Материаловедение

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
Модуль 3. ОСНОВЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ
Модуль 4. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ, НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Гуляев. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.
2. Фетисов, Г.

П. Материаловедение и технология металлов: учебник для вузов / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др.; под ред. Г. П. Фетисова. – М.: Высш. школа, 2006. – 638 с.
3. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: изд-во МГТУ, 2003. – 648 с.
4. Сорокин, В.Г. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосников, С.А. Вяткин и др.; под ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение,1989. – 640 с.
5. Беспалов В.Ф. Практикум по материаловедению: учеб. пособие для вузов / В.Ф. Беспалов, Н.М. Романченко. – Красноярск: КрасГАУ, 2006. – 124 с.
6. Романченко Н. М. Материаловедение: электронный учебно-методический комплекс для вузов / Н. М. Романченко, В. Ф. Беспалов. – Красноярск : КрасГАУ, www. kgau. ru , 2006. – 302 с.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Металловедение – наука, изучающая строение и свойства металлов, и

устанавливающая связь между их составом, строением и свойствами.

температуру плавления, относительно высокую твердость и во многих случаях обладают

полиморфизмом.
Цветные металлы чаще всего имеют характерную окраску: красную, желтую, белую. Обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления, полиморфизм встречается редко.

Тугоплавкие металлы – Mo, W, V, Ti и др.

3. Урановые

металлы

4. Редкоземельные металлы– La, Ce, Y и Sc. Их

5. Щелочноземельные металлы (Li, Na, K, Rв, Cs, Fr, Ca, Sr, Ba, Ra)

малой плотностью.

2. Благородные металлы - Ag, Au, металлы платиновой группы.

К ним может быть отнесена и "полублагородная" медь". Обладают высокой коррозионной стойкостью.

3. Легкоплавкие металлы - Zn, Cd, Hg, Sn, Bi, Tl, Sb, Ga, Ge, Pb.

в узлах которой расположены атомы.

Расположение атомов в кристалле удобно изображать

в виде так называемых элементарных кристаллических ячеек. Под ними подразумевается наименьший комплекс атомов, который при многократном повторении в пространстве позволяет воспроизвести пространственную кристаллическую решетку.

гранецентрированный куб (г.ц.к.)
в) гексагональная (г.п.у.)

– дислоцированный атом;
в – примесные атомы замещения или внедрения

возникают кристаллы. Такой процесс называется кристаллизацией.

Энергетическое состояние системы, характеризуется особой

термодинамической функцией F, называемой свободной энергией
(свободная энергия F = U – TS,
где U – внутренняя энергия системы;
T – абсолютная температура,
S – энтропия).

Рис. 5. Кривые охлаждения
жидкого (1) и кристаллического

при кристаллизации
состояния (2) в зависимости
от температуры

нескольких кристаллических формах.

Они определяют соответствие выбранного материала расчетным нагрузкам при проектировании и

обеспечивают надежность и долговечность машины в эксплуатации.
К механическим свойствам относятся: прочность, пластичность, твердость, вязкость, выносливость, ползучесть и др.

это нагрузка Р (Н), отнесенная к единице начальной площади поперечного

сечения F0 (м2) образца, (Н/м2)
σ = P / F0
Деформация – изменение формы и размеров тела под действием приложенной нагрузки или в результате физико-механических процессов, возникающих в самом теле. Деформация может быть упругая, исчезающая после снятия нагрузки, и пластическая, остающаяся после снятия нагрузки.

при растяжении:
σв = Рв / F0,

где Рв – наибольшая нагрузка перед разрушением, Н.

Прочность – способность материала сопротивляться деформации или разрушению.

пластичность относительным удлинением δ и относительным сужением ψ образца при

разрыве:
δ = (lk - l0) / lk ∙ 100, [%];
ψ = (F0 - Fk) / F0 ∙ 100, [%],
где l0 – начальная длина образца, м;
lk – конечная длина образца после разрыва, м;
F0 – начальная площадь поперечного сечения на участке сужения при разрыве, м2;
FK – конечная площадь поперечного сечения на участке сужения при разрыве, м2.

в поверхностном слое.

Наибольшее применение получили методы определения твердости

твердомерами ТШ (прибор Бринелля), ТК (прибор Роквелла), ТП (прибор Виккерса).

более элементов (компонентов).

неограниченной взаимной растворимостью.

После затвердевания компоненты, входящие в сплав, могут

образовать:

- твердые растворы,
- химические соединения,
- механические смеси.

– внедрения

и степенью свободы системы.

изучения при определенных условиях (температура, давление).

Компонентами называют вещества, образующие сплав.

Фазой называется однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностью раздела. При переходе через поверхность раздела резко изменяются свойства фазы. Фазы бывают твердые, жидкие и газообразные.
В твердых сплавах фазами могут быть зерна чистого металла, твердого раствора и химического соединения.

факторов (температура, концентрация, давление), которое можно изменять без изменения числа

фаз в системе.
С = К - Ф + 1
где К – число компонентов; Ф – число фаз

Если С = 0, фазы находятся в равновесии при строго определенных значениях всех факторов; изменение одного из них нарушает равновесие.

При С = 1 до определенного значения можно менять температуру, не изменяя числа фаз.

При С = 2 возможно изменить две переменные (температуру и концентрацию) без изменения фазового состава системы.

фазовым составом, температурой и концентрацией сплава.

получении серии кривых охлаждения жидкого сплава и определении на них

критических точек, то есть температур фазовых превращений.

Принято точки начала кристаллизации сплава называть точками ликвидус, конца кристаллизации – солидус.

2 – тигель; 3 – термопара;
4 – расплавленный металл

или сплав;
5 – милливольтметр (гальванометр)

(первого рода)

Оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы, а

в твердом состоянии нерастворимы и не образуют химических соединений, а образуют мелкодисперсную физико-химическую смесь этих элементов (эвтектику).

Эвтектикой называется физико-химическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости.

в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную

линию (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими данную область диаграммы. Проекции точек пересечения на ось концентрации показывают составы фаз.

соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию до пересечения

с линиями, ограничивающими данную область диаграммы. Отрезки этой линии (коноды) между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.
Так, для сплава IY в точке е при при температуре t1, отрезок mn определяет все количество сплавов, отрезок еn – количество жидкости, а отрезок те – количество кристаллов сурьмы.

(второго рода)

Рис. 14. Диаграмма состояния сплавов Сu-Ni

(третьего рода)

Рис. 15. Диаграмма состояния сплавов
с ограниченной растворимостью в

твердом состоянии

16. Свойства сплавов и их диаграммы состояния:
1 – твердость; 2

– электропроводность