Кристалическое строение металлов и сплавов.

Кристалическое строение металлов и сплавов.

Каждое кр. вещество имеет пространственную кр. решетку, которая состоит из элементарных ячеек. Каждая ячейка характеризуется параметром решетки, узлом решетки, базисом решетки, коэффициентом поковки и координационным числом. Элементарная ячейка - вспомогательный геометрический образ вводимый для анализа строения кристалла, представляет собой пространственную сетку где на пересечении линий размещаются атомы вещества, образуя узел. Узел элементарной ячейки - место в кр. теле где располагается атом вещества. Параметр эл-рной ячейки- расстояние между центрами двух атомов замеренное по ребру элементарной ячейки. Координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке. Базис элементарной ячейки- совокупность узлов сходящихся в элементарную ячейку из которых методом трансциляции воспроизводится кристаллическая структура.

В зависимости от расположения атомов в ячейке различают простые, кубические, объемно-центрированные кубические, гранецентрированные кубические, гексагональные решетки.

1. Простая решетка представляется в виде куба, в узлах которой располагаются атомы. Простейшая решетка опис. одним параметром, это ребро куба а.

2. Объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК) представляет собой также куб, внутри которого дополнительно расположен еще один атом. Параметры решетки длина ребра куба а.

3. Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК) представляет собой куб, В центре каждой грани которого расположены допол. по одному атому.

4.Гексагональная плотно упакованная решетка. В отличие от кубической хар. двумя параметрами а и с.

В случае, если отношение с/а=1,666, то решетка считается плотноупакованной, а иначе – неплотно упакованной.

 

Примеры: ОЦК – вольфрам, молибден; ГЦК – алюминий, медь; ГПУ – бериллий.

 

Отжиг и нормализация.

Отжиг - снижает твердость и повышает пластичность и вязкость за счет получения равновесной мелкозернистой структуры. Характерно медленное охлаждение со скоростью 30…100^oС/ч.

Отжиг первого рода.

1. Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг. Устраняет ликвации, выравнивает хим. состав сплава. Т нагрева зависит от Т плавления, Т_Н = 0,8 Т_пл * t выдержки: ч.

2. Рекристаллизационный отжиг снимает напряжения после холодной пластической деформации. Т нагрева связана с Т плавления: Т_Н = 0,4 Т_пл * t зависит от габаритов изделия.

3. Отжиг для снятия напряжений после горячей обработки (когда требуется высокая точность размеров). Т и t (время) нагрева зависит от габаритов изделия, в диапазоне: Т_Н = 160……700^oС.

Отжиг второго рода предназначен для изменения фазового состава. Т (температура) нагрева и t (время) выдержки обеспечивают нужные структурные превращения. Скорость охлаждения должна быть такой, чтоб успели произойти обратные диффузионные фазовые превращения.

1. полный, с Т нагрева на 30…50 ^oС выше критической Т А₃

2. неполный, с Т нагрева на 30…50^oС выше критической Т А₁

3. циклический или маятниковый отжиг применяют, если после проведения неполного отжига цементит остается пластинчатым.

4. изотермический отжиг – после нагрева до требуемой Т, изделие быстро охлаждают до Т на 50…100^oС ниже крит. Т А₁ и выдерживают до превращения аустенита в перлит, затем охлаждают на воздухе.

5. Нормализация – разновидность отжига. ТО, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния, на 30…50 ^oС выше А₃ или А_ст с последующим охлажденим на воздухе. Нормализации дает более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит), уменьш. внутр. напряжения, устраняются пороки, получ. в процессе предшествующей обработки. Твердость и прочность несколько выше чем после отжига.

Цементация в кипящем слое

Цементация в слое мелких частиц (0,05-0,20 мм) корунда, через который проходит восходящий поток эндогаза с добавкой метана (кипящий слой). При прохождении газа частицы становятся подвижными и слой приобретает некоторые свойства жидкости (псевдоожиженный слой).

25. Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость.

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию: с тали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные, высокохромистые чугуны, хром. Титан и титановые сплавы. бериллий, порошковые материалы.

Назначение азотирования:

Упрочнение поверхности. Защита от коррозии. Повышение усталостной прочности

Основные процессы азотирования:

Газовое азотирование

Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 до 1200 градусов Цельсия. Средой для насыщения является диссоциированный аммиак.

Высокопрочные стали

Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500 МПа, который достигается подбором химического состава и оптимальной термической обработки. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях, применяя закалку с низким отпуском (при температуре 200…250oС) или изотермическую закалку с получением структуры нижнего бейнита. После изотермической закалки среднеуглеродистые легированные стали имеют несколько меньшую прочность, но большую пластичность и вязкость. Поэтому они более надежны в работе, чем закаленные и низкоотпущенные. При высоком уровне прочности закаленные и низкоотпущенные среднеуглеродистые стали обладают повышенной чувствительностью к поэтому их рекомендуется использовать для работы в условиях плавного нагружения. концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению, Легирование вольфрамом, молибденом, ванадием затрудняет разупрочняющие процессы при температуре 200…300 oС, способствует получению мелкого зерна, понижает порог хладоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению. Стали 30ХГСА, 38ХН3МА после низкотемпературной термомеханической обработки имеют предел прочности 2800 МПа, относительное удлинение и ударная вязкость увеличиваются в два раза по сравнению с обычной термической обработкой. Это связано с тем, что частичное выделение углерода из аустенита при деформации облегчает подвижность дислокаций внутри кристаллов мартенсита, что способствует увеличению пластичности.

Мартенситно-стареющие стали

Мартенситно-стареющие стали (03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ) превосходят по конструкционной прочности и технологичности среднеуглеродистые легированные стали. Они обладают малой чувствительностью к надрезам, высоким сопротивлением хрупкому разрушению и низким порогом хладоломкости при прочности около 2000 МПа. Мартенситно-стареющие стали обладают высокой конструкционной прочностью в интервале температур от криогенных до 500 oС и рекомендуются для изготовления корпусов ракетных двигателей, стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов подводных лодок, батискафов, высоконагруженных дисков турбомашин, зубчатых колес, шпинделей, червяков и т.д

 

33. Пружинная сталь — это низколегированный сплав, среднеуглеродистая или высокоуглеродистая сталь с очень большим пределом текучести. Это позволяет изделиям из пружинной стали возвращаться к исходной форме несмотря на значительный изгиб и скручивание.Большинство пружинных сталей (как те, что используются в автомобилях) закалены и отпущены до значения 45 по шкале C Роквелла. Пружинные стали и сплавы (ГОСТ 14959-79) - среднеуглеродистые (0,60...0,80% С), низколегированные (Mn, Si, Cr, Ni и др.) стали, обладающие высокими механическими свойствами, в первую очередь, высокими пределами упругости и прочности, а также повышенной релаксационной стойкостью при достаточной вязкости и пластичности. Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть способными к термической обработке - закалке и отпуску. Пружинные стали (стали 65Г, 70, 75; 50ХА, 55ХГР, 55С2, 60С2, 50ХФА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 70С2ХА), в основном, используются для изготовления пружин и рессор.Кроме рассмотренных выше пружинных сталей общего назначения в машиностроении широко применяются пружинные стали специального назначения. К пружинным сталям специального назначения помимо требования высоких механических свойств, могут предъявляться дополнительные требования по физико-химическим свойствам: немагнитность, коррозионная стойкость, низкий или постоянный температурный коэффициент модуля упругости и др.

 

Коррозия.

Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде. Гидратированный оксид железа Fe(OН)₃ и является тем, что называют ржавчиной.

В повседневной жизни для сплавов железа (сталей) чаще используют термин «ржавление». Менее известны случаи коррозииполимеров. Применительно к ним существует понятие «старение», аналогичное термину «коррозия» для металлов. Например, старение резины из-за взаимодействия с кислородом воздуха или разрушение некоторых пластиков под воздействием атмосферных осадков, а также биологическая коррозия. Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.

Коррозия может быть следующих видов:

§ газовая коррозия;

§ атмосферная коррозия;

§ коррозия в неэлектролитах;

§ коррозия в электролитах;

§ подземная коррозия;

§ биокоррозия;

§ коррозия под воздействием блуждающих токов.

По условиям протекания коррозионного процесса различаются следующие виды:

§ контактная коррозия;

§ щелевая коррозия;

§ коррозия при неполном погружении;

§ коррозия при полном погружении;

§ коррозия при переменном погружении;

§ коррозия при трении;

§ межкристаллитная коррозия;

§ коррозия под напряжением.

Главная классификация производится по механизму протекания процесса. Различают два вида:

§ химическую коррозию;

§ электрохимическую коррозию.

Коррозия неметаллов

По мере ужесточения условий эксплуатации (повышение температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) и неметаллические материалы подвержены действию среды. В связи с чем термин «коррозия» стал применяться и по отношению к этим материалам, например «коррозия бетонов и железобетонов», «коррозия пластмасс и резин». При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Но следует учитывать, что механизмы и кинетика процессов для неметаллов и металлов будут разными.

Коррозия металлов

Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.^[2] Для процесса коррозии следует применять термин «коррозионный процесс», а для результата процесса — «коррозионное разрушение». Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.

Кристалическое строение металлов и сплавов.

Каждое кр. вещество имеет пространственную кр. решетку, которая состоит из элементарных ячеек. Каждая ячейка характеризуется параметром решетки, узлом решетки, базисом решетки, коэффициентом поковки и координационным числом. Элементарная ячейка - вспомогательный геометрический образ вводимый для анализа строения кристалла, представляет собой пространственную сетку где на пересечении линий размещаются атомы вещества, образуя узел. Узел элементарной ячейки - место в кр. теле где располагается атом вещества. Параметр эл-рной ячейки- расстояние между центрами двух атомов замеренное по ребру элементарной ячейки. Координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке. Базис элементарной ячейки- совокупность узлов сходящихся в элементарную ячейку из которых методом трансциляции воспроизводится кристаллическая структура.

В зависимости от расположения атомов в ячейке различают простые, кубические, объемно-центрированные кубические, гранецентрированные кубические, гексагональные решетки.

1. Простая решетка представляется в виде куба, в узлах которой располагаются атомы. Простейшая решетка опис. одним параметром, это ребро куба а.

2. Объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК) представляет собой также куб, внутри которого дополнительно расположен еще один атом. Параметры решетки длина ребра куба а.

3. Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК) представляет собой куб, В центре каждой грани которого расположены допол. по одному атому.

4.Гексагональная плотно упакованная решетка. В отличие от кубической хар. двумя параметрами а и с.

В случае, если отношение с/а=1,666, то решетка считается плотноупакованной, а иначе – неплотно упакованной.

 

Примеры: ОЦК – вольфрам, молибден; ГЦК – алюминий, медь; ГПУ – бериллий.