Строение и основные свойства металлов и сплавов

Основные конструкционные материалы и их классификация. Физико-механические и химические свойства и характеристики материалов.

Атомно-кристаллическое строение металлов. Дефекты строения реальных металлов и сплавов. Кристаллизация металлов. Полиморфное превращение в металлах. Понятие о строении сплавов. Основные типы диаграмм двухкомпонентных систем.

 

Методические советы

Прежде всего необходимо уяснить отличие металла от неметалла с химической и технической точек зрения. Познакомиться с классификацией металлов. Четко представлять кристаллическое строение металлов, их основные типы кристаллических решеток. Понять, за счет чего у металлов повышенная теплопроводность и электропроводность. Следует уяснить, что металлы - тела поликристаллические с большим количеством точечных, линейных и плоскостных несовершенств в реально существующих кристаллах, которые очень сильно изменяют свойства реальных кристаллических тел в отличие от чистых кристаллов. Особое внимание необходимо обратить на условия возникновения несовершенств, условия движения дислокаций и использование этого явления при обработке давлением. Познакомиться с явлением анизотропии, применением его на практике. При рассмотрении вопросов кристаллизации металлов необходимо разобраться в термодинамических основах фазовых превращений. Следует уяснить, что стремление к наименьшему запасу свободной энергии, которое обуславливает плавление и кристаллизацию, является частным случаем общего закона природы. Наименьшим запасом энергии для металлов при различных температурах будут обладать различные типы решеток. Изменение типа решетки с изменением температуры получило название аллотропии или полиморфизма. Познакомиться со способами получения сплавов. Уяснить, что такое компонент, фаза. Иметь четкое представление о типах, образующихся при кристаллизации, структур: механическая смесь, твердый раствор, химическое соединение; какие особенности фазовых превращений в сплаве в твердом состоянии. Иметь представление о современных методах исследования металлических сплавов, построении диаграмм состояния их основных типов: а) при отсутствии взаимной растворимости в компонентов в твердом состоянии; б) при неограниченном растворении компонентов в твердом состоянии; в) при ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии с образованием эвтектики и перитектики; г) при образовании устойчивых и неустойчивых химических соединений. Научиться проводить анализ диаграмм состояния: строить кривые охлаждения с применением правила фаз; с помощью правила отрезков определять состав фаз и их количество при определенных температурах [1,с.4,17;,с.16,30; 33,48; 98,117].

 

Вопросы для самопроверки

1. Поясните кристаллическое строение металлов. Приведите основные типы кристаллических решеток.

2. Чем отличается строение реальных кристаллов от идеальных (чистых)?

3. В чем заключается механизм процесса кристаллизации сплавов?

4 Изобразите основные типы диаграмм состояния. Поясните их теоретическое и практическое значение.

Железоуглеродистые сплавы

Диаграмма состояния железо-углерод. Классификация и маркировка углеродистых сталей и чугунов. Влияние методов получения стали на ее свойства.

 

Методические советы

Железоуглеродистые сплавы являются важнейшими сплавами, широко применяемыми в различных отраслях народного хозяйства, поэтому необходимо уделить большое внимание изучению их строения, свойств и структуры.

 Изучение данной темы следует начать с рассмотрения свойств чистого железа и его аллотропических форм. Изучить свойства углерода и его взаимодействия с железом. Диаграмму железо-углерод нужно рассматривать для лучшего усвоения сначала с первичной кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 2 %, затем сплавов железа с углеродом более 2%. После этого можно перейти к рассмотрению вторичной кристаллизации. Необходимо уметь рисовать диаграмму железо-углерод, знать условия образования и существование равновесных фаз сплавов железа с различным содержанием углерода. Научиться анализировать кривые охлаждения железоуглеродистых сплавов с применением правила фаз; представлять структурное различие между сталью и чугунами; иметь понятие о стабильной диаграмме. Изучить современную классификацию углеродистых сталей, чугунов и их маркировку, механические свойства углеродистых сталей в зависимости от содержания углерода и постоянных примесей и чугунов - в зависимости от формы графитовых включений и строения металлической основы; иметь представление о методах определения механических свойств: прочности, твердости, ударной вязкости и др. Знать влияние методов получения стали на ее свойства [1,с.18,25; 2,с.135,154].

 

Вопросы для самопроверки

1. Начертите диаграмму железо-углерод и покажите, какие структуры существуют в равновесном состоянии у железоуглеродистых сталей при различных температурах.

2. Привести классификацию и маркировку сталей и чугунов по ГОСТ.

3. Какие величины характеризуют механические свойства железоуглеродистых сплавов и как они определяются?