Строение и свойства металлов и сплавов

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

3.1 Общие сведения о металлах. Прежде всего нужно уяснить, что такое металл, какими основными свойствами обладают металлы и чем эти свойства обусловлены. Познакомиться и разобраться с классификацией металлов. Уяснить атомно – кpиcталличecкое строение металлов, отличие их строения от строения неметаллов. Узнать основные типы кристаллических решеток. Здесь нужно разобраться, почему металлы, имеющие однотипные кристаллические решетки, обладают неодинаковыми свойствами. Характеристики кристаллических решеток: параметры, координационное число, плотность упаковки. Познакомиться с основными типами связей, встречающимися в твердых телах и металлах. Уясните отличие строения «реальных» кристаллов от «идеальных». При этом необходимо понять, что металлы, используемые на практике, тела поликристаллические, состоят из множества мелких кристаллов (зерен), на которых имеется большое количество точечных, линейных и поверхностных дефектов (вакансий, дислокаций). Уясните их появление в кристаллах и влияние па свойства металлов, обратив особое внимание на роль дислокаций при пластической деформации. Познакомьтесь c явлением анизотропии свойств в кристаллах. Разберитесь с явлением аллотропии металлов и в его использовании для получения нужных эксплуатационных свойств металлов.

При рассмотрении вопросов плавления и кристаллизации металлов нужно разобраться в термодинамических основах фазовых превращений. Следует уяснись, что стремление к наименьшему запасу свободной энергии, которое обусловливает плавление и кристаллизацию металла, является частным случаем общего закона природы. Этим же объясняется наличие при разных температурах в одних и тех же металлах разных типов кристаллических решеток.

Разберитесь в механизме процесса кристаллизации чистых металлов, влиянии примесей на этот процесс, образовании зерен, дендритов, образовании и строении слитка. Уясните, какими параметрами характеризуются механические, технологические, физические и химические свойства металлов и основные методы их определения.

Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие строения металлов от неметаллов?

2. Чем отличается строение «реального» кристалла металла от «идеального»?

3. Какими основными механическими, технологическими, физическими и химическими свойствами обладают металлы?

4. Какое условие необходимо для протекания процесса кристаллизации?

5. Как получить мелкое зерно в литом металле?

6. Что такое полиморфное превращение и от чего оно зависит?

Способы получения металлов

По материалу, из которого изготовлялись орудия труда, называли века: каменный век, бронзовый век, железный век.

20- ый век называли по-разному: космический, ядерный и т. д. Но основным материалом, из которого изготовляют современные орудия труда, машины, конструкции, является железо.

Железо, как и многие другие металлы, в чистом виде для изготовления деталей, конструкций не используются из-за низких механических и др. свойств. Используются сплавы металлов. Основными сплавами железа являются сталь и чугун. При рассмотрении вопросов получения чугуна обратите внимание на исходные материалы доменного процесс; процесс восстановления железа в доменной печи; формирование чугуна. Рассмотрите продукты доменного производства: предельный и литейный чугуны, ферросплавы, шлак, доменный газ и их применение в народном хозяйстве..

Изучая производство стали, уясните отличие химического состава ее от чугуна и, в связи с этим, основные физико-химические процессы, происходящие в сталеплавильных агрегатах. Разберитесь в устройстве и работе кислородного конвертора, электрической печи. Рассмотрите и уясните вопросы, связанные с раскислением стали, получением при этом спокойной, полуспокойной и кипящей стали, различие свойств стали, строении слитков и применения.

Познакомьтесь с различными способами разливки стали после ее выплавки (сверху, сифонный, непрерывный) и методами повышения чистоты сталей: обработка синтетическим шлаком, вакуумирование, электрошлаковый переплав. На примере Старооскольского электрометаллургического комбината разберите прямое восстановление железа из руд, минуя доменное производство чугуна и перспективы его развитии.

Разберитесь в схемах производства меди, алюминия, титана.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается сущность технологии получении чугуна в доменных печах?

2. В чем заключается сущность технологии получения стали в кислородном конверторе и электрической печи?

3. Для каких целей проводится раскисление стали, сущность, разновидности?

Пластическая деформация и рекристаллизация

Уясните понятие деформация, за счет чего она возникает, ее разновидности (упругая и пластическая), ее физическую природу. Рассмотрите роль дислокаций в пластической деформации. Разновидности пластической деформации (холодная и горячая) в зависимости от температуры рекристаллизации. Разберитесь, какими явлениями сопровождаются эти разновидности пластической деформации, как при этом изменяются свойства металлов. Уясните явление наклепа, возврата, рекристаллизации, изменение скорости рекристаллизации c изменением температуры. При этом важно понять, за счет чего происходит упрочнение при холодной пластической деформации, как можно изменять степень упрочнения практически, каким образом снять полученное упрочнение.

Вопросы для самопроверки

1. B чем заключается сущность пластической деформации?

2. Чем отличается холодная пластическая деформация от горячей?

3. Что такое наклеп, возврат, рекристаллизация?

4. Когда будет крупнее рекристаллизированное зерно: после деформации на 25% или на 75%?

Основы теории сплавов

При изучении этой важной темы нужно сначала разобраться c понятиями: система, компонент, фаза, структура, сплав. Сплавы можно получать различными способами: металлургическим из расплавов и спеканием порошков, гальваническим и др. При этом свойства сплавов будут зависеть от того, в какие взаимодействия вступают при сплавлении компоненты, образующие сплав при кристаллизации: 1) элементы не растворяются друг в друге и не образуют химического соединения, а при кристаллизации образуются кристаллические решетки сплавляемых чистых металлов, например система сплавов Pb—Sb; 2) элементы растворяются частично или полностью друг в друге —образуется кристаллическая решетка твердого раствора —решетка одного металла, в которой часть атомов замещена атомами другого металла (Сu—Ni) или атомы другого элемента (чаще неметалла) внедряются, размещаются между атомами первого – твердый раствор внедрения (Fе-С); 3) элементы, образующие сплав, при кристаллизации образуют совершенно новую решетку, более сложную, химического соединения, где на определенное количество атомов одного элемента приходится постоянное число атомов другого элемента (цементит Fе₃С).

Изменение строении сплавов конкретной системы в зависимости от температуры, т. е. сплавов, образованных одними и теми же элементами, но с разной их концентрацией принято анализировать на диаграммах состоянии сплавов. Диаграммы состоянии строятся экспериментальным путем с помощью термического анализа. Уясните методику его проведения. Для анализа сплавов используют правило фраз (закон Гиббса), которое позволяет понять многие особенности фазовых превращений, происходящих в реальных системах.

Для того чтобы разобраться с более сложной и важной диаграммой Fe—Fе₃С, уясните основные типы диаграмм: 1) отсутствие растворимости компонентов в твердом состоянии; 2) растворимость в твердом состоянии; 3) образование химических соединений. H. C. Курнаков установил связь между диаграммами состояния и свойствами сплавов. Уясните эту связь.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое система, компонент, фаза, структура, сплав?

2. В чем заключается термический метод построения диаграмм сплавов?

3. Что такое эвтектика, ликвидус, солидус?

Железоуглеродистые сплавы

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒