Механические св-ва: показ отношение мат-ов к различным мех воздействиям. По ним рассчитыв конструкции:
1) Прочность; 2) предел текучести; 3) предел пропорциональности; 4) ударная вязкость.
Технологические св-ва: показ отношение мет-ов к различным технологиям обработки.
1) Литейные св-ва – как мат-л относится к литью
2) Ковкость 0 отнош-е м-ов к диф-ям под давлением
3) Свариваемость
4) Обработка резанием
5) отношение к физико-хим методам обработки
Металлы с точки зрения физики и техники обладают общностью атома кристаллического строения и характерными физическими свойствами.
Все металлы обладают рядом свойств: специфическим блеском, хорошей электро-и теплопроводностью, способностью давать основные окислы и т. д.
Химические свойства металлов определяются активностью подвижных электронов, непрочно связанных с атомами.
3. Особенности кристаллического строения металлов и сплавов.
Кристаллизация металлов. При переходе металла из жидкого состояния в твердое происходит образование кристаллов. Атомы из хаотичного разброса занимают строго определенное место в кристаллической решетке.
Этот сложный процесс можно схематично представить следующим образом: при охлаждении расплавленного металла в нем зарождаются центры кристаллизации, от которых происходит рост конгломерата кристаллов — кристаллического зерна. При росте кристаллических зерен они сталкиваются и срастаются друг с другом, приобретая неправильную деформированную гроздеподобную или древовидную форму.
Скорость зарождения центров кристаллизации и роста зерен зависит от явления, называемого переохлаждением. Сущность явления состоит в том, что при охлаждении металла температура начала его кристаллизации ниже температуры плавления. Это свойственно всем металлам, хотя и не в одинаковой степени. Чем больше переохлаждение металла, тем большее количество центров кристаллизации образуется. Это приводит к формированию мелкозернистой структуры, имеющей более высокие механические показатели по сравнению с крупнозернистой. Ускорение процесса кристаллизации наблюдается, если в металле имеются нерастворимые примеси, являющиеся своеобразными центрами кристаллизации.
Сплавы. Для зуботехнических целей необходимы металлы, обладающие самыми разнообразными свойствами. Так, основные металлы должны обладать высокими физико-механическими свойствами, устойчивостью к коррозии, некоторые вспомогательные — низкой температурой плавления. Все металлы по своим свойствам должны соответствовать требованиям технологии: обладать нужной температурой плавления, быть ковкими или, наоборот, упругими, иметь допустимую усадку, коэффициент термического расширения и т. д. Этим требованиям в большей степени отвечают различные сплавы. Создание сплавов возможно потому, что многие металлы способны к взаимному растворению или к образованию химических соединений, другие — к образованию смесей.
Подбирая различные металлы в нужных соотношениях, можно получить сплавы с необходимыми свойствами, нередко существенно отличающимися от свойств каждого из компонентов.
Твердый раствор. Кристаллическая структура сплавов этой группы представляет собой решетку основного металла, в которой размещены атомы растворенного металла. Элементы таких сплавов способны к взаимному растворению как в жидком, так и в твердом состоянии. Примерами такого типа соединений являются широко применяемые в ортопедической стоматологии сплавы на основе золота, хромо-никелевые, хромокобальтовые, железоуглеродистые сплавы.
При затвердевании металла слиток может приобрести различную структуру, которая характеризуется большей или меньшей неоднородностью, что зависит от состава сплава, скорости охлаждёния и ряда других факторов.
Возникновение неоднородности связано с особенностями процесса кристаллизации сплава, компоненты которого имеют разные точки плавления.
4. Кристаллические решетки металлов и их основные типы.
Металлы, описываемые пространственной кристаллической решеткой, под которой понимают наименший комплекс атомов, при многократной трансляции которых по всем направлениям воспроизводится пространственная кристаллическая решетка.
В узлах кристаллической решетки располагаются атомы.
Пространственную кристаллическую решетку легче всего представить в виде элементарной кристаллической ячейки. Ячейка – это та часть решетки, при многократной трансляции которой она и воспроизводится.
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 описывается одним параметром, которым является ребро куба а.
2.Объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК) представляет собой также куб, внутри которого дополнительно расположен еще один атом.
Параметры решетки определяются длиной ребра куба а.
3.Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК) представляет собой куб, В центре каждой грани которого расположены дополнительно по одному атому.
4.Гексагональная плотно упакованная решетка. В отличие от кубической характеризуется 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 Fea;
ГЦК – алюминий, медь, никель, железо Feg;
ГПУ – бериллий ….
Некоторые металлы, например индий, имеют тетрагональную решетку.
Свойства металлов при прочих равных условиях определяются типом кристаллической решётки, т.е. количеством атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку. На простую ячейку приходит с один полный атом.
На ОЦК ячейку приходится два атома: один атом вносится атомом и один принадлежит только этой ячейке.
Для ВЦК на одну ячейку приходится четыре атома.
Плотность кристаллической решетки определяется, так называемым координатным числом. Под координатным числом понимается число атомов, находящихся на кратчайшем расстоянии от данного атома. Для ОЦК решетки К=8, для ГЦК – К=12 и для ГПУ – К=12.
От величины координатного числа зависит компактность (плотность укладки) кристаллической решетки. Так в простой кристаллической решетки плотность укладки атомов в ячейке составляет менее 50%. В ОЦК – 50%, в решетках с координатным числом 12 – порядка 75%.
5. Дефекты кристаллических решеток. Их влияние на свойства металлов.
Реальные металлы в своей структуре содержат дефекты, которые подразделяются на точечные, линейные и поверхностные.
Точечные дефекты возникают при воздействии тепловых или силовых нагрузок. Атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки колеблются. В любой момент в кристалле всегда проявляются атомы, имеющие большую энергию по сравнению с близлежащими атомами. При чем этой энергии хватает не только на то, чтобы атомы вышел из своего узла, но и на то, чтобы он преодолел потенциальные барьеры, выстраиваемые на его пути близлежащими атомами.
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.
Как в первом, так и во втором случаях кристаллическая решетка искажается вокруг дефекта на несколько атомных периодов.
Вокруг вакансий решетка как бы искажается, пытаясь залечить вакансию, а вокруг дислоцированного атома – наоборот. Вакансию иначе называют «дыркой».
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 и винтовые.
Краевая дислокация представляет собой локализованное искажение атомной плоскости за счет введения в нее дополнительной атомной полуплоскости – экстра плоскости, расположенной перпендикулярно плоскости чертежа.
Так же есть и винтовая дислокация; искажение происходит по винтовой плоскости.
Важной характеристикой дислокации является плотность дислокации; представляющая собой суммарную длину дислокации в единице объема (
)
В наиболее совершенных кристаллах плотность дислокации равна 
= 106…108 см-2.
В деформированных 
= 106...108см-2
Поверхностные дефекты. К ним относятся границы зерен, фрагментов, блоков.
Если под микроскопом наблюдать микроструктуру металла, то видно, что металл состоит из отдельных зерен, т.е. имеет место зеренное строение. Наиболее дефектные участки в структуре – границы зерен, т.е. места стыка зерен. По границе, помимо примесей, концентрируются и дефекты кристаллической решетки: вакансии и дислокации. Однако зерно само по себе не является совершенным. Оно состоит как бы из мозаики отдельных блоков 10-5…10-6 см. Это так называемые блоки мозаики.
Граница стыков между блоками так же являются дефектными участками в структуре. Блоки можно наблюдать только с помощью электронного микроскопа, увеличивающего в десятки тысяч раз.
Блоки разориентированы друг относительно друга на угол в несколько минут. Блоки могут объединяться в более крупные образования, которые получили названия фрагменты.
6. Кристаллизация металлов. Полиморфизм металлов.
С изменением температуры свободная энергия для жидкого и твердого (кристаллического) состояния изменяется различно. Но для каждого металла есть такая температура, при которой свободные энергии жидкого и твердого состояний равны, металл в обоих состояниях находится в равновесии. Эта температура и называется теоретической температурой кристаллизации.
Практически процесс кристаллизации металлов происходит при температуре ниже теоретической температуры кристаллизации, т. е. при некоторой фактической температуре кристаллизации.
Охлаждение жидкого металла ниже теоретической температуры кристаллизации носит название явления переохлаждения. Разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации называется степенью переохлаждения.
Процесс кристаллизации, т. е. переход из жидкого состояния в твердое, изображается кривыми охлаждения, которые строятся в координатах температура — время (рис. 24).
Жидкий металл при охлаждении не испытывает качественных изменений: кривая охлаждения идет плавно. При достижении теоретической температуры кристаллизации на кривой охлаждения появляется горизонтальная площадка, так как отвод тепла компенсируется выделяющейся при кристаллизации скрытой теплотой кристаллизации. Когда закончится процесс кристаллизации, кривая охлаждения снижается опять плавно.
При небольшом переохлаждении образуется малое количество крупных кристаллов, при большом — образуется значительное количество мелких кристаллов. Это находит место в практике литейного производства: при литье тонкостенных деталей получается мелкозернистая структура, а при литье деталей с толстыми стенками — крупнозернистая.
Аллотропией, или полиморфизмом, называется способность металлов в твердом состоянии иметь различное кристаллическое строение, а следовательно, и свойства при различных температурах.
Процесс перехода из одной кристаллической формы в другую называется аллотропическим (полиморфным) превращением. Аллотропические формы обозначают начальными буквами греческого алфавита: альфа а, бета?, гамма у, дельта б и т. д., начиная с той формы, которая существует при более низкой температуре.
В процессе аллотропического превращения выделяется скрытая теплота кристаллизации (если превращение идет при охлаждении); на кривой охлаждения аллотропическое превращение отмечается горизонтальным участком. Аллотропические превращения имеют многие металлы, например железо, марганец, олово, титан и др.
На рис. 11 приведена кривая охлаждения железа, характеризующая аллотропические превращения. Железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку до температуры 911° С и в интервале 1392— 1539° С (Fea), а от температуры 911 до 1392° С имеет гранецентрированную кубическую решетку (FeY). Высокотемпературная а-модифика-ция (от 1392 до 1539°С) иногда обозначается Feб (б-железо). При температуре 768° С происходит изменение магнитных свойств: ниже 768° С железо магнитно, выше 768° С железо немагнитно.
7. Понятия металлических сплавов.
Сплавом называют результат сплавления двух или более компонентов. Компоненты - это химически индивидуальные вещества образовывающие сплав.
Фаза – однородная часть системы отграниченная поверхностью раздела, при переходе через которую состав и свойства меняются скачкообразно. В зависимости от характера компонентов, в сплаве могут образоваться хим. соединения, твердые растворы, механические смеси.
Хим. соединения.
Хим. соединения образуются при строго определенном количественном соотношении атомов. Для хим. соединения характерным является то, что кристаллическая решетка его отличается от кристаллической решетки сплавляемых компонентов. Если хим. соединение образуют металлы, то его называют интерметаллидом.
Твердые растворы.
Они образуются в том случае, когда в кристаллической решетке одного компонента атомы замещаются на атомы другого компонента. Это твердые растворы замещения. Бывают твердые растворы внедрения, твердые растворы вычитания.
Твердые растворы замещения подразделяют на растворы неорганической и органической растворимости.
1) Основной металл, атомы в котором замещаются, называется растворителем.
2) Растворенный компонент.
Для того, чтобы получить твердый раствор неорганической растворимости замещаются атомы растворенного компонента. Необходимо выполнение трех условий:
а) Кристаллические решетки обоих компонентов являются изоморфными (однотипными)
б) Разница в атомных радиусах не должна превышать 14 или 15 %
в) Сплавляемие компоненты должны находиться в одной части периодической таблицы.
Невыполнение хотя бы одного из условий приводит к образованию твердых растворов ограниченной растворимости. К растворам, в которых атомы кристаллической решетки растворителя частично замещаются атомами растворимого компонента.
Твердые растворы внедрения. Твердые растворы внедрения образуются, когда атомы одного компонента внедряются в пустоты или дефекты другого компонента. Такое возможно лишь в случае большого различия в атомных радиусах компонента. Твердые растворы внедрения образуют металлы с углеродом, азотом и твердые растворызамещения. Механические смеси.
Некоторые компоненты при сплавлении не взаимодействуют с образованием хим. соединений или твердых растворов. Они образуют механические смеси. Механические смеси отличаются от хим. соединений и твердых растворов тем, что в них сохраняются типы решеток характерных для сплавляемых компонентов
8. Цветные металлы и сплавы на и их основе. Маркировка.
Цветные металлы и их сплавы находят широкое применение в машиностроении, электро- и радиотехнике, приборостроении и других отраслях промышленности благодаря многим ценным физико-химическим и механическим свойствам: большой электро- и теплопроводности, антифрикционным свойствам, пластичности и т. п.
Цветные металлы применяются главным образом в виде сплавов, так как в чистом виде они обладают малой прочностью. Наибольшее распространение в промышленности получили сплавы на основе меди, алюминия, олова, магния и других металлов.
Медь по своему значению в машиностроении является наиболее ценным техническим материалом. Она сплавляется со многими металлами, хорошо проводит электричество и тепло, уступая в этом отношении только серебру. Ее используют для изготовления электрических проводов, деталей электрооборудования и т. д.
Маркируется медь буквой М и порядковым номером (М00, МО, Ml, М2, МЗ, М4). Чем больше цифра в марке меди, тем больше в ней примесей.В значительной части медь используется для получения сплавов на медной основе: латуни, бронзы и др. Эти сплавы обычно прочнее меди. Они приобретают другие полезные свойства, поэтому ид широко применяют в технике.
Латунью называется сплав меди с цинком. Содержание цинка в сплаве может колебаться от 4 до 45%. Чем больше цинка в латуни, тем выше ее механическая прочность. В состав латуни кроме меди и цинка могут входить алюминий, никель, железо, марганец, олово и кремний. Такой сплав называется специальной латунью. Она имеет повышенную коррозионную стойкость, лучшие технологические и механические свойства.
Маркируется латунь следующим образом: буква Л означает название сплава — латунь, следующие за ней цифры указывают содержание меди в сплаве в процентах. Например, маркой Л63 обозначается латунь, содержащая 63% меди. Легирующие элементы специальных латуней обозначают: А — алюминий, Мц — марганец, К — кремний, С — свинец, О —- олово, Н — никель, Ж — железо. В марках специальных латуней первые две цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание меди в процентах, последующие цифры — содержание других элементов; остальное (до 100%) составляет цинк. Например, марка ЛМцЖ52-4-1 обозначает специальную латунь, содержащую около 52% меди, 4% марганца, 1% железа, остальное — цинк.Бронзой называется сплав меди с оловом, алюминием, никелем и другими элементами. Бронза обладает высокими антифрикционными и механическими свойствами, а также хорошей коррозионной стойкостью. Она идет на изготовление арматуры и деталей механизмов, работающих во влажной атмосфере и в других агрессивных средах.Бронзу маркируют буквами Бр с буквенными обозначениями элементов, входящих в состав сплава, и числовыми показателями их содержания. Например, БрОФ6,5-0,15—бронза, содержащая 6—7% олова и около 0,15% фосфора, остальное— медь.Алюминий обладает высокой электро- и теплопроводностью (но несколько худшей, чем медь). Наибольшее применение он нашел в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей, обмоток и т. д. Кроме того, алюминий используется в химической промышленности, в приборостроении, а также для получения алюминиевых сплавов.
Маркируется алюминий буквой А и цифрами, указывающими чистоту (наличие примесей) алюминия. Например, А99— алюминий, содержащий 99,999% алюминия и 0,001% примесей.
9.Сплавы на основе титана. Их свойства и маркировка.
Сплавы на основе титана используются в нашей промышленности с пятидесятых годов прошлого столетия. Сплавы на основе титана отличаются такими характеристиками, как особая прочность, стойкость к температурам в широком диапазоне, стойкость к коррозии. Сплавы на основе титана обогащают алюминием, ванадием, хромом и медью, железом, кремнием, цирконием и другими добавками.
Каждая добавка придает сплаву то или иное дополнительное качество. Например, олово, а также добавки циркония считаются нейтральными упрочнителями сплавов на основе титана. Благодаря широкому спектру добавок, сплавы на основе титана используются в той или иной сфере. Полученные сплавом свойства позволяют использовать его в соответствующих качествам и свойствам отраслях.
Многие сплавы имеют хорошую пластичность, другие хорошо свариваются, жаростойки и жаропрочны. Высокопрочные изделия производят из таких марок сплавов с содержанием титана, как сплавы ВТ3-1, ВТ9, ВТ8, ВТ25 с жаропрочностью. Эти марки подходят для производства нагруженных изделий, производимых методом штамповки. Из этих марок сплавов делают особо прочные листы.
Листовые сплавы ВТ15 имеют особую прочность, а из марки ВТ30 делают крепежи, поскольку материал пластичен.
Металл применяется в: химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура),
военной промышленности (бронежилеты), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, украшениях для пирсинга, медицинской промышленности (протезы, остеопротезы), стоматологических и эндодонтических инструментах, зубных имплантатах, спортивных товарах, ювелирных изделиях (Александр Хомов), мобильных телефонах, лёгких сплавах и т. д. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей, в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве[11].
Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.
10. Сплавы на основе алюминия. Их свойства и маркировка.
Алюминий и алюминиевые сплавы. Обработка алюминия
Все сплавы алюминия можно разделить на две группы:
Деформируемые алюминиевые сплавы — предназначены для получения полуфабрикатов (листов, плит, прутков, профилей, труб и т. д.), а также поковок и штамповых заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки.
а) Упрочняемые термической обработкой:
Дуралюмины, «дюраль» (Д1, Д16, Д20*, сплавы алюминия меди и марганца [Al-Cu-Mg]) — удовлетворительно обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состояниях, но плохо в отожженном состоянии. Дуралюмины хорошо свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой плавлением вследствие склонности к образованию трещин. Из сплава Д16 изготовляют обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова автомобилей.
Сплав авиаль (АВ) удовлетворительно обрабатывается резанием после закалки и старения, хорошо сваривается аргонодуговой и контактной сваркой. Из этого сплава изготовляются различные полуфабрикаты (листы, профили, трубы и т.д.), используемые для элементов конструкций, несущих умеренные нагрузки, кроме того, лопасти винтов вертолетов, кованные детали двигателей, рамы, двери, для которых требуется высокая пластичность в холодном и горячем состоянии.Высокопрочный сплав (В95) имеет предел прочности 560-600 Н/мм2, хорошо обрабатывается резанием и сваривается точечной сваркой. Сплав применяется в самолетостроении для нагруженных конструкций (обшивки, стрингеры, шпангоуты, лонжероны) и для силовых каркасов в строительных сооружениях.Сплавы для ковки и штамповки (АК6, АК8, АК4-1 [жаропрочный]). Сплавы этого типа отличаются высокой пластичностью и удовлетворительными литейными свойствами, позволяющими получить качественные слитки. Алюминиевые сплавы этой группы хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются контактной и аргонодуговой сваркой.
б) Не упрочняемые термической обработкой:
Сплавы алюминия с марганцем (АМц) и алюминия с магнием (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6) легко обрабатываются давлением (штамповка, гибка), хорошо свариваются и обладают хорошей коррозионной стойкостью. Обработка резанием затруднена, поэтому для получения резьбы используют специальные бесстружечные метчики (раскатники), не имеющие режущих кромок.
Литейные алюминиевые сплавы — предназначенные для фасонного литья (как правило, хорошо обрабатываются резанием).
Сплавы алюминия с кремнием (силумины) Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9) отличаются высокими литейными свойствами, а отливки — большой плотностью. Силумины сравнительно легко обрабатываются резанием
Сплаы алюминия с медью Al-Cu (АЛ7, АЛ19) после термической обработки имеют высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием.
Сплавы алюминия с магнием Al-Mg (АЛ8, АЛ27) имеют хорошую коррозионную стойкость, повышенные механические свойства и хорошо обрабатываются резанием. Сплавы применяют в судостроении и авиации.
Жаропрочные алюминиевые сплавы (АЛ1, АЛ21, АЛ33) хорошо обрабатываются резанием.
С точки зрения обработки фрезерованием, нарезания резьбы и токарной обработки, алюминиевые сплавы также можно разделить на две группы. В зависимости от состояния (закаленные, состаренные, отожженные) алюминиевые сплавы могут относиться к разным группам по легкости обработки:
Мягкие и пластичные алюминиевые сплавы, вызывающие проблемы при обработке резанием:
а) Отожженные: Д16, АВ.
б) Не упрочняемые термической обработкой: АМц, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6.
Сравнительно твердые и прочные алюминиевые сплавы, которые достаточно просто обрабатываются резанием (во многих случаях, где не требуется повышенная производительность, эти материалы могут обрабатываться стандартным инструментом общего применения, но если требуется повысить скорость и качество обработки, необходимо применять специализированный инструмент):
а) Закаленные и искусственно состаренные: Д16Т, Д16Н, АВТ.
б) Ковочные: АК6, АК8, АК4-1.
в) Литейные: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ8, АЛ27, АЛ1, АЛ21, АЛ33.
11. Сплавы на основе меди. Их свойства и маркировка.
В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав так называемого пушечного металла, который в XVI—XVIII вв. действительно использовался для изготовления артиллерийских орудий, входят все три основных металла — медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. В наше время находит применение в военном деле в кумулятивных боеприпасах благодаря высокой пластичности, большое количество латуни идёт на изготовление оружейных гильз.
Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30-40 кгс/мм² у сплавов и 25-29 кгс/мм² у технически чистой меди. Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимают термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900-12000 кгс/мм² ниже, чем у стали). Основное преимущество медных сплавов — низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводностью. Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, а следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных. Медноникелевые сплавы используются для чеканки разменной монеты[источник не указан 104 дня].
Медноникелевые сплавы, в том числе и так называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за образцовой коррозионной устойчивости.
Медь является важным компонентом твёрдых припоев — сплавов с температурой плавления 590—880 градусов Цельсия, обладающих хорошей адгезией к большинству металлов, и применяющихся для прочного соединения разнообразных металлических деталей, особенно, из разнородных металлов, от трубопроводной арматуры до жидкостных ракетных двигателей
12. Правило отрезков для диаграмм состояния.
Правило отрезков.
Посредством правила отрезков можно определить состав фаз в любой двухфазной области и количественное их соотношение. Правило отрезков состоит из двух частей. Первая часть: для того чтобы определить состав фаз через заданную точку в двухфазной области (точка соответствует конкретной температуре) проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими эту область. Проекция точек пересечения на ось концентрации даст нам состав фаз. Вторая часть: для того чтобы определить количество фаз через заданную точку проводят горизонтальную линию до пересечения с линией, ограничивающей эту область. Отрезки между заданной точкой и точками с соответствующим составом фаз обратно пропорциональны их количеству.
Правило фаз действует только в двухфазной области.
13. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом.
Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит.
1. Железо – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – 1539o С ± 5o С.
В твердом состоянии железо может находиться в двух модификациях. Полиморфные превращения происходят при температурах 911o С и 1392o С. При температуре ниже 911o С существует Feα с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392o С устойчивым является Feγ с гранецентрированной кубической решеткой. Выше 1392o С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется Feδ или высокотемпературное Feα. Высокотемпературная модификация Feα не представляет собой новой аллотропической формы. Критическую температуру 911oС превращения Feα <-> Feγ обозначают точкой A3, а температуру 1392o С превращения Feγ <-> Feδ - точкой А4.При температуре ниже 768o С железо ферромагнитно, а выше – парамагнитно. Точка Кюри железа 768o С обозначается А2.Структуры сталей. Структуры белого чугуна. Структуры сплавов. Структуры сталей и сплавов.Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочности – σв = 250МПа, предел текучести – σт = 120МПа) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение – δ = 50%, а относительное сужение – ψ = 80%). Свойства могут изменяться в некоторых пределах в зависимости от величины зерна.Железо характеризуется высоким модулем упругости, наличие которого проявляется и в сплавах на его основе, обеспечивая высокую жесткость деталей из этих сплавов.Железо со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.2. Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 0С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 0С).В сплавах железа с углеродом углерод находится в состоянии твердого раствора с железом и в виде химического соединения – цементита (Fe3C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).3. Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу.Температура плавления цементита точно не установлена (1250, 1550o С). При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217o С.Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность. Такие свойства являются следствием сложного строения кристаллической решетки.
Цементит способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут замещаться атомами неметаллов: азотом, кислородом; атомы железа – металлами: марганцем, хромом, вольфрамом и др. Такой твердый раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом.Цементит – соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение при структурообразовании чугунов.Фазами железоуглеродистых сплавов являются жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.1. Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.2. Феррит (Ф) Feα (C) – твердый раствор внедрения углерода в α-железо.Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную – 0,02 % при температуре 727o С (точка P). Углерод располагается в дефектах решетки..При температуре выше 1392o С существует высокотемпературный феррит (δ) (Feδ (C), с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499o С (точка J)Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 130 НВ, предел прочности – σв = 300МПа) и пластичен (относительное удлинение – δ = 30%), магнитен до 768o С.3. Аустенит (А) Feγ (С) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железо.
Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки.
Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727o С (точка S), максимальную – 2,14 % при температуре 1147o С (точка Е).
Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение – δ = 40..50%), парамагнитен.
При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.
4. Цементит – характеристика дана выше (в компонентах железоуглеродистых сплавов).
В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный (ЦI), цементит вторичный (ЦII), цементит третичный (ЦIII). Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.
14. Диаграмма состояния железо-цементит. Эвтектические и эвтектоидные превращения
Железо – металл, плавящийчя при температуре 1539оС и относящийся к полиморфным.
Полиморфизм – это возможность существования металлов в различных кристаллических модификациях.
В интервале 1539 оС – 1392 оС железо имеет ОЦК решетку.
В интервале 1392 оС – 911 оС железо имеет ГЦК решетку.
При температуре менее 911 оС железо имеет ОЦК решетку.
При температуре 768 оС железо из ферромагнитного переходит в паромагнитном состояние, т.е. становится немагнитным. Это т.н. точка Кюри. Железо сравнительно мягкий металл: sв=250 МПа, НВ 80. Цементит – химическое соединение, отвечающее формуле Fe3C. Образуется при строго определенном количестве атомов Fe и C, причем доля C составляет 6,67%. Цементит является наиболее твердой фазой железоуглеродистых сп