающей предел текучести, в образце останется остаточная деформация. При повторном нагружении ­ предел текучести М и ¯ его способность к пластической деформации, т.е. происходит упрочнение М. При деформации зёрна меняют свою форму и ориентировку, образуя волокнистую структуру с преимущественной ориентировкой кристаллов. Происходит разворот беспорядочно ориентированных зёрен осями наибольшей прочности вдоль направления деформации. Зёрна деформируются и сплющиваются, вытягиваясь в направлении действующих сил F, образуя волокнистую или слоистую структуру. Преимущественная кристаллографическая ориентировка зёрен вдоль направления деформации наз-ся текстурой М. Чем ­ степень деформации, тем ­ зёрен получает преимущественную ориентировку. Образование текстуры способствует появлению анизотропии свойств вдоль и поперёк направления волокон. С ­ степени деформации механические св-ва, характеризующие сопротивление деформации, ­, происходит деформационное упрочнение, а способность к пластической деформации ¯. В рез-те наклёпа механич св-ва меняются существенно. Упрочнение при наклёпе объясняется существенным ­ плотности дислокаций, характерным для процесса пластической деформации. Плотность дислокаций после холодной деформации ­ на несколько порядков по сравнению с плотностью дислокаций отожжённого М. Одновременно в процессе пластической деформации ­ кол-во точечных несовершенств – вакансий и дислоцированных атомов. С ­ плотности дислокаций и несовершенств кристаллического строения затрудняется свободное перемещение дислокаций. Все эти факторы способствуют упрочнению М при наклёпе. Одновременно в рез-те пластической деформации изменяются физико-механич св-ва М. Наклёпанный М имеет меньшую плотность, более высокое электросопротивление, меньшую теплопроводность, у него падает устойчивость против коррозии. М с ГЦК решёткой при наклёпе упрочняются более сильно, чем М с ОЦК решёткой.

14.Правило отрезков lm – кол-во жидкой фазы; kl – кол-во тв фазы.

Процесс кристаллизации в рассмотренной системе происходит при изменении Т. В процессе кристаллизации в сплаве системы при изменении Т изменяется количественное изменение фаз. И каждая фаза при каждой Т имеет определенный состав. Для определения состава фаз находящегося в равновесии при данной Т лежащем м/у линиями ликвидус и солидус нужно м/у данными точками, показывающими состояние данного сплава, провести горизонтальную линию до пересечения с линиями(ликвидус, солидус) – канода k-l-m. K – показывает состав жидкой фазы, m – показ состав тв фазы. В процессе кристаллизации меняется количественное соотношение между фазами.

15. Диаграмма состояния системы, в которой компоненты неограниченно растворимы в тв состоянии. Верхняя линия показывает для каждого сплава температуру начала кристаллизации при охлаждении и Т завершения плавления при нагревании(ликвидус). Нижняя линия показывает для каждого сплава температуру начала плавления при нагревании и Т завершения кристаллизации при охлаждении(солидус). Превращение которое может быть для I: 1 и 2 – критические точки, т.к. в них происходит изменение фазы.

16. Диаграмма состояния системы, в которой компаненты ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику. В этой системе образуется 2 тв р-ра тв р-р альфа – В в А, и бэта – А в В.

Линия аеb – ликвидус

adecb – солидус

при Т соответствующей линии ае из жидкого раствора кристаллизуются кристаллы альфа тв р-ра, при Т соответствующей линии be из жидкого р-ра кристаллизуются кристаллы бэта тв р-ра.

d – хар-ет предельную растворимость компонента В в А

c – хар-ет предельную растворимость компонента А в В

e – эвтектическая точка

Т соответствующая точке e dec называется эвтектической температурой(t_Э) из жидкого р-ра состояния точки е при t_Э одновременно кристаллизуется предельно насыщенные тв р-ры альфа и бэта.

Эвтектическая кристаллизация в результате образуется механическая смесь кристаллов 2-ух тв р-ров который называется эвтектика.

17. Диаграмма состояния для сплавов образующих устойчивое химическое соединение. Химическое соединение обладает определенным составом. Следовательно, если металлы А и В образуют химическое соединение АтВп, то этому соединению будет соответствовать определенная ордината на диаграмме состояния. Обычно химиче ское соединение имеет свою кристаллическую решетку, отличную от кристаллических решеток металлов Л и В. Свойства химического соединения всегда резко отличаются от свойств металлов, из которых оно образовалось.

Химическое соединение обладает высокой твердостью, малой пластичностью, большим электрическим сопротивлением и относительно низкой теплопроводностью.

18. Диаграмма состояния для сплавов с неустойчивым химическим соединением. Химическое соединение характеризуется определенным соотношением компонентов, а это отражается на диаграмме вертикальной линией, проходящей на оси абсцисс через точку, отвечающую соотношению компонентов в химическом соединении. Если компоненты А а В образуют химическое соединение АпВm, то, следовательно, на n+ т его атомов приходится п атомов Aиm атомов В. Определенному атомному соотношению соответствует и определенное соотношение по массе.

Химическое соединение устойчиво, если его можно нагреть без разложения до расплавления, и неустойчиво, если при нагреве оно разлагается. В зависимости от этого могут быть два вида диаграмм. Кроме того, возможно образование нескольких химических соединений между двумя компонентами, а также растворимость на базе химического соединения — эти обстоятельства также находят отражение в диаграмме состояния.

Диаграмма с неустойчивым химическим соединением

В отличие от диаграммы с устойчивым химическим соединением на рис. 104 приведена диаграмма состояний, где два компонента образуют неустойчивое химическое соединение, которое при нагреве до определенной температуры (t1)разлагается на жидкость и один из компонентов, т. е. не расплавляется полностью.

На линии DCF находятся в равновесии три фазы: жидкость концентрации D, кристаллы компонента В и кристаллы химического соединения АпВm.

При нагреве неустойчивое химическое соединение АпВm распадается на жидкость концентрации Dи кристаллы В.При охлаждении, следовательно, произойдет обратная реакция:

LD + B→AnBm.

Реакция эта подобна перитектической; жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами, но образует не новый твердый раствор, как в случае перитектической реакции, а химическое соединение.

Процесс кристаллизации сплава I в равновесных условиях будет протекать следующим образом. В точке 1 начинается кристаллизация, выпадают кристаллы В, и концентрация жидкости изменяется по кривой 1— D.В точке 2 при постоянной температуре образуется неустойчивое химическое соединение по уравнению, приведенному выше. По окончании реакции в избытке остается жидкость, которая кристаллизуется с выделением соединения АпВm до тех пор, пока концентрация жидкости не достигнет точки Е. Тогда оставшаяся жидкость кристаллизуется в эвтектику, состоящую из кристаллов А и химического соединения. Следовательно, на кривой будем иметь две площадки: верхнюю, соответствующую образованию неустойчивого химического соединения, и нижнюю, соответствующую образованию эвтектики А + АпВm.

 

19. Диаграмма состояния железо – углерод- графическое построение в координатах состав (концентрация примеси или примесей) - температура. Диаграмма состояния железо — углерод приведена на рисунке. Линии на диаграмме отделяют области существования различных жидких и твердых фаз. Диаграмма построена по данным экспериментальных исследований структуры железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов) после (или в процессе) медленного нагрева и охлаждения. Шкала концентрации углерода на диаграмме доведена только до 6,67% С, т. к. сплавы с большей концентрацией углерода не имеют практического применения.На диаграмме есть области существования следующих фаз: жидкости (Ж), аустенита (А), цементита (Ц), феррита (Ф).Жидкий раствор углерода в железе существует при температурах выше линии АВСD на диаграмме, химическое соединение Fe3C (Ц) цементит соответствует правой области диаграммы и составу 6,67% С, в смеси с другими составляющими цементит может существовать на всем поле диаграммы состояния.Аустенит (А) — твердый раствор углерода в g-железе может содержать до 1,7%С и существовать при температурах выше 723° С.Феррит (Ф) — твердый раствор углерода в a-железе может содержать не более 0,03%С.Жидкие фазы (аустенит и феррит) при различных температурах могут содержать различное количество углерода.Проводя на диаграмме вертикаль, соответствующую составу исследуемого сплава, можно определить как качественно, так и количественно фазовый состав сплава при различных температурах.Превращения при нагреве и охлаждении сталей и чугунов в соответствии с диаграммой состояния можно разделить на безвариантные, проходящие при постоянной температуре, и одновариантные, происходящие в некотором интервале температур.К безвариантным превращениям относятся:По линии HJB на диаграмме феррит и жидкость (расплав) переходят в аустенит (перитектическое превращение).По линии ECF жидкость превращается жидкости в аустенит и цементит (эвтектическое превращение).По линии PSK аустенит превращается в феррит и цементит (эвтектоидное превращение).Безвариантные превращения соответствуют горизонтальным линиям на диаграмме состояния.Пунктирные горизонтали соответствуют магнитным превращениям в феррите (точка Кюри 770° С, линия МО), когда феррит переходит из ферромагнитного в парамагнитное состояние, и соответствующему переходу в цементите.Одновариантные превращения соответствуют областям на диаграмме состояния и разделяются на первичные превращения, в которых одна из фаз является жидкостью, и вторичные превращения в твердом состоянии.Т.к. диаграмма состояния соответствует нагреву и охлаждению в равновесных условиях, на ней нет метастабильной фазы — мартенсита, возникающей при быстром охлаждении (закалке) от температур, выше температуры образования аустенита (723° С).Выбор режима термической обработки сплавов при научных исследованиях и в технологических процессах основывается на диаграмме состояния железо-углерод.

 

20. Углеродистые стали. Углеродистые стали – это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода (С) при малом содержании других элементов. Они обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются. Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. Углеродистые стали можно классифицировать по качеству и способу раскисления.

 Стали обыкновенного качества Обозначают буквами Ст и условными номерами от 0 до 6, например: Ст 0, Ст 1, …, Ст 6. Степень раскисления обозначают буквами сп (спокойная сталь), пс (полуспокойная), кп (кипящая), которые ставят в конце обозначения марки стали.

 В зависимости от назначения различают три группы сталей обыкновенного качества: А, Б и В. В марках указывают только группы Б и В, группу А не указывают. Группа А поставляются только по механическим свойствам, химический состав сталей этой группы не регламентируется, он только указывается в сертификатах завода-изготовителя. Стали этой группы обычно используются в изделиях в состоянии поставки без обработки давлением и сварки. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше ее прочность и меньше пластичность. Группа Б поставляется только с гарантируемым химическим составом. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше содержание углерода. Эти стали в дальнейшем могут подвергаться деформации (ковке, штамповке и др.), а в отдельных случаях и термической обработке. При этом их первоначальная структура и механические свойства не сохраняются. Знание химического состава стали позволяет определить температурный режим горячей обработки давлением и термообработки.тГруппа В могут подвергаться сварке. Их поставляют с гарантированным химическим составом и гарантированными свойствами. Стали этой группы маркируются буквой В и цифрой, например — В СтЗпс. Эта сталь имеет механические свойства, соответствующие ее номеру по группе А, а химический состав — номеру по группе Б с коррекцией по способу раскисления.

 Качественные углеродистые стали поставляют и по химическому составу, и по механическим свойствам.. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04 %, фосфора не более 0,035 %), неметаллических включений и газов, макро- и микроструктуры. Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами 08, 10, 15, …, 85, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента с указанием степени раскисленности (кп, пс).

 Качественные стали делят на две группы: с обычным содержанием марганца (до 0,8 %) и с повышенным содержанием (до 1,2 %). При обозначении последних в конце марки ставится буква Г, например 60 Г. Марганец повышает прокаливаемость и прочностные свойства, но несколько снижает пластичность и вязкость стали.

По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются:

 низкоуглеродистые (до 0,25 % С),

 среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С)

 высокоуглеродистые (0,6—0,85 % С).

 

21. Влияние постоянных примесей на свойства сталей. Марганец содержится в стали в качестве примеси в количестве от 0,4 до 0,8 %. Марганец  повышает прочность и значительно увеличивает прокаливаемость стали. Он устраняет вредное действие серы, Марганец делает фурнитуру устойчивой к загрязнению и окислению.

Кремний является полезной примесью и может присутствовать в стали до 0,5 %. Являясь эффективным раскислителем, кремний способствует получению плотных слитков стали с улучшенными свойствами. Кремний очень повышает прочность стали за счет образования с ферритом твердого раствора. Это снижает способность стали к вытяжке и холодной штамповке.

Фосфор является вредной примесью, и содержание его не должно превышать 0,05 %. Фосфор увеличивает прочность и снижает пластичность и вязкость сталей. Он обладает повышенной склонностью к ликвации и, располагаясь вблизи границ зерен, вызывает хладноломкость стали. В ряде случаев фосфор может быть полезным; например, содержание фосфора 0,06-0,15 % улучшает обрабатываемость автоматных сталей режущим инструментом.

Сера является вредной примесью. Содержание серы в стали не должно превышать 0,06 %. В автоматных сталях содержание серы допускается до 0,08-0,30 %, так как она облегчает обработку стали резанием.

Кислород, азот и водород являются вредными примесями. Кислород и азот находятся в стали в виде оксидов FeO, SiO2, MnO или нитридов Fe4N и др. Эти неметаллические включения нарушают сплошность стали и, являясь концентраторами напряжений, приводят к преждевременному выходу деталей из строя. Водород охрупчивает сталь.

 

23. Чугуны. Чугуны – сплавы железа и углерода (от 2,14%). Чугуны содержат примеси Mn, Si, S, Чугуны обладают хорошими литейными свойствами. Не подвергаются обработке давлением.

В серых, высокопрочных и ковких чугунах весь углерод или большая его часть находится в свободном состоянии в виде графита.В серых чугунах (излом серого цвета) графит имеет пластинчатую форму. их маркируют буквами СЧ ) и цифрами, указывающими минимальное значение предела прочности при растяжении σ_в в МПа ∙ 10^-1 (кгс/мм²). Например: СЧ20 – серый чугун с пределом прочности при растяжении не менее 200 МПа ( ≈ 20 кгс/мм²). Серые чугуны обладают высокими литейными свойствами, имеют антифрикционные свойства. Но они плохо сопротивляются растяжению, ударным нагрузкам. Серые чугуны широко применяют для изготовления литых корпусных деталей металлорежущих станков, редукторов.

В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму. Эти чугуны получают модифицированием – добавкой в жидкий чугун магния в количестве 0,02-0,08%. высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами, указывающими минимальное значение предела прочности при растяжении в МПа ∙ 10^-1 .Например: ВЧ50 – высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении не менее 500 МПа

Благодаря шаровидной форме графита, высокопрочные чугуны имеют более высокие, чем серые, прочностные характеристики, обладают некоторой пластичностью и ударной вязкостью. Их применяют для изготовления тяжелонагруженных деталей: прокатных валков, коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания и других деталей, работающих в условиях динамических нагрузок.

В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму. Такие чугуны получают отжигом (длительным нагревом при температуре 950-1000^оС) белого чугуна. Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ и цифрами. Первые две цифры указывают минимальное значение предела прочности при растяжении в МПа ∙ 10^-1 (кгс/мм²), вторые – минимальное значение относительного удлинения в процентах. Например: КЧ35-10 – ковкий чугун с пределом прочности при растяжении не менее 350 МПа ( ≈ 35 кгс/мм²) и относительным удлинением не менее 10%. Ковкие чугуны, по сравнению с серыми, обладают большей прочностью и пластичностью. Из них изготавливают тонкостенные детали, работающие в условиях ударных и вибрационных нагрузок: ступицы, тормозные колодки и т.п.

24.Термическая обработка металлов и сплавов. Классификация видов тер.обработки. Для придания М и сплавам необход св-в их подвергают термической обработке. Для этого М и сплавы нагревают до опред t°, выдерживают, а затем охлаждают с определённой n. В рез-те этого происходит изменение структуры Þ получаем нужное нам св-во. ТО заключается в тепловом воздействии на М и сплавы с целью направленного изменения структуры и свойств М и сплавов. " То можно изобразить графически в координатах t°, С и t, сек. Наклон говорит о n. РИС!!! По графику можем определить t° нагрева, t выдержки, n охлаждения. График не говорит об изменении структуры. Параметры ТО (t° нагрева, t выдержки, n охлаждения, n нагрева) по-разному влияют на структурные изменения. Соответственно структурным изменениям все виды ТО делят на: 1) отжиг (I и II рода). Отжиг – ТО, в процессе кот производится нагрев деталей из стали до требуемой t° с последующей выдержкой и медленным охлаждением в печи для получения однородной, равновесной, менее тв структуры, свободной от остаточных напряжений. Отжиг I рода – отжиг, при кот нагрев и выдержка м производятся с целью приведения его в однородное (равновесное состояние) за счёт ¯ химич неоднородностей. Виды О I-го рода: а) гомогенизационный (ТО, при кот гл процессом явл устранение последствий ликвации); б) рекристаллизационный (ТО деформированного М, при кот гл процессом явл рекристаллизация М); в) О для снятии напряжения. 2) закалка состоит в нагреве стали выше её t° фазовых превращений, выдержке для завершения всех превращений и охлаждений с более высокой n с целью получения при комнатной t° неравновесных структур, обеспечивающих более высокую прочность и твёрдость стали: а) закалка без полиморфного превращения; б) закалка с полиморфным превращением (ТО, заключающаяся в нагреве М выше t° фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного состояния. 3) отпуск – ТО, представляющая собой нагрев закалённого сплава ниже t° фазовых превращений для приближения его структуры к более устойчивому состоянию. 4) ХТО: а) диффузионное насыщение неМ (цементация, азотирование, цианирование, борирование, оксидирование); б) диффузионное насыщение М (алитирование, хромирование, силицирование, насыщение др М); в) диффузионное удаление элементов (обезводороживание и обезуглероживание). 5) ТМО: а) ТМО стареющих сплавов; б) ТМО сталей, закаливаемых на мартенсит. Первые 3 вида относятся к собственно ТО, там имеет место тлк тепловое воздействие. При ХТО одновременно с тепловым возд происходит изменение в хим составе. При ТМО происходит одновременное термич и механич воздействие.

25. Закалка с полиморфным превращением. Закалка с полиморфным превращением – применима ко всем сплавам, в которых при охлаждении происходит изменение типа кристаллической решетки, во время ускоренного охлаждения при такой закалке не протекает мартенситное превращение, а образуется фаза – мартенсит, поэтому закалку с полиморфным превращением часто называют закалкой на мартенсит.

26. Рост зерен аустенита при нагреве. Рост зерна при нагреве происходит в тем большей степени, т. е. зерна тем более укрупняются, чем выше температура и больше время выдержки. Получение крупного зерна в связи с высокой температурой нагрева называют перегревом металла.

В сталях рост зерна аустенита начинается по существу с момента перехода за точку Ас3 АсА, но сначала этот рост мало заметен и становится явным лишь при нагреве на несколько десятков градусов выше указанных точек. Как начало заметного роста зерна, так и скорость самого роста с температурой зависят от качества (сорта) стали и, в частности, от содержания в ней углерода.

Сплавы на основе алюминия.

Алюминиево-магниевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошо свариваются; из них делают, например, корпуса быстроходных судов.

Алюминиево-марганцевые сплавы во многом аналогичны алюминиево-магниевым.

Алюминиево-медные сплавы (в частности, дюралюминий) можно подвергать термообработке, что намного повышает их прочность. К сожалению, термообработанные материалы нельзя сваривать, поэтому детали самолётов до сих пор соединяют заклёпками. Сплав с бо́льшим содержанием меди по цвету внешне очень похож на золото, и его иногда применяют для имитации последнего.

Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.

Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль.

Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 Кельвина.

 

55. Сплавы на основе меди. В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

 

1. Типы связей в твердых телах

2. Атомно-кристалл строение мет

3. Кристаллограф. Обознач.

4. Анизотропия мет

5. строение реальных кристаллов

6. кристаллизация

7. строение слитка

8. полиморфные превращения

9. пласт деформация и мех свойства мет

10. наклеп, возврат, рекристалл

11. хим соед, тв растворы, мех смеси

12. построение диаграмм двойных систем. Правило фаз

13. диаграмма для сплавов, образ смеси из чистых компонентов

14. правило отрезков

15. диаграмма для сплавов с неогр растворимостью в тв сост

16. диаграмма для сплавов с огр растворимостью в тв сост

17. диаграмма сост для сплавов, обр устойчивое хим соед

18. диаграмма сост с неуст хим соед

19. диаграмма железо-углерод

20. углеродистые стали

21. влияние постоянных примесей на свойства сталей

22. нагарт сталь

23. чугуны

24. основные виды т.о.

25. превращение стали при нагреве

26. рост зерен аустенита при нагреве

27. превращения переохл аустенита

28. мартенситное превр

29. превращение мартенсита при нагреве (отпуск)

30. обратимая и необратимая отпускная хрупкость

31. технология т.о. стали. Отжиг

32. отжиг 2го рода

33. закалка стали (температура, время)

34. скорость охл при закалке, закаливаемость, способы закалки

35. закалка с обработкой холодом

36. отпуск стали

37. поверхностная закалка

38. физические основы т.о.

39. цементация

40. азотирование

41. цианирование

42. диффузионная металлизация

43. конструкционные стали

44. маркировка легиров сталей

45. цементненые стали

46. улучш стали

47. пружинные стали

48. шарикоподшипниковые стали

49. инструм стали повыш прокаливаемости

50. инструм стали пониж прокаливаемости

51. быстрореж стали

52. штамповые стали

53. твердые сплавы

54. алюминий и сплавы

55. медь и сплавы

56. сплавы на основе легкоплавл мет

57. основы порошковой мет

 

Типы металлической связей в твёрдых телах.

Ковалентная связь образуется между атомами одного или нескольких химических элементов с близкими ионизационными потенциалами. В чистом виде ковалентная связь реализуется при взаимодействии элементов с наполовину заполненными электронными оболочками. H₂ ,C, Si, Ge, Sn. Соседние атомы обмениваются электронами.

Появление между положительно заряженными ионами пары отрицательно заряженных электронов приводит к тому, что оба иона притягиваются к обобществленным электронам и, тем самым, притягиваются друг к другу. Каждый атом взаимодействует с ограниченным числом соседей, причем число соседей равно числу валентных электронов атома. Следовательно, ковалентная связь насыщенна. Кроме того, атом взаимодействует только с теми соседями, с которыми он обменялся электронами, то есть ковалентная связь направлена.

Ионная связь образуется при взаимодействии атомов с малым количеством валентных электронов и атомов с большим количеством электронов на валентных оболочках. При этом наружные электроны атомов с низкими потенциалами ионизации переходят на валентные оболочки атомов с высокими ионизационными потенциалами. Ионная связь ненасыщенна, поскольку каждый из отрицательно заряженных ионов притягивает к себе положительно заряженные, а каждый из положительно заряженных ионов притягивает к себе все отрицательно заряженные. Однако ионная связь направлена, поскольку ион притягивает к себе разноименно заряженные ионы и отталкивает одноименно заряженные.

Уменьшение размера иона и увеличение его заряда ведет к росту энергии связи, а следовательно, к росту температуру плавления материала, уменьшению коэффициента теплового расширения и к увеличению модуля упругости.

Металлическая связь образуется между атомами одного или нескольких химических элементов, у которых валентные электронные оболочки застроены меньше чем на половину. Поскольку энергия иона минимальна при полностью заполненной внешней оболочке, атомы отдают внешние валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы, между которыми находятся свободные электроны (электронный газ).

Металлическая связь ненаправленна и ненасыщенна. Кристаллические решетки металлов упакованы плотно.

 

12345Следующая ⇒

Поделиться: