Основные признаки металлического состояния. Нормальные и переходные металлы.

Основные признаки металлического состояния. Нормальные и переходные металлы.

Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определ¨нным набором свойств:

· «металлический блеск» (хорошая отражат. способность);

· пластичность;

· высокая теплопроводность;

· высокая электропроводность.

Металлическое состояние – основная хар-ка: положительного температурного коф. эл.сопр.

Нормальные:

 

Переходные:

Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электр. газа».

Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.

 

 

Осн. типы кристалл. решеток металлов. Плотность упаковки, координ. число, число узлов на элем. ячейку.

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, железо Fe_a; ГЦК – алюминий, медь, никель, железо Fe_g; ГПУ – бериллий. Некоторые металлы индий, имеют тетрагональную решетку.

Плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для ОЦК– 0,68, для ГЦК – 0,74)

Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.

Координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.

Реальные строения металлических кристаллов. Точечные и линейные дефекты в кристаллах и их влияние на свойства кристаллов.

Реальные металлы в своей структуре содержат дефекты, которые подразделяются на точечные, линейные и поверхностные, объемные.

Точечные дефекты возникают при воздействии тепловых или силовых нагрузок.

В результате узел, из которого вышел атом, остается вакантным. Этот дефект получил название – вакансия. Вышедший атом, попавший в междоузлие – также дефект, получивший название дислоцированный атом. Примесные атомы.

Линейные дефекты. В отличие от точечных линейные дефекты имеют большую протяженность в одном направлении и малое искажение решетки в других. Линейные дефекты получили название – дислокации.

Дислокации бывают краевые, винтовые и смешаные.

Краевая дислокация представляет собой локализованное искажение атомной плоскости за счет введения в нее дополнительной атомной полуплоскости – экстра плоскости, расположенной перпендикулярно плоскости чертежа.

Винтовая дислокация –искажение происходит по винтовой плоскости.

 

 

Образование аустенита. Диаграмма изометрического превращения перлита в аустенит. Крупно и мелко зер.стали.

Превращение нач.с зарождения центров А зерен на поверхности раздела Ф – Ц, крист.решетка перестраивается в решетку .

t превращения зависит от T, увеличиваются V возникновения зародышей и V их роста

Образующиеся зерна А имеют вначале такую же концентрацию С, как и Ф. Затем в А начинает растворяться вторая фаза П – Ц, следовательно, концентрация С увеличивается. Превращение в идет быстрее. После того, как весь Ц растворится, А неоднороден по хим. составу: там, где находились пластинки Ц концентрация С более высокая. Для завершения процесса перераспределения С в А требуется допол. нагрев или выдержка.

Стали различают по склонности к росту зерна аустенита. Если зерно А начинает быстро расти даже при незначительном нагреве выше Т , то сталь наследственно крупнозернистая. Если зерно растет только при большом перегреве, то сталь наследственно мелкозернистая.

Склонность к росту А зерна является плавочной хар.. Стали одной марки, но разных плавок могут различаться, т.к. содержат неодинаковое количество неметаллических включений, которые затрудняют рост А зерна.

Отжиг и нормализация стали.

Отжиг, снижая твердость и повышая пластичность и вязкость за счет получения равновесной мелкозернистой структуры:

· улучш. обрабатываемость заготовок давлением и резанием;

· исправить структ. сварных швов и др.операций

· подготовить структ. к последующей термической обработке.

Характерно медленное охлаждение со скоростью 30…100^oС/ч.

Отжиг первого рода.

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

2. Рекристаллизационный отжиг снимает напряжений 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 нагрева зависит от габаритов изделия,в диапазоне: Т_Н = 160……700^oС.

Отжиг второго рода предназначен для изменения фазового состава. Т нагрева и t выдержки обеспечивают нужные структурные превращения. V охлаждения должна быть такой, чтоб успели произойти обратные диффуз. 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 выдерж. до превращ. аустенита в перлит, затем охл. на воздухе.

5. Нормализация. – разновид. отжига. ТО, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния, на 30…50 ^oС выше А₃ или А_ст с послед. охл. 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.

Диффузионная металлизация.

Диффузионная металлизвция – ХТО, при которой поверхность стальных изделий насыщается различными элементами: алюминием, хромом, кремнием, бором и др.

При насыщении хромом процесс называют хромированием, алюминием – алитированием, кремнием – силицированием, бором – борированием.

Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах.

При твердой диффузионной метализации металлизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH₄Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или CL₂ образуется соединение хлора с металлом (AlCl₃, CrCl₂, SiCl₄), которые при контакте с поверхностью диссоциируют с образованием свободных атомов.

Жидкая диффузионная метализация проводится погружением детали в расплавленный металл (например, алюминий).

Газовая диффузионная метализация проводится вгазовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.

Диффузия металлов протекает очень медленно, так как образуются растворы замещения, поэтому при одинаковых температурах диффузионные слои в десятки и сотни раз тоньше, чем при цементации.

Диффузионная металлизация – процесс дорогостоящий, осуществляется при высоких температурах (1000…1200^oС) в течение длительного времени.

Одним из основных свойств металлизированных поверхностей является жаростойкость, поэтому жаростойкие детали для рабочих температур 1000…1200^oС изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием или силицированием.

Исключительно высокой твердостью (2000 HV) и высоким сопротивлением износу из-за образования боридов железа (FeB, FeB₂) характеризуются борированные слои, но эти слои очень хрупкие.

Основные признаки металлического состояния. Нормальные и переходные металлы.

Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определ¨нным набором свойств:

· «металлический блеск» (хорошая отражат. способность);

· пластичность;

· высокая теплопроводность;

· высокая электропроводность.

Металлическое состояние – основная хар-ка: положительного температурного коф. эл.сопр.

Нормальные:

 

Переходные:

Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электр. газа».

Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.