- •Конспект лекций по общему курсу материаловедения
- •Для студентов заочной формы обучения
- •Учебное пособие
- •Москва 2013
- •Введение.
- •Глава 1. Теория сплавов.
- •1.1. Механические свойства сплавов и методы их определения.
- •1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения металлов.
- •1.4. Закономерности кристаллизации металлов и сплавов.
- •1.5. Микроструктура сплавов.
- •1.6. Характеристика фаз и структурных составляющих.
- •1.7. Диаграммы состояния.
- •1.8. Фазы и структурные составляющие в сплавах Fe-c.
- •1.9. Влияние химического состава и структуры на свойства сталей и чугунов.
- •1.10. Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей.
- •1.11. Применение чугунов.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 2. Теория термической обработки.
- •2.1. Критические температуры при термообработке стали.
- •2.2. Превращения при нагреве стали.
- •Перегрев и пережог.
- •2.3. Превращения в стали при непрерывном охлаждении.
- •2.4. Образование структур перлитного типа.
- •2.5. Промежуточное превращение.
- •2.6. Мартенситное превращение.
- •2.6.1.Особенности мартенситного превращения.
- •2.6.2. Свойства мартенсита.
- •2.7. Превращения при отпуске.
- •2.7.1. Свойства стали после отпуска.
- •2.7.2. Отпускная хрупкость.
- •2.7.3. Старение.
- •2.8. Прокаливаемость и закаливаемость стали.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 3. Технология термической обработки.
- •3.1. Технология объемной термообработки стали.
- •3.1.1. Отжиг 1-го рода.
- •3.1.2. Отжиг 2-го рода.
- •3.1.3. Нормализация.
- •3.1.4. Дефекты отжига и нормализации.
- •3.1.5. Закалка.
- •3.1.6. Дефекты закалки.
- •3.2. Поверхностная закалка.
- •3.3. Химико-термическая обработка (хто).
- •3.3.1. Цементация.
- •3.3.2. Азотирование.
- •3.3.3. Нитроцементация.
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 4. Машиностроительные материалы.
- •4.1. Легированные конструкционные стали.
- •4.2. Специальные стали и сплавы.
- •4.3. Литейные сплавы.
- •4.4. Неметаллические материалы.
- •4.4.1. Пластмассы.
- •4.4.2. Резины.
- •4.4.3. Клеи и герметики.
- •4.5. Композиционные материалы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Глава 5. Порошковые материалы.
- •5.1. Технология производства металлических порошков.
- •Основными элементами технологии порошковой металлургии являются:
- •5.2. Свойства металлических порошков.
- •5.3. Классификация порошковых сталей.
- •5.4. Порошковые углеродистые конструкционные стали.
- •5.5. Порошковые легированные конструкционные стали.
- •Медистые порошковые стали.
- •Порошковые стали, легированные никелем.
- •Порошковые железомедноникелевые стали.
- •Порошковые молибденовые стали.
- •Хромистая порошковая сталь.
- •Марганцовистые порошковые стали.
- •Сложнолегированные порошковые конструкционные стали.
- •5.6. Порошковые стали инструментального назначения.
- •5.7. Порошковые стали специального назначения.
- •5.8. Антифрикционные материалы на основе железа.
- •5.9 Термическая обработка порошковых сталей.
- •5.10. Свойства и применение порошковых сплавов.
- •Применение порошковых материалов
- •Методами порошковой металлургии получают:
- •Применение и состав порошковых сплавов
- •5.11. Производство деталей из порошковых материалов.
- •5.12. Эффективность технологии порошковой металлургии.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов.
Такое название структуры металлов обусловлено тем, что они представляют собой поликристаллические тела, состоящие из множества мелких кристаллов, прочно связанных в единое целое. В свою очередь каждый кристалл представляет собой совокупность громадного числа элементарных частиц – положительно заряженных ионов металла, упорядоченно расположенных в объеме кристалла.
Идеальную атомно-кристаллическую структуру можно представить в виде объемной кристаллической решетки, образованной повторением в пространстве так называемой кристаллографической плоскости.
Рис.3. Кристаллографическая плоскость |
Рис.4. Объемная кристаллическая решетка |
Точки пересечения линий означают узлы решетки, в которых располагаются атомы (ионы) металла, а сами линии символизируют межатомные связи. Для характеристики атомно-кристаллического строения используют не объемную решетку, а элементарную кристаллическую ячейку. Это наименьший комплекс элементарных частиц, повторение которого в пространстве воспроизводит объемную решетку. Элементарная кристаллическая ячейка дает представление о закономерности расположения атомов в любом объеме данного металла.
Для большинства металлов, образующих сплавы, характерны три типа элементарных кристаллических ячеек: объемно-центрированная кубическая (ОЦК), кубическая гранецентрированная (ГЦК), гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (рис.5).
ОЦК; W,Mo,V,Fe,Cr,Ti к=8 а=0,3-0,6Нм |
ГЦК; Ni,Cu,Fe,Ag к=12 а=0,3-0,6Нм |
ГПУ; Mg,Ti,Zn,Be,Zr к=12 а=0,2-0,4Нм с=0,35-0,65Нм |
Рис.5. Основные типы элементарных кристаллических ячеек. |
Размер элементарных кристаллических ячеек характеризуется периодом решетки – расстоянием между двумя соседними атомами. Обозначается период решетки буквами а, в, с, и для большинства металлов составляет в среднем 0,2…0,6Нм (1Нм=10-3мкм=10Å). Для сравнения: размер макромолекулы полистирола составляет 122000Нм.
Объем, занимаемый атомами в ячейке (плотность упаковки), характеризуется координационным числом К. Это число атомов, находящихся на равном и минимальном расстоянии от данного атома.
Тип решетки, а также ее параметры определяют с помощью рентгеноструктурного анализа и электронных микроскопов с очень большой разрешающей способностью. Для большинства сплавов тип решетки идентичен типу решетки металла, являющегося основой сплава.
В некоторых металлах (Fe,Ti,Co,Mn,V)может происходить перестройка кристаллической решетки в зависимости от температуры. Это явление называют полиморфизмом, а различные типы решеток одного и того же металла называют полиморфными модификациями, обозначаемыми как α, β, γ, δ, при этом α-модификации соответствует низкотемпературная кристаллическая решетка. Так, железо от 0 до 910°С имеет ОЦК-решетку и обозначается как Feα . От 910 до 1390 °С у железа ГЦК-решетка, и такая кристаллическая структура обозначается как Feγ. Перестройку решетки при нагреве или при охлаждении называют полиморфным превращением, которое сопровождается образованием новых кристаллов другого размера и формы. Такое изменение структуры называют перекристаллизацией, ее результатом является изменение свойств металла. В сплавах перекристаллизация происходит при их термической обработке, например при закалке сплавов на основе железа – сталей и чугунов.
Пространственная решетка с упорядоченным расположением атомов является идеальной схемой кристаллического строения металлов. Строение реальных металлов отличается от идеальной схемы, что обусловлено наличием дефектов кристаллического строения.