Note de curs este format din cinci secțiuni „Materiale“ disciplina. Prima și cea de a doua secțiune sunt dedicate structurii metalice cristaline și descrierea proprietăților lor de bază. A treia secțiune discută teoria aliajelor, și se concentrează pe diagrama de stare aliaje fier-carbon dezasamblat a sistemului „de fier -. Cementită“ În secțiunea a patra prezintă clasificarea, etichetarea și utilizarea de oțeluri carbon și fonte cenușii. A cincea secțiune descrie pe scurt poziția principală a tratamentului termic asociat cu încălzirea și răcirea oțelului. Definește operațiile de bază de tratament termic: recoacere, normalizarea, călirea și temperării, indicând scopul și modurile de comportamentul lor.
Proiectat pentru studenții disciplinei „Materiale“.
Bibliografie. 9 titluri. Fig. 30.
Referenți: Dr. Sci. Stiinte, profesor AP Morgunov;
Dr. Sci. Științe, profesorul A. V. Borodin.
Ó Omsk de stat. universitate
Materialele știință studiază relația dintre compoziția, structura și proprietățile materialelor structurale. În plus față de metale și aliaje în programul acestei discipline este de a studia polimer, electrice și alte materiale.
de transport feroviar, utilaje de transport și construcții de transport materiale sunt cei mai mari consumatori (în principal, metale și aliaje), astfel încât principalele probleme „Materiale“ se studiază relația dintre compoziția, structura, proprietățile și utilizarea metalelor și aliajelor.
abstract Materialul este împărțit în cinci secțiuni. În scurt clasificarea întâi considerate a metalelor și a legilor de cristalizare. Sunt tipurile barilor de cristal și structura cristalelor. A doua secțiune prezintă proprietățile de bază ale metalelor. Atenția principală este acordată proprietăților mecanice. A treia secțiune discută despre tipurile de aliaje metalice. Parsează diagramă de stare a aliajului fier-carbon, cu o structură caracteristică în fiecare zonă, sunt puncte oteluri critice. În secțiunea a patra va acoperi clasificarea, etichetarea și utilizarea de oțeluri carbon și fonte. Secțiunea Cinci este dedicat oțel tratate termic. revizuit pe scurt de conversie din oțel în timpul încălzirii și răcirii cu structuri caracteristice formate. Arătat Moduri scop și de bază ale operațiunilor de tratament termic: recoacere, normalizare, călire și revenire.
În studiul „Materiale“ disciplina este necesară pentru a dobândi un număr mare de termeni tehnici și definiții, și să-l studieze în liceul nostru pe curriculum-ul existent este dat pentru un semestru. Cantitatea de informații în literatura de specialitate este semnificativă și nu se încadrează în cadrul orelor de clasă. Ajutați elevii de „material“, pentru a înțelege cantitatea mare de informații noi pentru ei și proiectat notele de curs.
Metale - Elemente chimice, care sunt semnele distinctive ale opacitate, luciu specific, conductivitate electrică și termică, ductilitate bună. Toate metalele sunt împărțite în două grupuri mari - negru și color. metale feroase au o densitate ridicată, punct de topire ridicat, o duritate relativ ridicată. Principalul reprezentant al acestui grup este de fier.
Metale fier: fier, cobalt, nichel (feromagnetic) și mangan. Cobalt, nichel, mangan este adesea folosit ca aditivi (elemente de aliere) la aliaje de fier (oțel). Grupul include, de asemenea metale feroase uraniu, pământuri rare (REM) și temperatura de topire refractar care este mai mare decât cea a fierului, - 1539 ° C.
metale neferoase, de obicei, culoarea, o mai mare ductilitate, duritate scăzută, o temperatură de topire relativ scăzut. Cele mai comune metale neferoase sunt cupru și aluminiu. Metale neferoase sunt împărțite în plămâni - low-densitate (mai mică de 3 g / cm3): magneziu, beriliu, aluminiu; fuzibil zinc, staniu, plumb, bismut, antimoniu, etc. Temperatura de topire - mai mică de 1000 ° C ... Acestui grup aparțin și metale prețioase: argint, aur, platină, paladiu, iridiu, osmiu, și altele.
De multe ori cuvântul „metal“ se referă nu numai la elementul pur, ci și aliaj alcătuit din elementele chimice - metal cu un alt metal sau metaloid. Aliaje au proprietăți diferite, care nu au metale nete. Elementele chimice din aliaj inclus numite componente ale aliajului. Cele mai multe aliaje produse prin topirea componentelor în stare lichidă. aliaje de carbură de cimentate sunt produse de pulberi metalice de sinterizare (de exemplu, sub formă de pulbere duraluminiu D16P).
Metal - corp policristalin solid este format din cristale de diferite forme și mărimi. După terminarea procesului de topire a metalului topit evacuat din cuptor în oala de turnare. Metal dintr-o oală de turnare este turnat într-o matriță în care se cristalizeaza - se transformă într-o stare solidă, se răcește, pentru a forma un lingou (cinci, opt, zece tone sau mai mult).
Chernoff; b - cristalizare schema lingou; Dendritele: Chernova (c)
antimoniu pe suprafață (g) și aluminiu (d)
Fig. 3. Microstructura doevtektoidnoy oțel:
și - grosier; b - grained
de metal de dimensiunea cristalului determină în mare măsură proprietățile mecanice: cele mai mici cristale, cu atât rezistența la impact a metalului și sarcinile ciclice. Astfel, în timpul cristalizării a doi factori determină structura metalică: numărul de nucleația și cristal rata de creștere a acestor centre.
Când temperatura teoretică de cristalizare (temperatura de topire) metalul topit și cristalele solide pot exista simultan și la nesfârșit. În consecință, cristalizarea poate avea loc numai la un anumit subrăcire, sub temperatura de metal teoretic (echilibru). Diferența dintre valorile teoretice și cele reale ale temperaturii de cristalizare din metal se numește gradul de subrăcire:
unde Tm - teoretic (echilibru) Temperatura de cristalizare (punct de topire) din metal;
Temperatura de cristalizare a metalului efectiv - tc.
Gradul de subrăcire a metalului depinde de viteza V1 răcire. V2. V3 (vezi. Fig. 4).
Viteza de răcire V1 corespunde unui grad mic de DT1 răcirea bruscă. răcirea topiturii cu V2 viteză crește gradul de DT2 răcirea bruscă. și o mare viteză de răcire V3 va crește gradul de DT3 răcirea bruscă. și cristalizarea va avea loc la o temperatură mai joasă. Ca urmare, aceasta va afecta factorii procesului de cristalizare:
în care CHTSK - numărul de nucleaŃie;
IBS - rata de creștere a cristalului de la aceste centre.
Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibil să se regleze viteza de răcire a metalului topit. Metoda de producere a cristalelor fine de solidificare metal este de a oferi un nucleația artificial. În acest scop, metalul topit este introdus substanțe specifice, denumite modificatori. Procesul de control artificial al cantității și mărimea cristalelor se numește modificare.
Structura cristalelor de metal
Toate solidele cristaline metalice. atomilor lor în formă de cristale au un aranjament bine definit, regulat în spațiu. Atomii sunt compuse din ioni încărcați pozitiv și electroni încărcați negativ. Electronii din metale sunt legate slab la nucleu și poate fi ușor transferată de la un ion la altul. Acest lucru explică conductivitatea electrică și termică ridicată a metalelor.
Liniile trasate imaginari prin centrele atomilor (ion încărcat pozitiv) formează un plan așa-numitul cristalografică. repetări multiple ale planurilor cristalografice amplasate în paralel, formând o rețea spațială (Fig. 5). Atomii din nodurile rețelei cristaline variază cu o anumită amplitudine și frecvență și se află sub acțiunea forțelor de atracție și repulsie. dimensiuni cristal cu zăbrele (distanța dintre centrele de atomi adiacenți) se numesc parametri și măsurate în angstromi - Å (1Å = -8 1'10 cm) sau kiloiksah - Kx (1kH = 1.00202Å) Sau în nanometri - nm (1nm = 1'10 -9 cm = 0,1 Å).
Aspirația atomii de metal ocupă locul cel mai apropiat unul de altul, rezultând în formarea a trei tipuri de barilor de cristal: cubic (BCC) centrat pe corp, cubic (fcc) centrată pe față și
hexagonale ambalate close-(HCP) (Fig. 5).
Fig. 5. Dispunerea circuitului de atomi într-un metal: și - în plan;
b - în spațiul; grilaj metalic cubic: volum
centrat cubic (a) și celula rețelelor cristaline (i);
cub (d) celulă centrată pe față și zăbrele cristalină (e);
celulă elementară: rețea cubică centrată pe corp (x);
o rețea cubică cu fețe centrate (e); bătătorit
zăbrele cubic (i)
In celula atomii din zăbrele cubice centrate corp sunt aranjate la nodurile și centrul cubului; au o rețea, de exemplu, crom, vanadiu, wolfram, etc. In atomii de celule zăbrele cubică cu fețe sunt vârfuri ale cubului și centrul fiecărei fețe a cubului .; un astfel de grilaj sunt aluminiu, nichel, plumb, etc. Atomii hep cu zăbrele situate la nodurile de bază prisme hexagonale, centrele acestor baze și în interiorul prismei .; zăbrelele sunt magneziu, titan, zinc și altele.
Din cele de mai sus, este clar că caracteristicile metalelor datorită structurii lor interne (structura). aranjament corect geometrică a atomilor în rețeaua cristalină le face deosebit nu a fost găsit în solide amorfe (rășină și sticlă).
Avioanele și direcțiile atomilor de cristal cu zăbrele sunt aranjate cu densitate diferite, distanta una de alta, și pentru că proprietățile cristaline (fizice, chimice, mecanice) în diferite direcții diferite (fig. 6). Această diferență se numește proprietățile anizotrope. Toate cristalele sunt anizotrope. In metale, constând dintr-o multitudine de mici cristale orientate în mod diferit proprietăți anizotrope în toate direcțiile sunt aceleași (media). Dacă structura metalică creează aceeași orientare a cristalelor, apare anizotropia metalului.
Fig. 6. Avioanele cristalografice și direcțiile
o rețea cubică centrată pe corp: a - în direcția
fețe (patru atomi); Diagonala: b - trei - patru atomi
De fapt, cristalul reală, în contrast cu ideea perfectă a structurii sale de cristal cu zăbrele are imperfecțiuni (defecte): punct, linie, suprafață.
imperfecțiunilor Point. După cum este indicat, atomii sunt în mișcare oscilatorie în zăbrele. Cu cât temperatura, cu atât mai mare amplitudinea acestor oscilații. Deși atomii din rețeaua cristalină au aceleași (medie) valorile energiei și amplitudinile lor de oscilație sunt aceleași, există întotdeauna atomi individuali, în care energia și amplitudinea este mai mare decât celălalt. Acești atomi se pot deplasa de la un nod la altul, gratuit transformat.
Formarea dislocările pot apărea în timpul cristalizării, tratamentul termic și a altor procese. Dislocații au o mare influență asupra proprietăților mecanice - scăderea rezistenței, dar oferă posibilitatea de a se deforma plastic metal (figura 9.).
Deci, într-un grilaj metalic real, întotdeauna au posturi vacante, dislocații, atomii de impuritate (având diferite dimensiuni atomice), denaturând forma celulelor cristaline și parametrii lor. Toate acestea au un impact asupra proprietăților reale ale metalelor (Fig. 11). Pentru a determina proprietățile standardelor metalelor prevede testele respective.