matznav_tkm_DKR

На елементарну комірку гранецентрованої кубічної решітки припадають чотири атома: з них один утворюється за рахунок атомів у вершинах куба, а три - (1/ 2 × 6 = 3) сумарна частка атомів, що знаходяться посередині граней, тому що кожний з цих атомів належить двом осередкам.

На елементарну комірку гексагональної, щільно упакованої решітки припадають шість атомів: 3 + (1/ 6 ×12) + (1/ 2 × 2) = 6 .

Розрахунок рентгенографічної густини кристалічних речовин При визначенні густини за даними рентгенографічного аналізу

використовується зв'язок значень густини речовини (метал, мінерал) з атомними масами складових його елементів і об’ємом.

Для визначення рентгенографічної густини необхідно знати об’єм елементарної комірки V0 , число атомів в ній Z і масу цих атомів (грам-атом А

відомий). Тоді маса атомів в елементарній комірці дорівнює

(A / N0 )Z , де

A / N0 - маса одного атома, (г); N 0 - число Авогадро, (од.)

Таким чином,

ρ =

AZ 1

3

N

0

V

, г/см

(3.1)

0

Так

як параметри елементарної

комірки вимірюються

в ангстремах

&

−8

&

в

(1A = 10

см), то при переведенні значень об'єму елементарної комірки з A

кубічні сантиметри в знаменнику формули (3.1) з'являється,

V0 ×10−24

де V0

-

об'єм A . Тоді рівняння (3.1) можна спростити:

&

ρ = 1,6602

AZ

, г/см3

(3.2)

V0

Для

хімічних сполук замість

A підставляють

∑ Ai ,

тобто

грамформульну вагу. Атомна молекулярна маса речовин ∑ Ai

розраховується

за довідковими даними (Д2).

33

Об’єм елементарної комірки для відомих кристалічних речовин визначається за довідковими даними про їх параметри і сингонії.

Значення розрахованої таким чином рентгенографічної густини кристалічного матеріалу характеризує ідеалізовану кристалічну решітку з реальними параметрами. Довідкові значення густини кристалічних речовин, як правило, будуть відрізнятися від рентгенографічної в меншу або більшу сторону. Ця різниця може бути викликана наявністю в кристалах домішок, дефектів кристалічної решітки, внутрішнього напруження.

Завдання до виконання контрольної роботи 1. Отримати у викладача варіант індивідуального завдання відповідно

до табл. 3.1. Розрахувати густину речовини (число формульних одиниць визначити, виходячи з відомостей про кристалічну структуру даного матеріалу і геометричних уявлень) (додаток Д3).

Таблиця 3.1 Перелік матеріалів для виконання індивідуальних завдань

Назва та	Сингонія	Кристалічна	Параметри		Основні властивості та
характеристика		решітка	елементарн		область застосування
матеріалу			ої комірки
1. Золото Au -	Кубічна	ГЦК	a0	= 4,0783A&	Основний матеріал, який
метал					використовується на
золотисто-					виготовлення прикрас та
жовтого					предметів розкоші.
кольору
2. Мідь – Cu,	Кубічна	ГЦК	a0	&	Твердість 2,5-3; ковкість,
				= 3,92 A
метал мідно-					пластичність,
червоного					електропровідність,
кольору					застосовується в
					електротехніці,
					приладобудуванні,
					машинобудуванні.

34

					Продовження таблиці 3.1
3. Срібло Ag –	Кубічна	ГЦК	a0	= 4,041A		Застосовується в
				&
метал срібно-						сплавах з міддю для
білого кольору						виготовлення срібних
						виробів, монет та ін.
						Чисте срібло
						використовується для
						філігранних робіт,
						виготовлення тиглів,
						сріблення і т.д.
4. Платина Pt –	Кубічна	ГЦК	a0	= 3,924A		Температура
				&
метал срібно-						плавлення 1773° С,
білого кольору						твердість 4,
						електропровідність,
						парамагнітність,
						використовується в
						електротехніці, у
						фізичних і хімічних
						приладах, в тому числі
						при виготовленні
						термопар.
5. Алюміній	Кубічна	ГЦК	a0	= 4,041A		Температура
				&
Al– метал						плавлення 400° С,
сріблясто-						висока
білого кольору						електропровідність,
						застосовується для
						виготовлення
						елементів конструкцій
						і деталей.
6. Залізо Fe –	Кубічна	ОЦК	a0	= 2,86A		Твердість 4-5;
				&
метал сіро-						ковкість. Сплави заліза
стального						з вуглецем
кольору						використовуються у
						всіх галузях.
7. Нікель Ni –	Кубічна	ОЦК	a0	= 3,499 A		Електропровідник,
				&
метал срібно-						магніт, застосовується
білого кольору						в якості домішок для
						отримання сталей і
						сплавів з особливими
						фізичними
						властивостями.

35

								Продовження таблиці 3.1
8. Галіт NaCl -		Кубічна	2 ГКЦ	a0		= 4,640 A			Твердість 2; має
						&
безбарвний			решітки,						слабку
мінерал			вставлені						електропровідність і
			одна в одну						високу
									теплопровідність;
									гігроскопічний.
9. Магній Mg –		Гексагональ	ГЩУ	a0		= 3,103A			Температура
						&	,
метал світло-		на							плавлення 650 ° С,
				c0		&
сірого кольору						= 5,200A			легко займається на
									повітрі, застосовується
									в піротехніці та
									хімічній
									промисловості. Сплави
									на основі магнію
									широко
									використовуються в
									авіаційній і ракетній
									техніці.
10. Алмаз С–		Кубічна	Тетраедрич	a0		= 3,5668A			Твердість 10; поганий
							&
мінерал (як			на						провідник,
кольоровий,			конкордація						діамагнетик. Прозорі
так і			атомів						алмази застосовуються
безбарвний)									в ювелірній справі. В
									якості абразиву дрібні
									алмази застосовуються
									в металота
									каменеобробці.
11. Графіт С –		Гексагональ	Гексагональ	a0		= 2,46A			Застосовується для
						&
мінерал		на	ні решітки	c0		&			виготовлення
залізно-			атомів,			= 6,80 A			графітових тиглів в
чорного			розташ.						ливарному
кольору			шарами						виробництві, вир.
									олівців, електродів.
12. Кварц		Тригональна	Каркасна, з	a		= 4,91A			Камені для прикрас,
						&
α − SiO			тетраедричн		0				елементи оптичних
	2 -			c0		&
			ою			= 5,404A			приладів, в
мінерал різних
			конкордаціє						радіотехніці,
кольорів
			ю кремнію						електроніці і т.д.
			та подвійн.
			вуглецю

36

									Продовження таблиці 3.1
13. Кальцит					Тригональ	Ромбоедрич	a0	= 4,98A		Твердість 3; дисоціює
								&
CaCO				3 -	на	на	c0	&		при нагріванні до
						гранецентро		= 17,02 A		800° С – 1000 ° С на
безбарвний або							α =101°55´
молочно-білий						вана				СаО і СО2. У вигляді
						решітка				мінералів
мінерал
										застосовуються для
										виготовлення
										оптичних приладів.
14. Гематит					Гексагональ	-	a0	= 5,04A		Твердість 5,5-6,
								&
Fe	O			- мінерал	на		c0	&		повільно розчинний в
	2		3					= 13,72 A		HCl; у відновній
залізно-чорного
										атмосфері стає
кольору
										магнітним.
15. Магнетит					Кубічна	-	a0	= 8,3963A		Твердість 5,5-6;
								&
Fe3O4 - мінерал										напівпровідник,
залізно-чорного										феромагнетик.
кольору
16. Мусковіт					Моноклінна	-	a0	= 5,19 A		Твердість 2-3,
								&
KAl		2	- мінерал				b0	&		діелектрик.
								= 9,00A		Застосування в
з групи слюди,							c0	= 20,10 A
								&		електропромисловості
як правило							β = 95,18°
безбарвний, але
з жовтуватим
або
зеленуватим
відтінком
17. Гіпс					Моноклінна		a0	= 5,67 A		Твердість 1,5-2; при
								&
CaSO4 × 2H 2 O -								&		нагріванні повністю
							b0 = 15,15A			зневоднюється при
мінерал білого,							c0	= 6,28A
								&		температурі 220 ° С.
сірого або							β = 113,5°
										Напівобпалений гіпс
бурого кольору
										застосовується для
										отримання гіпсових
										зліпків, в хірургії.
18. Галеніт					Кубічна	ГЦК	a0	= 5,93A		Твердість 2-3;
								&
PbS - мінерал										напівпровідник,
свинцево-сірого										діамагнетик.
кольору

37

				Продовження таблиці 3.1
19. Тантал Та –	кубічна	об’ ємноцент	3,310A		Густина 16,654 г/см³,
			&
метал сірого		рована			температура
кольору.					плавлення – 2996 оС.
					використовують в
					металургії, в хірургії.
20. Іод І -	Кубічна	Орторомбіч	а = 7,18,		Отруйний.
кристали		на	b = 4,71,		Густина – 4,93 г/см3,
чорно-сірого					температура
			&
кольору з			c = 9,81 А		плавлення – 113,5 оС.
фіолетовим					Застосовують в
металевим					медицині,
блиском, I2.					радіоелектроніці, при
					виробництві
					акумуляторів.
21. Кобальт	Кубічна	Гексагональ	a = 2,205		Каталізатор.
β-Сo -		на	&		Радіоактивний 60Со
сріблясто-			c = 4,089A		застосовується в
білий,					гамма-дефектоскопії та
жовтуватий					медицині.
метал с розовим
або синім
відтінком.
22. Цирконій	Гексагональ	ГЩУ	a = 3,231		Парамагнітний,
Zr- блискучий	на		&		висока пластичність,
метал			c = 5,148A		стійкий до корозії
сріблясто-					Використовують в
сірого кольору					металургії, піротехніці,
					в биту.
23. Молібден	Кубічна	об’ ємноцент	a = 3,147 A		Твердість 4,5,
			&
Mo – метал		рована			густина – 10,22 г/см3,
світло-сірого					температура
кольору.					плавлення – 2620 оС.
					Має низький
					коефіцієнт
					розширення.
					Парамагнітний.
					Використовують в
					металургії.

38

				Продовження таблиці 3.1
24. Хром Cr -	кубічна	об’ ємноцент	2,885A		Твердість 5.
			&
твердий метал		рована			Використовують в
голубовато -					сплавах; в
білого кольору.					авіакосмічній
					промисловості.
25. Кальцій	кубічна	гранецентро	5,580 A		Густина 1,55 г/см³,
			&
α-Ca - метал		вана			температура
сріблясто					плавлення – 1112 К.
білого кольору.					Використовують як
					відновлювач при
					отриманні металів.
26. Барій Ва –	кубічна	об’ ємноцент	5,020A		Володіє високою
			&
м’який, ковкий		рована			хімічною активністю.
лужноземельни					Антикорозійний.
й метал
сріблясто-
білого кольору
27. Літій Li -	кубічна	об’ ємноцент	3,490A		Густина 0,534 г/см³,
			&
М'який метал		рована			температура
сріблясто-					плавлення – 453,69 К.
білого кольору					Виготовляють аноди.
28. Ніобій Nb –	кубічна	об’ ємноцент	3,301A		Густина 8,57 г/см³,
			&
блискучий		рована			температура
метал					плавлення – 2741 К.
сріблясто-					Використовують в
сірого кольору.					металургії, для деталей
					літаючих апаратів.
29. Цинк Zn -	гексагональ	ГЩУ	a = 2,6648		Пластичний, крихкий.
метал	на		c = 4,9468A		Використовують в
			&
голубувато-					металургії, в медицині.
білого кольору
30. Вольфрам	кубічна	об’ ємноцент	3,160A		Густина 19,3 г/см³,
			&
W-тугоплавкий		рована			температура
міцний метал,					плавлення – 3422  °C.
стального					Використання - основа
кольору або
					тугоплавких матеріалів
білого.
					в металургії.

Примітка: твердість деяких речовин у таблиці приведена в одиницях шкали твердості Мооса.

39

2.Порівняти отримані результати розрахунку з довідковими даними додатку Д2.

3.Відповісти письмово на питання.

1.Що таке густина.

2.Що таке об'ємна густина?

3.Види кристалічних решіток.

4.Будова кристалічної речовини.

5.Графічне зображення кристалічних решіток металів.

Завдання № 4 ВИЗНАЧЕННЯ СКЛАДУ І ВЛАСТИВОСТЕЙ СПЛАВІВ ЗА

МАРКУВАННЯМ

Мета роботи – вивчення літерно-цифрового маркування сплавів, які використовуються при виборі оптимальних за хімічним складом, режимом термічної обробки, властивостями і вартістю сплавів, що використовуються при виготовленні виробів приладобудування, при виборі обладнання та інструменту для обробки матеріалів тиском і різанням, при вирішенні проблеми економічності та екології технологічних процесів.

Теоретичні відомості Чавуни

Білі чавуни, відповідно до чинних стандартів, маркування не мають. Марка сірого чавуну складається з літер СЧ (сірий чавун) і цифр, що показують значення тимчасового опору при розтягуванні (МПА (кгс/мм2)). Показниками механічних властивостей сірих чавунів відповідно до ГОСТ 1412-85 є міцність при статичному розтягуванні (табл. 4.1).

40

				Таблиця 4.1
		Механічні властивості сірих чавунів
Чавун	σт, МПа		НВ	Структура металічної основи
Сч15	150		163–229	Ферит
Сч25	250		180–250	Ферит + перліт
Сч40	400		207–285	Перліт
Сч45	450		229–289	»

Маркуються високоміцні чавуни за показниками межі міцності (σ в) і

відносного подовження (δ), наприклад ВЧ45-5, де 45 кгс/мм2 - межа міцності, а 5% - відносне подовження. Маркування ковких чавунів складається з літер КЧ і цифр (як високоміцних чавунів). У таблиці 4.2 подано властивості деяких ковких чавунів. З таблиці видно, що перлітні чавуни міцніші, а

феритні - більш пластичні.
				Таблиця 4.2
	Механічні властивості ковких чавунів (ГОСТ 1215–79)
Чавун	σв, МПа	δ,%	НВ	Структура металічної основи
КЧ30-6	300	6	100–163	Ферит + 10 – 3% перліту
КЧ37-12	370	12	110–163	»
КЧ60-3	600	3	200–269	Перліт + 20 – 0% фериту
КЧ80-1,5	800	1,5	270–320	»

Вуглецеві сталі звичайної якості Сталі звичайної якості (ГОСТ 380-90) випускають у вигляді прокату

(прутки, балки, листи, кути, труби, швелери тощо) у нормалізованому стані і залежно від призначення і комплексу властивостей поділяють на групи: А, Б, В. Сталі маркуються літерами Ст і цифрою (від 0 до 6), що показує номер марки, а не середній вміст вуглецю в ній, але з підвищенням номеру вміст вуглецю у сталі збільшується. Сталі груп Б і В мають перед маркою літери Б і В, що вказують на їх належність до цих груп. Група А у позначенні марки

41

сталі не вказується. Ступінь розкислення позначається додаванням індексів: в спокійних сталях - «сп», напівспокійних - «пс», киплячих - «кп», а категорія нормованих властивостей (крім категорії 1) вказується цифрою. У їхньому складі різний вміст кремнію: спокійні - 0,12-0,30, напівспокійні - 0,05-0,17; киплячі <0,07, наприклад Ст3сп, БСт3пс або ВСт3сп5 (в кінці 5-а категорія). Спокійними і напівспокійними виробляють сталі Ст1-Ст6, киплячими - Ст1Ст4 усіх трьох групах. Сталь Ст0 за ступенем розкислення не поділяють.

Сталі групи А поставляються с гарантованими механічними властивостями (табл. 4.3.) без вказування хімічного складу. З таблиці 4.3 видно, що зі збільшенням номера марки міцність збільшується, а пластичність сталі відповідно зменшується.

Таблиця 4.3 Механічні властивості вуглецевих сталей звичайної якості групи А

	Сталь	σв, МПа	σт, МПа	δ, %	Сталь	σв, МПа	σт, МПа	δ, %
			не менше як				не менше як
	Ст0	>310	–	23	Ст4	420–540	240–270	24
	Ст1	320–420	–	34	Ст5	500–640	260–290	20
	Ст2	340–440	200–230	32	Ст6	600	320	13
	Ст3	380–490	210–250	27

Примітка. Механічні властивості наведені вище для спокійних і напівспокійних сталей. У сталях Ст1кп значення σ B на 10-20 МПа і σ T на

10 МПа менше, а значення δ на 1% більше, ніж у спокійних і напівспокійних сталях того ж номеру (зразки товщиною до 20мм).

Сталі групи В поставляються з гарантованими механічними властивостями і хімічним складом. Сталі групи В дорожчі, ніж сталі груп А і Б, їх застосовують для відповідальних деталей (для виробництва зварних конструкцій). У цьому випадку важливо знати вихідні механічні властивості

42