- •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.
§ 3. Взаимосвязь между основными параметрами кристаллизации.
Д.К. Чернов выделил два элементарных процесса при кристаллизации:
1). Образование мелких кристаллов- центров кристаллизации (зародышей)
2). Дальнейший рост кристаллов из появившихся зародышей.
Эти два процесса протекают одновременно.
Параметры кристаллизации:
1). Степень переохлаждения.
2). Число зародышей (центров)- количество зародышей, образующихся в единичном объеме за единицу времени.
3). Скорость роста кристаллов - линейная скорость перемещения граней кристалла.
12.10.07.
число центров, скорость роста, крупнозернистая структура.
число центров, скорость роста, мелкозернистая структура.
Технические металлы и сплавы не склонны к переохлаждению.
§ 4. Зависимость критического радиуса зародыша от степени переохлаждения.
Каждой степени переохлаждения соответствует свой размер устойчивого зародыша, способному к дальнейшему росту.
Если , то такой зародыш способен к дальнейшему росту.
С увеличением степени переохлаждения: .
Изменяя размер зародыша мы можем управлять процессом кристаллизации.
Если перейти от структуры к свойствам, то с уменьшением размера зерна растет прочность, пластичность и возрастает ударная вязкость.
Предел текучести:
Видно, что предел текучести зависит от среднего размера зерна .
где - прочность монокристалла
- коэффициент, зависящий в частности от плотности дислокаций и кристаллического строения.
Через средний размер зерна мы можем управлять прочностью. Материал, обладающий мелкозернистой структурой- прочный материал. Для крупнозернистой структуры характерны низкие прочности.
Способы регулирования размера кристалла:
- изменение степени переохлаждения ;
- модифицирование- технологическая операция введения в жидкий металл специальных веществ (модификаторов).
Модификаторы:
1. Объемные (когда их вводят в жидкий металл, образуются тугоплавкие химические соединения- готовые центры кристаллизации) (подобно образованию жемчуга из песчинки).
В качестве модификаторов часто используют .
Для того чтобы металл стал модификатором необходимо размерное и структурное соответствие кристаллических решеток модификатора и металла, в который он вводится. То есть можно выделить два принципа, по которым выбирается модификатор:
Принципы:
1). Одинаковые кристаллические решетки металла и модификатора.
2). Близкий атомный радиус (отличие не более 9%)
2. Поверхностно-активные модификаторы (когда их вводят в жидкий металл, атомы модификатора обволакивают зародыш и уменьшают поверхностное натяжение, тем самым уменьшается и увеличивается число зародышей.
где - разность свободных энергий жидкой и твердой фазы
коэффициент поверхностного натяжения между твердой и жидкой фазой
Пример:
Натрий выполняет роль модификатора, хлор улетучивается.