- •Материаловедение и технология конструкционных материалов. Лекции 5-й семестр. Лектор: Волков Павел Владимирович.
- •07.09.07.
- •Краткая терминология.
- •Глава 1. Кристаллическое строение металлов.
- •§ 1. Основные типы кристаллических решеток и их характеристики.
- •1. Кубическая объемоцентрированная (оцк).
- •2. Кубическая гранецентрированная (гцк).
- •2. Замещающий атом.
- •Г). Объемные дефекты.
- •§ 4. Анизотропия свойств кристалла.
- •21.09.07 Теоретическая прочность.
- •§ 5. Дислокационный механизм пластической деформации.
- •§ 2. Дислокационный механизм пластической деформации.
- •§ 3. Зависимость прочности от плотности дислокаций.
- •Кривая Одинга
- •Основные характеристики механических свойств.
- •§ 1. Испытание на растяжение.
- •А) до испытаний б) после испытаний
- •28.09.07.
- •Характеристики прочности:
- •Характеристики пластичности:
- •3). Способ Виккерса.
- •Общие замечания.
- •§ 3. Испытание на ударный изгиб.
- •05.10.07.
- •Кристаллизация металлов.
- •§ 1. Схема процесса кристаллизации.
- •§ 2. Энергетические условия процесса кристаллизации.
- •§ 3. Взаимосвязь между основными параметрами кристаллизации.
- •12.10.07.
- •§ 4. Зависимость критического радиуса зародыша от степени переохлаждения.
- •§ 5. Строение металлического слитка.
- •4. Усадочная раковина.
- •Раздел 2. Строение сплавов.
- •Твердые растворы замещения.
- •Твердые растворы внедрения.
- •19.10.07. Диаграмма состояния.
- •Правила отрезков.
- •Для Для
- •Для Для
- •26.10.07.
- •Разновидности диаграмм состояния 3-го типа.
- •Диаграммы состояния 4-го типа.
- •Диаграмма железо-цементит.
- •§ 1. Полиморфизм железа.
- •§ 2. Основные структурные составляющие углеродистых сталей и чугунов.
- •02.11.07.
- •Верхний левый угол диаграммы железо-цементит.
Глава 1. Кристаллическое строение металлов.
§ 1. Основные типы кристаллических решеток и их характеристики.
Всего существует 14 типов кристаллических решеток. Мы же будем рассматривать только 4.
1. Кубическая объемоцентрированная (оцк).
(таким типом кристаллической решетки обладают тугоплавкие металлы: )
где соответственно «железо» и «титан» (модификации).
Параметры:
1). Å (ангстрем), 1 Åсм.
2). Координационное число ()- число ближайших соседей атома. Для ОЦК: .
3). Базис- число атомов, приходящееся на одну элементарную ячейку.
(учитываем что угловые атомы принадлежат и соседним ячейкам).
4). Коэффициент компактности:
Учитывая, что , получаем следующее выражение для коэффициента компактности:
5). Радиус поры (поры занимают углерод, кислород, водород).
2. Кубическая гранецентрированная (гцк).
1). Å.
2). .
3).
4).
5).
Таким типом кристаллической решетки обладают
3. Гексогональная плотноупакованная (ГПУ).
1).
2).
3).
4).
5).
(Три атома в центре расположены в плоскости, параллельной основанию).
Подобную кристаллическую решетку имеют малопластичные металлы .
4. Тетрагональная решетка.
Образуется после некоторых видов термической обработки (например, после закалки).
§ 2. Полиморфизм (аллотропия).
Полиморфизм- способность металла изменять тип кристаллической решетки в зависимости от температуры.
Например, для железа:
Для титана:
Полиморфизм проявляется также у ,.
14.09.07.
§ 3. Дефекты кристаллического строения.
1). Классификация:
– точечные дефекты;
– линейные дефекты;
– поверхностные дефекты;
– объемные дефекты;
Рассмотрим каждый класс дефектов отдельно:
а). Точечные дефекты:
1. Вакансия (пустое незанятое атомное место в кристаллической решетке).
С увеличением температуры число вакансий возрастает. Это связано с амплитудой колебания атомов.
при : вакансия на атомов
при : вакансия на атомов
Изобразим вакансию:
Вокруг вакансии образуется поле упругих искажений кристаллической решетки. Атомы смещены на доли межатомного расстояния.
Вакансии играют большую роль в диффузионных процессах так как диффузия осуществляется за счет обмена местами вакансии с ближайшим атомом.
2. Замещающий атом.
и – металлы разных типов.
Для данного рисунка .
Атом кристаллической решетки может быть замещен каким-либо атомом иной природы. Из-за разности атомных размеров в решетке возникнут искажения.
3. Внедренный атом (атом в междоузлии).
При значительной пластической деформации или в результате радиационного облучения атом может быть выбит из своего места и располагаться в междоузлии.
§ 4. Влияние точечных дефектов на свойства.
Точечные дефекты не оказывают практически никакого влияния на механические свойства. Но зато влияют на физические. С увеличением числа точечных дефектов возрастает электросопротивление и уменьшается электропроводность.
В магнитомягких материалах с уменьшением числа точечных дефектов снижается коэрцетивная сила.
- коэрцетивная сила
б). Линейные дефекты.
Их размеры в двух поперечных направлениях малы, однако протяженность (длина) составляет многие тысячи параметров решетки.
– дислокации (подвижные дефекты). Могут перемещаться под действием приложенной нагрузки.
Существует сложная теория дислокации, теория упругости.
Дисклокации бывают краевые и винтовые.
Краевая дислокация.
экстраплоскость.
Красным цветом на рисунке выделена
область искажений.
В зависимости от обозначения на рисунке
различают следующие дислокации:
положительная дислокация
T – отрицательная дислокация
При встрече двух дислокаций разных знаков происходит их аннигиляция (взаимное уничтожение).
Винтовая дислокация.
Винтовая дислокация- это линия, вокруг которой атомные плоскости закручены по винтовой поверхности.
в). Поверхностные дефекты.
Металл представляет собой поликристалл (тело, состоящее из множества кристаллов, которые по разному повернуты друг к другу).
Граница зерен представляет собой слой атомов, кристаллографическое положение которого не связано ни с одним из кристаллов. Кристаллы по-разному повернуты. Ширина границы зерен достигает 2-3 межатомных расстояния, а длина на несколько порядков превышает ширину.
По границам зерен скапливается множество точечных дефектов. Из-за высокой концентрации вакансий у границ по границам зерен развивается преимущественная диффузия. Иными словами, по границам зерен больше вакансий, чем в теле зерна, следовательно по границам диффузия осуществляется легче, чем в теле зерна.
Границы зерен являются препятствиями для движения дислокаций. Дислокация не может перейти из одного зерна в другое! Дислокации скапливаются у границ, формируя напряжение.
И именно граница зерен является поверхностным дефектом.