Атомно-кристаллическое строение металлов. Виды кристаллических решеток.

Процесс кристаллизации. Дефекты в кристаллах

Основные характеристики прочности, определяемые при статическом нагружении.

Динамическая прочность, явление запаздывания текучести, ударная вязкость материалов.

Усталость материалов, характеристики.

Длительная прочность, явление ползучести материалов, характеристики

Твердость материалов. Методы измерения твердости

Износостойкость, прирабатываемость материалов, их характеристики.

Сопротивление материалов коррозии, виды коррозии, характеристики, методы защиты

Температурные характеристики материалов.

Электрические и магнитные свойства материалов

Классификация конструкционных сталей

Углеродистые конструкционные стали

Легированные цементируемые стали

Легированные улучшаемые стали

Высокопрочные стали и сплавы

Пружинные стали

Износостойкие и коррозионно-стойкие стали

Жаростойкие и жаропрочные стали

Инструментальные стали

Серый и белый чугун. Хим. состав, структура, маркировка и область применения

Высокопр. чугун. Хим. состав, стр-ра, маркировка и область применения

Ковкий чугун. Хим. состав, стр-ра, маркировка и область применения

Легированные чугуны

Деформируемые алюминиевые сплавы

Литейные и подшипниковые алюминиевые сплавы

Латуни

Бронзы

Mg и его сплавы

Титан и его сплавы

Антифрикционные сплавы

Свойства железа и фаз в сплаве железо-углерод

Зависимость свойств сталей от содержания в ней углерода и постоянных примесей

Зависимость свойств чугуна от содержания в ней углерода и постоянных примесей

Влияние легирования на свойства сталей и чугунов

Упругая и пластическая деформации

Рекристаллизация

Отжиг 1-го рода

Отжиг 2-го рода

Закалка

Способы закалки

Закаливаемость и прокаливаемость

Поверхностная закалка. Характеристики, способы, область применения

Отпуск стали

Термомеханическая обработка (ТМО) стали

Химико-термическая обработка (ХТО) стали

Цементация

Азотирование

Насыщение металлов металлами (диффузионная металлизация)

Порошковые материалы

Композиционные материалы

Композиционные материалы с алюминиевой и никелевой матрицей

Эластомеры и резины. Процесс вулканизации

Пластмассы

Три уровня строения материала; фазовые переходы 1 и 2 рода.

В материаловедении принято рассматривать 3 уровня строения материалов: атом>молекула>фаза.

АТОМ– наименьшая частица хим. эл-та, обладающая его св-вами. Энергия атома может принимать лишь определённые или дискретные значения, которые называются уровнями энергии. Уровень соответствующей миним. энергии атома называют основным, остальные-возбуждённые. Совокупность уровней энергии образуют энергетический спектр атома. Большинство физических и химических св-в атома обусловлена структурой его внешних электронных связей или оболочек, в которых электроны связаны сравнительно слабо.

МОЛЕКУЛА– наименьшая частица в-ва обладающая хим. св-вами и состоящая из атомов соединённых хим. связями. Она нейтральна по заряду и как правило не имеет не спаренных или свободных электронов. Молекулярный слой возникает в результате присоединения к молекуле или отщепления от неё электронов. В состав молекул входит от двух до нескольких тысяч атомов (например, молекулы полимеров так называемые макромолекулы). Структура молекулы каждого в-ва не зависит от способа его получения. Состав молекулы характеризует брутто-формула (Н₂О, СН₄), которую устанавливают хим. анализом.

ФАЗА– это термодинамическое равновесное состояние в-ва, отличающееся по св-вам от других возможных равновесных состояний того же в-ва. Всякий однофазный материал характеризуется отсутствием внутренних поверхностей раздела, т.е. является гомогенным. Гетерогенный материал содержит 2 фазы.Фазовый переход– переход из одной фазы в другую при изменении внешних условий. При этом значение температуры давления, напряжённости электрических и магнитных полей или другой физической величины, при которой происходит фазовый переход, называется точкой перехода.

Различают фазовые переходы 1-го и 2-го рода.

1-го рода – сопровождаются скачкообразным изменением термодинамических характеристик в-ва, при непрерывном изменении его внешних параметров. При этом в в-ве выделяется или поглощается определённое кол-во теплоты, называемой теплотой фазового перехода(например: испарения и конденсация, плавления и затвердевания).

2-ого рода – термодинамические функции в-ва не изменятся (непрерывны), а скачок испытывают производные этих функций по давлению и температуре. Теплота такого перехода равна 0.Например: переход материала из немагнитного состояния в магнитное, сопровождаемое появлением макроскопического магнитного момента.

 

 

Атомно-кристаллическое строение металлов. Виды кристаллических решеток.

Все тела в окруж. нас пространстве в твёрдом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение. Кристаллы– это твёрдые тела с трёхмерной периодичн. атомной структурой, имеющие при равновесных условиях образования–естественную форму правильных симметричных многогранников. Представление о строении металлов даёт элементарная ячейка, т.е. часть атомной структуры кристалла, путём трансляции которой (т.е. переноса в пространстве параллельно самой себе) можно построить всю кристалл. решётку. Рёбра элемент. Ячеек обозначают а, в, с и называют периодами кристалл. решётки или векторами трансляции. Для в-в находящихся в жидком и твёрдом состоянии характерно согласованность в расположении соседних частиц, так называемый ближний порядок, который проявляется на расстоянии сравнимый с межатомным. Кристалл. в-ва имеют дальний порядок, т.е. строгую повторяемость во всех направлениях одного и того же структурного элемента на протяжении сотен и тысяч периодов кристалл. решётки. Для металлов характерно кристаллическое строение. В кристаллических телах атомы расположены в строго определённом порядке с определённой геометрической зависимостью. Если атомы металла мысленно соединить прямыми линиями, то получим правильную геометрическую систему– пространственную кристалл. решётку. Крист. решётка– это регулярное расположение кристаллов частиц(атомов, ионов, молекул), характеризующаяся периодической повторяемостью в 3-ёх измерениях. Атомы металлов образуют крист. решётки за счёт особых металлических связей. Наиболее распространены 3 типа кристалл. решёток: 1) Объёмоцентрированная кубическая (Cr, Fe_α, V, Ti_β, Na, Mo, W); 2) Гранецентрированная кубическая (Ni, Cu, Al, Ag, Fe_γ); 3) Гексагональная плотноупакованная (Mg, Zn, Be, Cd, Ti_α).

Для некоторых металлов возможно св-во менять кристаллическую решётку с изменением t^o.

 

Свойства кристаллов

1) Симметрия кристаллов – это когда кристалл может быть совмещён с самим собой путём поворотов, отражений, параллельных переносов и других преобразований симметрии. 2) Некоторые кристаллич. фазы являются метастабильными (т.е. относительно устойчивые). Отсюда свойство: полиморфизм – это св-во некоторых в-в существовать в нескольких кристаллич. модификациях с разной структурой, и наоборот разные св-ва могут иметь полное подобие атомного строения и внешние формы кристаллов; 3) изоморфизм – это св-во различных, но родственных по хим. составу в-в кристаллизоваться в одинаковых структурах при одном типе хим. связи.

Fe_α – ниже 911^oC}ОЦК

выше 1392^oC}ОЦК

Fe_γ – 911^oC-1392^oC}ГЦК

Рассматривая модель кристалл. решётки, видно, что плотность атомов в различных плоскостях не одинакова, поэтому св-ва отдельно взятого кристалла (физические, химические, механические) будут отличаться в различных направлениях. Такое различие называют анизотропией. Все кристаллы анизотропны. Аморфные тела изотропны. Степень анизотропии может быть значительной, например, при исследовании монокристаллов меди временное сопротивление изменяется σb=120…360 МПа, σ=10…56%.

Технические металлы являются поликристаллическими в-вами, состоящими из множества мелких различноориентированных кристаллов, поэтому их св-ва во всех направлениях усредняются, т.е. металлы и сплавы изотропны по св-вам.