prosdo.ru 1

(1)Диаграмма состояния

ДС (диаграмма состояния) представляет собой графическое изображение состояния сплава в любой температурной и концентрационной точки.

ДС 1 рода

Характерна для сплавов образующихся в твердом состоянии- механическая смесь.



Сплав проходящий через точку C обладает самой низкой температурой плавления т. е. он является легкоплавким (эвтектическим) очка C –точка эвтектики.
ДС 2 рода

Характерна для компонентов неограниченной растворимости друг в друге в твердом состоянии.



A(B)

B(A)=
ДС 3 рода

Характерна для компонентов ограниченной растворимостью друг в друге.

A(B)=

B(A)=

Сплавы пересекающие линию ДС температура солидуса претерпевают эвтектическое превращение.

ДС 3 рода с перитектикой

Ж+

ДС 4 рода

Характерно для компонентов образующих устойчивое хим. Соединение (имеет собственную температуру плавления)

1 Дальтонит



2 Бертолит




(2)Процесс первичной кристаллизации металлов

Процесс первичной кристаллизации металлов – это переход из жидкого в твёрдое состояние.

Все металлы делятся по температуре плавления (кристаллизации) на: туго плавкие и легко плавкие.


Туго плавкие – обладают более сильной меж атомной связью, а следовательно прочнее, твёрже и т. д.

При переходе из жидкого состояния в твердое происходит образование кристаллической структуры.

Как правило в справочных данных указывают равновесную температуру кристаллизации (плавления) – Ts.

Процесс кристаллизации (плавления) начнётся только при появлении выигрыша в запасе свободной энергии, для этого систему необходимо пере нагреть или пере охолодить на величину Т- степень пере нагрева (пере охлаждения).

При значительных∆Т возможно подавление процесса кристаллизации в результате чего будет фиксироваться аморфные состояние метала.

Механизм процесса кристаллизации

Процесс кристаллизации происходит путём зарождения центров кристаллизациии последующего его роста.

Из модели Миркина следует:

1. По мере развития процесса кристаллизации в нём участвуют всё большее и большее число кристаллов, поэтому в начале процесс ускоряется.

Когда жидкости остаётся примерно 50%, растущие кристаллы препятствуют формированию новых центров кристаллизации

и своему росту, следовательно скорость кристаллизации уменьшается.
2. Когда кристаллы окружены жидкостью, они имеют правильную форму, при дальнейшем столкновении растущих кристаллов, правильная форма нарушается.

Если  – получим мелко зернистую структуру, а если наоборот, то крупно зернистую.


Строение стального слитка.



(3)Правило фаз

С = К-F + 2. С = К-F + 1.

Правило отрезков- позволяет определить составы фаз и их весовое кол-во в любой точке в фазной области диаграмы

Первое положение- для того чтобы определить сосиавы фаз через заданную точку необходимо провезти горизонтальную линию, до пересечения с линиями ограничивающии данную область.

Второе положение-для определения соотношения фаз через заданную точку необходимо провести горизонтальную линию до пересечения с линиями ограничивающими данную область.

Отрезки этой линии между заданной точкой и точкой определяющими составом фаз обратно пропорциональны кол-во этих фаз.

(4)Введение

Металловедение- наука, изучающая строение и свойства металла, связь между строением и свойствами, влияние хим состава на строение и свойства,а также способы изменения строения металла.

Металлы- это в-ва обладающие рядом характерных свойств: металлическим блеском, ковкостью, тепло и электропроводностью, магнитными в-в, сверхпроводимость при абсолютном О.

Сплав- соединение 2х или более в-в, полученных сплавлением.

Аносов П.П. – искали секрет

Чернов Д. К. – Домаская сталь (отец металловедения)

РАЗДЕЛ 1: Кристаллическое строение металлов

Атомно-кристаллическая структура металлов

Т.к. все металлы обладают высокой электропроводностью, количество свободных электронов должно быть очень высоким (1022- 1023 см -3)

Совокупность свободных электронов, учавствующих в переносе тока образуют электронное облако, оставшаяся часть атомов приобретает полож заряд и называется ионом.

Ионы связаны между собой металлической связью, образуя ионный остов. Из обьемного ионного остова необходимо выделить еденичн. Оббьем, полностью хар-щий иометрич особенности

строения металла. – Элементарная ячейка.

ОЦК –обьемно центрированная кубическая(а)

(Na, Nb, Ванадий)

Коцк= 1+8*1/8=2

ГЦК – Гранецентрированная кубическая(б)

(медь, Al, платина)

Кгцк = 8*1/8+6*1/2=4

ГПУ – гексогонально плотноупакованная(в)

(марганец, Zn, гафний)

Кгпу = 3+2*1/2+12*1/6=6

Существует 14 типов элементарных ячеек, которые классифицировал Бравэ.

Координаты Милерра


{1;1;1}

(1/2;1/2;1/2)= (2;2;2)

Коэф. Компакности показывает кол-во полных атомов приходящихся на 1у элементарную ячейку.

о –ангстрема, измеряет период решетки. Могут измерятся в килоиксах

о =10-8см; кх= 1,00202*10-8см; 0,2…0,6мм; 2…6 Ао

1нм- нанометр, еденица измерения длины в метрической системе, равная одной миллиардной части метра, она равна 10 А.о

(5)Фаза – однородная часть системы отделённая от других частей системы поверхностью раздела.
Однородный жидкий раствор сохраняет однородность(твёрдый раствор внедрения/замещения) или не сохраняет(механическая смесь/ химическое соединение).
Твёрдые растворы(Тр) образуются в случае растворимости компонентов в друг друге.
Металлографический анализ Тр покажет один тип элементарной ячейки, а хим. Анализ наличие двух и более компонентов откуда следует, что Тр является однофазным, имеет 1 тип структуры и существует в интервале концентрации.

Твёрдый раствор замещения - образуется в случае, когда атомы растворяемого вещества замещают в узлах кристаллической структуры атомы растворителей, при условии что атомы растворяемого приблизительно одинаковы по размерам атомам растворителя. Существуют твёрдые растворы замещения с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге( то есть существуют на всём интервале концентрации). Для образования такого типа Тр необходимо, чтобы типы кристаллических структур были подобны.(Cu-Au,Cu3-Au). В сплавах Cu-Auвозможно образование упорядоченных твёрдых растворов. То есть случаи, когда атомы веществ размещаются в пространстве в определённом порядке. Для получения такого типа раствора используют медленное охлаждение.

Твёрдый раствор внедрения - образуется в случае внедрения атомов растворяемого в поры кристаллической структуры растворителя.
Атмосфера Коттрелла – размещение примесного атома внедрения в основании экстра плоскости оказывает сильный упрочняющий эффект.
Твёрдый раствор на базе хим. соединения образуется в случае когда атомы одного компонента замещают атомы второго компонента в узлах кристаллической структуры хим. соединения (бертоллид).
Твёрдый раствор вычитания на базе хим. соединенияобразование которого сопровождается появлением вакансий.
Механическая смесь – образуется, когда компоненты не растворимы друг в друге и не вступают в хим. взаимодействие. Свойства данного соединения определяются количественным соотношением фаз.
Хим. соединения – образуются при соотношении компонентов определяемых стехиометрической пропорцией, что может быть выражено формулой AnBm, кристаллическая структура обр. хим. соединением, имеет собственную отличающуюся от компонентов его образующих кристаллическую структуру.
MexMey – интерметаллит - между металлами возникает металлическая связь которая не достаточно жёсткая, то есть данное соединение может существовать в интервалах концентрации. То есть является тв. Раствором на базе хим.соединения.
MexНеMey – между компонентами возникает ионная
(6)Полиморфые превращения

Способность металлов изменять тип кристаллической структуры при изменении внешних условий, называется- полиморфизм (аллотропия).

В Металловедении давление практически всегда остается неизменным => основным параметрам, приводящим к реализации полиморфных превращениям будет температура- температура полиморфизма(аллотропии).

Типы кристаллического строения одного вещества называется полиморфным (аллотропическими) модефикациями. Они обазначаютьс буквами греческого алфавита, по порядку возрастания температуры существования.


Как правило, чем выше температура существования полиморфной модификации, тем проще её строение.

Механизм полиморфного превращения полностью анолагичен механизму прецесса кристаллизации (путем зарождения центров кристализации, центров роста)

С=к-f+1

Центры кристаллизации новой полиморфной формы, зараждаютс по границам зёрен.

Дальнейшему росту кристаллов препядствует упругое противодействие изначальной структуры => дельтаТ- должно быть значительным.

Многократным повторением элементарной ячейки в пространстве можно получить идеальную кристаллическую ст-ру, которая в реальности не существует.

(7)Многократное повторение элементарной ячейки образует монокристалл- зерно.

Металл представляет собой поликристалл, состоящий из множества монокристаллов.

Все виды дефектов кристаллического строения классифицируются по линейным размерам в пространстве:


  • Точечные

  • Линейные

  • Поверхностные

  • Объёмные

Точечные обладают размерами сопоставимыми с размерами атомов.

Примесный атом замещения должен обладать размерами сопоставимыми с атомом основного сорта.

Примесный атом внедрения, как правило располагается в порах кристаллической решётки.

Вакансии ослабляют структуру, атомы замещения не влияют, атомы внедрения упрочняют.

Точечные дефекты создают поля рассеивания, которые затрудняют движение электронов, следовательно электропроводность уменьшается.

Линейные дефекты характеризуются поперечными размерами, не превышающими одного межатомного расстояния и неограниченной длиной.

К таким дефектам относится: дислокация.

  1. Винтовая представляет собой сдвиг частей металла друг относительно друга на одно межатомное расстояние. ( Никак не влияет на св-ва)
  2. Краевая представляет собой оборванную внутри кристалла плоскость.


В процессе деформации металла краевая деформация облегчает разрыв межатомных связей, а следовательно упрощает изменение формы металла.

Перемещение экстраплоскости сопровождается разрывом одной соседней связи, в результате чего экстраплоскость преходит на новое место- механизм скольжения краевой дислокации ( части кристалла как бы проскальзывают друг относительно друга поочерёдно разрывая межатомные связи)

Наклеп -явление упрочнения металла за счет образоования"леса дислокации"т.еувеличения плотности до 10 в 12.

Анигиляция –явление, при котором экстраплоскости, двигающихся в разных направлениях встречаясь образуют единую целую плоскость.

Поверхностные обладают толщиной нескольких межатомных расстояний и неограниченной длиной и шириной.

К таким дефектам относятся: границы зерна, плоскость двойникования, когерентная граница и т.д

Плоскость двойникования образуется при деформации(искривления) металла, имеющего краевые дислокации.

Когерентная граница представляет собой плоскость, относительно которой происходит перестройка кристаллической решётки.

Источник Франка- Рида- представляет собой 2 точечных дифекта которые удерживают стацианарно отрезок экстроплоскости и спуская петлю краевой дислокации в процесс ОМД.

Объёмные дефекты обладают большой протяжённостью в трёх измерениях.

К ним относятся: трещины, газовые поры и пустоты, макровключения и т.д.