Кристаллическое строение металлов. Полиморфизм. Анизотропия. Несовершенства кристаллического строения. Их влияние на свойства металлов.

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Строение металлов в твёрдом состоянии характеризуется закономерным, периодически повторяющимся расположением атомов в пространстве, которое можно представить виде плоской или пространственной кристаллической решётки.

Некоторые металлы при различных температурах существуют в различных кристаллических формах (модификациях). Существование вещества в различных кристаллических формах называется полиморфизмом или аллотропией. Кристаллические модификации одного и того же металла обозначаются буквами греческого алфавита: альфа, ветта, гамма, сигма т.д.

Одним из проявлений кристаллического строения веществ является анизотропия, под которой понимается неодинаковость свойств кристаллов в различных направлениях. Различие свойств может быть очень большим. Например, у кристалла цинка коэффициент линейного расширения в двух взаимно перпендикулярных направлениях различается в четыре раза. Прочность кристалла железа в двух взаимно перпендикулярных направлениях различается более, чем в два раза. Анизотропия кристаллов объясняется неодинаковой плотностью упаковки атомов различных плоскостях и направлениях кристаллической решётки.

Несовершенства кристаллического строения. Строение реальных металлов отличается от идеального представления наличием большого количества несовершенств, влияющих на их свойства. Различают точечные, линейные и поверхностные несовершенства кристаллического строения металлов.

К точечным несовершенствам относятся:

-вакансии, или свободные узлы кристаллической решетки;

-дислоцированные атомы, т.е. атомы, занимающие междуузлия;

-примесные атомы, т.е. атомы других элементов.

Линейные несовершенства характеризуются значительно большой протяженностью в одном измерении по сравнению с двумя другими. Важнейшими линейными несовершенствами являются дислокации. Дислокации, образованные краем экстраплоскости называют краевыми; дислокации, образуемые в результате поворота одной части кристалла относительно другой, называют винтовыми.

У поверхностных несовершенств протяженность в двух измерениях значительно больше, чем в третьем. К важнейшим несовершенствам этого типа принадлежат границы между зернами в поликристаллических металлах. Вследствие неодинаковости пространственной ориентации решеток в соседних зернах происходит нарушение порядка расположения атомов, т.е. искажение кристаллической решетки на границе между зернами.

Поверхностные несовершенства имеются и внутри зерен. Зерна по своему кристаллическому строению не совсем однородны. Они состоят из отдельных субзерен или блоков. Поверхностные несовершенства КР в виде границ зерен и блоков тормозят перемещение дислокаций и, тем самым повышают прочность металла.

Отжиг. Виды отжига. Определение температуры нагрева для отжига стали по диаграмме железо-углерод.

Отжигом называется вид термической обработки, в процессе которой производится нагрев стальных деталей до требуемой температуры, последующей выдержкой медленным охлаждением печью для получения однородной, равновесной, менее твёрдой структуры, свободной от остаточных напряжений.

Различают отжиг с полной фазовой перекристаллизацией (диффузиционный, полный, изотермический), неполной фазовой перекристаллизацией (неполный, изотермический) и без фазовой перекристаллизации (низкий, рекристаллизационный)

*Диффузионный отжиг (гомогенизацию) применяют для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации металла. Нагрев слитков или отливок из углеродистых сталей осуществляют до температур 1000-1100с, легированных-до1100-1200с. В результате диффузионного отжига металл приобретает крупное зерно.

*Полный отжиг (фазовая перекристаллизация) применяется для измельчения зерна, устранения видманштеттовой структуры, снижения твёрдости и прочности, что облегчает обработку резанием. Полный отжиг используют только для доэвтектоидных сталей. Он состоит в нагреве металла на 30-50с выше критической точки Ас3

* Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (выше Ac1, но ниже Ас3 или Асм). Для доэвтектоидных сталей этот вид отжига применяют редко, в основном для улучшения обрабатываемости резанием. Главным образом неполный отжигприменяют для заэвтектоидных сталей. Нагрев до температуры Ас1+10--30С приводит практически к полной перекристаллизации стали и получению зернистой формы перлита вместо обычной пластинчатой.

* Изотермический отжиг применяют для улучшения обрабатываемости конструкционных сталей. Для инструментальных сталей он одновременно готовит структуру к закалке. При изотермическом отжиге доэвтектоидные стали нагревают на 30-50с выше вышеAc3, а заэвтектоидные выше Ас1. Изотермический отжиг позволяет значительно сократить длительность процесса перекристаллизации, особенно для легированных сталей.

* Низкий отжиг производится при температурах 200—600с и имеет единственную цель-снятие внутренних напряжений в металле после обработки резанием, литья др.

* Рекристаллизационный отжиг. В процессе холодной пластической деформации происходит наклёп металла. Минимальная температура, при которой появляются мелкие равноосные зёрна, получила название температура рекристаллизации. Формула для определения температуры рекристаллизации: Тр=L*Tпл, где L = 0, 4

Кристаллизация металлов. Влияние степени переохлаждения (скорости охлаждения) на механические свойства отливок. Модифицирование.

Кристаллизация – это процесс фазового перехода металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры. Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов — центров кристаллизации.

Со скоростью охлаждения связаны размеры и форма кристаллов. Скорость роста зерна достаточно высока, так как температура расплава (и скорость диффузии) повышаются от поверхности к центру отливки. Поэтому и получаются крупные вытянутые кристаллы. В массивных отливках возможно появление крупных равноосных кристаллов в центре отливки, где металл, равномерно остывая, затвердевает в последнюю очередь.
Понятно, что такая неоднородность структуры создает и неоднородность механических свойств по сечению отливки. Этот факт, наряду с условиями эксплуатации литого изделия, должен учитываться при его конструировании.

Модифицирование металлов - введение в металлические расплавы модификаторов - веществ, небольшие количества которых (обычно не более десятых долей %), напр., вызывают формирование структурных составляющих в округлой или измельченной форме и способствуют их равномерному распределению в основной фазе, что улучшает механические свойства металла. Модификаторы: магний, ферросилиций, алюминий, некоторые лантаноиды и др.

Критические точки в стали.

Критическими точками называется температура, при которых происходит фазовые превращения.

15) Деформируемые алюминиевые сплавы. Классификация. Маркировка. Термическая обработка. Механические свойства.

Скорость охлаждения.

Для получения структуры мартенсита требуется переохладить аустенит путем быстрого охлаждения стали, находящейся при температуре наименьшей устойчивости аустенита, т. е.при 650—550° С.

В зоне температур мартенситного превращения, т. е, ниже 240°С, наоборот, выгоднее применять замедленное охлаждение, так как образующиеся структурные напряжения успевают выравняться, а твердость образовавшегося мартенсита практически не снижается.

Правильный выбор закалочной среды имеет большое значение для успешного проведения термической обработки.

Наиболее распространенные закалочные среды —вода, 5—10%-ный водный раствор едкого натра или поваренной соли и минеральное масло. Для закалки углеродистых сталей можно рекомендовать воду с температурой 18° С; а для закалки большинства легированных сталей — масло.

Бронзы литейные и деформируемые. Принципы маркировки. Примеры марок бронз. Термическая обработка. Механические свойства.

Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т. д.

Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств, бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором.

Бронзы маркируют буквами Бр, правее ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное — медь (85%).

Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017—74) поставляются в виде полуфабрикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т. п.

Литейные оловянные бронзы содержат большее количество олова (до 15%), цинка (4— 10%), свинца (3—6%), фосфора (0, 4—1, 0%). Литейные бронзы (ГОСТ 614—73) применяют для получения различных фасонных отливок. Высокая стоимость и дефицитность олова — основной недостаток оловянных бронз.

Литейные магниевые сплавы.

Литейные сплавы маркируются МЛ3, МЛ5, ВМЛ–1. Последний сплав является жаропрочным, может работать при температурах до 300oС.

Отливки изготавливают литьем в землю, в кокиль, под давлением. Необходимы меры, предотвращающие загорание сплава при плавке, в процессе литья.

Из литейных сплавов изготавливают детали двигателей, приборов, телевизоров, швейных машин.

Магниевые сплавы, благодаря высокой удельной прочности широко используются в самолето- и ракетостроении.

38)Диаграмма состояния сплавов механических смесей. Фазы. Структуры. Правило фаз. Правило отрезков.

Правило отрезков служит для определения:

1) фазового состава сплава в заданной точке диаграммы состояния;

2) химического состава фаз, имеющихся в сплаве;

3) весовой доли каждой фазы.

Правило фаз: С=К-Ф+1, где С – число степеней свободы, К- число компонентов, Ф- число фаз.

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой. Примеры марок. Термическая обработка. Механические свойства.

Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, фасонных профилей, проволоки и различных деталей штамповкой, прессованием, ковкой. В зависимости от химического состава деформируемые алюминиевые сплавы делят на 7 групп; содержат 2—3 и более легирующих компонента в количестве 0, 2—4% каждого. Например, сплавы алюминия с магнием и марганцем; алюминия с медью, магнием, марганцем и др.

Деформируемые сплавы разделяют на сплавы, упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. Деформируемые сплавы, подвергаемые механической и термической обработке, имеют буквенные обозначения, указывающие на характер обработки

Термически упрочняемые сплавы приобретают высокие механические свойства и хорошую сопротивляемость коррозии только в результате термической обработки. Наиболее распространены сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем (дюралюмины) и алюминия с медью, магнием, марганцем и цинком (сплавы высокой прочности).

Примеры марок: Д16А, Д16АТ, Д1А

К точечным несовершенствам относятся:

-вакансии, или свободные узлы кристаллической решетки;

-дислоцированные атомы, т.е. атомы, занимающие междуузлия;

-примесные атомы, т.е. атомы других элементов.

12 3 4 5 Следующая ⇒