Металловедение. Химический состав, структура, термическая обработка, технология изготовления металлов

Август 9, 2022

Главная
Химия
Металловедение. Химический состав, структура, термическая обработка, технология изготовления металлов

Содержание

2. Металл суть твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное ковать можно. М.В.Ломоносов
3. Литература Строение и свойства авиационных материалов / под ред. Белова А.Ф., Николенко В.В. – М.: Металлургия,
4. 2. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008. 3. Учебное пособие
5. Металловедение – это прикладная наука, изучающая взаимосвязь состава, строения и свойств металлов и сплавов. Конструкционные материалы
6. Отличительные особенности металлов Наличие слабо связанных с ядром наружных электронов Для металлов характерны процессы окисления –
7. Металлический тип связи В обобществлении принимают участие электроны всех атомов (в отличие от ковалентной связи)
8. Кристаллическая (поликристаллическая) структура (кристаллиты, зёрна) Сегодня существуют аморфные и нанокристаллические металлы и сплавы
9. Свойства металлов Способность к пластической деформации Возрастание прочности при введении элементов, вызывающих частично ковалентные связи Высокая
10. Кристаллическое строение металлов Правильное, закономерное расположение частиц (атомов, молекул) в пространстве характеризует кристаллическое состояние. Поэтому в
11. Элементарная кристаллическая ячейка – наименьший комплекс атомов, который при многократном повторении позволяет воспроизвести пространствен-ную кристаллическую решетку.
12. Простая кубическая решетка - ПК a = b = c – периоды решетки (отрезки, которые решетка
13. 5) Коэффициент компактности (плотность упаковки, т.е. отношение объема, занятого атомами, ко всему объему ячейки) – 0,52
14. ДРУГИЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК ОЦК – объёмноцентрированная кубическая ГЦК – гранецентрированная кубическая ГПУ - гексагональная плотноупакованная
15. Основные типы кристаллических решеток металлов
16. К расчету координационного числа ГЦК и ОЦК решеток
17. Полиморфизм (аллотропия) – способность металла при разных температурах (давлениях) существо- вать в состояниях с разной кристаллической
18. Полиморфизм (аллотропия) железа Т 1 - ОЦК 2 - ГЦК
19. Реальное строение металлических кристаллов Строение металлов является поликристаллическим. Кристаллы неправильной формы в металле называют зернами (кристаллитами).
20. Виды кристаллических дефектов Точечные (размеры совпадают с межатомными расстояниями): вакансия; межузельный атом; примесный атом внедрения; примесный
21. I. Точечные дефекты кристаллического строения: вакансия примесный атом замещения (твердый раствор замещения) примесный атом внедрения (твердый
22. 1, 6 – Примесные атомы замещения 2, 4 – Вакансия и дивакансия (дефект по Шоттки) 3
23. II. Линейные дефекты кристаллической решетки краевая дислокация. Край экстраплоскости образует линейную дислокацию 1 - 1
25. а г а – Линейное несовершенство вдоль нижнего края экстраплоскости называется дислокацией. б – Сдвиг, создавший
26. Вектор Бюргерса – количественная характеристика дислокации, то есть искажения кристаллической решетки. Вектор Бюргерса b замыкает произвольный
27. Винтовая дислокация Винтовая дислокация возникает, если произвести сдвиг в вертикальной плоскости (а). Вектор Бюргерса параллелен плоскости
28. Пространственная модель образования винтовой дислокации в результате неполного сдвига по плоскости Q (а) и расположение атомов
29. Виды движения дислокаций Скольжение – атомы перемещаются в одной атомной плоскости. Это механизм пластической деформации металлов.
30. Плотность дислокаций ρ - суммарная длина дислокаций в единице объема металла: ρ = ΣL / V
31. Зависимость прочности металлических кристаллов от плотности дислокаций. Кривая Бочвара-Одинга. Плотность дислокаций, см-2 Прочность Анализ кривой Бочвара-Одинга:
32. III. Поверхностные дефекты Высокоугловые границы – границы между зернами. Содержат большое количество дефектов. Ширина 1-5 нм.
34. Скачать презентацию

Слайд 2

Металл суть твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное

ковать можно.
М.В.Ломоносов

Слайд 3

Литература
Строение и свойства авиационных материалов /
под ред. Белова

А.Ф., Николенко В.В. –
М.: Металлургия, 1989.

Слайд 4

2. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение. –
М.: Изд-во МГТУ

им. Н.Э.Баумана, 2008.

3. Учебное пособие к лабораторным работам
по металловедению. – М.: МАИ,
разные годы издания

Слайд 5

Металловедение – это прикладная наука, изучающая взаимосвязь состава, строения и свойств

металлов и сплавов. Конструкционные материалы и изделия из них применяются в определённых условиях эксплуатации.

Химический
состав

Структура
(строение)

Термическая обработка,
химико-термич. обработка

Холодная пластическая
деформация

Технология изготовления
(литье, прокат, порошковая
металлургия)

Свойства

Область применения

Слайд 6

Отличительные особенности металлов
Наличие слабо связанных с ядром наружных электронов
Для металлов характерны

процессы окисления – отдача электронов и повышение валентности
Fe0 + O2 → Fe+2O

Слайд 7

Металлический тип связи
В обобществлении принимают участие электроны
всех атомов (в

отличие от ковалентной связи)

Слайд 8

Кристаллическая (поликристаллическая) структура (кристаллиты, зёрна)
Сегодня существуют аморфные и нанокристаллические
металлы и

сплавы

Слайд 9

Свойства металлов
Способность к пластической деформации
Возрастание прочности при введении элементов, вызывающих частично

ковалентные связи
Высокая электропроводность, повышающаяся с понижением температуры (при Т→0, ρ→0)
Высокая теплопроводность

Слайд 10

Кристаллическое строение металлов
Правильное, закономерное расположение частиц (атомов, молекул) в пространстве

характеризует кристаллическое состояние. Поэтому в физике кристаллическое и твердое состояние – синонимы.
Кристаллическое состояние можно представить в виде пространственной решетки, в узлах которой расположены атомы. Ее называют кристаллической решеткой.

Слайд 11

Элементарная кристаллическая ячейка – наименьший комплекс атомов, который при многократном

повторении позволяет воспроизвести пространствен-ную кристаллическую решетку.
Принятое изображение кристаллических решеток – условно.
Для однозначной характеристики решетки
надо знать ее параметры: три ребра (a, b, c – периоды решетки) и три угла между осями (α, β, γ).
Используют и другие характеристики.

Слайд 12

Простая кубическая решетка - ПК
a = b = c – периоды

решетки (отрезки, которые решетка отсекает на осях);
α = β = γ = 90° (углы, образованные с плоскостями X0Z, Y0Z и X0Y соответственно);
К6 – координационное число (число ближайших равноудаленных атомов);
Число частиц на элементарную ячейку = 8*1/8 = 1

Слайд 13

5) Коэффициент компактности (плотность упаковки, т.е. отношение объема, занятого атомами, ко

всему объему ячейки) – 0,52

6) Атомный (ионный) радиус (половина наименьшего расстояния между частицами)
rат = a/2

Примеры: Fe, Cu, Po, NaCl

Слайд 14

ДРУГИЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК
ОЦК – объёмноцентрированная
кубическая
ГЦК – гранецентрированная
кубическая
ГПУ - гексагональная плотноупакованная

Слайд 15

Основные типы кристаллических решеток металлов

Слайд 16

К расчету координационного числа ГЦК и ОЦК решеток

Слайд 17

Полиморфизм (аллотропия) – способность
металла при разных температурах (давлениях) существо-
вать в состояниях

с разной кристаллической структурой.
Существует та кристаллическая модификация, для кото-
рой при данной температуре свободная энергия (энергия
Гиббса) G, то есть
G = H – TS = min,
где Н – энтальпия, S – энтропия, Т – температура.
Изоморфизм – существование у разных металлов
одинаковой кристаллической структуры.
Анизотропия – различие свойств в различных направ-
лениях.
Изотропия – свойства вещества во всех напралениях
одинаковы.
Металлы квазиизотропны, так как имеют поликристалли-
ческую структуру.

Слайд 18

Полиморфизм (аллотропия) железа
Т
1 - ОЦК
2 - ГЦК

Слайд 19

Реальное строение металлических кристаллов
Строение металлов является поликристаллическим.
Кристаллы неправильной формы в металле

называют зернами
(кристаллитами).
Ориентация кристаллической решетки в зерне случайна. При холодной обработке давлением возникает текстура – преимущественная ориентировка зерен.

Слайд 20

Виды кристаллических дефектов
Точечные (размеры совпадают с межатомными расстояниями):
вакансия;
межузельный атом;
примесный атом внедрения;
примесный

атом замещения.
Линейные (размер в одном из трех
направлений соизмерим с размером
кристалла):
дислокации (краевые и винтовые)
Поверхностные (малы только в одном
направлении)

Слайд 21

I. Точечные дефекты
кристаллического строения:
вакансия
примесный атом замещения
(твердый раствор замещения)
примесный атом внедрения
(твердый

раствор внедрения)

межузельный
атом

Слайд 22

1, 6 – Примесные атомы замещения
2, 4 – Вакансия и дивакансия

(дефект по Шоттки)
3 – Примесный атом внедрения
5 – Дефект по Френкелю (пара Френкеля) – дефект из
вакансии и межузельного атома

Слайд 23

II. Линейные дефекты кристаллической решетки
краевая дислокация.
Край экстраплоскости образует линейную

дислокацию 1 - 1

Слайд 24

Слайд 25

а
г
а – Линейное несовершенство вдоль нижнего края экстраплоскости называется дислокацией.
б –

Сдвиг, создавший краевую дислокацию
в,г – Положительная (┴) и отрицательная (┬) экстраплоскости и области искажений (ниже и выше экстраплоскости).

Слайд 26

Вектор Бюргерса – количественная характеристика дислокации, то есть искажения кристаллической решетки.
Вектор

Бюргерса b замыкает произвольный контур в реальном кристалле, который был бы замкнутым в идеальном кристалле.
Величина и направление вектора не зависят от размеров контура Бюргерса и выбора точки начала контура, а полностью определяются видом дислокации. У краевой дислокации вектор Бюргерса равен межатомному расстоянию и перпендикулярен дислокационной линии, у винтовой дислокации — параллелен ей.

Слайд 27

Винтовая дислокация
Винтовая дислокация возникает, если произвести сдвиг в вертикальной плоскости

(а).
Вектор Бюргерса параллелен плоскости сдвига (б).

Слайд 28

Пространственная модель образования винтовой дислокации в результате
неполного сдвига по плоскости Q

(а) и расположение атомов в области
Винтовой дислокации (б)

Слайд 29

Виды движения дислокаций
Скольжение – атомы перемещаются в одной атомной плоскости.
Это

механизм пластической деформации металлов. Перемещаются не атомы, а условные экстраплоскости.
Этот механизм объяснил низкую прочность реальных металлов.
Переползание – атомы перемещаются в другие атомные плоскости. При этом могут возникать вакансии (экстраплоскость укорачивается) или происходит увеличение числа атомов (экстраплоскость удлиняется)

Слайд 30

Плотность дислокаций ρ - суммарная длина дислокаций в единице объема металла:
ρ

= ΣL / V [см-2], где
ΣL – суммарная длина всех дислокаций, см
V – объем металла, см3
Легкое перемещение дислокаций приводит к снижению прочности металла.
Затруднение перемещения дислокаций соответствует упрочнению.
Барьеры на пути движения дислокаций:
границы зерен
частицы упрочняющих фаз
сами дислокации мешают друг другу перемещаться

Слайд 31

Зависимость прочности металлических кристаллов от плотности дислокаций. Кривая Бочвара-Одинга.
Плотность дислокаций, см-2
Прочность
Анализ

кривой Бочвара-Одинга:
Т.1 – теоретическая (расчетная)
прочность
Обл.2 – нитевидные кристаллы с
минимальным количеством дефектов
- - - - - на практике не реализуется
Обл.3 – технически чистые, нелегиро-
ванные металлы в отожженном состо-
янии
Обл.4 – металлы и сплавы, упрочнен-
ные легированием, холодной пласти-
ческой деформацией, термической
обработкой

Слайд 32

III. Поверхностные дефекты
Высокоугловые границы – границы между зернами. Содержат большое количество

дефектов. Ширина 1-5 нм.
Угол разориентировки более 10°.

Металловедение. Химический состав, структура, термическая обработка, технология изготовления металлов

Содержание

Металл суть твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное

Литература Строение и свойства авиационных материалов / под ред. Белова

2. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение. – М.: Изд-во МГТУ

Металловедение – это прикладная наука, изучающая взаимосвязь состава, строения и свойств

Отличительные особенности металловНаличие слабо связанных с ядром наружных электроновДля металлов характерны

Металлический тип связи В обобществлении принимают участие электроны всех атомов (в

Кристаллическая (поликристаллическая) структура (кристаллиты, зёрна)Сегодня существуют аморфные и нанокристаллические металлы и

Свойства металловСпособность к пластической деформацииВозрастание прочности при введении элементов, вызывающих частично

Кристаллическое строение металлов Правильное, закономерное расположение частиц (атомов, молекул) в пространстве

Элементарная кристаллическая ячейка – наименьший комплекс атомов, который при многократном

Простая кубическая решетка - ПКa = b = c – периоды

5) Коэффициент компактности (плотность упаковки, т.е. отношение объема, занятого атомами, ко

ДРУГИЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЯЧЕЕКОЦК – объёмноцентрированнаякубическаяГЦК – гранецентрированнаякубическаяГПУ - гексагональная плотноупакованная

Основные типы кристаллических решеток металлов

К расчету координационного числа ГЦК и ОЦК решеток

Полиморфизм (аллотропия) – способностьметалла при разных температурах (давлениях) существо-вать в состояниях

Полиморфизм (аллотропия) железаТ 1 - ОЦК2 - ГЦК

Реальное строение металлических кристалловСтроение металлов является поликристаллическим.Кристаллы неправильной формы в металле

Виды кристаллических дефектовТочечные (размеры совпадают с межатомными расстояниями):вакансия;межузельный атом;примесный атом внедрения;примесный

I. Точечные дефектыкристаллического строения:вакансияпримесный атом замещения(твердый раствор замещения)примесный атом внедрения(твердый

1, 6 – Примесные атомы замещения2, 4 – Вакансия и дивакансия

II. Линейные дефекты кристаллической решетки краевая дислокация.Край экстраплоскости образует линейную

ага – Линейное несовершенство вдоль нижнего края экстраплоскости называется дислокацией.б –

Вектор Бюргерса – количественная характеристика дислокации, то есть искажения кристаллической решетки.Вектор

Винтовая дислокацияВинтовая дислокация возникает, если произвести сдвиг в вертикальной плоскости

Пространственная модель образования винтовой дислокации в результатенеполного сдвига по плоскости Q

Виды движения дислокацийСкольжение – атомы перемещаются в одной атомной плоскости. Это

Плотность дислокаций ρ - суммарная длина дислокаций в единице объема металла:ρ

Зависимость прочности металлических кристаллов от плотности дислокаций. Кривая Бочвара-Одинга.Плотность дислокаций, см-2Прочность Анализ

III. Поверхностные дефектыВысокоугловые границы – границы между зернами. Содержат большое количество

Похожие презентации