Тема I. КРИСТАЛІЧНА БУДОВА МЕТАЛІВ

Тема I. КРИСТАЛІЧНА БУДОВА МЕТАЛІВ

Загальна характеристика металів

1) високі тепло- і електропровідність; 2) позитивний температурний коефіцієнт електричного опору (з підвищенням… 3) термоелектронна емісія - спроможність випускати електрони при нагріванні;

Електронна будова атома

Енергетичні рівні, в свою чергу, поділяються на підрівні, які позначаються літерами s, р, d і f . Максимальна кількість електронів на підрівнях… Зростання енергії електронів і послідовність заповнення ними енергетичних… …

Типи міжатомних зв'язків у твердих тілах

Іонний зв'язок виникає між різнорідними атомами, наприклад натрію і хлору, один з яких віддає свій валентний електрон і перетворюється у позитивно… Ковалентний зв'язок утворюється за рахунок об'єднання валентних електронів… Властивості металів характерні для металевого стану речовини, основною з яких є наявність вільних електронів.…

Атомно-кристалічна структура металів

Кристалічні просторові гратки, виходячи зі співвідношення між осьовими одиницями та кутами, поділяють на сім систем - сингоній: триклинна,…  

Анізотропія властивостей металів.

  Рис.1.6. Індекси кристалографічних площин і напрямків

Дефекти кристалічної будови металів

Рис. 1.7. Точкові дефекти: а – вакансія; б – міжвузловий атом; в – заміщений атом

Методи дослідження структури

Рис. 1.12. Міжблокова границя, утворена крайовими дислокаціями: а - відстань…  

Первинна кристалізація металів

Зміна вільної енергії рідкого та твердого станів у залежності від температури показана на рис.2.1. Вище температури Тпл стійкішим є рідкий метал,… Рис.2.1. Температурна залежність енергії Гіббса метала в рідкому (Fр) і твердому (Fт) станах

Будова металевого злитка

Рис.2.4. Схеми дентритного кристала (а) і росту дентритів (б) Кристали дендритної форми іноді можна бачити безпосередньо на поверхні злитка у вигляді характерного рельєфу. Проте…

Поліморфні перетворення

Відомі такі поліморфні перетворення: Feα↔Feγ, Coα↔Coβ, Tiα↔Tiβ, Snα↔Snβ,… Перехід чистого металу з однієї поліморфної модифікації в іншу відбувається… Як і при кристалізації з рідкої фази, для того щоб поліморфне перетворення відбувалося, потрібно деяке переохолодження…

Основні поняття та визначення. Типи сплавів

Роль сплавів у техніці значно важливіша, ніж чистих металів, що пов’язано з більшою різноманітністю властивостей цих речовин. Речовини, з яких утворюється сплав, називаються компонентами сплавів.… Фазою називається однорідна частина системи, відділена від інших складових (фаз) поверхнею поділу, при переході через…

Основні типи діаграм стану подвійних сплавів

Рис. 3.1. Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють механічну суміш… Сплави, які розміщені правіше точки С діаграми, називаються заевтектичними. Їх структура складається із надлишкових…

Зв’язок між типом діаграми стану, складом і властивостями сплавів

Знаючи діаграму стану, можна також визначити технологічні властивості: спроможність до деформації чи обробки різанням, ливарні властивості тощо.… Рис. 3.6.Залежність між типом діаграми стану , хімічним складом і властивостями сплавів

Тема 4. ПЛАСТИЧНА ДЕФОРМАЦІЯ ТА МЕХАНІЧНІ

ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Напруження, що виникають у металі при навантаженні. Пружна та пластична деформація. Вплив пластичної деформації на структуру і властивості металу

При прикладанні на зразок сили F, що розтягує його (рис. 4.1), у матеріалі зразка виникає напруга р, яку можна розкласти на нормальну(s) та дотичну… Рис.4.1. Схема розтягання зразка     …

Вплив нагріву деформованого металу на його структуру

Та властивості

При звичайних температурах (~20...30°С) низька дифузійна рухомість атомів забезпечує відносну стійкість деформованого стану металу. Але при… При незначному нагріві (для заліза до 300...400°С) прискорення дифузії атомів… При температурах повернення можливе групування дислокацій однакових знаків у стінки, в результаті чого утворюється…

Механічні властивості металів і сплавів

    Рис.4.8. Залежність розміру зерна (d) від ступеня деформації (e) - статичному навантажуванні, коли навантаження збільшується повільно та плавно;

Теоретична і реальна міцність металів та шляхи її підвищення

Розрізняють технічну і теоретичну міцність металів. Технічну міцність характеризують такі властивості, як границі міцності… Теоретична міцність – це опір деформації і руйнуванню матеріалу згідно теоретичним розрахункам з урахуванням сил…

Характерні точки діаграми стану залізо-вуглець

Залізо – це сріблясто-сірий метал з атомним номером 26, атомним радіусом 0,127нм, атомною масою 55,85, густиною 7860 кг/м3 та температурою плавлення… Вуглець – це неметалевий елемент з атомним номером 6, атомним радіусом… Вуглець розчиняється у залізі в рідкому та твердому станах, а також утворює з залізом хімічну сполуку Fe3С (цементит),…

Вуглецеві сталі

Вуглецева сталь - це сплав заліза з вуглецем та іншими постійними домішками, який містить до 2,14%С, тобто до складу сталі входять, крім заліза,… Вуглець - обов'язковий компонент сталей, який сильно впливає на властивості… Ударна в'язкість сталі сильно залежить від кількості в ній фериту. При підвищенні вмісту вуглецю до 0,6% кількість…

Вплив постійних домішок на властивості сталі

Марганець і кремній вводять у сталь для розкислення при її виплавлянні. Кремній сильно підвищує границю текучості sТ і знижує пластичність сталі. Тому… Марганець помітно підвищує міцність сталі, практично не знижуючи пластичність і прогартовуваність, зменшує…

Класифікація та маркування вуглецевих сталей

За рівноважною структурою вуглецеві сталі поділяються на три групи: доевтектоїдні – сталі, які містять від 0,02 до 0,8%С, структура яких… евтектоїдні – сталі, які містять 0,8%С, структура яких складається з перліту;

Чавуни

Чавунами називають залізовуглецеві сплави, що містять від 2,14 до 6,67%С, тобто чавуни відрізняються від сталей більш високим вмістом вуглецю і структурою. Тому вони мають інші, порівняно зі сталями, технологічні характеристики – кращі ливарні властивості і низьку здатність до пластичного деформування.

Вуглець у чавунах може бути в двох станах: у хімічно зв’язаному (цементит або інші карбіди) та у вільному (графітні включення).

Чавуни, в яких майже весь вуглець находиться у хімічно зв’язаному стані, називають білими. Таку назву вони отримали за видом злому, який має матово-білий колір. Фазовий склад білих чавунів при нормальній температурі-цементит і ферит. Білі чавуни мають високу твердість (4500…5500НВ) і крихкість, практично не піддаються обробці різальним інструментом. Білі чавуни за хімічним складом (вмістом вуглецю) і за структурою поділяються на доевтектичні, евтектичні та заевтектичні.

Доевтектичні – це чавуни, що містять від 2,14 до 4,3%С, структура яких складається з перліту, ледебуриту і цементиту вторинного. Евтектичний чавун містить 4,3%С і його структура повністю ледебуритна. Заевтектичні чавуни – це чавуни, що містять понад 4,3 до 6,67%С, структурний склад яких ледебурит і цементит первинний. Мікроструктури білих чавунів наведені на рис.5.4.

Рис.5.4. Мікроструктури білих доевтектичного (а), евтектичного (б) і заевтектичного (в) чавунів

Чавуни, в яких вуглець частково або майже повністю находиться у вільному стані у вигляді графітних включень називаються сірими, тому що графіт надає злому цих чавунів сірий колір. Структура сірих чавунів складається з металевої (сталистої) основи, в якій розташовані графітні включення.

Графітні включення можуть мати пластинчасту, пластівчасту і кулясту форми.

Чавуни з пластинчастою формою графіту називають звичайними сірими, з пластівчастою – ковкими, а з кулястою – високоміцними.

Графіт має низьку міцність (sв=20 МПа) і тому можна рахувати, у першому наближенні, що місця, які він займає - це “пустоти” у металі. Форма цих “пустот”, тобто графітних включень, значно впливає на міцність і пластичність чавуну. Пластинчаста форма в найбільшій ступені послаблює металеву основу, виступаючи концентратором напруги, особливо при розтягуванні. Куляста форма є найбільш привабливою, тому, що такі включення графіту в меншій ступені знижують міцність і пластичність металевої основи. Тому чавуни з кулястим графітом, які мають значно вищу міцність, ніж чавуни з пластинчастим графітом, отримали назву високоміцних.

Присутність графіту у структурі чавунів надає їм низку переваг у порівнянні зі сталлю:

1) краща оброблюваність різанням;

2) більш високі антифрикційні властивості;

3) здатність швидко гасити вібрацію і коливання;

4) нечутливість до поверхневих дефектів.

Сірі, високоміцні та ковкі чавуни за структурою металевої основи поділяються на феритні, феритно-перлітні та перлітні. Структура феритних чавунів складається з фериту і графіту, феритно-перлітних – з фериту, перліту і графіту, перлітних – з перліту і графіту (рис.5.5).

Структура металевої основи має значний вплив на властивості чавуну. Феритні чавуни мають найменшу міцність, твердість, найбільш високу пластичність і, навпаки, перлітні – найбільшу міцність, твердість, найменшу пластичність.

 

Рис.5.5. Класифікація чавунів за структурою металевої основи та за формою графітних включень

У промисловості застосовуються також чавуни, в яких є структурні ознаки як сірих, так і білих чавунів. Такі чавуни називаються половинчастими. У цих чавунах частина вуглецю (>0,8%) перебуває у зв’язному стані, а решта – у вигляді графіту. Тому в структурі половинчастих чавунів, поряд зі вторинним цементитом або цементитом ледебуриту, є графіт, тобто їх структура може складатися із П+ЦІІ+Г або П+Л+Г.

 

Вплив хімічного складу і швидкості охолодження на структуру і властивості чавуну.

Вуглець і кремній є сильними графітизуючими елементами. Тому для отримання сірого чавуну слід збільшувати кількість кремнію, а білого – зменшувати… Марганець, навпаки, утруднює процес графітизації чавуну і сприяє отриманню… Сірка є шкідливою домішкою у чавуні. Вона погіршує ливарні властивості та утруднює процес графітизації чавуну, тому…