Материаловедение металлы и сплавы

Материаловедение металлы и сплавы (стр. 1 из 4)

Материаловедение металлы и сплавы

ГОУ СПО «Череповецкий металлургический колледж»

150411 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования»

Материаловедение: металлы и сплавы

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Выполнил: Леликов А.П.

студент группы ЗО — 3ТО

Преподаватель: Мальцева О.И.

Череповец

2009

Оглавление

1. Самостоятельная работа №1

«Формирование структуры и методы исследования свойств металлов»

2. Самостоятельная работа № 2

«Диаграмма состояния “железо-цементит”

3. Самостоятельная работа №3

«Железоуглеродистые сплавы»

4. Самостоятельная работа № 4

«Термическая обработка металлов и сплавов»

5. Самостоятельная работа № 5

«Сплавы, применяемые в промышленности»

Самостоятельная работа 1

«Формирование структуры и методы исследования свойств металлов»

Вариант задания № 9

1. Объясните, к какой деформации (холодной или горячей), следует отнести прокатку низкоуглеродистой стали, свинца и вольфрама при комнатной температуре.

Горячая деформация производится при температуре выше температуры рекристаллизации для получения полностью рекристаллизованной структуры. Холодная прокатка производится ниже температуры рекристаллизации, сопровождается упрочнением (наклепом) металла. Прокатка низкоуглеродистой стали, свинца и вольфрама при комнатной температуре следует отнести к холодной деформации.

Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших преимущества: во-первых, она позволяет производить листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что горячей прокаткой недостижимо; во-вторых, она обеспечивает получение продукции более высокого качества по всем показателям — точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование как в черной, так и в цветной металлургии.

В цветной металлургии холодная прокатка применяется для получения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других металлов.

2. Напишите, каким способом надо измерять твёрдость листовой мягкой стали толщиной 1мм.

Твёрдость в большинстве случаев испытывается при статическом характере вдавливания индентора в виде шарика, конуса или пирамиды в тело исследуемого объекта или царапанием поверхностного слоя пирамидой из твёрдого материала (склерометрический метод).

Для определения твёрдости тонких слоёв или мелких образцов используют прибор “Супер-Роквелл”, отличающийся от обычного прибора “ТК” меньшими нагрузками.

3. Объясните, когда процесс кристаллизации протекает быстрее – при небольшой, большой и очень большой степени переохлаждения? (ответ обосновать).

Пространственные кристаллические решетки образуются в металле при переходе из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией.

Процесс кристаллизации может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры Тп (температура плавления).

На рис.1. изображены термические кривые, характеризующие процесс кристаллизации металлов при охлаждении с разной скоростью. При очень медленном охлаждении степень переохлаждения невелика (рис.1 кривая ∆Т).

В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения (кривые ∆Т1, ∆Т2) число зародышей возрастает в большей мере, чем скорость их роста, и размер зерна в металле уменьшается.

Зерно металла сильно влияет на механические свойства: чем мельче зерно, тем выше вязкость и пластичность.

При увеличении степени переохлаждения скорость образования кристаллов и скорость их роста возрастают, при определенной степени переохлаждения достигают максимума, после чего снижаются.

Скорость роста

Самостоятельная работа 2

«Диаграмма состояния “Железо-цементит”»

Вариант Задания № 9

1. Построить диаграмму «железо-цементит» с обозначением линий, точек и областей.

Рис..1. Диаграмма состояния железо – цементит

К углеродистым сталям относятся сплавы железа с углеродом с массовой долей углерода от 0,02 до 2,14 %.

Основными компонентами углеродистых сталей являются железо и углерод.

Железо является полиморфным металлом. При температурах ниже 910° С, железо существует в  -модификации. Эта аллотропическая модификация железа называется  -железом. В интервале температур от 910° С до 1392° С существует  -железо с гранецентрированной кубической решеткой.

Углерод является неметаллическим элементом. В углеродистых сталях эти компоненты взаимодействуют, образуя, и зависимости от их количественного соотношения и температуры, разные фазы, представляющие собой однородные части сплава.

Углерод может растворяться как в жидком (расплавленном) железе, так и в различных его модификациях в твердом состоянии. В углеродистых сталях различают следующие фазы (рис.

1): жидкий сплав (Ж), твердые растворы -феррит (Ф) и аустенит (А) и химическое соединение цементит (Ц),

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в  -железе. Содержит при нормальной температуре 0,006 % углерода. У феррита низкие твердость (HB = 790 МПа) и прочность (6 = 245МПа), высокие пластичность ( = 50%,  = 85%) и ударная вязкость (KCU = 2940кДж/м2).

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в  -железе, при нормальной температуре в углеродистых сталях в равновесном состоянии не существует.

Цементит — химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fc3C. Содержит 6,67 % углерода. Для цементита характерна высокая твердость (НV = 9800 МПа) и очень низкая пластичность.

Перлит – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита (Ф+Ц). Существует ниже 727° С и содержит 0,8% С.

2. Определить вид углеродистой стали и белого чугуна по заданному содержанию углерода, отметить эти точки на своей диаграмме.

Сплав содержащий до 2,14 % С – сталь.

По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (0,02 % < C < 0,8 %) структура феррит + перлит (Ф+П); эвтектоидные (С = 0,8 % С), структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый.; заэвтектоидные (0,8 % < C < 2,14 %), структура перлит + цементит вторичный (П + ЦII), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита.

Сталь углеродистая с содержанием углерода 0,55. % С – это сталь доэвтектоидная (содержание углерода меньше 0,8%).

Сплав содержащий от 2,14 % С до 6,67 % С – чугун.

Чугун, содержащий от 2,14 % С до 4,3 % С называется доэвтектическим.

Чугун с содержанием 4,3 % С называется эвтектическим или ледебуритным.

Чугун, содержащий более 4,3 % С называется заэвтектическим.

Белый чугун с содержанием углерода 5.0 % С – это чугун заэвтектический (содержание углерода в пределах 4,3-6,67%).

3. Построить кривые охлаждения стали и чугуна с указанием положения критических точек.

а б

Рис.2 Кривые охлаждения стали (а) и чугуна (б)

4. Зарисовать схематично процесс охлаждения.

а – доэвтектоидная сталь

; б – заэвтектический белый чугун .

5. Описать словесно процесс охлаждения углеродистой сталь с содержанием 0,55 % С (из жидкого состояния до комнатной температуры) с описанием всех структурных и фазовых превращений.

Углеродистая сталь с содержанием 0,55 % С, доэвтектоидная, кристаллизуется в интервале температур, ограниченными линиями ВС и IE от 1510°С до 1440°С (рис.2,а).

Первичная кристаллизация: Ниже линии ВС сталь состоит из жидкой фазы и аустенита. В процессе кристаллизации состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус ВС, а аустенита — по линии солидус IE.

При температуре около1440° C состав жидкой фазы определяется точкой 2, аустенита – точкой 1.

Ниже температуры по линии солидус IE -1440°С, до температуры по линии GOS — 790°С), происходит затвердевание и сталь получает однофазную структуру – аустенит.

Источник: https://mirznanii.com/a/193346/materialovedenie-metally-i-splavy

Лекция № 5. сплавы / материаловедение: конспект лекций

Материаловедение металлы и сплавы

  • 1. Строение металлов
  • 2. Кристаллизация и структура металлов и сплавов
  • 3. Диффузионные и бездиффузионные превращения
  • 4. Классификация сплавов. Железо и его сплавы
  • 5. Диаграммы состояния сплавов
  • Металлы и их сплавы – основной материал в машиностроении.

    Они обладают многими ценными свойствами, обусловленными в основном их внутренним строением. Мягкий и пластичный металл или сплав можно сделать твердым, хрупким, и наоборот. Для того чтобы сознательно изменять свойства металлов, необходимо знать основы их кристаллического строения.

    Как известно, все тела состоят из большого количества атомов, которые удерживаются силами сцепления, совершая колебания большой частоты возле точек равновесия. Поскольку атомы разных металлов различны, каждый металл имеет свои определенные свойства. Эти свойства зависят от расположения атомов между собой, характера их связей, от расстояния между ними.

    Если изменить расстояние между атомами или порядок их расположения, изменятся и свойства металла. В аморфных телах – смоле, стекле, канифоли и т. п. – атомы расположены беспорядочно. В металлах они находятся в определенном геометрическом порядке, образуя кристаллы, поэтому металлы являются кристаллическими телами.

    Металлы различаются не только порядком расположения атомов, но и кристаллической решеткой, которая представляет собой воображаемую пространственную сетку, состоящую из элементарных ячеек, в узлах которой находятся атомы.

    Различают следующие кристаллические решетки металлов с плотной упаковкой атомов: кубическую объемно—центрированную, кубическую гранецентрированную и гексагональную.

    В ячейке кубической объемно—центрированной решетки атомы расположены в вершинах и центре куба.

    Такая ячейка содержит девять атомов (хром, вольфрам, ванадий, молибден, литий, а при определенных температурах – железо и другие металлы).

    В ячейке кубической гранецентрированной решетки атомы находятся в вершинах куба и на пересечении диагоналей каждой плоскости. Такая ячейка имеет 14 атомов (свинец, никель, медь, золото, серебро, пластина, железо при определенных температурах и другие металлы).

    В ячейке гексагональной кристаллической решетки атомы располагаются в вершинах и в центре шестигранных оснований призмы, а три атома – в средней ее плоскости, при этом такая ячейка содержит 17 атомов (магний, цинк, кадмий, осмий, бериллий и другие металлы).

    При определенных условиях некоторые металлы – железо, титан, цирконий, стронций, кобальт, кальций и другие могут перестраиваться из одного вида кристаллической решетки в другой, например из кубической объемно—центрированной – в гранецентрированную и даже гексагональную. Элементарная ячейка отображает только один элемент, или одну ячейку, кристаллической решетки.

    Вся кристаллическая решетка в реальном металле состоит из большого числа многократно повторяющихся элементарных ячеек.

    Большое значение имеет расстояние между атомами ячейки кристаллической решетки или между параллельными атомными плоскостями, образующими элементарную ячейку. Чем больше это расстояние, тем менее прочен металл.

    Расстояние между ними измеряется в ангстремах – 1 А = = 10 –8 см или в нанометрах – 1 А = 0,1 нм.

    Из практики известно, что железо прочнее меди, а медь прочнее алюминия.

    Порядок расположения атомов – тип кристаллической решетки – природное свойство металла, форма кристаллов и их размеры зависят от процесса перехода металла из жидкого состояния в твердое.

    Процесс образования кристаллов при затвердевании металлов называется кристаллизацией. При кристаллизации металлов выделяется тепло, а при переходе металлов из твердого состояния в жидкое происходит поглощение тепла.

    Наблюдения с помощью измеряющих температуру проборов за процессом понижения температуры

    при переходе металла из жидкого состояния в твердое позволили установить определенную закономерность. Сначала температура понижается равномерно. В начальный период образования кристаллов вследствие выделения скрытой теплоты при формировании кристаллической решетки падение температуры прекращается, и она остается неизменной до полного затвердения металла.

    После того как весь металл затвердеет, температура снова начинает понижаться. Температура, соответствующая горизонтальной площадке, называется критической. Кристаллизация металлов подобна кристаллизации солей, и этот процесс состоит из двух элементарных процессов, протекающих одновременно.

    Первый заключается в образовании центров кристаллизации, или зародышей кристаллов, второй – в росте кристаллов из этих центров.

    Первый этап – появление зародышей кристаллов металла.

    Второй этап – по мере остывания металла к зародышам присоединяются все новые и новые атомы жидкого металла, которые группируются в определенном порядке один возле другого, образуя элементарные ячейки кристаллической решетки.

    Этот процесс продолжается до тех пор, пока не закончится кристаллизация. Причем кристаллы затвердевшего металла имеют неправильную и весьма разнообразную форму, что объясняется условиями кристаллизации.

    В процессе кристаллизации увеличивается количество кристаллов – в 1 мм 3 может образоваться свыше 1000 кристаллов. Кристаллы, имеющие неправильную внешнюю форму, называются кристаллитами, или зернами.

    Чистые металлы относительно редко применяются в машиностроении и других отраслях хозяйственного комплекса. Более широко используются сплавы, состоящие из двух и более элементов (из двух металлов, например меди и цинка, или из металла и неметалла, например железа и углерода).

    Элементы, входящие в сплав, называются компонентами. В зависимости от расположения атомов в кристаллической решетке различают твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения.

    В твердом растворе замещения атомы растворимого компонента замещаются атомами растворителя, а в твердом растворе внедрения атомы растворителя размещаются между атомами растворимого компонента в наиболее слабых местах элементов кристаллической решетки.

    Сплавы, представляющие собой твердые растворы, отличаются ценными свойствами. Они тверже и прочнее, чем входящие в него компоненты.

    Компоненты некоторых сплавов при кристаллизации могут входить в химическую связь, образуя химическое соединение. Химические соединения обладают очень высокой твердостью и хорошим электросопротивлением.

    Под диффузией понимают перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния данного металла. Если перемещения атомов не связаны с изменением концентрации в отдельных объемах, то такой процесс называется самодиффузией.

    Диффузия, сопровождающаяся изменением концентрации, называется гетеродиффузией. В тех случаях, когда гетеродиффу—зия сопровождается образованием новых фаз, что наиболее часто имеет место при химико—технической обработке, она называется реактивной диффузией.

    В основе процесса диффузии лежит атомный механизм, при котором каждый атом совершает более или менее случайные блуждания. Диффузионные превращения в металлах происходят при различных химико—термических обработках – хромировании, цементации, алютировании (алюминирование) и т. д.

    Хромирование обеспечивает повышенную жаростойкость стали до 800 °C, высокую коррозионную стойкость в таких средах, как пресная и морская вода, уксусная и фосфорная кислоты, и эрозионную стойкость при низкой и высокой температурах.

    Хромирование сталей, содержащих более 0,3–0,4 % углерода, повышает также твердость и износостойкость. При хромировании диффузионный слой состоит из раствора хрома в? – железе, а содержание хрома на поверхности составляет 25–50 %.

    При этом процессе в случае применения CrCl 2 протекает следующая реакция:

    CrCl 2 + Fe > FeCl 2 + Cr.

    При термической обработке стали наблюдаются бездиффузные, или аллотропические, превращения в процессе вторичной кристаллизации. В частности, при температуре +775 °C в стали, содержащей 0,6 % углерода, начинаются аллотропические превращения, т. е. выделение феррита из аустенита (твердого раствора углерода (до 2,14 %)) и других примесей в объеме железа.

    Феррит – твердый раствор небольшого количества углерода (до 0,04 %) и других примесей в? – железе – мягкая, пластичная и недостаточно прочная структурная составляющая.

    Так как в феррите содержится ничтожное количество углерода, оставшийся аустенит будет постепенно, по мере выделения феррита, обогащаться углеродом.

    Когда концентрация углерода в оставшемся аустените достигнет 0,8 %, при температуре +727 °C сталь, содержащая 0,6 % углерода, будет иметь в своем составе феррит и аустенит, а при температурах ниже +727 °C – феррит и перлит, причем структура феррит – перлит сохранится без значительных изменений и при дальнейшем охлаждении стали вплоть до комнатной температуры. Аналогичные превращения характерны для всех доэвтек—тоидных сталей (содержащих менее 0,8 % углерода). Разница будет лишь в температурах начала выделения феррита. Причем, если сталь содержит 0,8 % углерода, ее вторичная кристаллизация будет протекать при постоянной температуре (+727 °C) и сопровождаться только одним процессом – образованием перлита. Это объясняется тем, что в данном случае содержание углерода в стали соответствует эвтектоидному составу – механической смеси кристаллов, выделяющихся из жидкого сплава одновременно. При этом создается мелкозернистая структура сплава.

    Сталь и чугун – основные материалы в машиностроении. Они составляют 95 % всех используемых в технике сплавов.

    Сталь – это сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий до 2,14 % углерода. Углерод – важнейшая примесь стали. От его содержания зависят прочность, твердость и пластичность стали. Кроме железа и углерода, в состав стали входят кремний, марганец, сера и фосфор. Эти примеси попадают в сталь в процессе выплавки и являются ее неизбежными спутниками.

    Чугун – сплав на железной основе. Отличие чугуна от стали заключается в более высоком содержании в нем углерода – более 2,14 %. Наибольшее распространение получили чугуны, содержащие 3–3,5 % углерода. В состав чугунов входят те же примеси, что и в стали, т. е. кремний, марганец, сера и фосфор.

    Чугуны, у которых весь углерод находится в химическом соединении с железом, называют белыми (по виду излома), а чугуны, весь углерод которых или большая его часть представляет графит, получили название серых. В белых чугунах всегда имеется еще одна структурная составляющая – ледебурит. Это эвтектика, т. е.

    равномерная механическая смесь зерен аустенита и цементита, получающаяся в процессе кристаллизации, в ней 4,3 % углерода. Ледебурит образуется при температуре +1147 °C.

    Феррит – твердый раствор небольшого количества углерода (до 0,04 %) и других примесей в? – железе. Практически это чистое железо. Цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа.

    Перлит – равномерная механическая смесь в сплаве феррита и цементита. Такое название эта смесь получила потому, что шлиф при ее травлении имеет перламутровый оттенок. Так как перлит образуется в результате процессов вторичной кристаллизации, его называют эвтектоидом. Он образуется при температуре +727 °C. В нем содержится 0,8 % углерода.

    Перлит имеет две разновидности. Если цементит в нем расположен в виде пластинок, его называют пластинчатым, если же цементит расположен в виде зерен, перлит называют зернистым. Под микроскопом пластинки цементита кажутся блестящими, потому что обладают большой твердостью, хорошо полируются и при травлении кислотами разъедаются меньше, чем пластинки мягкого феррита.

    Если железоуглеродистые сплавы нагреть до определенных температур, произойдет аллотропическое превращение ? —железа в ? —железо и образуется структурная составляющая, которая называется аустенитом.

    Аустенит представляет собой твердый раствор углерода (до 2,14 %) и других примесей в ? —железе. Способность углерода

    растворяться в железе неодинакова при различных температурах. При температуре +727 °C ? —железо может растворять не более 0,8 % углерода. При этой же температуре происходит распад аустенита с образованием перлита. Аустенит – мягкая структурная составляющая. Он отличается большой пластичностью, не обладает магнитными свойствами.

    При изучении структурных составляющих железоуглеродистых сплавов установлено, что они при комнатной температуре всегда состоят из двух структурных элементов: мягкого пластичного феррита и твердого цементита, упрочняющего сплав.

    Сплавы можно получать при соединении большинства металлов друг с другом, а также с неметаллами. Диаграммы состояния сплавов дают наглядное представление о протекающих в сплавах превращениях в зависимости от их химического состава и температуры.

    При построении диаграмм состояния сплавов на оси абсцисс указывают химический состав или концентрацию сплава в процентах. Для этого горизонтальную линию определенной длины делят на сто одинаковых частей и каждое деление принимают за 1 % одного из компонентов сплава.

    Рис. 5. Диаграмма состояния сплавов системы свинец—сурьма (Pb—Sb)

    Точка А соответствует чистому свинцу, а точка В – чистой сурьме. По оси ординат в определенном масштабе указывают температуру. Для того чтобы построить диаграмму состояния сплавов, сначала строят ряд кривых охлаждения сплавов одних и тех же элементов с различной концентрацией.

    На основе этих кривых строят диаграмму. Сплавы, компоненты которых при затвердевании образуют только механические смеси, относятся к первой группе.

    Диаграмма этих сплавов условно называется диаграммой состояния первого рода. Диаграмма сплавов, образующих при затвердевании только твердые растворы, называется диаграммой состояния второго рода.

    Наиболее типичными для диаграмм первого рода являются сплавы свинца с сурьмой.

    Построение диаграммы (первого рода) состояния сплавов Pb—Sb:

    1) кривые охлаждения доэвтектических сплавов;

    2) диаграмма состояния сплавов Pb—Sb;

    3) кривые охлаждения заэвтектических сплавов. Диаграмма построена для пяти видов сплава свинца с сурьмой:

    1) 5 % сурьмы и 95 % свинца;

    2) 10 % сурьмы и 90 % свинца;

    3) 20 % сурьмы и 80 % свинца;

    4) 40 % сурьмы и 60 % свинца;

    5) 80 % сурьмы и 20 % свинца.

    Все они имеют две критические температуры: верхнюю и нижнюю.

    Изучение процессов кристаллизации этих сплавов показывает, что верхняя критическая температура соответствует началу, а нижняя – концу затвердевания сплава.

    Таким образом, процесс кристаллизации сплавов Pb—Sb резко отличается от кристаллизации чистых металлов. Сплавы кристаллизуются в интервале температур, а чистые металлы – при постоянной температуре.

    Механическая смесь кристаллов, выделяющихся из жидкого сплава одновременно, называется эвтектикой (в переводе с греческого – «хорошо сложенный»). Сплавы указанной концентрации называют эвтектическими.

    Линия АСВ на диаграмме называется линией ликвидуса (в переводе с греческого – «жидкий»). Выше этой линии любой сплав свинца с сурьмой находится в жидком состоянии.

    Линия ДСВЕ получила название линии солидуса (в переводе с греческого – «твердый»), или эвтектической линии. Точка С показывает состав эвтектики. Сплавы, расположенные левее этой точки, называют доэвтектическими, правее ее – заэвтектическими.

    В структуре доэвтектических сплавов, кроме эвтектики, всегда есть некоторое количество свинца, а в заэвтектических, кроме эвтектики, – сурьмы.

    Источник: http://www.libma.ru/tehnicheskie_nauki/materialovedenie_konspekt_lekcii/p5.php

    Сплавы металлов

    Материаловедение металлы и сплавы

    Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д.

    Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла.

    В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.

    Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.

    Классификация однородности сплавов

    Классификация

    Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:

    1. метод изготовления:
    2. технология производства:
      • литейные;
      • деформируемые;
      • порошковые;
    3. однородность структуры:

      Виды сплавов по их основе

    4. вид металла – основы:
      • черные (железо);
      • цветные (цветные металлы);
      • редких металлов (радиоактивные элементы);
    5. количество компонентов:
      • двойные;
      • тройные;
      • и так далее;
    6. физико-химические свойства:
      • тугоплавкие;
      • легкоплавкие;
      • высокопрочные;
      • жаропрочные;
      • твердые;
      • антифрикционные;
      • коррозионностойкие и др.;
    7. предназначение:
      • конструкционные;
      • инструментальные;
      • специальные.

    Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.

    Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.

    Свойства сплавов

    Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

    1. Структурно — нечувствительные. Они обуславливаются свойствами компонентов, и их процентным содержанием. К ним относятся :
      • плотность;
      • температура плавления;
      • тепловые и упругие характеристики;
      • коэффициент термического расширения;
    2. структурно — чувствительные. Определяются свойствами элемента — основы.
    3. https://youtu.be/qgzo40bfL1o
    4. Все сплавные материалы в той или иной мере проявляют характерные металлические свойства:
      • блеск;
      • пластичность;
      • теплопроводность;
      • электропроводность.
    5. Кроме того, свойства подразделяют на:
      • Химические, определяемые взаимоотношениями материала с химически активными веществами.
      • Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.

      Механические свойства

    6. Основными характеристиками сплавных материалов, влияющими на их пригодность для применения в той или иной инженерной конструкции, являются:
      • Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
      • Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
      • Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
      • Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
      • Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам

    Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.

    Основные виды сплавов

    Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.

    Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств.

    Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы.

    Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец,  фосфор.

    Легированная сталь

    Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество  называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических.

    Чугуны используются при производстве станин больших  станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях.

    До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.

    Чугунные радиаторы

    Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.

    Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.

    Желтая латунь

    Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.

    Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.

    Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.

    Цинковые сплавы

    Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.

    Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.

    Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.

    Область применения титановых сплавов

    Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:

        • аэрокосмическая;
        • химическая;
        • атомная;
        • криогенная;
        • судостроительная;
        • протезирование.

    Алюминиевые сплавы

    Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.

    Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.

    Алюминиевые сплавы подразделяют на:

        • Литейные (с кремнием). Применяются для получения обычных отливок.
        • Для литья под давлением (с марганцем).
        • Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).

    Основные преимущества соединений алюминия:

        • Доступность.
        • Малый удельный вес.
        • Долговечность.
        • Устойчивость к холоду.
        • Хорошая обрабатываемость.
        • Электропроводность.

    Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.

    Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.

    Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.

    Слитки из алюминиевых сплавов

    Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.

    Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.

    Медные сплавы

    Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой.

    Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.

    Латунь — смесь меди и цинкаМедь и ее сплавы

    Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.

    Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100оС.

    В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.

    Основными сферами применения являются:

        • Режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики, плашки, резцы и т.п.).
        • Измерительный инструмент и оборудование (линейки, угольники, штангенциркули рабочие поверхности особой ровности и стабильности).
        • Штампы, матрицы и пуансоны.
        • Валки прокатных станов и бумагоделательных машин.
        • Горное оборудование (дробилки, шарошки, ковши экскаваторов).
        • Детали и узлы атомных и химических реакторов.
        • Высоконагруженные детали транспортных средств, промышленного оборудования и уникальных строительных конструкций, таки, например, как башня Бурж — Дубай.

    Области применения твердых сплавов

    Существуют и другие области применения твердосплавных веществ.

    Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/splavy-metallov.html

    Refy-free
    Добавить комментарий