Матеріалознавство. Шпаргалка: коротко, найголовніше

Безкоштовна технічна бібліотека

КОНСПЕКТИ ЛЕКЦІЙ, ШПАРГАЛКИ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Конспекти лекцій, шпаргалки

Матеріалознавство. Шпаргалка: коротко, найголовніше

Конспекти лекцій, шпаргалки

Довідник / Конспекти лекцій, шпаргалки

Коментарі до статті

Зміст

Предмет матеріалознавства; сучасна класифікація матеріалів, основні етапи розвитку матеріалознавства
Зерена будова металів. Кордони зерен та субзерен
Світлова мікроскопія; кількісні характеристики мікроструктури
Елементарний осередок; координаційне число; сингонія
Класифікація дефектів кристалічної будови. Точкові дефекти, залежність їхньої концентрації від температури. Крайова та гвинтова дислокації
Дифузія у металах
Фазові переходи І та ІІ роду
Плавлення металів та будова розплавів
Кристалізація металів; зародження кристалів, критичний зародок; гомогенне та гетерогенне зародження кристалів; зростання кристалів. Криві Таммана
Будова зливка та аморфні сплави
Модифікація металів. Стандартні випробування на розтяг, стиск, вигин, твердість, ударну в'язкість
Фазові перетворення у твердому стані
Пружна та пластична деформація металів
Види руйнування: поняття про в'язке та тендітне руйнування
Електричні властивості провідникових матеріалів
Методи визначення електричних властивостей
Теплоємність та теплопровідність металів та сплавів
Дилатометрія. Магнітні властивості металів та сплавів. Методи визначення
Значення механічних та фізичних властивостей при експлуатації виробів
Властивості як показники якості матеріалу
Типи фаз у металевих сплавах. Правило фаз; правило важеля
Тверді розчини заміщення та впровадження; проміжні фази; надструктури
Система з необмеженою розчинністю в рідкому та твердому станах; системи евтектичного, перитектичного та монотектичного типу. Системи з поліморфізмом компонентів та евтектоїдним перетворенням
Система з потрійною евтектикою та практично повною відсутністю розчинності компонентів у твердому стані; ізотермічні та політермічні перерізи
Правило важеля та центру тяжіння трикутника
Залежність механічних та фізичних властивостей від складу у системах різного типу
Вибір сплавів для певного призначення на основі аналізу діаграм стану
Будова та властивості заліза; метастабільна та стабільна фазові діаграми залізо-вуглець. Формування структури вуглецевих сталей. Визначення вмісту вуглецю в сталі структурою
Конструкційні та інструментальні вуглецеві сталі. Маркування, застосування
Білі, сірі, половинчасті, високоміцні та ковкі чавуни
Формування мікроструктури, властивості, маркування та застосування
Роль термічної обробки у підвищенні якості конструкційних матеріалів
Застосування термообробки у технології виробництва заготовок та виробів із конструкційних матеріалів
Відпал 1-го роду. Нерівноважна кристалізація
Гомогенізаційний відпал, зміна структури та властивостей при гомогенізаційному відпалі. Загартування з поліморфним перетворенням. Загартування без поліморфного перетворення
Зміна мікроструктури та механічних властивостей металів при нагріванні після гарячої та холодної обробки тиском
Повернення, первинна та збірна рекристалізація. Рекристалізаційний відпал
Відпал II-го роду. Відпал та нормалізація сталей; режими та призначення відпалу та нормалізації
Відпустка сталей. Перетворення в сталі при відпустці, зміна мікроструктури та властивостей
Хіміко-термічна обробка сталі. Призначення, види та загальні закономірності. Дифузійне насичення сплавів металами та неметалами
Класифікація та маркування легованих сталей. Вплив легуючих елементів на перетворення, мікроструктуру та властивості сталі; принципи розробки легованих сталей
Конструкційні сталі: будівельні, машинобудівні, високоміцні. Інструментальні сталі: сталі для різального інструменту, підшипникові, штампові
Нержавіючі, теплостійкі та жароміцні, холодостійкі, електротехнічні та зносостійкі сталі
Маркування, структура, властивості та галузі застосування кольорових металів та їх сплавів
алюміній; вплив домішок на властивості алюмінію; деформовані та ливарні алюмінієві сплави
Мідь; вплив домішок на властивості міді. Латуні, бронзи, мідно-нікелеві сплави
Магній та його сплави
Титан та його сплави
Види композиційних матеріалів. Будова, властивості, сфери застосування
Хімічний склад, методи одержання порошків, властивості та методи їх контролю
Формування та спікання порошків, галузі застосування
Неорганічні стекла. Технічна кераміка
Полімери, пластмаси

1. Предмет матеріалознавства; сучасна класифікація матеріалів, основні етапи розвитку матеріалознавства

Матеріалознавство вивчає склад, структуру, властивості та поведінку матеріалів залежно від впливу навколишнього середовища. Вплив буває тепловим, електричним, магнітним тощо. буд. Будь-який компонент конструкцій чи споруд піддається навантаженням як із боку інших компонентів, і із боку довкілля.

Класифікація матеріалів: металеві, неметалеві та композиційні матеріали. Металеві матеріали поділяються на кольорові метали, порошкові матеріали. Неметалічні матеріали: гума, скло, кераміка, пластичні маси, ситали. Композиційні матеріали є складовими матеріалами, до складу яких входять два та більше матеріалів (склопластики).

Існує класифікація матеріалів залежно від виду напівфабрикатів: листи, порошки, гранули, волокна, профілі тощо.

Техніка створення матеріалів покладено основою класифікації структурою.

Металеві матеріали поділяються на групи відповідно до того компонента, який лежить в їх основі. Матеріали чорної металургії: сталь, чавуни, феросплави, сплави, у яких основний компонент – залізо. Матеріали кольорової металургії: алюміній, мідь, цинк, свинець, нікель, олово.

Основу сучасної техніки складають метали та металеві сплави. Сьогодні метали є найуніверсальнішим із застосуванням класом матеріалів. Для підвищення якості та надійності виробів потрібні нові матеріали. Для вирішення цих проблем застосовують композиційні, полімерні, порошкові матеріали.

Метали - речовини, які мають ковкість, блиск, електропровідність і теплопровідність. У техніці всі металеві матеріали називають металами та поділяють на дві групи.

Прості метали – метали, які мають невелику кількість домішок інших металів.

Складні метали - метали, які становлять поєднання простого металу як основи з іншими елементами.

Три чверті всіх елементів у періодичній системі є металами.

Матеріалознавство або наука про матеріали отримала свій розвиток з найдавніших часів. Перший етап розвитку матеріалознавства починається із спеціалізованого виготовлення кераміки. Особливий внесок у становлення матеріалознавства у Росії зробив М.В. Ломоносовим (1711-1765) та Д.І. Менделєєвим (1834-1907). Ломоносов розробив курс з фізичної хімії та хімічної атомістики, підтвердив теорію про атомно-молекулярну будову речовини. Менделєєву належить досягнення розробки періодичної системи елементів. Обидва вчені приділяли неабияку увагу проблемі виробництва скла.

У ХІХ ст. внесок у розвиток матеріалознавства зробили Ф.Ю. Левінсон-Лессінг, Є.С. Федоров, В.А. Обруч, А.І. Ферсман, Н.М. Білелюбський. Починають вироблятися нові матеріали: портландцемент, нові гіпси, цементні бетони, полімерні матеріали тощо.

У машинобудуванні широке застосування набули метали та сплави металів, саме тому металознавство є важливою частиною матеріалознавства.

Металознавство як наука виникло у Росії XIX в, воно є науковою основою розробки нових оптимальних технологічних процесів: термічної обробки, лиття, прокатки штампування зварювання. Поєднання високої міцності та твердості з гарною пластичністю, в'язкістю та оброблюваністю, що не зустрічається в інших матеріалів, стало причиною використання металів як основний конструкційний матеріал у всіх областях техніки.

Вперше встановив існування зв'язку між будовою сталі та її властивостями видатний російський вчений П.П. Аносов (1799-1851 рр.), що розкрив давно втрачений секрет виготовлення та отримання стародавніми майстрами Сходу булатної сталі, яка йде для виробництва мечів. Булатна сталь Аносова славилася у всьому світі і навіть вивозилася за кордон. Клинки, виготовлені з цієї сталі, відрізнялися високою твердістю і в'язкістю. П.П. Аносов вважається "початківцем" виробництва високоякісної сталі, він вперше застосував мікроскоп для визначення будови сталі і започаткував вивчення закономірного зв'язку між структурою та властивостями сплавів.

Засновник наукового металознавства Д.К. Чернов (1839-1921 рр.), який відкрив у 1868 р. фазові перетворення на сталі. Відкриття Д.К. Черновим критичних точок а і b (за сучасним позначенням А1 і A3) здійснило революцію у пізнанні природи металевих сплавів і дозволило пояснити ряд "таємничих" явищ, що відбуваються при термічній обробці сталей.

Величезний внесок у розвиток науки про метали зробили Н.С. Курнаков, А.А. Байков, Н.Т. Гудцов, А.А. Бочнар, Г.В. Курдюмов, С.С. Штейіберг, А.П. Гуляєв та інші радянські вчені.

Велике значення у розвитку металознавства та термічної обробки мали роботи Осмонда (Франція), Зейтца, Бейна та Мейла (США), Таммана та Ганемана (Німеччина).

У XX столітті було досягнуто великих досягнень у теорії та практиці матеріалознавства, створено високоміцні матеріали для інструментів, розроблено композиційні матеріали, відкрито та використано властивості напівпровідників, удосконалювалися способи зміцнення деталей термічною та хіміко-термічною обробкою.

2. Зерена будова металів. Кордони зерен та субзерен

Метали – це полікристалічні тіла, вони складаються з дрібних кристалів. Характеризуються металевими властивостями та становлять 50 % усіх хімічних елементів. Будова металів та їх сплавів кристалічна.

У процесі кристалізації кристали набувають неправильної форми. Їх називають зернами. Кожне зерно має своє орієнтування кристалічних ґрат, яке відрізняється від орієнтування сусідніх зерен. Розмір зерна металу впливає його механічні властивості. Дані властивості, в'язкість і пластичність значно вищі, якщо метал має дрібне зерно.

Поверхні поділу зерен називаються межами зерен, які можуть бути: похилими при розташуванні осі обертання в тій самій площині, що й межа; крученими при перпендикулярно розташованій осі до площини. Такий шматок металу є полікристалом. Кордони зерен визначаються точками дотику суміжних кристалів. Про розміри, структуру та характер будови зерен можна судити за зламами металу.

У полікристалічних матеріалах розміри зерен від 1 до 1000 мкм. Зерна розорієнтовані, повернуті одні щодо інших до десятків градусів. Кордони є основним дефектом у металах. На кордонах між зернами атоми немає правильного розташування. Існує перехідна область шириною кілька атомних діаметрів, у якій грати одного зерна перетворюється на грати іншого зерна з іншого орієнтацією. Будова перехідного шару (кордону) сприяє накопиченню у ньому дислокацій, оскільки за переході через кордон ні площину ковзання, ні вектор Бюргерса не зберігаються незмінними. Порушення правильності розташування сприяє тому, що на межах зерен підвищено концентрацію домішок, які знижують поверхневу енергію. Усередині зерен порушується правильна кристалічна будова.

Кордони субзерен менш порушені.

Усі метали мають загальні властивості: пластичність, високу тепло- та електропровідність, специфічний металевий блиск, підвищують електроопір зі зростанням температури.

З рідкого розплаву виростає монокристал, який є одним кристалом. Розміри монокристалів невеликі, їх використовують у лабораторіях для вивчення властивостей будь-якої речовини. Метали та сплави, які отримують у звичайних умовах, складаються з великої кількості кристалів, вони мають полікристалічну будову.

Вивчення будови металів за допомогою рентгеноструктурного аналізу та електронного мікроскопа дозволило встановити, що внутрішня кристалічна будова зерна не є правильною. У кристалічних ґратах реальних металів є різні дефекти (недосконалості), які порушують зв'язок між атомами і впливають властивості металів. Усі дефекти решітки - це порушення укладання атомів у ґратах.

Розташування атомів у ґратах може бути у формі центрованого куба (б- і в-залізо, б-титан, хром, молібден, вольфрам, ванадій), куба, грані якого центровані (г-залізо, алюміній, мідь, нікель, свинець, -кобальт) або гексагональні, або у формі осередку (магній, цинк).

Зерна в полікристалах не є монолітними, а складаються з окремих субзерен, які повернені одне щодо іншого на малий кут. Субзерно є багатогранником, у якому міститься або незначна кількість дислокацій, або зовсім немає. Основні характеристики субзерен: тип, розташування, будова, щільність дислокацій. Багато дислокації утворюються внаслідок механічного зсуву.

Межі субзерен та зерен у металах поділяють на малокутові та великокутові. Малокутові межі спостерігаються між субзернами та мають дислокаційну будову. Малокутову межу можна уявити за допомогою ряду паралельних крайових дислокацій. Утворення субзерен із малокутовими дислокаціями називається полігонізацією. Структура великокутових кордонів складніша. Субкордони утворені певними системами дислокацій. Залежно від цього, який матеріал і який вплив нею надає довкілля, знаходиться розташування дислокацій. Якщо метал мало деформований, місцем скупчення дислокацій є площини ковзання. Якщо такі метали, як алюміній, залізо піддаються сильної деформації, то дислокації представлені у вигляді складних сплетень: просторів, сітки.

Структура, в якій субзерна розорієнтовані один щодо одного на кут 15-300 є блокової або мозаїчної.

Щільність дислокацій у металі підвищується зі збільшенням кута розорієнтації субзерен та зменшенням їх величини. Атоми, розташовані на межах зерен, і атоми на поверхні кристала через некомпенсованість сил міжатомної взаємодії, мають більш високу потенційну енергію порівняно з атомами в обсязі субзерен. Наявність дислокацій впливає на якості металів. За теоретичними підрахунками межа пружності чистих металів у 1000 разів перевищує реальну, а межа пружності сталі - у 100 разів.

3. Світлова мікроскопія; кількісні характеристики мікроструктури

Найрізноманітніші методи застосовуються на дослідження внутрішньої будови сплавів, більшість засноване на фізичних принципах.

Вивчення будови металів починається за допомогою простого та поширеного в наукових та заводських лабораторіях методу – світлової мікроскопії (металографічний метод). Вперше дослідження металів з допомогою мікроскопа здійснив П.П. Аносів. Він займався вивченням булатної сталі.

p align="justify"> Методом світлової мікроскопії вивчають розміри, форму, розташування зерен, дефекти кристалічної будови (двійники, дислокації), а також він використовується для прогнозування поведінки металів в експлуатаційних умовах.

Усі метали – речовини непрозорі (для видимого світла). Форму кристалів, їх розмір і розташування вивчають на мікрошліфах, що спеціально виготовляються. В цьому випадку роблять розріз металу в площині, що цікавить дослідника, отриману площину шліфують і полірують.

Застосовувати можна як грубе, так і тонке шліфування, з метою усунення нерівностей поверхні шліфу. Шліфування проводять перед поліруванням. Щоб отримати рівну поверхню, необхідно при зміні абразиву змінювати напрям руху зразків на 90°. Шліфування слід продовжувати аж до зникнення рисок від попередньої операції. За результатами шліфування шорсткість поверхні має бути менше 0,08 мкм.

Полірування здійснюється з метою одержання дзеркальної поверхні зразка. Полірування може бути механічним, електрохімічним і хіміко-механічним.

Механічна шліфування здійснюється за допомогою верстата з кругом, що обертається, який покритий полірувальним матеріалом. На цей матеріал наносять абразивні частки.

Хіміко-механічне полірування здійснюється за допомогою абразивних частинок та хімічних елементів.

Електрохімічне полірування проводиться у ванні з електролітом. Для згладжування поверхні використовують струм.

При механічному шліфуванні та поліруванні відбувається пластична деформація поверхні зразка. Залежно від того, якою є твердість матеріалу, глибина деформації поверхні може доходити до 25 мкм.

Після шліфування та полірування оброблюваний зразок опускають у воду, потім у спирт, після чого сушать за допомогою фільтрувального паперу.

Щоб виявити структуру, створюють рельєф або фарбують у різні кольори структурні складові, що досягається хімічним травленням. При травленні кислота впливає на межі зерна, тому що є місця з дефектною будовою, що у травленому шліфі стануть заглибленнями; світло, падаючи ними, розсіюється й у зору мікроскопа вони здаватимуться темними, а тіло зерна - світлим.

Для розгляду мікрошліфів при дослідженні мікроструктури металів застосовують спеціальні мікроскопи, в яких промінь джерела світла, відбиваючись від шліфу, проходить через об'єктив і окуляр, даючи відповідне збільшення.

Загальне збільшення мікроскопа дорівнює добутку збільшення об'єктиву і окуляра.

Під мікроскопом на мікрошліфі після полірування можна побачити мікротріщини та неметалеві включення (графіт у чавунах, оксиди). Для виявлення самої мікроструктури металу поверхню шліфу труять, тобто обробляють спеціальними реактивами, склад яких залежить від складу металу. Виявлення мікроструктури при травленні полягає в тому, що різні фази протравлюються неоднаково і фарбуються по-різному. В результаті травлення мікрошліфів чистих металів можна виявити форму та розміри окремих зерен. Мікроаналіз дозволяє встановити величину, форму та орієнтування зерен, окремі фази та структурні складові, зміна внутрішньої будови металів та сплавів залежно від умов їх отримання та обробки.

Для того щоб розглянути деталі структури застосовують електронний мікроскоп, де зображення формується за допомогою потоку електронів, що швидко летять. Розрізняють прямі та непрямі методи дослідження структури. Непрямі методи засновані на спеціальній техніці виготовлення тонких зліпків-плівок, які відображають рельєф травленого шліфу. Досліджуючи отриману репліку, спостерігають деталі структури, їхній мінімальний розмір дорівнює 2-5 нм. Прямі методи дозволяють досліджувати тонкі металеві фольги завтовшки до 300 нм на просвіт за допомогою електронних мікроскопів високої роздільної здатності (мікроскопи УЕМВ-100, УЕМВ-100А, УЕМВ-100В).

Оптичний мікроскоп не є апаратом, який може виявити кристал будь-якого розміру.

Кількісна металографія стикається з певними труднощами. Так, проблема визначення кількісних параметрів тривимірного об'єкта шляхом вивчення двомірного перерізу вирішується кількома шляхами. За допомогою порівняльного методу і методу середньої довжини відрізка, що перетинає зерно, визначається величина зерен металів.

Сьогодні використовується автоматизована система вивчення мікрошліфів металів, яка включає застосування мікроскопа, відеокамери, відеообластера та персонального ЕОМ.

4. Елементарний осередок; координаційне число; сингонія

Кристалографічні напрямки та площини, анізотропія; міжплощинні відстані Кристалічні грати - упорядковане розташування атомів. Елементарний осередок кристала - мінімальний обсяг кристала, що повністю зберігає всі його властивості. Атоми в ґратах розташовуються по-різному.

Елементарний осередок повторюється у трьох вимірах і утворює кристалічну решітку. Структуру кристала визначає положення атомів в елементарному осередку.

Координаційне число - загальна кількість нейтральних молекул та іонів, що мають зв'язок із центральним іоном у комплексі.

1. У елементів четвертої групи ковалентний насичений і спрямований зв'язок, і в кожного атома чотири сусіди. Число найближчих сусідів – координаційне число. Елементарні грати - тетраедр з одним атомом у центрі та чотирма атомами по вершинах.

2. При утворенні іонного зв'язку кристалічні решітки компактніші, координаційне число досягає 6 через ненасиченість іонного зв'язку. Приклад: кристалічні грати NaCI - примітивний куб з іонами хлору та натрію у вершинах.

3. Металеві зв'язки роблять кристалічні решітки компактнішими. Координаційні числа досягають значень 8 і 12. У металевих матеріалах формуються три типи кристалічних решіток: об'ємноцентрована кубічна (ОЦК), гранецентрована кубічна (ГЦК) та гексагональна щільно-упакована (ГП).

Сингонія - один із підрозділів кристалів за ознакою симетрії їх елементарного осередку при однакових системах координатних осей. Сингонія характеризує симетрію тривимірних структур із трансляційною симетрією у трьох напрямках.

Виділяють сім осьових систем залежно від довжини відрізків, що відсікаються на кристалографічних осях, та взаємного розташування цих осей.

1. Кубічна сингонія. Три рівновеликі осі перетинаються під прямим кутом.

2. Тетрагональна сингонія. Два відрізки осі однакової довжини перетинаються під прямим кутом, третя вісь перпендикулярна їм, і відрізок на ній відрізок іншої довжини.

3. Ромбічна сингонія. Три осі різної довжини перетинаються під прямими кутами.

4. Моноклінна сингонія. Дві осі різної довжини перетинаються під косим кутом, третя вісь становить із нею прямий кут.

5. Триклінна сингонія. Три осі різної довжини перетинаються під косими кутами.

6. Тригональна сингонія. Три відрізки осей рівної довжини перетинаються в одній площині під кутом 60 °C, третя вісь перпендикулярна цій площині, і відрізок, що відсікається на ній, має іншу довжину.

7. Гексагональна сингонія. Положення осей аналогічне їх положенню тригональної сингонії.

Упорядкованість розташування атомів у кристалічній решітці дозволяє виділити окремі кристалографічні напрями та площини.

Кристалографічні напрямки - прямі промені, що виходять із будь-якої точки відліку, вздовж яких розташовуються атоми. Точки відліку – вершини куба. Кристалографічні напрямки - ребра та діагоналі граней куба. Можуть бути й інші напрямки. Кристалографічні площини – площини, на яких лежать атоми.

Кристалографічні напрями та площини характеризуються індексами Міллера, які визначають їх різні положення. Паралельні площини кристалічної решітці, побудовані ідентично, мають однакові індекси. Щоб індекси виходили із простих цілих чисел, площину можна зміщувати паралельно. Положення будь-якого вузла кристалічних решіток щодо довільно обраного початку координат визначають завданням координат х, у, z. Для одного елементарного осередку ці координати дорівнюють параметрам решітки а, b, з відповідно.

Для визначення індексу знаходять координати найближчого до точки відліку атома, лежачого цьому напрямі, виражені через параметр решітки.

Усі фізичні, включаючи міцнісні, властивості металів уздовж різних кристалографічних напрямів залежать від числа атомів, розташованих на згаданих напрямках. У кристалічній решітці різних напрямах перебуває різне число атомів. У кристалічних речовин має спостерігатися анізотропія, т. е. неоднаковість властивостей вздовж різних напрямів.

Анізотропія - результат упорядкованого розташування атомів у кристалічних тілах, що проявляється в межах монокристалу. Реальні метали - полікристалічні тіла, що включають численні зерна, довільно орієнтовані один до одного своїми кристалографічними напрямками і площинами. Анізотропія механічних властивостей спостерігається під час випробування зразків, вирізаних уздовж різних кристалографічних напрямів.

Реальні метали мають усереднену ізотропність та називаються квазіізотропними або псевдоізотропними тілами.

Міжплощинна відстань - найкоротша відстань, що розділяє паралельні вузлові площини.

5. Класифікація дефектів кристалічної будови. Точкові дефекти, залежність їхньої концентрації від температури. Крайова та гвинтова дислокації

Монокристал можна виростити з рідкого розплаву. Монокристал представляє шматок металу з одного кристала. Метали та сплави, які отримують за звичайних умов, складаються з великої кількості кристалів та мають полікристалічну будову. Ці кристали називають зернами і мають неправильну форму. Кожне зерно має своє орієнтування кристалічних ґрат, і воно відрізняється від орієнтування сусідніх зерен.

Внутрішня кристалічна будова зерна не є правильною. У кристалічних ґратах металів є дефекти (недосконалості), які порушують зв'язок між атомами і впливають властивості металів. Усі дефекти решітки це порушення укладання атомів у ґратах. Поверхневі недосконалості – межі зерен металу. Розрізняють такі структурні недосконалості: дефект грат, точковий, малий, лінійний, плоский. Дефекти кристалів значно змінюють фізичні, механічні, хімічні та технологічні властивості металів.

До точкових дефектів відносяться вакансії (порожні вузли), чужорідні атоми застосування. Чим вища температура, тим більше дефектів.

Атоми домішок є одним із найпоширеніших недосконалостей кристалічної структури (вакансії, дислоковані атоми).

Вакансії - це порожній вузол кристалічних ґрат, який утворюється через різні причини. Джерела вакансій - межі зерен, у яких порушено правильне розташування атомів. Кількість вакансій та їх концентрація залежать від температури обробки. Число вакансій збільшується із підвищенням температури. Поодинокі вакансії зустрічаються при переміщенні кристалом і об'єднуються в пари, утворюючи дивакансії, при цьому зменшується їх сумарна поверхня, стійкість спареної вакансії зростає, можливе утворення тривакансій і цілих ланцюжків.

Дислоковані атоми - це атоми, що вийшли з вузла кристалічних ґрат і посіли місце в міжвузлі. Належать до точкових дефектів.

Домішні атоми займають у кристалічній решітці місце основних атомів або впроваджуються всередину осередку (різновид точкових дефектів).

Якщо правильність кристалічної будови навколо вакансій, дислокованих атомів і домішок атомів порушується, то порушується і врівноваженість силових полів атомів у всіх напрямках. Усі зміни становлять не більше кількох атомних діаметрів. Точкові дефекти взаємодіють один з одним. Має місце взаємодія точкових дефектів та з дефектами лінійними – дислокаціями.

Лінійні дефекти малі у двох вимірах, у третьому вони більшого розміру, який може бути порівнянний з довжиною кристала. До лінійних дефектів відносяться ланцюжки вакансій, міжузельних атомів та дислокації. Дислокації можуть бути досить протяжними в одному напрямку, і мати невелике протягом у протилежному напрямку. Від наявності дислокацій безпосередньо залежить міцність і пластичність металів.

Лінійні недосконалості - дислокації, є особливим видом недосконалостей в кристалічній решітці. Характеристика дислокаційної структури є щільність дислокацій.

В даний час відомі різні механізми утворення дислокацій. Дислокації можуть виникати при зростанні зерен, утворенні субзерен. Експериментально встановлено, що межі зерен та блоків мають більшу щільність дислокацій. При кристалізації з розплаву енергетично вигідно, коли зародок росте з утворенням гвинтової дислокації з його поверхні. Сприяють утворенню дислокацій та сегрегації домішок. У затверділому металі дислокації виникають у результаті накопичення вакансій.

Область недосконалості кристала навколо краю екстраплощини називається крайовою (лінійною) дислокацією. Крайова дислокація представляє швидкозагасне поле пружних напруг в кристалічній решітці навколо краю екстраплощини, яке викликане тим, що вище цього краю параметри решітки дещо стиснуті, а відповідно розтягнуті нижче. В одному вимірі довжина дислокації має макроскопічний характер (дислокація може обриватися тільки на межі кристала – вона є межею зони зсуву). Рух крайової дислокації – консервативний.

Якщо екстраплощина знаходиться у верхній частині кристала, то дислокацію називають позитивною; якщо екстраплощина знаходиться в нижній частині кристала, то її називають негативною.

Гвинтові дислокації утворюються, якщо дві частини кристала зсунуті до площини накопичення вакансій.

Якщо гвинтова дислокація утворена обертанням за годинниковою стрілкою, її називають правою, якщо обертання проти годинникової стрілки - лівої. Вакансія та міжузельні атоми до гвинтової дислокації не стікають. Також можливе утворення часткових та змішаних дислокацій. Утворення дислокацій підвищує енергію кристала.

Дислокації сприяють збільшенню внутрішньої напруги у металах. Застосування поляризованого світла дозволяє виявити поля напруги, що виникають навколо дислокацій.

6. Дифузія у металах

Дифузія - це перенесення речовини, обумовлений безладним тепловим рухом частинок, що дифундують. При дифузії газу його молекули змінюють напрямок руху при зіткненні з іншими молекулами. Основними типами руху при дифузії в твердих тілах є випадкові періодичні стрибки атомів з вузла кристалічної решітки в сусідній вузол або вакансію.

Розвиток процесу дифузії призводить до утворення дифузійного шару, під яким розуміють шар матеріалу деталі біля поверхні насичення, що відрізняється від вихідного за хімічним складом, структурою та властивостями.

Дифузійний рух будь-якого атома - це випадкове блукання через велику амплітуду коливань, яке залежить ні від руху інших атомів, ні від попереднього руху даного атома. Коливання атомів, що не залежать від температури, навколо положення рівноваги зазвичай відбуваються з частотою ~10¹³ с^-1

Питання визначення механізму дифузії є дуже складним. Велику роль вирішенні цієї проблеми зіграли роботи Я.І. Френкеля, у яких показано великий вплив дефектів кристалічної решітки, особливо вакансій, на процес дифузійного переміщення атомів. Найбільш скрутним є простий обмінний механізм дифузії, а найімовірнішим – вакансійний. Кожному механізму дифузії відповідає певна енергія активації Q, тобто величина енергетичного бар'єру, який необхідно подолати атому під час переходу з одного положення до іншого.

Переміщення при краудионном механізмі дифузії подібне до поширення хвилі: кожен атом зміщується на малу величину, а обурення поширюється швидко. Для дифузії велике значення мають вакансії та його асоціації (бівакансії, комплекси вакансія - атом домішки), і навіть дефекти, що є їх джерелами (лінійні і поверхневі).

Основним механізмом самодифузії та дифузії у твердих розчинах заміщення є вакансійний. У твердих розчинах застосування основним механізмом переміщення домішкових атомів невеликого розміру є межузельний.

Якщо два добре з'єднаних між собою шматка чистих металів АіВ довго відпалювати, то спостерігатиметься взаємне проникнення металів і зміщення початкової межі розділу, позначеної інертними мітками (оксидними частинками або вольфрамовими дротиками) на величину Δх, прямо пропорційну квадратному кореню з часу відпалу. Якщо D_А > D_В, то компонент А проникає В з більшою швидкістю, ніж В А, внаслідок цього частина Зразка збільшується в обсязі.

Дифузійна металізація - процес дифузійного насичення поверхні виробів металами чи металоїдами. Дифузійне насичення проводять у порошкоподібній суміші, газовому середовищі або розплавленому металі (якщо метал має низьку температуру плавлення).

Борирование - дифузійне насичення поверхні металів і сплавів бором підвищення твердості, корозійної стійкості, зносостійкості проводять шляхом електролізу в розплавленої солі бору. Борірування забезпечує особливо високу твердість поверхні, опір зносу, підвищує корозійну стійкість та теплостійкість. Боровані сталі мають високу корозійну стійкість у водних розчинах соляної, сірчаної та фосфорної кислот. Борірування застосовують для чавунних та сталевих деталей, що працюють в умовах тертя в агресивному середовищі (в хімічному машинобудуванні).

Хромування - дифузійне насичення хромом проводять у порошкоподібних сумішах хрому або ферохрому з добавками хромистого амонію (1 %) та окису алюмінію (49 %) при температурі 1000...1050 °C з витримкою 6...12 год. у пароводяних та агресивних середовищах (арматура, вентилі). При хромуванні виробів з маловуглецевих сталей твердість підвищується і набуває гарної корозійної стійкості.

Алітування - це процес дифузійного насичення поверхневого шару алюмінієм, що проводять у порошкоподібних сумішах алюмінію або в розплавленому алюмінії. Ціль - отримання високої жаростійкості поверхні сталевих деталей. Алітування проводять у твердих та рідких середовищах.

Силікування - дифузійне насичення кремнієм проводять у газовій атмосфері. Насичений кремнієм шар сталевої деталі має не дуже високу твердість, але високу корозійну стійкість та підвищену зносостійкість у морській воді, азотній, соляній у сірчаній кислотах. Силіковані деталі застосовують у хімічній, целюлозно-паперовій та нафтовій промисловості. Для підвищення жаростійкості силікування застосовують для виробів зі сплавів на основі молібдену і вольфраму, що мають високу жароміцність.

У матеріалознавстві розробляються макро- та мікроскопічні теорії дифузії. У макроскопічної теорії наголошується на формалізмі, тобто на термодинамічних силах і параметрах. У мікроскопічній теорії використовують механізми, засновані на теорії про атомні стрибки.

7. Фазові переходи І та ІІ роду

Компоненти в рідкому стані (компоненти А) розчиняються необмежено, компоненти у твердому стані (компоненти В) не утворюють хімічних сполук та нерозчинні.

Діаграми стану представляють графік координатах сплаву - температура, у якому відбито продукти, утворені внаслідок взаємодії компонентів сплаву друг з одним за умов термодинамічного рівноваги за різних температур. Це речовини, які мають залежно від температури та складу певний агрегатний стан, специфічний характер будови та певні властивості, їх називають фазами. Фазою вважається однорідна частина сплаву, яка має однакові склад, будову та властивості. Рідка фаза є розчином розплавлених компонентів. Тверді фази є зернами, які мають певну форму, розмір, склад, специфіку будови та властивості. Це тверді розчини, хімічні сполуки, і навіть зерна чистих компонентів, які утворюють з іншими компонентами ні твердих розчинів, ні хімічних сполук.

Діаграма стану, де відображено граничний стан сплавів, може бути розбита області. Окремі області складаються з однієї фази, а деякі - з двох, вони мають різні склади, будову та властивості. У діаграмах стану міститься інформація, яка необхідна для створення та обробки сплавів.

Діаграма стану І роду. Правило відрізків. Ця діаграма охоплює сплави, компоненти яких утворюють суміші своїх практично чистих зерен при нікчемній взаємній розчинності.

Від температури залежить фазова будова металів на діаграмі. При термодинамічній дії компонентів один на одного знижується температура їх переходу в рідкий стан.

Сплав двох компонентів, які плавляться за мінімальної температури, називається евтектичним або евтектикою. Евтектика є рівномірною сумішшю дрібних зерен, що одночасно закристалізувалися, обох компонентів. Температура, при якій одночасно плавляться обидва компоненти, називається евтектичною температурою.

Перехід сплавів з рідкого стану в твердий при кристалізації відбувається в інтервалі температур, що лежать між лінією ліквідусу та евтектичною температурою, якій відповідає лінія солідуса.

Правилу відрізків підпорядковуються всі кількісні зміни у сплавах при кристалізації. Залежно від складу всі сплави поділяються на доевтектичні та заевтектичні. Доевтектичні сплави містять компонента А (100-Ве)%. Вони є надлишковим компонентом. У заевтектичних сплавах надлишковим є компонент (його кількість перевищує Ве).

Кількість кожної структурної складової обчислюється за правилом відрізків стосовно евтектичної температури.

Діаграма станів ІІ роду. Дендритна ліквація. При необмеженій розчинності компонентів один в одному, які мають однакові типи решіток та подібну будову зовнішніх електронних оболонок, одержують діаграми II роду.

На діаграмі розрізняють три фазові області:

1. Вище лінії ліквідусу АDВ знаходиться область рідкої фази Ж.

2. Під нею до лінії солідуса АDВ розташована двофазна область б + Ж. Фаза б представляє твердий розчин компонентів А і В, зерна мають єдину кристалічну решітку. Однак у сплавів різного складу число атомів компонентів А і В елементарних осередках решітки по-різному.

3. Область, розташована під лінією солідуса, є однофазною (фаза б).

На відміну від сплавів сумішей зерен практично чистих компонентів кожен із сплавів, що затверділи, на діаграмі стану представляє сукупність зерен фази, які зовні нічим не відрізняються один від одного.

У разі прискореного охолодження сплаву при кристалізації дифузійні процеси не встигають завершитися, і центральна частина кожного зерна виявляється збагаченою більш тугоплавким компонентом, а периферійна легкоплавким компонентом (А). Це явище називається дендритною ліквацією, яка знижує властивості міцності сплавів. Її запобігання можливо за рахунок повільного охолодження металу, що забезпечує його рівноважну кристалізацію.

У разі дендритної ліквації вона усувається шляхом тривалого дифузійного відпалу сплаву. Дифузійні процеси, що при цьому відбуваються, вирівнюють хімічний склад у зернах.

Під час пластичної деформації металевого матеріалу зовнішня сила має подолати опір пересування дислокацій, що визначається значенням сили Пайєрлса-Набарро. Ця сила залежить від інтенсивності міжатомної взаємодії в кристалічній решітці сплаву.

Атоми розчинного компонента утворюють у решітці твердого розчину міцніший металевий зв'язок з атомами компонента-розчинника, ніж у ґратах обох чистих компонентів. Через це опір пластичної деформації твердого розчину зі збільшенням вмісту розчиненого в ньому іншого компонента має зростати за криволінійним законом.

8. Плавлення металів та будова розплавів

Плавлення - це фізичний процес переходу металу з твердого стану рідке розплавлене. Плавлення - процес, зворотний кристалізації, відбувається за температури вище рівноважної, т. е. при перегріві. Оскільки рідкий метал має більшу внутрішню енергію, ніж твердий, при кристалізації виділяється теплота. Між теплотою Q та температурою кристалізації Тк існує певний зв'язок. Ступінь перегріву при плавленні металів не перевищує кількох градусів.

У рідкому стані атоми речовини через тепловий рух переміщуються безладно, в рідині є угруповання атомів невеликого об'єму, в їх межах розташування атомів аналогічно розташування в решітці кристала. Ці угруповання нестійкі, вони розсмоктуються і знову з'являються у рідині. При переохолодженні рідини деякі великі угруповання стають стійкими та здатними до зростання. Ці стійкі угруповання атомів називають центрами кристалізації (зародками). Для здійснення процесу плавлення потрібна наявність деякого перегріву над рівноважною температурою, тобто термодинамічного потенціалу. Вище рівноважної температури стійкіший рідкий метал, він має менший запас вільної енергії. Нижче за цю температуру більш стійкий твердий метал. При рівноважній температурі вільні енергії рідкого та твердого стану однакові, тому при цій температурі обидві фази (рідка та тверда) можуть співіснувати одночасно і до того ж нескінченно довго. Рівноважна температура дуже близька до температури плавлення Тпл, з якою часто порівнюють. При охолодженні перехід з рідкого стану в тверде супроводжується утворенням кристалічних ґрат, тобто кристалізацією. Щоб викликати кристалізацію, рідкий метал потрібно переохолодити до температури нижче за температуру плавлення.

Рідини, що знаходяться при температурі, близькі до температури плавлення називаються розплавами. Розплави бувають металевими, іонними, напівпровідниковими, органічними та високополімерними. Залежно від того, які хімічні сполуки утворюють розплави, виділяють сольові, оксидні, оксидно-силікатні та інші розплави.

Більшість розплавів мають у складі скосаедричні частинки.

У процесі плавлення хімічні зв'язки в розплавах зазнають видозміни. У напівпровідниках спостерігається утворення металевої провідності, деякі галогеніди замість іонної провідності відбувається зниження електричної провідності через утворення розплаву з молекулярним складом. Рівень температури також впливає тип зв'язку в розплавах.

Середнє координаційне число та міжатомні відстані також є характеристиками розплавів. У процесі плавлення металів відбувається зменшення координаційного числа приблизно 10-15 %. У той же час міжатомні відстані залишаються незмінними. При плавленні напівпровідників відбувається збільшення їхнього координаційного числа в 1,5 рази, відстань між атомами також збільшується. Багатокомпонентні розплави характеризуються нерівноважними метастабільними станами, які мають взаємозв'язок зі структурою початкових твердих фаз.

У багатьох випадках зустрічається відставання (гістерезис) властивостей розплавів у процесі зміни температури. На властивості та будови розплавів впливають такі фактори: температура, час витримки, швидкість коливання температури, той матеріал, з якого створено контейнер, а також наявність домішок.

Склад розплавів відрізняється своєю складністю. В іонних розплавах можуть бути прості або комплексні іони, недисоційовані і полімерні молекули, а також вільні обсяги. Силікатні розплави можуть містити ізольовані кремнекисневі тетраедри і ланцюги, кільця, сітки і каркаси, що утворюються ними.

Однозначна модель структури розплавів формується досить складно, тому що розплави містять різні види частинок та зв'язку. Основна функція моделей: визначення та інтерпретація властивостей розплавів, а також розрахунок властивостей.

Розплави в металургійній галузі поділяються на проміжні, побічні та кінцеві продукти. Використовуючи розплави в якості електролітів, металургії виробляють і рафінують метали, а також здійснюють нанесення покриттів. Багато сплавів утворюються у вигляді розплавів. Монокристали та епітаксійні плівки вирощуються з розплавів. Як каталізатори прийнято використовувати металеві, сольові та оксидні розплави. Сольові розплави застосовують у відпалових і гартувальних ваннах, високотемпературних паливних елементах, як теплоносії, флюси в процесі паяння та зварювання металів, реакційних середовищ у неорганічному та органічному синтезі, а також як поглиначі, екстрагенти і т. д. Деякі розплави використовуються для отримання силікатних , фторидних та інших спеціальних стеків та аморфних металів.

9. Кристалізація металів; зародження кристалів, критичний зародок; гомогенне та гетерогенне зародження кристалів; зростання кристалів. Криві Таммана

Кристалізація - це процес переходу металу з рідкого стану в твердий з утворенням кристалічної структури. У природі все мимоволі перебіги, що протікають, кристалізація і плавлення обумовлені тим, що новий стан в нових умовах є енергетично більш стійким, володіє меншим запасом енергії.

Перехід металу з рідкого або пароподібного стану у твердий з утворенням кристалічної структури називається первинною кристалізацією. Утворення нових кристалів у твердій кристалічній речовині називається вторинною кристалізацією. Процес кристалізації складається з двох одночасно йдуть процесів зародження та зростання кристалів. Кристали можуть зароджуватися мимовільно - мимовільна кристалізація або зростати на наявних готових центрах кристалізації - мимовільна кристалізація.

Простежити процес кристалізації металу можна за допомогою лічильника часу та термоелектричного пірометра. Дві різнорідні дроти, які спаяні кінцями, занурюють у розплавлений метал і при цьому термострум, що виникає, пропорційний температурі металу, а стрілка мілівольтметра відхиляється, вона вказує температуру за спеціально градуйованою шкалою. Показання пірометра записують у часі та за отриманими даними будують криві охолодження в координатах температура – час. Критичною точкою називається температура, яка відповідає будь-якому перетворенню в металі.

При охолодженні перехід з рідкого стану в тверде супроводжується утворенням кристалічних ґрат, тобто кристалізацією. Для того щоб викликати кристалізацію, рідкий метал потрібно переохолодити до температури нижче за температуру плавлення. При затвердінні та при алотропічному перетворенні в металі спочатку утворюються центри кристалізації, навколо яких групуються атоми, утворюючи відповідні кристалічні грати. Процес кристалізації складається з двох етапів: утворення центрів кристалізації та зростання кристалів. У кожного з кристалів, що виникають, кристалографічні площини орієнтовані випадково, крім того, при первинній кристалізації кристали можуть повертатися, так як вони оточені рідиною. Суміжні кристали ростуть назустріч один одному, і точки їхнього зіткнення визначають межі кристалітів (зерен).

У аморфних речовин криві охолодження плавні, без майданчиків і уступів: зрозуміло, що алотропії цих речовин не може. Механізм кристалізації металу у тому, що з відповідному зниження температури всередині тигля з рідким металом починають утворюватися дрібні кристалики, звані центрами кристалізації чи зародками.

Для початку зростання кристалів з рідкого металу необхідно, щоб вільна енергія металу

зменшилась. Якщо в результаті утворення зародка вільна енергія металу збільшується, то зародок розчиняється. Мінімальний розмір здатного до зростання зародка називається критичним розміром зародка, а такий зародок – стійким.

Чим більший ступінь переохолодження, що знижує вільну енергію металу, тим менший критичний розмір зародка.

Навколо центрів, що утворилися, починають рости кристали. У міру зростання кристалів у металі, що залишився ще в рідкому стані, продовжують виникати нові центри кристалізації. Кожен із нових кристалів орієнтований у просторі довільно.

Кристали з неправильною формою називаються зернами чи кристалами. Тверді тіла, у тому числі і метали, що складаються з великої кількості зерен, називають полікристалічними.

Д.В. Чорновим встановлено, що процес кристалізації складається з двох елементарних процесів: зародження центрів кристалізації та зростання кристалів із цих центрів. Набагато пізніше Тамман, вивчаючи процес кристалізації, встановив залежність числа центрів кристалізації та швидкості зростання кристалів від ступеня переохолодження.

Поки кристали ростуть вільно, вони мають більш-менш правильну геометричну форму. Однак при зіткненні кристалів, що ростуть, їх правильна форма порушується, тому що в цих ділянках зростання граней припиняється. Зростання продовжується в тих напрямках, де є вільний доступ "живильної" рідини. В результаті кристали, що ростуть, мають спочатку геометрично правильну форму, після затвердіння отримують неправильну зовнішню форму і тому називаються кристаллітами або зернами.

Зростання зародків відбувається внаслідок переходу атомів з переохолодженої рідини до кристалів. Кристал росте пошарово, кожен шар має одноатомну товщину. Розрізняють два елементарні процеси зростання кристалів.

Утворення двовимірного зародка.

Зростання двовимірного зародка шляхом надходження атомів із переохолодженої рідини. Після утворення на плоскій грані двовимірного зародка подальше зростання нового шару протікає порівняно легко, оскільки з'являються ділянки, зручні для закріплення атомів, що переходять із рідини.

10. Будова зливка та аморфні сплави

Будова сталевого зливка вперше дано у 1878 р. Д.К. Чорновим. Структура литого зливка складається із трьох основних зон. Перша зона - зовнішня дрібнозерниста кірка, яка складається з дрібних дезорієнтованих кристалів - дендритів.

Друга зона злитків – зона стовпчастих кристалів. Після утворення самої кірки умови тепловідведення

змінюються, градієнт температур зменшується та зменшується ступінь переохолодження сталі. Третя зона зливка – зона рівноосних кристалів.

Кристали, які утворюються в процесі твердіння металу, мають різну форму залежно від швидкості охолодження, характеру та кількості домішок. Найчастіше в процесі кристалізації утворюються розгалужені (деревоподібні) кристали, які отримали назву дендрити через свою форму, що нагадує форму дерева. Така форма кристалів пояснюється тим, що зародки, що виникли в рідкому металі, ростуть у напрямку з мінімальною відстанню між атомами. Так утворюються осі першого ладу. Поруч із подовженнями осей першого порядку з їхньої ребрах зароджуються і ростуть перпендикулярно до них під певними кутами осі другого порядку, яких вже ростуть осі третього порядку й у кінцевому підсумку утворюються кристали у вигляді дендритов. Дендритна будова виявляється після спеціального травлення шліфів, тому всі проміжки між гілками дендритів заповнені, і видно зазвичай тільки місця стиків дендритів у вигляді меж зерен. Правильна форма дендритів спотворюється внаслідок зіткнення та зрощення частинок на пізніх стадіях процесу. Дендритна будова характерна для макро- та мікроструктури литого металу (сплаву).

При зіткненні з холодною стінкою виливниці утворюється зона дрібних кристалів рівноосних. Об'єм твердого металу менше рідкого, тому між стінкою виливниці і застиглим металом виникає повітряний прошарок; сама стінка нагрівається від зіткнення з металом. В результаті швидкість охолодження металу зменшується, зростання кристалів набуває спрямованого характеру - вони ростуть від стінки виливниці до центру у напрямку відведення тепла і утворюється зона стовпчастих кристалів. Це явище як би проростання довгими кристалами товщі злитка зветься транскристалізації. Зона, що утворюється, уповільнює віддачу тепла назовні, швидкість охолодження зменшується і утворюється зона великих неорієнтованих кристалів. У рідкому металі міститься якась кількість розчинених газів, тому в обсязі зливка при його охолодженні для металів, які мають схильність до переохолодження, виявляються тільки висхідні гілки кривих числа центрів кристалізації і швидкості зростання кристалів.

Розмір зерен, що утворюються в процесі кристалізації, залежить не тільки від числа центрів кристалізації, що мимоволі зароджуються, але і від числа частинок нерозчинних домішок, що завжди є в рідкому металі, які грають роль готових центрів кристалізації. Такими частинками можуть бути оксиди, нітриди, сульфіди. Центрами кристалізації в металі або сплаві можуть бути тверді частинки, які мають невелику різницю в розмірах атомів з атомами основного металу, їх кристалічна решітка повинна бути близька за будовою та параметрами решітці металу, що кристалізується. Стінки виливниць та інших форм, де відбувається кристалізація рідкого металу мають нерівності, шорсткості. Ці нерівності впливають процес кристалізації, збільшуючи швидкість кристалізації. Якщо сталь недостатньо розкислена (так звана кипляча сталь), то газові бульбашки утворюватимуться по всьому об'єму зливка.

Якщо сталь добре розкислена (спокійна сталь), то її відливають у виливниці з утепленою прибутковою надставкою. У цьому місці кристалізуватимуться останні порції рідкого металу. Тут збиратимуться гази. При цьому виникає велика порожнеча, звана усадковою раковиною. Біля усадкової раковини метал буде менш щільним, пухким. Тому після прокатки злитків спокійної сталі верхню (прибуткову) частину злитка (близько 15-20% від довжини злитка) відрізають. При прокатуванні форма первинних кристалів литого металу змінюється. Дендрити деформуються, витягуються вздовж напрямку течії металу, перетворюються на волокна. Місця стиків кристалів мають меншу міцність, тому вздовж волокон деформована сталь має більшу міцність і в'язкість, ніж упоперек.

Аморфні сплави досить часто бувають крихкими при розтягуванні, але порівняно пластичні при згинанні та стисканні, можуть піддаватися холодній прокатці. Магнітом'які аморфні сплави бувають трьох груп.

1. На основі заліза (Fe₈₁Si_{3 5}B_{13 5}C₂) з високими значеннями магнітної індукції та низькою коерцитивною силою.

2. На основі кобальту (СО₆₆Fe₄(Mo, Si, B)₃₀мають порівняно невелику індукцію насичення, але високі механічні властивості, низьку коерцитивну силу і високе значення магнітної проникності.

3. Залізонікелеві сплави (Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆) із середніми значеннями магнітної індукції та нижчим значенням коерцитивної сили, ніж у залізних сплавів.

Магнітом'які аморфні сплави використовуються в електротехніці та електронній промисловості.

11. Модифікація металів. Стандартні випробування на розтяг, стиск, вигин, твердість, ударну в'язкість

У рідкий метал можуть додавати модифікатори, щоб отримати потрібну будову металу у виливках. Це процес модифікації.

За механізмом на процес кристалізації модифікатори можна розділити на дві групи:

1) модифікатори, які є додатковими центрами кристалізації;

2) модифікатори – поверхнево-активні речовини. Ці модифікатори розчиняються у рідкому металі. Процес кристалізації залежить від існуючих центрів кристалізації. Цими центрами є частинки тугоплавких неметалевих включень, оксидів, інтерметалевих сполук, утворених домішками.

На початок процесу кристалізації центри знаходяться в рідкому металі і мають вигляд твердих включень. При кристалізації атоми металу відкладаються активованої поверхні домішки. Ця кристалізація називається гетерогенною, коли роль зародків грають стінки форми.

При затвердінні наявні готові центри кристалізації призводять до зменшення розміру кристалів. Ефект подрібнення структури збільшується при дотриманні структурної та розмірної відповідності домішкової фази з основним металом, що сприяє поєднанню їх кристалічних ґрат.

У рідкому металі є розчинені домішки, які викликають подрібнення структури. Адсорбируясь, вони зменшують поверхневе натяг на межі розділу рідина - тверда фаза та лінійну швидкість зростання кристалів.

Поліпшення механічних властивостей металу сприяє подрібненню структури. Для подрібнення структури сплавів застосовують технологічну операцію – модифікування. Ця операція полягає у введенні в рідкий сплав перед розливанням спеціальних добавок - модифікаторів. Для цього використовують поверхнево-активні речовини, а також елементи, що утворюють тугоплавкі тонкодисперсні частинки. Модифікатори додають до сплавів.

Підвищення температури рідкого металу перед розливом призводить до укрупнення зерна при кристалізації і, навпаки, зменшення розміру зерна відбувається в результаті підстуджування металу. Підстуджування ефективно за наявності модифікаторів, які утворюють фази разом із структурною та розмірною відповідністю з основним металом.

Стандартні випробування

Статичне випробування на розтяг - спосіб механічних випробувань металів. Для статичних випробувань виготовляються круглі зразки випробуваного металу або плоскі листових матеріалів. Зразки складаються з робочої частини та головок, які призначені для закріплення їх у захватах розривної машини. Розміри зразків стандартизовані. При розтягуванні зразок подовжується. Деякі сплави металів мають коефіцієнт лінійного розширення близький до нуля (застосовуються виготовлення точних приладів, радіоламп).

У затискачах розривної машини встановлюють круглий або плоский зразок стандартних розмірів і збільшуючи навантаження, стежать за зміною його довжини. Пристрій машини, що пише, записує діаграму розтягування, по якій визначають механічні властивості.

Твердість - властивість матеріалу чинити опір контактної деформації, здатність матеріалу чинити опір впровадженню в його поверхню твердого тіла - індентора. Індентор – алмазний наконечник у вигляді конуса. Випробування на твердість – найдоступніший вид механічних випробувань.

Випробування на твердість виробляються швидко і не вимагають складних зразків, дозволяють судити про інші механічні властивості металів (наприклад, межі міцності). Поширені методи вдавлювання твердого наконечника.

Визначення твердості шляхом Роквелла. У поверхню зразка, що випробовується, вдавлюють сталевий або алмазний конус з кутом 120° або сталевий загартований кулька діаметром 1,59 мм і по глибині проникнення в поверхню оцінюють твердість матеріалу.

На твердомірі Роквелла нанесено три шкали: А (чорного кольору) - випробування ведуть алмазним конусом, твердість позначається HRA; (червоного кольору) - випробування ведуть кулькою, твердість позначається Н13В; З (чорного кольору) – випробування ведуть сталевим конусом, твердість позначається HRC.

Визначення твердості методом Віккерс. У поверхню зразка вдавлюють чотиригранну алмазну піраміду і діагоналі відбитка визначають твердість.

Метод Віккерса дозволяє вимірювати твердість м'яких та твердих металів та сплавів та твердість тонких поверхневих шарів.

Випробування на удар визначають здатність металу чинити опір ударним навантаженням, яким деталі машин піддаються в процесі роботи.

Випробування ударним навантаженням проводяться над зразками стандартної форми на приладах, які називаються маятниковими копрамами.

Ударна в'язкість - робота, витрачена на ударний злам зразка і віднесена до площі поперечного перерізу в місці надрізу. Випробування на ударну в'язкість проводять для оцінки схильності матеріалів до крихкої руйнації

Вигин - м'якший спосіб навантаження, ніж розтягування. На вигин випробовують малопластичні матеріали. Випробування проводять на зразках великої довжини, циліндричної чи прямокутної форми. Їх встановлюють на дві опори. Визначуваними характеристиками є межа міцності і стріла прогину.

12. Фазові перетворення у твердому стані

Фаза - це однорідна частина системи, яка відокремлена від іншої частини системи (фази) поверхнею розділу, при переході через яку хімічний склад чи структура змінюються стрибком.

При кристалізації чистого металу у системі є дві фази: рідка (розплавлений метал) і тверда (зерна затверділого металу). У твердих сплавах фазами можуть бути зерна чистого металу, твердого зерна розчину і зерна хімічного з'єднання. Багато металів у рідкому стані розчиняються один в іншому в будь-яких співвідношеннях. В результаті розчинення утворюється рідкий однорідний розчин з рівномірним розподілом атомів одного металу серед атомів іншого металу. Завдяки зазначеній взаємодії на практиці з метою рівномірного розподілу речовин у сплаві, вдаються до їх розплавлення. Деякі метали, які сильно відрізняються розмірами атомів, не розчиняються в рідкому стані, а інші метали розчиняються в рідкому стані обмежено. При утворенні сплавів у процесі їх затвердіння можлива різна взаємодія компонентів.

Якщо в процесі кристалізації сила взаємодії між однорідними атомами більша за силу взаємодії між різнорідними атомами, то після кристалізації утворюється механічна суміш, що складається з зерен чистих металів. У цьому випадку у твердому сплаві будуть присутні зерна одного чистого металу та поряд з ними зерна іншого чистого металу. Така форма взаємодії виникає при великій відмінності у властивостях металів, що входять у сплав.

Іншою формою взаємодії між речовинами, що входять до складу сплаву, є утворення твердих розчинів.

Тверді розчини – це тверді фази, у яких співвідношення між компонентами можуть змінюватися. У твердому розчині так само, як і в чистих металах, атоми в просторі розташовані закономірно і утворюють кристалічні ґрати. Цим вони і відрізняються від рідких розчинів. У твердому розчині одна з речовин, що входять до складу сплаву, зберігає властиву йому кристалічну решітку, а друга речовина, яка втратила свою кристалічну будову, у вигляді окремих атомів розподіляється в кристалічній решітці першого. Перша речовина є розчинником, а друга - розчинною. Залежно від характеру розподілу атомів розчинного елемента розрізняють тверді розчини застосування, заміщення та віднімання; незалежно від типу твердого розчину загальним їм є те, що вони однофазны і у інтервалі концентрацій. Для жорстких розчинів характерний металевий тип зв'язку.

Найменші розміри атомів мають деякі металоїди – водень, азот, вуглець, бір, які утворюють з металами тверді розчини впровадження. Але й у цих елементів розмір атомів дещо перевищує 12б розмір міжатомних проміжків у кристалічній решітці металів, тому при утворенні твердих розчинів впровадження решітка спотворюється і в ній виникають напруження. При цьому концентрація твердого розчину застосування не може бути високою. Вона рідко перевищує 1-2%. У твердих розчинах заміщення атоми розчинного елемента займають місця основного атома металу. Сторонні атоми можуть заміщати атоми розчинника в будь-яких місцях, тому такі розчини називають твердими невпорядкованими розчинами. Розміри атомів розчинного елемента завжди відрізняються від розмірів атома розчинника (вони більші або менші), тому при утворенні твердого розчину заміщення кристалічна решітка металару-творця спотворюється, не втрачаючи при цьому своєї основної будови. Тверді розчини заміщення можуть бути обмеженими та необмеженими. Одна з умов необмеженої розчинності – розмірний фактор. Чим більша відмінність в атомних радіусах, тим менша розчинність.

Зі зниженням температури в твердих розчинах заміщення відбувається процес перерозподілу атомів, в результаті якого атоми розчиненого елемента займуть строго певні місця в решітці розчинника. Такі тверді розчини називають упорядкованими твердими розчинами, які структуру - надструктурою.

Деякі елементи видозмінюють свою кристалічну будову залежно від зміни зовнішніх умов – температури та тиску. У твердому стані літій, молібден мають об'ємно-центровану кубічну решітку; алюміній, срібло, золото, платина – гранецентровану, а магній, цирконій – гексагональну. При зміні температури може виявитися, що для того ж металу більш стійкими будуть інші грати, ніж ті, які були при іншій температурі. Це явище зветься поліморфізму. Кожен вид грат представляє алотропічну видозміну або модифікацію. При поліморфних перетворення металів основне значення має температура. Перетворення однієї алотропічної форми в іншу відбувається при постійній температурі, яка називається температурою поліморфного перетворення і супроводжується тепловим ефектом, подібно до явищ плавлення-затвердіння або випаровування-конденсація. Це з необхідністю витрати певної енергії на перебудову кристалічної решітки.

13. Пружна та пластична деформація металів

Деформація - це зміна форми та розмірів тіла, деформація може викликатись впливом зовнішніх сил, а також іншими фізико-механічними процесами, що відбуваються в тілі. До деформацій відносяться такі явища, як зсув, стиск, розтяг, вигин та кручення.

Пружна деформація – це деформація, яка зникає після зняття навантаження. Пружна деформація не викликає залишкових змін у властивостях та структурі металу; під дією прикладеного навантаження відбувається незначне оборотне зміщення атомів.

При розтягуванні монокристала зростають відстані між атомами, а за стисненні атоми зближуються. При зміщенні атомів із положення рівноваги порушується баланс сил тяжіння та електростатичного відштовхування. Після зняття навантаження зміщені атоми через дію сил тяжіння або відштовхування повертаються у вихідний рівноважний стан і кристали набувають початкових розмірів форми.

Деформація може бути пружною, що зникає після зняття навантаження, і пластичної, що залишається після зняття навантаження.

Найменша напруга викликає деформацію, причому початкові деформації є пружними і їх величина знаходиться в прямій залежності від напруги. Основними механічними властивостями є міцність, пластичність, еластичність.

Важливе значення має пластичність, вона визначає можливість виготовлення виробів у різний спосіб обробки тиском. Ці способи ґрунтуються на пластичному деформуванні металу.

Матеріали, які мають підвищену пластичність, менш чутливі до концентраторів напруги. Для цього проводять порівняльну оцінку різних металів та сплавів, а також контроль їхньої якості при виготовленні виробів.

Фізична природа деформації металів

Під дією напруг відбувається зміна форми та розмірів тіла. Напруги виникають при дії на тіло зовнішніх сил розтягування, стиснення, а також внаслідок фазових перетворень та деяких інших фізико-хімічних процесів, які пов'язані зі зміною об'єму. Метал, який знаходиться в напруженому стані, при будь-якому виді напруги завжди відчуває напруги нормальні та дотичні, деформація під дією напруг може бути пружною та пластичною. Пластична відбувається під впливом дотичних напруг.

Пружна - це така деформація, яка після припинення дії, що спричинила напругу, зникає повністю. При пружному деформуванні відбувається зміна відстаней між атомами в кристалічній решітці металу.

Зі збільшенням міжатомних відстаней зростають сили взаємного тяжіння атомів. При знятті напруги під впливом цих сил атоми повертаються у вихідне становище. Спотворення решітки зникає, тіло повністю відновлює свою форму та розміри. Якщо нормальна напруга досягає значення сил міжатомного зв'язку, то відбудеться крихке руйнування шляхом відриву. Пружну деформацію викликають невеликі дотичні напруги.

Пластичною називається деформація, що залишається після припинення дії напруг, що викликали її. При пластичній деформації в кристалічній решітці металу під впливом дотичних напруг відбувається незворотне переміщення атомів. При невеликих напругах атоми зміщуються незначно і після зняття напруги повертаються у вихідне положення. При збільшенні дотичної напруги спостерігається незворотне зміщення атомів параметр решітки, т. е. відбувається пластична деформація.

При зростанні дотичних напруг вище за певну величину деформація стає незворотною. У разі зняття навантаження усувається пружна складова деформації. Частина деформації, яку називають пластичною, залишається.

При пластичній деформації незворотно змінюється структура металу та його властивості. Пластична деформація здійснюється ковзанням та двійковуванням.

Ковзання в кристалічній решітці протікає по площинах та напрямках із щільною упаковкою атомів, де опір зрушенню найменший. Це тим, що відстань між сусідніми атомними площинами найбільше, т. е. зв'язок з-поміж них найменша. Площини ковзання та напрямки ковзання, що лежать у цих площинах, утворюють систему ковзання. У металах можуть діяти одна чи одночасно кілька систем ковзання.

Метали з кубічною кристалічною решіткою (ГЦК і ОЦК) мають високу пластичність, ковзання в них відбувається у багатьох напрямках.

Процес ковзання не слід представляти як одночасне пересування однієї частини кристала щодо іншої, воно здійснюється внаслідок переміщення в кристалі дислокацій. Переміщення дислокації в площині ковзання ММ через кристал призводить до усунення відповідної частини кристала на одну міжплощинну відстань, при цьому праворуч на поверхні кристала утворюється сходинка.

14. Види руйнування: поняття про в'язке і тендітне руйнування

Втомою називається руйнування металів під впливом повторних навантажень. Воно відбувається біля пружин автоматики. Більшість поломок деталей викликана втомою матеріалу. Втомне руйнування розвивається в деталях, що працюють при напругах менше межі плинності матеріалу.

Пружнопластична деформація при досягненні досить високої напруги може завершитися руйнуванням тіла. Процес руйнування складається з кількох стадій: зародження мікротріщин, утворення макротріщин, поширення макротріщин по всьому перерізу тіла.

У загальному випадку розрізняють в'язке та тендітне руйнування. Вид руйнування залежить від багатьох факторів: складу металу, його структурного стану, умов навантаження та температури. Вид руйнування в'язкий чи тендітний визначають в результаті вивчення зламів. Крихке руйнування характеризується ручим зламом. В'язке руйнування відбувається зрізом під дією дотичних напруг і супроводжується значною пластичною деформацією. Для в'язкого руйнування характерний волокнистий (матовий) злам деталі чи зразка. Крихке руйнування відбувається під дією нормальних напруг, що розтягують, викликають відрив однієї частини тіла від іншої без помітних слідів макропластичної деформації.

Для тендітного руйнування характерний кристалічний (блискучий) злам. Крихкому руйнуванню передує пластична деформація до досягнення тріщини критичного розміру і потім крихке бездислокаційне руйнування. Крихка руйнація - це мимовільний процес.

Виникнення мікротріщин при в'язкому та тендітному руйнуваннях відбувається шляхом накопичення дислокацій перед межами зерен або іншими перешкодами (неметалеві включення, карбідні частинки, міжфазові межі), що призводить до концентрації напруг. При аналізі мікроструктури розрізняють транскристалітне (по тілу зерна) та інтеркристалітне (по межах зерен) руйнування. Руйнування металу в умовах експлуатації конструкцій і машин може бути не тільки в'язким або крихким, але і змішаним - в'язкокрихким.

Матеріали руйнуються по-різному у випадках втоми та при одноразових навантаженнях. Руйнування характеризується відсутністю в зламі зовнішніх ознак пластичної деформації, тобто в цілому втомний злам має характер крихкого зламу. Однак у мікрооб'ємах та тонких шарах перерізу навантаженого зразка можуть бути пластичні деформації, які призводять до зародження тріщин. Дані тріщини, поступово розвиваючись та поширюючись, призводять до остаточного руйнування матеріалу. У разі втомного навантаження початок пластичної деформації, викликане рухом дислокацій, може бути при напругах менше межі плинності. При збільшенні числа циклів навантаження збільшується щільність дислокацій, насамперед у поверхневих шарах. Тонкі лінії ковзання на поверхні перетворюються на характерні смуги, профіль яких представлений у вигляді виступів та западин. Глибина западин, залежно від часу випробування, може досягати 10-30 мкм. При утворенні стійких смуг ковзання відбувається чергування з високою і низькою щільністю дислокацій.

Втомні тріщини зароджуються в поверхневих западинах. Один із можливих механізмів утворення виступів і западин пов'язаний із круговим рухом гвинтових дислокацій. Гвинтова дислокація переміщається з однієї площини до іншої по замкнутому контуру за допомогою поперечного ковзання. У результаті дислокація виходить на поверхню, на якій утворюються виступи та западини.

Мікротріщини при циклічному навантаженні зароджуються на початковій стадії випробування за рахунок припливу вакансій та подальшого виникнення та злиття мікропор. У зразку може утворитися велика кількість мікротріщин. Але надалі розвиваються не всі мікротріщини, а лише ті, у яких є найбільш гострі вершини і які найбільш сприятливо розташовані по відношенню до напруг, що діють. До остаточного руйнування зразка призводить найдовша, гостра і глибока тріщина, поширюючись по перерізу зразка: для втомного зламу зразка характерна наявність зони тріщини, що прогресивно зростає, і зони остаточного зламу. У зоні прогресивно зростаючої тріщини спостерігаються смуги у вигляді вигнутих ліній. Смуги утворюються в результаті ривків і затримок руху тріщини внаслідок зміцнення металу біля її основи та розширення її фронту. На процес руйнування при циклічних навантаженнях істотно впливають концентратори напруги. Концентратори напруги можуть бути конструктивними (різкі переходи від перерізу до перерізу), технологічними (подряпини, тріщини, ризики від різця), металургійними (пори, раковини). Незалежно від свого походження концентратори напруг у тій чи іншій мірі знижують межу витривалості при тому самому рівні змінних напруг. Для оцінки впливу концентратора напруги на втому відчувають гладкі і надрізані зразки при симетричному циклі напруг. Надріз на зразку виконується у вигляді гострої кругової виточки.

15. Електричні властивості провідникових матеріалів

Як провідникові матеріали використовують чисті метали, а також сплави металів. Найбільшу провідність мають чисті метали, винятком є ртуть. З міді та алюмінію виготовляють обмотувальні, монтажні, настановні кабелі та дроти. Алюміній належить до групи легких металів. Щільність його дорівнює 2,7 г/см3. Доступність, велика провідність та стійкість до атмосферної корозії дозволили широко застосовувати алюміній в електротехніці. Недоліками алюмінію є невисока механічна міцність при розтягуванні та підвищена м'якість навіть у твердотягнутого алюмінію. Алюміній – метал сріблястого кольору або сріблясто-білого. Його температура плавлення становить 658–660 °C.

Голі дроти алюмінію можуть досить тривалий час працювати завдяки тому, що алюміній короткий час покривається тонкою плівкою оксиду. Це є захистом від впливу кисню.

Оксидна плівка на алюмінієвих дротах має значний електричний опір, у зв'язку з чим у місцях з'єднання алюмінієвих дротів утворюються великі перехідні опори. Місця з'єднання очищають при використанні вазеліну з метою запобігання впливу кисню на алюміній.

При зволоженні місць з'єднання алюмінієвих проводів з іншими проводами інших металів (мідних, залізних), отриманих механічним способом (болтові з'єднання), утворюються гальванічні пари з певною електрорушійною силою. У цьому випадку алюмінієвий провід під впливом місцевого струму руйнуватиметься.

З метою запобігання утворенню гальванічних пар у вологій атмосфері місця з'єднання з іншими проводами з інших металів повинні бути ретельно захищені від вологи лакуванням та іншими способами.

Безпосередню корозію алюмінію викликають оксиди азоту (NO), хлор (Cl), сірчистий газ (SCy, соляна та сірчані кислоти та інші агенти. Надійні з'єднання проводів один з одним, а також з проводами інших металів здійснюються за допомогою холодного або гарячого зварювання. Чим вище хімічна чистота алюмінію, тим краще опирається корозії, тому найбільш чисті сорти алюмінію з вмістом чистого металу 99,5 % йдуть для виготовлення електродів в електричних конденсаторах, для виготовлення алюмінієвої фольги та обмотувальних проводів малих діаметрів 0,05-0,08 мм. Застосовують провідниковий алюміній, що містить чистого металу не менше 99,7% Для виготовлення дроту застосовують алюміній

із вмістом чистого металу не менше 99,5 %. Алюмінієвий дріт виготовляють шляхом волочіння та прокатки. Дріт з алюмінію буває трьох видів марок: АМ (м'яка відпалена), АПТ (напівтверда) та АТ (тверда невипалена). Дріт випускають діаметром від 0,08 до 10 мм.

Напівпровідники становлять велику область матеріалів, що відрізняються один від одного більшим різноманіттям електричних і фізичних властивостей, а також великим різноманіттям хімічного складу, що визначає різні призначення при їх технічному використанні. За хімічною природою напівпровідники можна розділити такі чотири основні групи.

1. Кристалічні напівпровідникові матеріали, побудовані з атомів та молекул одного елемента.

2. Окисні кристалічні напівпровідникові матеріали, тобто матеріали з оксидів металів.

3. Кристалічні напівпровідникові матеріали на основі сполук атомів третьої та п'ятої груп системи елементів таблиці Менделєєва.

4. Кристалічні напівпровідникові матеріали на основі сполук сірки, селену, міді, свинцю – вони називаються сульфідами, селенідами.

Карбід кремнію відноситься до першої групи напівпровідникових матеріалів і є найпоширенішим монокристалічним матеріалом. Цей напівпровідниковий матеріал є сумішшю безлічі малих кристаликів, безладно спаяних один з одним. Карбід кремнію утворюється при високій температурі при з'єднанні графіту та кремнію. Його використовують у фотоелементах, діодах.

Можливість підвищення робочої температури ізоляції для практики є дуже важливою. В електричних машинах і апаратах підвищення нагріву, яке зазвичай обмежується саме матеріалами електричної ізоляції, дає можливість отримати більшу потужність при тих же габаритах або при збереженні потужності зменшити розміри та вартість виробу.

ДЕРЖСТАНДАРТ передбачає поділ електроізоляційних матеріалів для електричних машин, трансформаторів та апаратів на класи нагрівальностійкості, для яких фіксуються найбільші допустимі робочі температури при використанні цих матеріалів в електрообладнанні загального застосування, що тривало працює в нормальних для даного виду електрообладнання експлуатаційних умовах.

За цих температур забезпечуються доцільні терміни служби електроустаткування.

До класу Y відносяться волокнисті матеріали на основі целюлози та шовку (пряжа, тканини, стрічки, папери, картони, деревина тощо), якщо вони не просякнуті та не занурені в рідкий електроізоляційний шар.

16. Методи визначення електричних властивостей

Метали з високою електропровідністю (мідь, алюміній) використовуються в електромашинобудуванні, для влаштування ліній електропередачі, а сплави з високим електроопіром - для ламп розжарювання електронагрівальних приладів.

Теплові властивості діелектриків: нагрівальна стійкість, холодостійкість, теплопровідність, теплове розширення.

Нагрівостійкість - здатність електроізоляційних матеріалів і виробів без шкоди їм деякий час витримувати вплив високих температур. Нагрівостійкість неорганічних діелектриків визначається на початку суттєвої зміни електричних властивостей. А нагрівостійкість органічних діелектриків - на початку механічних деформацій розтягування або вигину, зануренню голки в матеріал під тиском при нагріванні, за електричними характеристиками.

Теплове старіння ізоляції - погіршення якості ізоляції, що визначається при тривалому впливі підвищеної температури.

На швидкість старіння впливає температура, за якої працює ізоляція електричних машин та інших електроізоляційних конструкцій.

Вплив на швидкість старіння також змінюють тиск повітря або концентрацію кисню, присутність озону, хімічних реагентів, що уповільнюють або прискорюють старіння. Теплове старіння прискорюється від освітлення ультрафіолетовими променями, впливу електричного поля, механічних навантажень.

ГОСТ передбачає поділ електроізоляційних матеріалів для електричних машин, трансформаторів та апаратів на класи нагрівальностійкості. За допустимих температур забезпечуються доцільні терміни служби електроустаткування.

Клас Y: волокнисті матеріали на основі целюлози та шовку, не просочені та не занурені в рідкий електроізоляційний шар.

Клас А: органічні волокнисті матеріали, що працюють просоченими лаками та занурені в рідкий електроізоляційний матеріал, тобто захищені від впливу кисню повітря.

Клас Е: пластичні маси з органічним наповнювачем та термореактивним сполучним типу фенолофор-мальдегідних та подібних до них смол, ізоляція емальованих проводів на поліуретанових та епоксидних лаках. До класів Y, А, Е належать суто органічні електроізоляційні матеріали.

Електрична міцність визначається пробивною напругою, віднесеною до струму діелектрика в місці пробою.

Пробій рідких діелектриків відбувається в результаті іонізаційних теплових процесів.

Головний фактор пробою – наявність сторонніх домішок.

Наявність домішок викликає труднощі створення теорії пробою цих речовин. Тому подання теорії електричного пробою застосовують до рідин, максимально очищених від домішок.

При високих значеннях напруженості електричного поля може відбуватися виривання електронів із металу електродів та руйнування молекул самої рідини за рахунок ударів зарядженими частинками. При цьому велика електрична міцність рідких діелектриків, порівняно з газоподібними, пояснюється значно меншою довжиною вільного пробігу електронів.

Пробій рідин, що містять газові включення, пояснюється місцевим перегрівом рідини (за рахунок енергії, що виділяється в порівняно легко іонізованих бульбашках газу), який призводить до утворення газового каналу між електродами.

Наявність води у рідкому діелектрику знижує його електричну міцність. Вода за нормальної температури міститься у діелектриці як дрібних крапельок. Під впливом електричного поля крапельки поляризуються і створюють між електродами ланцюжки з підвищеною провідністю, якими відбувається електричний пробій.

Спостерігається своєрідна залежність електричної міцності рідкого діелектрика, що містить воду від температури. При підвищенні температури вода перетворюється на стан молекулярного розчину, у якому вона слабко впливає величину електричної міцності. Електрична міцність рідкого діелектрика зростає до деякого максимуму. Подальше зниження електричної міцності пояснюється явищами кипіння.

Збільшення електричної міцності трансформаторної олії при низьких температурах пов'язують із збільшенням в'язкості олії та меншими значеннями діелектричної проникності льоду в порівнянні з водою.

Тверді вкраплення (сажа, волокна) спотворюють електричне поле всередині рідини і призводять до зниження електричної міцності діелектричних рідин.

Очищення рідких діелектриків від домішок помітно підвищує електричну міцність. Так, наприклад, неочищена трансформаторна олія має електричну міцність приблизно 4 МВ/м; після ретельної очистки вона підвищується до 20-25 МВ/м.

На пробій рідких діелектриків, як і газів, впливає форма електродів: зі збільшенням ступеня неоднорідності електричного поля пробивна напруга за однакових відстаней знижується. У неоднорідних електричних полях, як і й у газах, то, можливо неповний пробою - корона. Тривала корона в рідких діелектриках неприпустима, оскільки вона викликає розкладання рідини.

Частота струму впливає електричну міцність.

17. Теплоємність та теплопровідність металів та сплавів

Теплоємність – це здатність речовини поглинати теплоту при нагріванні. Її характеристикою є питома теплоємність - кількість енергії, що поглинається одиницею маси при нагріванні на градус. Від величини теплопровідності залежить можливість появи тріщин у металі. Якщо теплопровідність низька, ризик виникнення тріщин збільшується. Так, леговані сталі мають теплопровідність, яка вп'ятеро менша, ніж теплопровідність міді та алюмінію. Розмір теплоємності впливає на рівень палива, що витрачається, на нагрівання заготовки до певної температури.

У металевих сплавів питома теплоємність у межах 100-2000 Дж/(кг*К). Більшість металів теплоємність становить 300-400 Дж/(кг*К). Теплоємність металевих матеріалів зростає із підвищенням температури. Полімерні матеріали, як правило, мають питому теплоємність 1000 Дж/(кг К) і більше.

Електричні властивості матеріалів характеризуються наявністю носіїв зарядів електронів чи іонів і їх пересування під впливом електричного поля.

Високі енергії ковалентного та іонного зв'язку повідомляють матеріалам з цими типами зв'язку властивості діелектрика. Їхня слабка електрична провідність обумовлена впливом домішок, причому під впливом вологи, що утворює з домішками провідні розчини, електропровідність таких матеріалів зростає.

Матеріали з різними типами зв'язку мають різні температурні коефіцієнти електроопору: у металів він позитивний, у матеріалів з ковалентним та іонним типом зв'язку - негативний. При нагріванні металів концентрація носіїв зарядів - електронів не збільшується, а опір їхньому руху зростає через збільшення амплітуд коливань атомів. У матеріалах з ковалентним або іонним зв'язком при нагріванні концентрація носіїв зарядів підвищується настільки, що нейтралізується вплив перешкод від збільшення коливань атомів.

Теплопровідністю називається перенесення теплової енергії у твердих тілах, рідинах та газах при макроскопічній нерухомості частинок. Перенесення теплоти походить від гарячіших частинок до холодних і підпорядковується закону Фур'є.

Теплопровідність залежить від типу міжатомного зв'язку, температури, хімічного складу та структури матеріалу. Теплота в твердих тілах переноситься електронами та фононами.

Механізм передачі теплоти, насамперед, визначається типом зв'язку: у металах теплоту переносять електрони; у матеріалах з ковалентним чи іонним типом зв'язку – фонони. Найбільш теплопровідним є алмаз. У напівпровідниках за дуже незначної концентрації носіїв заряду теплопровідність здійснюється в основному фононами. Чим досконаліше кристали, тим вища їхня теплопровідність. Монокристали краще проводять теплоту, ніж полікристали, оскільки межі зерен та інші дефекти кристалічної структури розсіюють фонони та збільшують електроопір. Кристалічні грати створює періодичний енергетичний простір, у якому передача теплоти електронами або фононами полегшена порівняно з аморфним станом.

Чим більше домішок містить метал, дрібніше зерна і більше спотворені кристалічні грати, тим менше теплопровідність. Чим більші розміри зерен, тим вище теплопровідність. Легування вносить спотворення кристалічні решітки твердих розчинів і знижує теплопровідність порівняно з чистим металом - основою сплаву. Структурні складові, що становлять дисперсні суміші декількох фаз (евтектики, евтектоїди), знижують теплопровідність. Структури з рівномірним розподілом частинок фаз мають меншу теплопровідність ніж основа сплаву. Граничним видом такої структури є пористий матеріал. Порівняно з твердими тілами гази є утеплювачами.

Графіт має високу теплопровідність. При передачі теплоти паралельно шарам атомів вуглецю базисної площини теплопровідність графіту перевищує теплопровідність міді більш ніж у 2 рази

Розгалужені пластини графіту в сірому чавуні мають структуру монокристалу, тому він має високу теплопровідність. Високоміцний чавун із кулястим графітом при тій же об'ємній частці графіту має теплопровідність 25...40 Вт/м*К, що майже вдвічі менше порівняно із сірим чавуном.

При нагріванні теплопровідності сталей різних класів зближуються. Скло має низьку теплопровідність. Полімерні матеріали погано проводять теплоту, теплопровідність більшості термопластів вбирається у 1,5 Вт/(мОК).

Теплопровідність може змінюватися так само, як і електропровідність у разі, якщо електронна теплопровідність металу становить l e. Тоді будь-які зміни, що відбуваються в хімічному та фазовому складі та структурі сплаву впливають на теплопровідність так само, як і на електропровідність (за правилом Відемана-Франца).

При віддаленні складу металу від чистих компонентів відбувається зниження теплопровідності. Виняток становлять, наприклад, мідно-нікелеві сплави, у яких відбуваються зворотні явища.

18. Дилатометрія. Магнітні властивості металів та сплавів. Методи визначення

Дилатометрія – розділ фізики; основне завдання: вивчення впливу зовнішніх умов (температури, тиску, електричного, магнітного полів, іонізуючих випромінювань) на розміри тел. Головний предмет вивчення: теплове розширення тіл і аномалії, що виникають при цьому.

Дилатометричний метод. При нагріванні металів та сплавів відбувається зміна об'єму та лінійних розмірів тіла – теплове розширення. Якщо ці зміни обумовлені лише збільшенням енергії коливань атомів внаслідок підвищення температури, то при поверненні температури до попереднього рівня відновлюються вихідні розміри тіла. Якщо ж у тілі при нагріванні (або охолодженні) відбуваються фазові перетворення, зміни розмірів можуть бути незворотними. Зміни розмірів тіл, пов'язані з нагріванням та охолодженням, вивчають на спеціальних приладах – дилатометрах.

Дилатометрический метод - це метод, з якого визначаються критичні точки металів і сплавів, вивчаються процеси розпаду твердих розчинів, і навіть встановлюються температурні інтервали існування зміцнювальних фаз. Перевага цих приладів - висока чутливість і незалежність показань від швидкості зміни температури.

Високу чутливість електричних методів вимірювання широко використовують для дослідження фазових перетворень, дефектів тонкої структури та інших явищ, які у металах і сплавах, які неможливо вивчати іншими методами дослідження. Електричний опір вимірюють з допомогою різних мостових схем, і навіть компенсаційними методами. Різні способи магнітного аналізу використовують при дослідженні процесів, пов'язаних з переходом з парамагнітного стану в феромагнітний (або навпаки), причому можлива кількісна оцінка цих процесів. Магнітний аналіз широко застосовують при розв'язанні задач практичного металознавства, наприклад, таких як дослідження впливу на структуру режимів термічної обробки, деформації, легування. Можливе використання магнітного аналізу та для вирішення деяких складніших завдань фізичного металознавства.

Метод внутрішнього тертя ґрунтується на вивченні незворотних втрат енергії механічних коливань усередині твердого тіла. Використовуючи цей метод, можна розрахувати коефіцієнти дифузії з високою точністю, у тому числі і при низьких температурах, де інший метод не застосовний; визначати зміну концентрації твердих розчинів; розподіл домішок; отримати інформацію про фазові та поліморфні перетворення та зміни дислокаційної структури.

Магнітотверді сталі та сплави застосовують для виготовлення постійних магнітів. Для постійних магнітів застосовують високовуглецеві сталі з 1%, леговані хромом (3%) ЕХ3, а також одночасно хромом і кобальтом, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2. Легуючі елементи підвищують коерцитивну та магнітну енергію.

У промисловості широке застосування набули сплави типу алніко. Сплави тверді, тендітні і не піддаються деформації, тому магніти з них виготовляють литтям, потім проводять шліфування.

Матеріали поділяються на діамагнетики, парамагнетики та феромагнетики залежно від того, який ступінь їх магнітної сприйнятливості та який їх знак.

Діамагнетики мають негативну магнітну сприйнятливість. Їхнє намагнічування спрямоване протилежно доданому магнітному полю. Це призводить до послаблення даного поля. Діамагнетиками є напівпровідники (Si, Ge), діелектрики (полімери), деякі неперехідні метали (Be, Cu, Ag, Pb).

Парамагнетики мають низьку намагніченість, яка виникає під впливом зовнішнього поля. Парамагнетиками є K, Na, Al та перехідні метали Mo, W, Ti.

Феромагнетики відрізняються високою магнітною сприйнятливістю. До них відносяться: залізо, кобальт, нікель та гадоліній. Характеристики: залишкова індукція Вг, коерцитивна сила Нс та магнітна проникність м = В/Н.

Залишкова індукція - магнітна індукція, яка залишається у зразку внаслідок його намагнічування та подальшого розмагнічування.

Коерцитивна сила - напруженість магнітного поля зворотного знака, що додається до зразка з його розмагнічування.

Магнітна проникність є основною характеристикою інтенсивності намагнічування. Визначивши тангенс кута нахилу до первинної кривої намагнічування = f(H), можна вирахувати магнітну проникність. Сплав ЮНДК15 містить 18-19% Ni, 8.5-9.5% Al, 14-15% Co, 3-4% Cu.

Магнітом'які сталі (електротехнічна сталь) (1212, 1311, 1511, 2011, 2013, 2211, 2312, 2412, 3415, 3416, 79НМ, 81НМА) застосовують для виготовлення магнітопроводів постійно. Вони призначені для виготовлення якорів та полюсів машин постійного струму, роторів та статорів асинхронних двигунів та ін.

Парамагнітні сталі (17Х18Н9, 12Х18Н10Т, 55Г9Н9Х3, 40Г14Н9Ф2, 40Х14Н9Х3ЮФ2 та ін.) потрібні в електротехніці, приладобудуванні, суднобудуванні та спеціальних галузях техніки.

Недолік цих сталей - низька межа плинності (150-350МПа), що ускладнює їх використання високонавантажених деталей машин.

19. Значення механічних та фізичних властивостей при експлуатації виробів

Властивості як показники якості матеріалу

Властивості металів поділяються на фізичні, хімічні, механічні та технологічні. До фізичних властивостей відносяться: колір, питома вага, плавкість, електропровідність, магнітні властивості, теплопровідність, теплоємність, розширюваність при нагріванні.

До хімічних - окислюваність, розчинність та корозійна стійкість. До механічних – міцність, твердість, пружність, в'язкість, пластичність.

До технологічних - прожарюваність, рідина плинність, ковкість, зварюваність, оброблюваність різанням.

Міцністю металу називається його здатність чинити опір дії зовнішніх сил, не руйнуючись. Твердістю називається здатність тіла протистояти проникненню в нього іншого, твердішого тіла. Пружність - властивість металу відновлювати свою форму після припинення дії зовнішніх сил, що спричинили зміну форми (деформацію).

В'язкістю називається здатність металу чинити опір швидко зростаючим (ударним) зовнішнім силам. В'язкість - властивість зворотної крихкості.

Пластичність називається властивість металу деформуватися без руйнування під дією зовнішніх сил і зберігати нову форму після припинення дії сил. Пластичність - властивість зворотної пружності.

Сучасними методами випробування металів є механічні випробування, хімічний аналіз, спектральний аналіз, металографічний та рентгенографічний аналізи, технологічні проби, дефектоскопія. Ці випробування дають можливість отримати уявлення про природу металів, їх будову, склад і властивості, а також визначити доброякісність готових виробів.

Механічні випробування мають найважливіше значення у промисловості.

Деталі машин, механізмів та споруд працюють під навантаженнями. Навантаження на деталі бувають різних видів: одні деталі навантажені постійно діючою в одному напрямку силою, інші схильні до ударів, у третіх сили більш менш часто змінюються за своєю величиною і напрямом.

Деякі деталі машин зазнають навантажень при підвищених температурах, під час дії корозії; такі деталі працюють у складних умовах.

Відповідно до цього розроблено різні методи випробувань металів, за допомогою яких визначають механічні властивості. Найбільш поширеними випробуваннями є статичне розтягування, динамічні випробування та випробування на твердість.

Статичними називаються такі випробування, при яких випробуваний метал піддають дії постійної сили або сили, що зростає повільно.

Динамічними називають такі випробування, при яких випробуваний метал піддають дії удару або сили, що зростають дуже швидко.

Крім того, у ряді випадків проводяться випробування на втому, повзучість та зношування, які дають більш повне уявлення про властивості металів.

Механічні властивості – це достатня міцність. Метали мають більш високу міцність у порівнянні з іншими матеріалами, тому навантажені деталі машин, механізмів і споруд зазвичай виготовляються з металів.

Для виготовлення ресор і пружин застосовуються спеціальні сталі та сплави, що мають високу пружність.

Пластичність металів дає можливість проводити їхню обробку тиском (кувати, прокочувати).

Фізичні властивості. В авіа-, авто- та вагонобудуванні вага деталей часто є найважливішою характеристикою, тому сплави алюмінію та магнію тут особливо корисні.

Питома міцність деяких алюмінієвих сплавів вище, ніж м'якої сталі. Плавкість використовується для отримання виливків шляхом заливання розплавленого металу форми. Легкоплавкі метали (свинець) застосовуються як гартальне середовище для сталі. Деякі складні сплави мають низьку температуру плавлення, що розплавляється у гарячій воді. Такі сплави застосовуються для виливки друкарських матриць, у приладах, що служать для захисту від пожеж.

Метали з високою електропровідністю використовуються в електромашинобудуванні, для влаштування ліній електропередачі, а сплави з високим електроопіром для ламп розжарювання електронагрівальних приладів.

Магнітні властивості металів грають першорядну роль електромашинобудуванні (електродвигуни, трансформатори), в електроприладобудуванні (телефонні і телеграфні апарати).

Теплопровідність металів дає можливість виробляти їх рівномірне нагрівання для обробки тиском, термічної обробки; вона забезпечує можливість паяння металів, їх зварювання.

Хімічні властивості. Корозійна стійкість є особливо важливою для виробів, що працюють у сильно окислених середовищах (колосникові грати, деталі машин хімічної промисловості). Для досягнення високої корозійної стійкості виготовляють спеціальні нержавіючі, кислотостійкі та жароміцні сталі, а також застосовують захисні покриття для виробів.

20. Типи фаз у металевих сплавах. Правило фаз; правило важеля

Діаграма стану - це графічне зображення стану будь-якого сплаву системи, що вивчається в залежності від його концентрації і температури.

Вивчення будь-якого сплаву починається з побудови та аналізу діаграми стану відповідної системи. Діаграма стану дає можливість вивчати фази та структурні складові сплаву. Використовуючи діаграму стану, можна встановити можливість проведення термічної обробки та її режими, температури лиття, гарячої пластичної деформації.

У будь-якій системі число фаз, що знаходяться в рівновазі, залежить від внутрішніх та зовнішніх умов. Закономірності всіх змін, що відбуваються в системі, підпорядковані загальному закону рівноваги, який називається правилом фаз або законом Гіббса. Правило фаз виражає залежність між числом ступенів свободи С (варіантністю) системи, числом компонентів К та числом фаз системи Ф, що перебувають у рівновазі.

Ступенями свободи називають незалежні термодинамічні параметри, яким можна надавати довільні (у деякому інтервалі) значення так, щоб не змінювалися фазові стани (не зникали старі фази та не з'являлися нові).

Зазвичай всі перетворення на металах і сплавах відбуваються при постійному атмосферному тиску. Тоді правило фаз записують так: З = К – Ф + 1.

Рівняння правила фаз дозволяє коригувати правильність побудови діаграм стану.

Фаза - це однорідна частина системи, яка відокремлена від інших частин системи (фаз) поверхнею розділу при переході, через яку хімічний склад або структура речовини змінюється стрибком.

Однорідна рідина є однофазною системою, а механічна суміш двох кристалів - двофазної, тому що кожен кристал відрізняється від іншого за складом або будовою і вони відокремлені один від одного поверхнею розділу.

Компонентами називаються речовини, що утворюють систему.

Побудову діаграм стану здійснюють різними експериментальними методами. Найчастіше користуються методом термічного аналізу. Відбирають кілька сплавів даної системи з різним співвідношенням мас компонентів, що входять до них. Сплави поміщають у вогнетривкі тиглі та нагрівають у печі. Після розплавлення сплавів тиглі зі сплавами повільно охолоджують та фіксують швидкість охолодження. За отриманими даними будують термічні криві в координатах час-температура. В результаті вимірювань одержують серію кривих охолодження, на яких при температурах фазових перетворень спостерігаються точки перегину та температурні зупинки. Температури, відповідні не фазовим перетворенням, називаються критичними точками. Крапки, що відповідають початку кристалізації, називають точками ліквідусу, а кінцю кристалізації - точками солідуса. За отриманими кривими охолодження для різних сплавів системи, що вивчається, будують діаграму стану в координатах; по осі абсцис – концентрація компонентів, по осі ординат – температура.

У процесі кристалізації змінюються концентрація фаз, і кількість кожної фази. У будь-якій точці діаграми, коли в сплаві одночасно існують дві фази, можна визначити кількість обох фаз та їхню концентрацію. Для цього є правило важеля або правило відрізків.

Правило відрізків. Ця діаграма охоплює сплави, компоненти яких утворюють суміші своїх практично чистих зерен при нікчемній взаємній розчинності. На осі абсцис відкладена відсоткова частка компонента У сплаві.

Евтектика є рівномірною сумішшю дрібних зерен, що одночасно закристалізувалися, обох компонентів. Температура, при якій одночасно плавляться або кристалізуються обидва компоненти, називається евтектичною температурою.

Кількісні зміни у сплавах цієї системи компонентів при кристалізації підпорядковуються правилу відрізків.

Щоб визначити концентрації компонентів у фазах, через цю точку, що характеризує стан сплаву, проводять горизонтальну лінію до перетину з лініями, що обмежують цю область; Проекції точок перетину на вісь концентрацій показують склад фаз.

Провівши через задану точку горизонтальну лінію можна визначити кількісне співвідношення фаз. Відрізки даної лінії між заданою точкою та точками, що визначають склади фаз, обернено пропорційні кількості цих фаз.

Правило відрізків у подвійних діаграмах стану використовуються лише у двофазних областях. В однофазній ділянці є лише одна фаза; Будь-яка точка всередині області характеризує її концентрацію.

21. Тверді розчини заміщення та впровадження; проміжні фази; надструктури

Тверді розчини - це фази, в яких один із компонентів сплаву зберігає свою кристалічну решітку, а атоми інших компонентів розташовуються в решітці першого компонента, змінюючи її розміри (періоди). Твердий розчин, який складається з двох компонентів, має один тип решітки та представляє одну фазу.

Розрізняють тверді розчини заміщення та тверді розчини впровадження. При утворенні твердого розчину заміщення атоми розчиненого компонента замінюють частину атомів розчинника у його кристалічній решітці.

При кристалізації чистого металу у системі є дві фази: рідка (розплавлений метал) та тверда (зерна затверділого металу). У твердих сплавах фази – це зерна чистого металу, зерна твердого розчину та зерна хімічної сполуки.

Деякі метали, що сильно відрізняються розмірами атомів, не розчиняються в рідкому стані, а деякі метали розчиняються в рідкому стані обмежено.

При утворенні сплавів у процесі їх затвердіння можлива різна взаємодія компонентів.

Якщо в процесі кристалізації сила взаємодії між однорідними атомами виявиться більшою за силу взаємодії між різнорідними атомами, то після кристалізації утворюється механічна суміш, що складається з зерен чистих металів. У цьому випадку у твердому сплаві будуть присутні зерна одного чистого металу та поряд з ними зерна іншого чистого металу. Така форма взаємодії виникає при великій відмінності у властивостях металів, що входять у сплав.

Іншою формою взаємодії між речовинами, що входять до складу сплаву, є утворення твердих розчинів.

Твердими розчинами називають такі тверді фази, у яких співвідношення між компонентами можуть бути змінені. У твердому розчині так само, як і в чистих металах, атоми в просторі розташовані закономірно, утворюючи кристалічні ґрати. Цим вони і відрізняються від рідких розчинів. У твердому розчині одна з речовин, що входять до складу сплаву, зберігає властиву йому кристалічну решітку, а друга речовина, втративши свою кристалічну будову, у вигляді окремих атомів розподіляється в кристалічній решітці першого. Перша речовина є розчинником, а друга - розчинною. Залежно від характеру розподілу атомів розчинного елемента розрізняють тверді розчини застосування, заміщення та віднімання. Незалежно від типу твердого розчину спільним для них є те, що вони однофазні та існують в інтервалі концентрацій. Для твердих розчинів характерні металеві зв'язки. У твердих розчинах застосування атоми розчинного елемента розподіляються в кристалічній решітці металу-розчинника, займаючи місця між його атомами.

Раніше було зазначено, що у металів атоми в кристалічній решітці розташовані близько один до одного і порожнечі між ними мають малі розміри. Розміститися в таких порожнинах можуть лише атоми з дуже малими розмірами.

Найменші розміри атомів мають деякі металоїди - водень, азот, вуглець, бор, які утворюють з металами тверді розчини впровадження. Але й у цих елементів розмір атомів дещо перевищує розмір міжатомних проміжків у кристалічній решітці металів, тому при утворенні твердих розчинів впровадження решітка спотворюється і в ній виникають напруження. При цьому концентрація твердого розчину застосування не може бути високою: вона рідко перевищує 1-2%.

У твердих розчинах заміщення атоми розчинного елемента займають місця основного атома металу. Сторонні атоми можуть заміщати атоми розчинника в будь-яких місцях, тому такі розчини називають твердими невпорядкованими розчинами. Розміри атомів розчинного елемента відрізняються від розмірів атома розчинника (вони більші або менші), тому при утворенні твердого розчину заміщення кристалічна решітка металу-розчинника трохи спотворюється, не втрачаючи при цьому своєї основної будови.

Тверді розчини заміщення можуть бути обмеженими та необмеженими. Одна з умов необмеженої розчинності - розмірний фактор: чим більша відмінність в атомних радіусах, тим менша розчинність.

Зі зниженням температури в твердих розчинах заміщення може відбутися процес перерозподілу атомів, а в результаті якого атоми розчиненого елемента займуть певні місця в решітці розчинника. Такі тверді розчини називають упорядкованими твердими розчинами, які структуру - надструктурою.

Температуру переходу неупорядкованого стану до впорядкованого називають точкою Курнакова. Упорядковані тверді розчини характеризуються більшою твердістю, меншою пластичністю та електроопір. Їх можна розглядати як проміжні фази між твердими розчинами та хімічними сполуками.

22. Система з необмеженою розчинністю в рідкому та твердому станах; системи евтектичного, перитектичного та монотектичного типу. Системи з поліморфізмом компонентів та евтектоїдним перетворенням

Повна взаємна розчинність у твердому стані можлива тоді, коли обидва компоненти мають однакові кристалічні решітки та атомні діаметри компонентів мало відрізняються за розмірами. Така діаграма має простий вигляд і складається з двох ліній ліквідусу і солідусу, що перетинаються між собою в точках кристалізації чистих компонентів А і В. Всі сплави тверднуть в деякому інтервалі температур (С = 1).

Якщо процес кристалізації протікає в умовах прискореного охолодження, що зазвичай має місце при отриманні литих деталей і злитків, то дифузійне вирівнювання складу кристалів, що випали при температурах вище t₃, не встигає відбуватися внаслідок чого виходить неоднаковий склад у окремих кристалів, а кожному з них. Внутрішні ділянки кристала будуть більш багаті на тугоплавкий компонент В, зовнішні - компонент А. Це явище неоднорідності хімічного складу носить назву

Перші кристали поверхні злитка будуть збагачені компонентом, а останні, що утворилися в середині злитка, - компонентом А. В результаті цього виникає макроліквація в злитку.

Ліквація грає негативну роль і особливо у випадках, коли шкідливі домішки розподіляються нерівномірно. Підвищений вміст шкідливих домішок може спричинити передчасне руйнування деталей.

Маючи діаграму стану, можна простежити за фазовими перетвореннями будь-якого сплаву та вказати склад та кількісне співвідношення фаз за будь-якої температури. Це здійснюється за допомогою двох простих правил.

Хімічний склад кристалів, що виділяються, у міру зниження температури змінюється по лінії солідус від х_е до х_с. У цей час склад рідкої фази змінюється по лінії ліквідус від х_с до х_i Це дає підстави сформулювати правила визначення складу фаз (правило концентрацій) та кількісного співвідношення фаз (правило відрізків).

Компоненти: А та В; фази: Ж,α,β, де α - твердий розчин атомів компонента В кристалічній решітці компонента А, а β - твердий розчин атомів компонента А в кристалічній решітці компонента В.

Залежно від взаємодії зазначених трьох фаз можливі два види діаграм: діаграма з евтектикою та діаграма з перитектикою.

Діаграма стану з евтектикою. Лінія ВСЕ є лінією ліквідуса, лінія ЄВСЬКЕ – лінією солідуса. Лінії ВМ та КГ показують граничну розчинність компонентів. Як і попередніх випадках, за процесом кристалізації будь-якого сплаву можна простежити, користуючись правилом фаз і правилом відрізків.

Система - це сукупність фаз у твердому чи рідкому стані, що у рівновазі за певних зовнішніх умов (температурі і тиску).

Різні алотропічні форми прийнято позначати літерами грецького алфавіту α, β, γ які як індексів додають до символу, що позначає елемент. Алотропічну форму, стійку за найнижчої температури, позначають буквою α, що існує при вищій температурі β, потім γ. Прикладом алотропічного перетворення, обумовленого зміною тиску, є видозміна кристалічної будови вуглецю, який може існувати у вигляді графіту та алмазу. Поліморфізм має велике практичне значення. Використовуючи це явище, можна зміцнювати чи розміцнювати сплави за допомогою термічної обробки.

Великий практичний інтерес становлять сплави, у яких один із компонентів або обидва мають поліморфні перетворення. У цих сплавах внаслідок термічної обробки можна отримувати метастабільні стани структури з новими властивостями.

Після кристалізації всіх сплавів даної системи у певному інтервалі температур утворюється твердий розчин γ, який при зниженні температури нижче t₃ відчуває евтектоїдне перетворення γ_C → α_E + β

Суміш двох твердих фаз, що утворилася, називають евтектоїдом. У зв'язку зі змінною розчинністю компонентів у твердих розчинах α і β при подальшому охолодженні слідують вторинні виділення твердих розчинів β_II та α_II.

Деякі елементи видозмінюють свою кристалічну будову, тобто тип кристалічних ґрат, залежно від зміни зовнішніх умов - температури та тиску. Існування речовини в різних кристалічних формах залежно від зовнішніх умов визначається його прагненням до стану з меншим запасом вільної енергії. Це явище зветься поліморфізму або алотропії. Кожен вид грат представляє алотропічну видозміну або модифікацію. Кожна модифікація має власну область температур, у яких вона стійка.

При поліморфних перетворення металів основне значення має температура. Перетворення однієї алотропічної форми в іншу відбувається при постійній температурі, яка називається температурою поліморфного перетворення, і супроводжується тепловим ефектом, подібно до явищ плавлення-затвердіння або випаровування-конденсація. Це з необхідністю витрати певної енергії на перебудову кристалічної решітки.

Атомні обсяги і повні енергії різних модифікацій, зазвичай, відрізняються мало, але бувають і винятки.

23. Система з потрійною евтектикою та практично повною відсутністю розчинності компонентів у твердому стані; ізотермічні та політермічні перерізи

Діаграми стану подвійних сплавів будують на площині: осі абсцис відкладають концентрацію компонентів, по осі ординат - температуру для потрійних сплавів. Найбільш поширеним є просторове зображення.

Як основа діаграми застосовують рівносторонній трикутник, званий концентраційним. Температуру відкладають по осі перпендикулярної площині концентраційного трикутника. Вершини трикутника відповідають концентраціям, відповідним чистим компонентам А, В і С системи, що вивчається.

На сторонах трикутника відкладають концентрації двох відповідних компонентів: А-В, В-С, С-А. Кожна точка всередині трикутника відповідає складу якогось певного потрійного сплаву. Склад сплавів визначається, виходячи з відомої теореми в рівносторонньому трикутнику сума трьох перпендикулярів, опущених з будь-якої точки К, що лежить усередині трикутника, з його боку, дорівнює висоті трикутника.

Висоту трикутника приймають за 100%, тоді перпендикуляри Ка, Кс і КЬ характеризуватимуть концентрації окремих компонентів потрійного сплаву. Кількість кожного компонента визначають значенням перпендикуляра, опущеного на протилежну сторону, тобто кількість компонента визначиться перпендикуляром Кс, компонента А-Ка, компонента В-КЬ.

Найчастіше склад сплавів визначають не за значеннями перпендикулярів, а за значеннями відрізків, що відсікаються на сторонах трикутника лініями паралельними сторонам трикутника, тобто по відрізках Аа, Ве і С Відрізок Аd відповідає концентрації компонента В, відрізок Ве-компонента С. а відрізок С. ^компонента А. Концентрацію визначають у напрямку руху годинникової стрілки, але можна визначати й у протилежному напрямку.

Взаємодія компонентів у потрійних сплавах аналогічно подвійним: можливе утворення механічних сумішей, твердих розчинів та хімічних сполук: можливі евтектичні та перитектичні реакції, поліморфні перетворення. Відмінність у тому, що у подвійних системах перетворення позначаються лініями і точками, а потрійних - площинами і лініями. Наприклад, не лінія ліквідусу, а поверхня ліквідусу (або поверхня солідуса), не лінія евтектики, а евтектична поверхня. Склад подвійної евтектики визначається точкою, а лінією. І лише потрійна евтектика проектується на площині трикутника крапкою. Все це можна простежити, вивчивши дві типові діаграми стану сплавів трьох компонентів.

На відміну від подвійних потрійні діаграми дозволяють проводити фазовий та структурний аналіз реальних технічних сплавів, які, як правило, є три- та більш компонентними.

Моделью потрійної системи є тригранна призма, що спирається на рівносторонній трикутник. Верхня частина призми є поверхнею ліквідусу. У потрійній системі, де всі три компоненти необмежено розчинні як в рідкому, так і в твердому стані, поверхня ліквідусу має найпростіший вигляд - це поверхня сочевичного зерна, обрізаного з трьох сторін. У всіх інших випадках ця поверхня виявляється складною, що складається з декількох поверхонь, що перетинаються між собою, тому вивчення потрійних систем представляє певні методичні труднощі.

Підставою тригранної призми є рівносторонній трикутник, у якому відзначаються концентрації бічними гранями діаграми стану подвійних систем, а висотою - температура. Вибір рівностороннього трикутника пояснюється тим, що концентрації всіх компонентів можна показати в одному масштабі. У вершинах цього трикутника розташовуються компоненти А, В і С сплаву, тобто 100% А, 100% і 100% З відповідно. Концентрації подвійних сплавів відзначають відповідних сторонах трикутника, а концентрації потрійних сплавів - як точок не більше площі трикутника.

Визначити концентрацію будь-якого потрійного металу можна кількома способами. Для визначення відсоткової кількості компонента А треба провести з точки До лінію, паралельну протилежній стороні (ВС) трикутника, до перетину її зі стороною - шкалою компонента А. Для знаходження відсоткової кількості компонента треба провести з точки До лінію, паралельну протилежній стороні (АС) , До перетину її зі стороною АВ - шкалою компонента В. Подібним способом можна встановити відсоткову кількість компонента С. При цьому слід мати на увазі, що сумарна концентрація А + В + С = 100%.

Для пояснення фазових перетворень у потрійних системах використовують перерізи – вертикальні (політермічні) та горизонтальні (ізотермічні). Кожен горизонтальний переріз характеризує рівноважний стан при вибраній температурі та може використовуватися для кількісних розрахунків. Точки, що вказують на рівноважні склади фаз, знаходяться на площині перерізу. Вертикальний переріз показує послідовність фазових перетворень у сплавах при нагріванні або охолодженні певного інтервалу концентрацій компонентів. На цих перерізах відсутня інформація про рівноважні склади фаз.

24. Правило важеля та центру тяжіння трикутника

Користуючись діаграмою стану, можна для будь-якої температури визначити не тільки кількість фаз, а й їх склад та кількісне співвідношення. І тому слід застосувати правило відрізків (правило важеля).

Це правило може бути використане для діаграм, у яких сплави знаходяться у двофазному стані. Перше правило відрізків – визначення складу фаз.

Фазова будова сплавів на діаграмі залежить від температури. При термодинамічному вплив компонентів один на одного знижується температура їх переходу в рідкий стан, досягаючи деякого мінімуму при визначеному для кожної пари компонентів складі. Склад сплаву можна визначити, спроектувавши точку С на вісь абсцис (точка 3). Сплав двох компонентів, який плавиться за мінімальної температури, називається евтектичним або евтектикою. Евтектика є рівномірною сумішшю дрібних зерен, що одночасно закристалізувалися, обох компонентів. Температура, при якій одночасно плавляться обидва компоненти, називається евтектичною температурою

На діаграмі стану температури, вище за які сплави знаходяться в рідкому стані, лежать на лінії АСВ, званої лінією ліквідуса. Перехід сплавів з рідкого стану в твердий кристалізації відбувається в інтервалі температур, що лежать між лінією ліквідуса і евтектичної температурою, якій відповідає лінія солідусу DCE. При цьому кожного сплаву в міру зниження температури в тверду фазу переходить спочатку той компонент, кількість якого перевищує евтектичну концентрацію. У доевтектичних сплавів двофазна область АСD містить надлишковий компонент А і рідку фазу Ж, а в заевтектичної області ВСЕ знаходяться відповідно тверда і рідка Ж фази. У обох випадках фаза Ж є рідким розчином обох компонентів.

У міру зниження температури і наближення її до ^ склад незакристалізується фази наближається до евтектичного При цьому чим менше сплав відрізняється за складом від евтектичного, тим нижче його точка ліквідуса, і тим більше в ньому твердне евтектики.

Кількісні зміни у сплавах цієї системи компонентів при кристалізації підпорядковуються правилу відрізків. Кількість кожної структурної складової, від якої залежать властивості, може бути обчислена за правилом відрізків стосовно евтектичної температури. При оцінці властивостей міцності слід мати на увазі, що та частина сплаву, яка представлена евтектикою, має більш високу міцність, ніж частина, представлена більшими зернами надлишкової фази.

Для визначення складу фаз для сплаву за різних температур в точці п. Для цього через точку п, що характеризує стан даного сплаву при температурі t_n, Треба провести горизонтальну лінію (коноду) до перетину з лініями діаграми стану, що обмежують цю двофазну область. Точки перетину l₂ та s₂ проектують на вісь концентрацій. Проекція точки l₂ точка l₂ покаже склад рідкої фази, а точки s₂ - точка s₂ - Твердої фази. Щоб визначити склад фаз за будь-якої температури, потрібно через цю точку провести коноду і спроектувати точки перетину з ліквідусом і солідус на вісь концентрацій. Склад рідкої фази змінюється лінією ліквідуса, а твердої - лінією солідуса.

При температурах нижче лінії солідуса фазовий склад всіх сплавів системи складається з зерен обох компонентів: А+В. Розрізняють присутні в будь-якому сплаві дрібні зерна А і В, що становлять евтектику, і великі зерна надлишкових фаз - компонентів А або відповідно в доевтектичних і заевтектичних сплавах.

Користуючись другим положенням правила відрізків визначають кількісне співвідношення фаз для будь-якої температури. Кількість (маса) фаз обернено пропорційно відрізкам проведеної коноди.

Правило відрізків (важеля) дозволяє визначити склад і кількість твердої та рідкої фаз сплаву, що знаходиться в інтервалі кристалізації. По діаграмі стану можна визначити як кількість фаз конкретного сплаву при цій температурі, а й відносне кількість кожної фази. Для визначення кількості фаз, наприклад, сплаву Pb - Sb, що містить 72 % Sb, при заданій температурі необхідно провести перпендикуляр з точки на осі концентрації, що відповідає вмісту 72 % Sb, та горизонтальну лінію, що відповідає заданій температурі t_зад. У результаті перетину ліній отримаємо точку К. Горизонтальну лінію, яка проходить через точку К, продовжимо до перетину з лініями діаграми, отримаємо точки l і S. температур чистої сурми).

Правило важеля.

1. Кількість твердої фази дорівнює відношенню довжини плеча, що примикає до рідкої фази, до довжини всього важеля.

2. Кількість рідкої фази дорівнює відношенню довжини плеча, що примикає до твердої фази, до довжини важеля.

25. Залежність механічних та фізичних властивостей від складу у системах різного типу

Властивість - це кількісна чи якісна характеристика матеріалу, що визначає його спільність чи різницю коїться з іншими матеріалами.

Виділяють три основні групи властивостей: експлуатаційні, технологічні та вартісні, які лежать в основі вибору матеріалу, визначають технічну та економічну доцільність його застосування.

Першорядне значення мають експлуатаційні характеристики. Працездатність багатьох деталей машин та виробів забезпечує рівень механічних властивостей.

Механічні властивості характеризують поведінку матеріалу під впливом зовнішнього навантаження. Так як умови навантаження деталей машин надзвичайно різноманітні, то механічні властивості включають велику групу показників.

Працездатність окремої групи деталей машин залежить тільки від механічних властивостей, а й від опору впливу хімічно активної робочого середовища. Якщо така дія стає значною, то визначальною стають фізико-хімічні властивості матеріалу - жаростійкість і корозійна стійкість.

Механічні властивості характеризують опір матеріалу деформації, руйнування чи особливість його поведінки у процесі руйнування. Ця група властивостей включає показники міцності, жорсткості (пружності), пластичності, твердості та в'язкості. Основну групу таких показників становлять стандартні характеристики механічних властивостей, які визначають лабораторних умовах на зразках стандартних розмірів. Отримані за таких випробувань показники механічних властивостей оцінюють поведінку матеріалів під зовнішнім навантаженням без урахування конструкції деталі та умов їх експлуатації. Крім того, додатково визначають показники конструкційної міцності, що знаходяться у найбільшій кореляції зі службовими властивостями конкретного виробу та оцінюють працездатність матеріалу в умовах експлуатації.

Механічні властивості матеріалів характеризують можливість їх використання у виробах, що експлуатуються за впливу механічних навантажень. Основними показниками таких властивостей є параметри міцності, твердість і триботехнічні характеристики. Вони не є "чистими" константами матеріалів, але суттєво залежать від форми, розмірів та стану поверхні зразків, а також режимів випробувань, насамперед швидкості навантаження, температури, впливу середовищ та інших факторів. Висока твердість металу важлива під час виготовлення ріжучих виробів. Найчастіше для таких виробів використовують інструментальні сталі.

Міцність - властивість матеріалів чинити опір руйнуванню, а також незворотній зміні форми під дією зовнішніх навантажень. Вона обумовлена силами взаємодії атомних частинок, що становлять матеріал. Сила взаємодії двох сусідніх атомів залежить від відстані між ними, якщо знехтувати впливом оточуючих атомів.

Деформування – зміна відносного розташування частинок у матеріалі. Найбільш прості його види: розтяг, стиск, згин, кручення, зсув. Деформація - зміна форми та розмірів зразка або його частин у результаті деформування.

Межа пропорційності - напруга, при якому відступ від лінійної залежності між напругами та деформаціями досягає деякого значення, встановленого технічними умовами.

Важливими фізичними властивостями матеріалів, які враховуються під час використання матеріалів, є щільність, теплоємність, теплопровідність, теплове розширення, електропровідність. Особливі магнітні властивості заліза, нікелю, кобальту та його сплавів, і навіть феритів, виділили в групи матеріалів виняткової цінності - ферро- і ферримагнетики.

Фізичні властивості визначаються типом міжатомного зв'язку та хімічним складом матеріалів, температурою та тиском. Більшість процесів обробки матеріалів тиску вбирається у 500 МПа. Такі тиски мало впливають значення фізичних властивостей. Розрізняють залежні та незалежні від структури матеріалу фізичні властивості. Значення останніх визначаються лише хімічним складом матеріалу та температурою.

Фізичні властивості металів - колір, щільність, температура плавлення, тепло- та електропровідність, здатність намагнічуватися і т. д. Мідь, наприклад, метал червоного, а в зламі рожевого кольору; алюміній сріблясто-білого кольору; свинець має світло-сірий колір. Важлива характеристика фізичних властивостей – електропровідність. Найбільшу (після срібла) електропровідність має мідь. Алюміній має низьку щільність, тому деталі з алюмінію та сплавів на його основі широко застосовують в автомобілі, тракторобудуванні. Мідь та алюміній, що мають високу електропровідність, використовують для виготовлення провідників (обмотки трансформаторів, лінії електропередачі). Вага виробу або деталі також відіграє важливе значення і виступає як головна характеристика.

26. Вибір сплавів для певного призначення на основі аналізу діаграм стану

Чисті метали використовують у електрорадіотехніці (провідникові, електровакуумні). Основними

конструкційними матеріалами є металеві сплави. Сплавом називають речовину, одержану сплавленням двох або більше елементів (компонентів). Сплав, приготований переважно з металевих елементів і має металеві властивості, називається металевим сплавом. Псевдосплави - сплави, створені шляхом спікання, сублімації, електролізу.

Металеві сплави можна одержувати методом порошкової металургії, дифузією та іншими методами. Переважне використання в техніці металевих сплавів пояснюється тим, що вони мають більш цінні, ніж чисті метали, комплекси механічних, фізичних і технологічних властивостей. До основних понять у теорії сплавів належать: система, компонент, фаза, варіантність.

Система - група тіл, що виділяються для спостережень та вивчення. У металознавстві системами є метали та металеві сплави. Чистий метал є простою системою. Сплави складаються з двох або більшої кількості компонентів і є складними системами.

Компонентами називають речовини, що утворюють систему, взяті у меншому числі. У металевих сплавах компонентами можуть бути елементи (метали та неметали) та хімічні сполуки.

Фазою називається однорідна частина системи, відокремлена від іншої частини системи (фази) поверхнею розділу, при переході через яку хімічний склад або структура змінюються стрибком. Наприклад, при кристалізації чистого металу в системі є дві фази: рідка (розплавлений метал) та тверда (зерна затверділого металу). У твердих сплавах фазами можуть бути зерна чистого металу, твердого зерна розчину і зерна хімічного з'єднання.

Варіантність - кількість внутрішніх та зовнішніх факторів, зміна яких можна проводити при постійній кількості фаз у системі.

Всі метали в рідкому стані розчиняються один в іншому у будь-яких співвідношеннях. В результаті розчинення утворюється рідкий однорідний розчин з рівномірним розподілом атомів одного металу серед атомів іншого металу. Завдяки зазначеній взаємодії на практиці з метою рівномірного розподілу речовин у сплаві, як правило, вдаються до їх розплавлення. Тільки дуже небагато металів, головним чином сильно відрізняються розмірами атомів, не розчиняються в рідкому стані. Також небагато металів розчиняються в рідкому стані обмежено. При утворенні сплавів у процесі їх затвердіння можлива різна взаємодія компонентів. Якщо в процесі кристалізації сила взаємодії між однорідними атомами виявиться більшою за силу взаємодії між різнорідними атомами, то після кристалізації утворюється механічна суміш, що складається з зерен чистих металів. У цьому випадку у твердому сплаві будуть присутні зерна одного чистого металу та поряд з ними зерна іншого чистого металу. Така форма взаємодії виникає при великій відмінності у властивостях металів, що входять у сплав.

Іншою формою взаємодії між речовинами, що входять до складу сплаву, є утворення твердих розчинів.

Тверді розчини також діляться залежно від ступеня розчинності компонентів на розчини з обмеженою розчинністю компонентів та з необмеженою розчинністю.

Побудову діаграм стану здійснюють різними експериментальними методами. Найчастіше користуються методом термічного аналізу. Експериментальна сутність цього методу полягає у наступному. Відбирають кілька сплавів даної системи з різним співвідношенням мас компонентів, що входять до них.

Існують сплави – механічні суміші, які утворюються у разі неможливості розчинення компонентів, що знаходяться у твердому стані. Ці компоненти не можуть створити сполуки за допомогою хімічної реакції. Механічні суміші включають елементи, що володіють різними властивостями та будовою. До складу сплаву включені кристали компонентів, які утворюють кристалічні ґрати.

Хімічні сполуки - сплави, що утворюються з різних елементів, що містять різнорідні атоми, між якими сила взаємодії значно вища, ніж між однорідними атомами.

27. Будова та властивості заліза; метастабільна та стабільна фазові діаграми залізо-вуглець. Формування структури вуглецевих сталей. Визначення вмісту вуглецю в сталі структурою

Сплави заліза з вуглецем є найпоширенішими металевими матеріалами. Діаграма стану залізо-вуглець дає уявлення про будову залізовуглецевих сплавів – сталей та чавунів.

Чисте залізо - це сріблясто-світлий метал, практично не схильний до окислення. Атомний номер 26, атомна вага 55,85. Технічно чисте залізо містить 0,10-0,15% всіх домішок. Властивості заліза залежить від ступеня його чистоти. Температура плавлення – 1539 °C, щільність – 7,85 г/см.³. Залізо має невисоку твердість і міцність і хорошу пластичність. Чисте залізо меншої міцності, ніж чавун чи сталь.

Залізо з багатьма елементами утворює розчини: з металами – розчини заміщення, з вуглецем, азотом та воднем – розчини впровадження. Розчинність вуглецю в залозі залежить від того, у якій кристалічній формі існує залізо.

При розчиненні вуглецю у залозі утворюються тверді розчини. Ферріт - розчин, що отримується при розчиненні вуглецю в низькотемпературній модифікації заліза. Характеризується низькою твердістю та підвищеною пластичністю. Вуглець, розчиняючись у високотемпературній модифікації заліза, утворює пластичний аустеніт.

Вуглець у природі зустрічається у вигляді двох модифікацій: у формі алмазу, який має складні кубічні ґрати, та у формі графіту, що має просту гексагональну решітку.

Цементит - карбід заліза, що містить 6,67% вуглецю. Тендітний і твердий. У тому випадку, якщо в металі є велика кількість кремнію, утворення цементиту не відбувається. У разі вуглець перетворюється на графіт (сірий чавун).

Вміст вуглецю в діаграмі Fе - С (цементит) обмежується 6,67%, так як при цій концентрації утворюється хімічна сполука - карбід заліза (Fе_зС) або цементит, який є другим компонентом даної діаграми.

Система Ре-Fе₃З метастабільна. Утворення цементиту замість графіту дає менший виграш вільної енергії, але кінетична освіта карбіду заліза більш імовірна.

Точка А (1539 °C) відповідає температурі плавлення заліза, точка D (1500 °C) - температурі плавлення цементиту, точки N (1392 °C) та G (910 °C) відповідають поліморфному перетворенню.

Залізовуглецеві сплави - це сталі та чавуни, які є основними матеріалами, що використовуються в машинобудуванні та сучасній техніці.

Сталь - основний металевий матеріал, що широко застосовується для виготовлення деталей машин, літальних апаратів, приладів, різних інструментів та будівельних конструкцій. Широке використання сталей обумовлено комплексом механічних, фізико-хімічних та технологічних властивостей.

Сталі поєднують високу жорсткість зі статичною та циклічною міцністю. Ці параметри змінюють за рахунок зміни концентрації вуглецю, легуючих елементів та технологій термічної та хіміко-термічної обробки. Змінюючи хімічний склад, одержують сталі з різними властивостями та використовують їх у багатьох галузях техніки та народного господарства.

Вуглецеві сталі класифікують за вмістом вуглецю, призначенням, якістю, ступенем розкислення та структурою в рівноважному стані.

За вмістом вуглецю стали поділяються на низьковуглецеві (< 0,3 % С), середньовуглецеві (0,3-0,7 % С) та високовуглецеві (> 0,7 % С).

За призначенням стали класифікують на конструкційні та інструментальні. Конструкційні сталі являють собою найбільш велику групу, яка призначена для виготовлення будівельних споруд, деталей машин та приладів. До цих сталей відносять цементовані, покращуються, високоміцні та ресорно-пружинні. Інструментальні сталі поділяють на сталі для різального, вимірювального інструменту, штампів холодного та гарячого (до 200 ° C) деформування.

Сталі класифікують за якістю на звичайній якості, якісні, високоякісні. Якість сталі - це сукупність властивостей, які визначаються металургійним процесом її виробництва. Однорідність хімічного складу, будови та властивостей сталі, а також її технологічність багато в чому залежать від вмісту газів (кисню, водню, азоту) та шкідливих домішок – сірки та фосфору. Гази є прихованими, кількісно важко домішками, тому норми вмісту шкідливих домішок служать основними показниками для поділу сталей за якістю. Сталі звичайної якості бувають лише вуглецевими (до 0,5 % С), якісні та високоякісні – вуглецевими та легованими. За ступенем розкислення та характером затвердіння стали класифікують на спокійні, напівспокійні та киплячі.

Леговані сталі виробляють спокійними, вуглецеві - спокійними, напівспокійними та киплячими.

За структурою у рівноважному стані стали діляться на:

1) доевтектоїдні, що мають у структурі ферит та перліт;

2) евтектоїдні, структура яких складається з перліту;

3) заевтектоїдні, що мають у структурі перліт та цементит вторинний.

28. Конструкційні та інструментальні вуглецеві сталі. Маркування, застосування

Вуглецеві конструкційні сталі поділяються на сталі звичайної якості та якісні.

Марки сталей звичайної якості Ст0, Ст1, Ст2, ..., Ст6 (зі збільшенням номера зростає вміст вуглецю). Стали звичайної якості, особливо киплячі, найдешевші. Зі сталей звичайної якості виготовляють гарячекатаний рядовий прокат: балки, прутки, листи, труби. Сталі застосовують у будівництві для зварних та болтових конструкцій. З підвищенням вмісту в сталі вуглецю зварюваність погіршується. Сталі Ст5 і Ст6, що мають більш високий вміст вуглецю, застосовують для елементів будівельних конструкцій, що не піддаються зварюванню.

Виплавлення якісної вуглецевої сталі проводиться при дотриманні строгих умов щодо складу шихти та ведення плавки та розливання. Якісні вуглецеві сталі маркують цифрами 08, 10, 15, ..., 85, що вказують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка.

Низьковуглецеві сталі мають високу міцність і високу пластичність. Сталі, не оброблені термічно, використовуються для малонавантажених деталей, відповідальних зварних конструкцій, для деталей машин, що зміцнюються цементацією. Середньовуглецеві сталі (0.3-0.5 % С) 30, 35, …, 55 застосовують після нормалізації, поліпшення та поверхневого загартування. Ці сталі мають високу міцність при нижчій пластичності, їх застосовують для виготовлення невеликих або великих деталей, що не вимагають наскрізного прожарювання. Сталі з високим вмістом вуглецю мають високу міцність, зносостійкість. З цих сталей виготовляють пружини та ресори, замкові шайби, прокатні валки.

Конструктивна міцність – це комплекс механічних властивостей, що забезпечує тривалу та надійну роботу матеріалу в умовах його експлуатації. Конструктивна міцність – це міцність матеріалу конструкції з урахуванням конструкційних, металургійних, технологічних та експлуатаційних факторів.

Враховуються чотири критерії: міцність матеріалу, надійність та довговічність матеріалу в умовах роботи даної конструкції. Міцність - здатність тіла чинити опір деформаціям і руйнуванню.

Надійність – властивість виробу виконувати задані функції та зберігати свої експлуатаційні показники протягом необхідного проміжку часу. Надійність конструкції - це її здатність працювати поза розрахунковою ситуацією. Головним показником надійності є запас в'язкості матеріалу, який залежить від складу, температури, умов навантаження, роботи, що поглинається під час поширення тріщини.

Опір матеріалу крихкому руйнуванню є найважливішою характеристикою, що визначає надійність роботи конструкцій.

Довговічність – властивість виробу зберігати працездатність до граничного стану (неможливість його подальшої експлуатації). Довговічність залежить від умов її роботи (це опір зносу при терті та контактна міцність, опір матеріалу поверхневому зносу, що виникає при терті кочення зі ковзанням).

Інструментальні сталі призначені для виготовлення різального, вимірювального інструменту та штампів холодного та гарячого деформування. Основні властивості для інструменту - зносостійкість та теплостійкість. Для зносостійкості інструменту необхідна висока поверхнева твердість, а для збереження форми інструменту сталь має бути міцною, твердою та в'язкою. Від теплостійкості сталі залежить можлива температура розігріву різального інструменту. Вуглецеві інструментальні сталі є найдешевшими. В основному їх застосовують для виготовлення маловідповідального ріжучого інструменту та для штампово-інструментального оснащення регламентованого розміру.

Виробляються (ГОСТ 1435-74) якісні (У7, У8, У9) та високоякісні - (У7А, У8А, У9А) вуглецеві сталі. Літера У марці показує, що сталь вуглецева, а цифра - середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка. Літера А наприкінці марки показує, що сталь високоякісна. Вуглецеві сталі постачають після відпалу на зернистий перліт. За рахунок невисокої твердості в стані поставки (НВ 187-217) вуглецеві сталі добре обробляються різанням і деформуються, що дозволяє застосовувати накатку, насікання та інші високопродуктивні методи виготовлення інструменту.

Сталі марок У7, У8, У9 піддають повному гартуванню і відпустці при 275-350 ° C на тростит; оскільки вони більш в'язкі, їх використовують для виробництва деревообробного, слюсарного, ковальського і пресового інструменту.

Заевтектоїдні сталі марок У10, У11, У12 піддають неповному гартуванню. Інструмент цих марок має підвищену зносостійкість і високу твердість.

Заевтектоїдні сталі використовують для виготовлення міряльного інструменту (калібри), ріжучого (напилки, свердла) та штампів холодної висадки та витяжки, що працюють при невисоких навантаженнях.

Недоліком інструментальних вуглецевих сталей є втрата міцності при нагріванні вище 200 ° C (відсутність теплостійкості). Інструмент цих сталей застосовують для обробки м'яких матеріалів і при невеликих швидкостях різання або деформування.

29. Білі, сірі, половинчасті, високоміцні та ковкі чавуни

Формування мікроструктури, властивості, маркування та застосування

Чавун – це сплав заліза з вуглецем. Чавун містить вуглець - 2,14% і дешевше матеріал, ніж стали. Він має знижену температуру плавлення і хороші ливарні властивості. З чавунів можна робити виливки складнішої форми, ніж зі сталей. Лита структура чавунів містить концентратори напруги, якими можуть бути дефекти: пористість, лікваційна неоднорідність, мікротріщини.

Білий чавун має свою назву на вигляд зламу матово-білого кольору. Весь вуглець у цьому чавуні перебуває у зв'язаному стані як цементиту. Фазові перетворення протікають згідно з діаграмою стану (Fе - Fе_зЗ). Білі чавуни в залежності від вмісту вуглецю бувають: доевтектичні (перліт + ледебурит); евтектичними (ледебурит); заевтектичними (первинний цементит + ледебурит). Ці чавуни мають більшу твердість через вміст цементиту; вони дуже тендітні і виготовлення деталей машин не використовуються. Виливки з білого чавуну служать для отримання деталей з ковкого чавуну за допомогою відпалу, що графітизує. Вибілені чавуни-виливки мають поверхневі шари (12-30 мм) зі структурою білого чавуну, а серцевина - сірого чавуну. Висока твердість поверхні дозволяє їй добре працювати проти стирання. Ці властивості вибіленого чавуну застосовуються для виготовлення валків листових прокатних станів, коліс, куль для млинів, гальмівних колодок та інших деталей.

Білі чавуни кристалізуються за діаграмою стану системи сплавів залізо – цементит. Значний вміст твердого та тендітного цементиту у складі білих чавунів є причиною того, що ці чавуни важко піддаються механічній обробці. Вони застосовуються для відливання деталей з наступним відпалом на ковкий чавун, а також для відливання прокатних валків та вагонних коліс.

Сірий чавун (технічний) назву отримав на вигляд зламу, який має сірий колір. У структурі сірого чавуну є графіт. Структура чавуну складається з металевої основи та графіту та його властивості залежать від цих двох складових. Графіт має низькі механічні властивості.

При повільному охолодженні сплавів залізо-вуглець відбувається виділення графіту.

У промисловості застосовуються доевтектичні сірі (ливарні) чавуни. Сірий чавун, що складається з фериту та графіту, називають феритним, оскільки металеву основу його становить ферит. Весь вуглець у вигляді графіту виділяється за дуже повільного охолодження сплаву; якщо швидкість охолодження у процесі кристалізації (як первинної, і вторинної) збільшується, виділяється не графіт, а цементит. Чавун, що містить до 1,2% фосфору, застосовується для художнього лиття, труб.

Маркування сірого чавуну. За ГОСТ чавун у виливках маркується літерами СЧ з додаванням двох чисел: перше число вказує межу міцності при розтягуванні (σ_пч) друге - подовження (σ) у %. Половинчастий чавун складається з перліту, ледебуриту та пластинчастого графіту. Поєднує в собі два кольори - сірий та білий.

Високоміцний чавун - це чавун, в якому графіт має кулясту форму. Підвищення міцності та пластичності чавуну досягається модифікуванням, що забезпечує отримання глобулярного (сфероїдального) графіту замість пластинчастого. Поверхня графіту сфероїдальної форми має менше відношення до об'єму та визначає найбільшу суцільність металевої основи та міцність чавуну. Така форма графіту виходить при присадках рідкий чавун магнію (М) або церію (Се).

Високоміцний чавун має феритну чи перлітну основу. Феритний чавун має підвищену пластичність.

За ГОСТ чавун позначають числами: перше число вказує межу міцності при розтягуванні (σ_пч), друге - подовження (σ) у %. Ще більша міцність досягається при модифікуванні легованого чавуну.

Високоміцний чавун застосовують замість сталі для виготовлення деталей верстатів, ковальсько-пресового обладнання, що працюють у підшипниках при підвищених та високих тисках; колінчастих валів, шестерень, муфт і замість ковкого чавуну для виготовлення задніх мостів-автомобілів.

Ковкий чавун - чавун з пластівцевим графітом, умовна назва м'якого та в'язкого чавуну, який отримують з білого чавуну спеціальною термічною обробкою; куванню його не піддають, він має високу пластичність. Ковкий чавун складається зі сталі основи і містить вуглець у вигляді графіту. Графіт знаходиться у вигляді включень заокругленої форми, розташованих ізольовано один від одного і металева основа менш роз'єднана, а сплав має значну в'язкість і пластичність.

Властивості ковкого чавуну залежать від величини графітних включень (що менше ці включення, тим міцніше чавун), але вони визначаються структурою його металевої основи, яка може бути феритною, перлітною або змішаною.

Залежно від складу чавуну та способу термічної обробки одержують два види ковкого чавуну: чорносерцевий та білосерцевий. Ковкий чавун більш дешевий матеріал, він має хороші механічні властивості і застосовується в сільськогосподарському машинобудуванні, в автомобільній промисловості, вагонобудуванні, верстатобудуванні.

30. Роль термічної обробки у підвищенні якості конструкційних матеріалів

Основні передумови для отримання необхідного комплексу механічних та інших властивостей у конструкційних сплавів закладаються при розробці і виплавці.

Реалізація ж необхідних властивостей складає наступних етапах обробки, що мають на меті надати сплаву як передбачені кресленням форму і розміри, а й раціональне внутрішню будову, під яким слід розуміти структурно-фазовий склад і дислокаційну структуру, яких безпосередньо залежить комплекс необхідних властивостей. Найважливішими етапами обробки сплавів є термічна обробка та поверхневе зміцнення. Термічною обробкою забезпечується заданий рівень властивостей у всьому обсязі деталі, а поверхневим зміцненням - тільки в певних найбільш навантажених місцях, що сильно зношуються, на поверхні деталі.

Основні правила термічної обробки розробили Д.К. Черновим та доповнені А.А. Бочваровим, Г.В. Курдюмовим, А.П. Гуляєвим.

Під термічною обробкою розуміють комплекс операцій нагрівання та охолодження сплаву, що здійснюються за певним режимом з метою зміни його будови та отримання заданих властивостей. Основу термічної обробки становить зміна структурно-фазового складу та дислокаційної структури сплаву, яка може бути досягнута шляхом використання таких ключових факторів, як наявність у ньому алотропічних перетворень або залежної від температури обмеженої взаємної розчинності компонентів.

Усі існуючі види термообробки, що мають на меті суттєво змінити фазову та дислокаційну структуру сплавів та отримати оптимальний комплекс експлуатаційних властивостей, засновані на використанні одного із згаданих факторів. За їх відсутності термообробкою можна отримати лише дуже обмежені результати. Два найбільш поширені різновиди термічної обробки. Одна з них заснована на використанні специфіки перетворень у сплавах, обумовленої наявністю в них алотропічних перетворень, а інша базується на змінній розчинності компонентів один в одному при нагріванні та охолодженні.

В обох випадках фундаментальною основою технології термічної обробки, що гарантує отримання очікуваних результатів, є її режим. Він включає наступні елементи: температуру нагрівання, швидкість нагрівання до заданої температури, час витримки при цій температурі і швидкість охолодження.

Термічна обробка буває попередньою та остаточною. Попередня термічна обробка використовується в тих випадках, коли матеріал необхідно підготувати до подальших технологічних впливів - тиску, різання і т.д. Остаточна термічна обробка застосовується для підготовки властивостей готового матеріалу.

Конкретні величини, що характеризують кожен з елементів режиму термообробки, залежать від хімічного складу сплаву, що обробляється, розміру деталі і цільового призначення виконуваного виду термообробки. Варіюючи ці величини, можна суттєво змінювати фазову та дислокаційну структури сплаву та надавати йому задані властивості.

Від температури нагрівання залежать характер перетворень, що відбуваються в сплаві, і сама можливість отримання після термообробки необхідної структури. Вона вибирається в залежності від хімічного складу сплаву та мети виробленої термообробки.

Швидкість нагріву вибирається таким чином, щоб забезпечити мінімальні втрати часу на нагрівання, і в той же час її величина повинна виключити виникнення в оброблюваної деталі небезпечної термічної напруги, що може призвести до жолоблення і розтріскування деталі, що спостерігається при занадто швидкому нагріванні.

Швидкість нагріву залежить від теплопровідності сплаву, що обробляється, яка, у свою чергу, визначається його хімічним складом. З ускладненням складу теплопровідність погіршується. Тому нагрівання несприятливих за складом сплавів до певних температур здійснюється дуже повільно, та був прискорено.

Час витримки деталі після досягнення заданої температури має бути достатнім для її прогріву від поверхні до серцевини у найбільшому перерізі, а також для повного завершення в сплаві тих, що мають дифузійний характер структурно-фазових перетворень, які повинні відбуватися в ньому при заданій температурі.

Швидкість охолодження при термічній обробці є дуже важливим елементом режиму, від якого залежать особливості фазової та дислокаційної структури, що купується сплавом. Вона повинна бути достатньою для протікання в сплаві необхідних перетворень, але не занадто великою, щоб уникнути небезпечних термічних і фазових напруг, що можуть викликати розтріскування або деформацію (короблення) деталі.

Термічна обробка застосовується для покращення конструкційних матеріалів, зокрема сталі. Час проведення термічної обробки залежить від розмірів оброблюваних матеріалів і деталей.

31. Застосування термообробки у технології виробництва заготовок та виробів із конструкційних матеріалів

Найбільш характерним та добре вивченим процесом є термічна обробка сталі. Цей процес базується на наявності в ній алотропічних перетворень, які відбуваються при нагріванні та охолодженні в області певних критичних температур. Керовані структурно-фазові процеси в сталі, які забезпечують отримання необхідної фазової та дислокаційної структури, відбуваються внаслідок наявності алотропії.

Конструктивна міцність – це певний комплекс механічних властивостей, що забезпечує тривалу та надійну роботу матеріалу в умовах його експлуатації. Конструктивна міцність - це міцність матеріалу конструкції з урахуванням конструкційних, металургійних, технологічних та експлуатаційних факторів, тобто це комплексне поняття. Вважається, що, як мінімум, потрібно враховувати чотири критерії: жорсткість конструкції, міцність матеріалу, надійність і довговічність матеріалу в умовах роботи даної конструкції.

Жорсткість конструкції. Для багатьох силових елементів конструкцій - шпангоутів, стрингерів, плоских пластинок, циліндричних оболонок тощо - умовою, що визначає їх працездатність, є місцева або загальна жорсткість (стійкість), яка визначається їх конструктивною формою, схемою напруженого стану і т. д., а також властивостями матеріалу.

Показником жорсткості матеріалу є модуль поздовжньої пружності Е (модуль жорсткості) – структурно нечутлива характеристика, яка залежить тільки від природи матеріалу. Серед головних конструкційних матеріалів найбільш високе значення модуля Е має сталь, найнижче - магнієві сплави та склопластики. Однак оцінка цих матеріалів суттєво змінюється при врахуванні їх густини та використанні критеріїв питомої жорсткості та стійкості.

При оцінці за цими критеріями, що вибираються відповідно до форми та напруженого стану, у багатьох випадках найбільш вигідним матеріалом є магнієві сплави та склопластики, найменш вигідним - вуглецеві та леговані сталі.

Міцність - здатність тіла чинити опір деформаціям і руйнуванню. Більшість технічних характеристик міцності визначають у результаті статичного випробування розтягування.

Ці показники залежать від структури та термічної обробки.

Оцінюючи реальну міцність конструкційного матеріалу, слід враховувати характеристики пластичності, в'язкість матеріалу, оскільки ці показники в основному визначають можливість крихкого руйнування.

Це стосується і високоміцних матеріалів, які, володіючи високою міцністю, схильні до крихкого руйнування.

Надійність - властивість виробу виконувати задані функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники в заданих межах протягом необхідного проміжку часу або необхідного напрацювання. Надійність конструкції - це також її здатність працювати поза розрахунковою ситуацією, наприклад, витримувати ударні навантаження. Головним показником надійності є запас в'язкості матеріалу, який залежить від складу, температури (поріг холодноламкості), умов навантаження, роботи, що поглинається при розповсюдженні тріщини.

Довговічність – властивість виробу зберігати працездатність до граничного стану (неможливість його подальшої експлуатації).

Довговічність конструкції залежить від умов її роботи. Насамперед, це опір зносу при терті та контактна міцність (опір матеріалу поверхневому зносу, що виникає при терті кочення зі ковзанням). Крім того, довговічність виробу залежить від межі витривалості, що залежить, у свою чергу, від стану поверхні та корозійної стійкості матеріалу.

При термообробці матеріалів використовується спеціальне обладнання: електропечі, газополум'яні та елеваторні печі, загартовані баки, соляні ванни тощо.

Основні види термічної обробки: об'ємне, поверхневе, місцеве загартування; нормалізований, гомогенізуючий, рекристалізаційний відпал, хіміко-термічна обробка та обробка лазерним нагріванням; загартування електроімпульсним полем; термообробка при застосуванні пластичної деформації та обробка холодом.

Конструкційні сталі – це сталі, які використовуються у виробництві різних деталей машин та будь-яких конструкцій. Ті сталі, що використовуються при зведенні споруд чи конструкцій, називають будівельними. До конструкційних сталей можна віднести і леговані, і вуглецеві сталі.

У машинобудуванні широкого поширення набули конструкційні леговані сталі ГОСТ 4543-71, які бувають: хромистими, марганцовистими, хромокремнистими, хромокремне-марганцевими, хромонікелевими тощо. за допомогою термічної обробки, повітря, що гартують сталі і т. д.

32. Відпал 1-го роду. Нерівноважна кристалізація

Цей вид термічної обробки можливий для будь-яких металів та сплавів. Його проведення не обумовлено фазовими перетвореннями у твердому стані. Нагрів при отжиге 1 роду, підвищуючи рухливість атомів, частково чи повністю усуває хімічну неоднорідність, зменшує внутрішні напруги, тобто сприяє отриманню рівноважнішого стану. Основне значення при проведенні такого відпалу мають температура нагріву та час витримки при цій температурі, оскільки саме ці параметри визначають швидкість процесів, що усувають відхилення від рівноважного стану. Швидкість нагріву та охолодження для відпалу 1 роду має другорядне значення.

Розрізняють такі різновиди відпалу 1 роду: дифузійний відпал (гомогенізуючий) використовують для усунення хімічної неоднорідності, що виникає при кристалізації сплаву (дендритної ліквації).

Вирівнювання хімічного складу відбувається завдяки дифузійним процесам, швидкість яких залежить від температури.

Рекристалізаційний відпал застосовують після холодної пластичної деформації (холодної обробки тиском) для зняття наклепу та отримання рівноважного стану сплаву. В результаті рекристалізації в деформованому металі утворюються нові зерна, знімаються напруги і відновлюється пластичність металу.

Відпал для зняття напруги, що виникають при куванні, зварюванні, лиття, які можуть викликати короблення, тобто зміна форми, розмірів і навіть руйнування виробів.

Нерівноважна кристалізація. Процес дифузії протікає повільно, тому в реальних умовах охолодження склад у межах кожного кристала та різних кристалів не встигає вирівнюватись і буде неоднаковим.

Якщо в процесі охолодження можливий розпад твердого розчину, то діаграма стану показує початок цього процесу при повільному охолодженні.

Зі збільшенням швидкості охолодження температура початку виділення надлишкової фази знижується, кількість фази, що виділилася, зменшується, і при визначенні більшої швидкості охолодження твердий розчин без виділень повністю переохолоджується до кімнатної температури.

Регулюючи швидкість охолодження, можна досягти різного ступеня розпаду до повного його придушення.

Такі пересичені розчини є нестійкими.

Якщо теплова рухливість атомів переохолодженого розчину недостатня, стан пересичення може зберігатися невизначено довгий час.

В іншому випадку з часом відбуватиметься поступовий розпад пересиченого розчину з виділенням надлишкової фази. Цей процес пришвидшуватиметься при підвищенні температури.

Вторинні фази, які утворюються при високій температурі, при повільному охолодженні твердого розчину або високому вторинному нагріванні загартованого (пересиченого) твердого розчину не тільки більші за розмірами, але орієнтаційно не пов'язані з матковою фазою. Шар атомів, що відноситься до старої фази, межує із шаром атомів, які належать ґратам нової фази.

Для випадку виділення при низькій температурі нова фаза певним чином орієнтована щодо вихідної, так що прикордонний шар атомів однаково належить обом решіткам.

Подібне зчленування кристалічних ґрат називається когерентним. На межі розділу при когерентному зв'язку виникають і зберігаються напруження тим більші, чим більша відмінність у будові (у площині розділу) сполучених грат.

Якщо, температуру сплаву підвищувати, то внаслідок збільшення теплової рухливості атомів і наявності напружень на межах розділу фаз когерентний зв'язок розривається (явище зриву когерентності), метастабільні фази переходять у стійку фазу, пластинчасті кристалики в фази ростуть, прагнучи прийняти округлу форму. Коли ці процеси пройдуть повністю, структура та фазовий склад стануть такими самими, як і у разі повільного охолодження.

Процес фіксування швидким охолодженням нестійкого стану носить назву загартування, а подальший процес поступового наближення до рівноважного стану (шляхом нагрівання або тривалої витримки) називається відпусткою та старінням. Така різноманітна зміна структури, що досягається різним ступенем наближення сплаву до рівноважного стану, призводить до різноманітної зміни властивостей, чим і обумовлено широке застосування термічної обробки, в основі якої закладені процеси нерівноважної кристалізації.

Сплави - це речовини, які з двох або більше елементів періодичної системи. Отримують їх за допомогою спікання чи сплавлення. Компонент – речовина, що утворює сплав.

Фаза - просторово обмежена та відмінна від інших частина системи, що має свою кристалічну решітку та свої властивості. Гомогенні речовини мають одну фазу, а гетерогенні – кілька фаз.

Структура - будова металу, у якому можна розрізняти окремі фази, їх форму, розміри та взаємне розташування. Структура впливає властивості.

Рівноважний стан – коли у сплаві всі фази, притаманні цій системі оформлені. Цей стан забезпечується при повільному охолодженні, можна розрізняти розміри та форми фаз.

Нерівноважний стан - процес утворення та відокремлення фаз не закінчився, утворюється при швидкому охолодженні.

33. Гомогенізаційний відпал, зміна структури та властивостей при гомогенізаційному відпалі. Загартування з поліморфним перетворенням. Загартування без поліморфного перетворення

Відпал - операції нагріву та повільного охолодження сталі з метою вирівнювання хімічного складу, отримання рівноважної структури, зняття напруги.

Застосовують відпал для отримання рівноважної структури, тому при відпалу охолоджують деталі повільно. Вуглецеві сталі – зі швидкістю 200 °C/год, леговані сталі – 30-100 °C/год.

Дифузійний (гомогенізуючий) відпал застосовують для усунення ліквації (вирівнювання хімічного складу). У його основі – дифузія. При цьому вирівнюється склад і розчиняються надлишкові карбіди. Такий відпал проводять при високій температурі з тривалою витримкою. Гомогенізуючий відпал піддають леговані сталі. Це тим, що швидкість дифузії вуглецю, розчиненого в аустеніті за способом впровадження, на кілька порядків більше швидкості дифузії легуючих елементів, які розчиняються в аустеніті за способом заміщення. Гомогенізація вуглецевих сталей відбувається практично в процесі їхнього нагрівання. Режим гомогенізуючого відпалу: нагрівання до температури 1050-1200 °C, час витримки становить 8-10 год. Температура гомогенізації повинна бути досить високою, але не можна допускати перепалу та оплавлення зерен. При перепалі кисень повітря з'єднується з частинками металу, утворюються окисні оболонки, що роз'єднують зерна. Перепал у металі усунути не можна. Перепалений метал є остаточним шлюбом. При дифузійному відпалі зазвичай виходить велике зерно, яке слід виправляти наступним повним відпалом.

Повний відпал пов'язаний з фазовою перекристалізацією та подрібненням зерна. Сталь у рівноважному стані містить перліт та найбільш пластична. Призначення повного відпалу - поліпшення структури сталі для полегшення подальшої обробки різанням, штампуванням або загартуванням, отримання дрібнозернистої рівноважної структури готової деталі.

Види (способи) повного відпалу: відпал (звичайний і ізотермічний) на пластинчастий перліт (включення цементиту як пластинок) і відпал на зернистий перліт (включення цементиту як зерен).

При відпалі на пластинчастий перліт охолодження заготовок проводять разом з піччю, найчастіше при частковій подачі палива, щоб швидкість охолодження знаходилася в межах 10-20 ° C на годину.

Відпалом досягається подрібнення зерна. Крупнозерниста структура виходить при твердінні сталі внаслідок вільного зростання зерен, внаслідок перегріву сталі; така структура викликає зниження механічних якостей деталей.

Загартування з поліморфним перетворенням. Загартування без поліморфного перетворення

Загартування - термообробка, при якій сталь набуває нерівноважної структури, що насамперед виявляється у підвищенні твердості сталі. До загартування відносять: термообробку на сорбіт, тростить і мартенсит. Ступінь нерівноважності продуктів загартування зі збільшенням швидкості охолодження підвищується та зростає від сорбіту до мартенситу.

Перевагою справжнього гарту є можливість отримання з мартенситу за рахунок подальшої відпустки продуктів з комплексами властивостей, які іншими видами термообробки отримати неможливо.

Справжнє загартування отримала широке застосування як попередня обробка перед відпусткою.

Важлива критична швидкість загартування. Від неї залежить прожарювання сталі, тобто здатність гартуватися на певну глибину. Критична швидкість загартування залежить від стабільності аустеніту, яка визначається кількістю розчинених у ньому вуглецю та легуючих елементів. Введенням у сталь вуглецю та легуючих елементів підвищується прожарюваність, яку оцінюють за допомогою циліндричних зразків за глибиною залягання в них напівмартенситного шару. Напівмартенситний шар сталі містить 50% М та 50% Т.

Основні параметри при загартуванні - температура нагрівання та швидкість охолодження. Температуру нагріву для сталей визначають за діаграмами стану, швидкість охолодження - за діаграмами ізотермічного розпаду аустеніту.

Час нагріву залежить від розмірів деталі та теплопровідності сталі, що визначають експериментально.

Однією з цілей легування конструкційних сталей є зменшення критичної швидкості загартування та отримання наскрізної прожарюваності виготовлених з них деталей при загартуванні не тільки у воді, але і в більш м'яких охолоджуючих середовищах. Від різкості охолоджуючого середовища залежить рівень термічних і фазових напруг і можливість утворення тріщин в деталі. У зв'язку з викладеним при загартуванні переважні м'які загартовані середовища. При загартуванні ріжучого інструменту з високовуглецевої сталі з метою зменшення внутрішньої напруги застосовують охолодження в двох середовищах.

У високовуглецевих сталей і особливо у сталей з досить високим вмістом легуючих елементів точка М лежить нижче кімнатної температури, а часто і нижче 0 °C. У зв'язку з цим при звичайному загартуванні в них зберігається багато залишкового аустеніту. Його наявність знижує твердість загартованої сталі та її теплопровідність, що для ріжучого інструменту є особливо небажаним.

Згодом залишковий аустеніт зазнає фазових перетворень, що призводять до зміни розмірів виробу. Це вкрай неприпустимо для міряльного інструменту (скоби, пробки).

34. Зміна мікроструктури та механічних властивостей металів при нагріванні після гарячої та холодної обробки тиском

Обробка металів тиском заснована на їх здатності в певних умовах пластично деформуватися в результаті впливу на тіло, що деформується (заготівлю) зовнішніх сил.

Якщо при пружних деформаціях тіло, що деформується, повністю відновлює вихідні форму і розміри після зняття зовнішніх сил, то при пластичних деформаціях зміна форми і розмірів, викликана дією зовнішніх сил, зберігається і після припинення дії цих сил.

Пружна деформація характеризується усуненням атомів щодо один одного на величину, меншу міжатомних відстаней, і після зняття зовнішніх сил атоми повертаються у вихідне положення. При пластичних деформаціях атоми зміщуються щодо одне одного на величини, великі міжатомних відстаней, і після зняття зовнішніх сил повертаються у своє вихідне становище, а займають нові положення рівноваги.

Залежно від температурно-швидкісних умов деформування розрізняють холодну та гарячу деформацію.

Холодна деформація характеризується зміною форми зерен, які витягуються у бік найбільш інтенсивного перебігу металу. При холодній деформації формозміна супроводжується зміною механічних та фізико-хімічних властивостей металу. Це явище називають зміцненням (наклепом). Зміна механічних властивостей у тому, що з холодної пластичної деформації з її збільшення зростають характеристики міцності, тоді як характеристики пластичності знижуються. Метал стає твердішим, але менш пластичним. Зміцнення виникає внаслідок повороту площин ковзання, збільшення спотворень кристалічних ґрат у процесі холодного деформування (накопичення дислокацій біля меж зерен). Зміни, внесені холодною деформацією до структури та властивості металу, не незворотні. Вони можуть бути усунені, наприклад, за допомогою термічної обробки відпалом. У цьому випадку відбувається внутрішня перебудова, при якій за рахунок додаткової теплової енергії, що збільшує рухливість атомів, у твердому металі без фазових перетворень з безлічі центрів ростуть нові зерна, що замінюють витягнуті, деформовані зерна. Так як в рівномірному температурному полі швидкість зростання зерен по всіх напрямках однакова, нові зерна, що з'явилися замість деформованих, мають приблизно однакові розміри по всіх напрямках. Явище зародження та зростання нових рівноосних зерен замість деформованих, витягнутих, що відбувається за певних температур, називається рекристалізацією. Для чистих металів рекристалізація починається за абсолютної температури, що дорівнює 0,4 абсолютної температури плавлення металу. Рекристалізація протікає з певною швидкістю, причому час, необхідний для рекристалізації, тим менше, чим вище температура нагріву деформованої заготовки. При температурах нижче за температуру початку рекристалізації, спостерігається явище, зване поверненням. При поверненні (відпочинку) форма та розміри деформованих, витягнутих зерен не змінюються, але частково знімаються залишкові напруги. Ці напруги виникають через неоднорідне нагрівання або охолодження (при литті та обробці тиском), неоднорідності розподілу деформацій при пластичному деформуванні. Залишкові напруги створюють системи сил, що врівноважуються, і знаходяться в заготівлі, не навантаженій зовнішніми силами. Зняття залишкової напруги при поверненні майже не змінює механічних властивостей металу, але впливає на деякі його фізико-хімічні властивості. Гарячою деформацією називають деформацію, що характеризується співвідношенням швидкостей деформування та рекристалізації, при якому рекристалізація встигає відбутися у всьому обсязі заготівлі та мікроструктура після обробки тиском виявляється рівноосною, без слідів зміцнення.

Щоб забезпечити умови протікання гарячої деформації, доводиться зі збільшенням швидкості підвищувати температуру нагріву заготівлі (для збільшення швидкості рекристалізації).

Якщо метал після закінчення деформації має структуру, що не повністю рекристалізовану, зі слідами зміцнення, то така деформація називається неповною гарячою деформацією. Неповна гаряча деформація призводить до отримання неоднорідної структури, зниження механічних властивостей та пластичності.

При гарячій деформації опір деформуванню приблизно в 10 разів менше, ніж при холодній деформації, а відсутність зміцнення призводить до того, що опір деформування (межа текучості) змінюється незначно в процесі обробки тиском. Цією обставиною пояснюється переважно те, що гарячу обробку застосовують виготовлення великих деталей, оскільки у своїй потрібні менші зусилля деформування (менш потужне устаткування).

При гарячій деформації пластичність металу вища, ніж холодної деформації.

Вплив холодної деформації на властивості металу можна використовувати для отримання найкращих експлуатаційних властивостей деталей, а керування зміною властивостей в необхідному напрямку та на бажану величину може бути досягнуто вибором раціонального поєднання холодної та гарячої деформації, а також числа та режимів термічних обробок у процесі виготовлення деталі.

35. Повернення, первинна та збірна рекристалізація. Рекристалізаційний відпал

Близько 10-15 % всієї енергії, витраченої пластичну деформацію, поглинається металом і накопичується у ньому вигляді підвищеної потенційної енергії зміщених атомів, напруг. Деформований метал знаходиться у нерівноважному, нестійкому стані. Перехід до більш рівноважного стану пов'язаний із зменшенням спотворень у кристалічній решітці, зняттям напруги, що визначається можливістю переміщення атомів. При низьких температурах рухливість атома мала, а стан наклепу може зберігатися необмежено довго.

З підвищенням температури дифузія атомів збільшується і в металі починають розвиватися процеси, що призводять до рівноважного стану. Це явище повернення.

Перша стадія повернення - відпочинок, що спостерігається при невисокому нагріванні. При відпочинку відбувається зменшення кількості вакансій, зменшення густини дислокацій, часткове зняття напруги.

Друга стадія повернення – полігонізація, розподіл зерен на частини – полігони (субзерна).

Полігонізація відбувається в результаті ковзання та переповзання дислокацій, внаслідок чого дислокації одного знака утворюють "стінки", що поділяють зерна на полігони. У полігонізованому стані кристал має меншу енергію в порівнянні з деформованим, і утворення полігонів є енергетично вигідним процесом. Температура початку полігонізації не є константою. Швидкість полігонізації залежить від природи металу, ступеня попередньої деформації, вмісту домішок. При поверненні помітних змін у мікроструктурі немає, метал зберігає волокнисту будову. При цьому твердість та міцність дещо знижуються, а пластичність зростає.

Рекристалізація. При нагріванні до досить високих температур рухливість атомів зростає та відбувається процес рекристалізації.

Рекристалізація називається процес утворення і зростання нових зерен при нагріванні наклепанного металу до певної температури. Цей процес протікає у дві стадії. Розрізняють рекристалізацію первинну (обробки) та збірну.

Рекристалізація первинна (обробки) полягає в утворенні зародків і зростанні нових рівноважних зерен з неспотвореними кристалічними гратами. Найбільш ймовірно, що нові зерна виникають біля кордонів блоків і зерен, пакетів ковзання всередині зерен, де грати металу були найбільше спотворені при пластичній деформації. Кількість нових зерен поступово збільшується і, зрештою, у структурі не залишається старих деформованих зерен.

Деформований метал, що знаходиться в нестійкому стані, прагне перейти у стійкий стан з найменшим запасом вільної енергії. Цьому стану відповідає процес утворення нових зерен з неспотвореною кристалічною решіткою. У місцях, де грати найбільш спотворені і, отже, найменш стійкі, при нагріванні відбувається переміщення атомів, відновлення решітки та виникнення зародків нових рівноважних зерен. Зародками нових зерен можуть бути і об'єми (блоки) з найменш спотвореними ґратами, куди переходять атоми із сусідніх обсягів із спотвореними ґратами.

Збірна рекристалізація - друга стадія рекристалізації процесу полягає в зростанні нових зерен, що утворилися. Рушійною силою збиральної рекристалізації є поверхнева енергія зерен. Зростання зерен пояснюється тим, що за наявності великої кількості дрібних зерен їхня загальна поверхня дуже велика, тому метал має великий запас поверхневої енергії. При укрупненні зерен загальна протяжність їх меж стає меншою, що відповідає переходу металу в рівноважніший стан.

З початком рекристалізації відбувається суттєва зміна властивостей металу, протилежна зміні властивостей при наклеп. Знижується міцність металу. Збільшується пластичність, в'язкість, теплопровідність та інші властивості, що знижуються при наклепі. Величина зерен зростає із збільшенням часу витримки. Найбільші зерна утворюються після незначної попередньої деформації. Такий ступінь деформації називається критичним.

Рекристалізаційний відпал. Цей вид відпалу проводиться з метою усунення наклепу холоднодеформованого металу. Наклепаний метал дуже твердий і тендітний, його кристалічна решітка знаходиться в нерівноважному стані, маючи великий запас надлишкової вільної енергії. У сильно наклепаному металі через злиття дислокацій у місцях їхнього скупчення спостерігаються небезпечні дефекти - зародки тріщин. У ряді випадків наклеп доводиться усувати. Для цього потрібно нагрівання, що стимулює дифузійні процеси. Однак рекристалізаційний відпал через значно нижчу температуру і набагато меншу тривалість його проведення при практично однакових результатах кращий.

36. Відпал II-го роду. Відпал та нормалізація сталей; режими та призначення відпалу та нормалізації

Відпалом називають нагрівання та повільне охолодження сталі. Відпал другого роду - зміна структури металу з одержання рівноважних структур; до відпалу другого роду відноситься повний, неповний та ізотермічний відпали.

Перекристалізаційний відпал заснований на фазовій перекристалізації, тобто є відпалом ІІ роду. Основне його призначення – повна зміна фазового складу. Температура нагрівання і час витримки повинні забезпечити потрібні структурні перетворення, швидкість охолодження вибирають такою, щоб встигли відбутися зворотні фазові дифузійні перетворення. Після відпалу отримують однорідну дрібнозернисту структуру, твердість знижується, підвищується пластичність і відпал II роду застосовують в якості попередньої термічної обробки і перед обробкою сталевих деталей на металорізальних верстатах.

Залежно від температури нагрівання розрізняють повний та неповний відпал.

Повний відпал застосовують для доевтектоїдної сталі. Вироби нагрівають, щоб забезпечити повну перекристалізацію - перетворення вихідної феритно-перлітної структури аустеніт. Призначення його - поліпшення структури сталі для полегшення подальшої обробки різанням, штампуванням або загартуванням, а також отримання дрібнозернистої рівноважної перлітної структури готової деталі.

Неповний відпал пов'язаний з фазовою перекристалізацією, він застосовується після гарячої обробки тиском, коли у заготівлі дрібнозерниста структура.

Після охолодження вийде груба структура, що складається з великих зерен фериту та перліту. Сталь має знижену пластичність. Одержанню зернистого цементиту сприяє попередня відпалу гаряча пластична деформація, коли цементитная сітка дробиться. Сталь із зернистим цементитом краще обробляється різальним інструментом і набуває хорошої структури після загартування.

З метою економії часу проводять ізотермічний відпал. При ізотермічному відпалі в процесі витримки відбувається вирівнювання температури перерізу виробу. Це сприяє отриманню більш однорідної структури та однорідних властивостей. Леговані сталі піддають такому відпалу. При отжиге легованих сталей збільшується як тривалість нагрівання і витримки, а й тривалість охолодження. Високолеговані сталі охолоджують із малою швидкістю внаслідок більшої стійкості легованого аустеніту. Їхня твердість залишається після відпалу високою, що погіршує оброблюваність різальним інструментом.

Нормалізацією називають термічну обробку сталі, при якій виріб нагрівають до аустенітного стану та охолоджують на спокійному повітрі. Відмінність нормалізації від повного відпалу для доевтектоїдних сталей полягає лише у швидкості охолодження. В результаті нормалізації виходить тонша будова евтектоїду, зменшуються внутрішні напруги, усуваються вади, що виникли в процесі попередніх обробок виробів. Твердість та міцність вищі, ніж після відпалу. Нормалізацію застосовують як проміжну операцію, що покращує структуру. Особливостями режиму цього виду термообробки є температура нагріву та охолодження на спокійному повітрі. Ці особливості зумовлені специфічними цілями нормалізації. Стосовно доевтектоїдних сталей, особливо низьковуглецевих, нормалізація за більш короткий час і при більшій простоті режиму охолодження дозволяє отримати ті ж результати, що і при відпалі.

Охолодження на повітрі забезпечує високий ступінь переохолодження аустеніту, ніж при відпалі, продукти його розпаду виявляються дисперснішими, а щільність генерованих дислокацій наближається до 108 см2, внаслідок цього нормалізацією можна отримати більш сприятливу дрібнозернисту структуру сталі, що володіє підвищеними властивостями міцності.

У ряді випадків, коли від матеріалу виробу не потрібно підвищених властивостей міцності, нормалізація замінює загартування. Особливо це стосується деталей із низьковуглецевої сталі, для яких застосування загартування виключається через дуже високу критичну швидкість загартування. При нормалізації заевтектоїдних сталей через прискорене виділення з надмірного аустеніту (вторинного) цементиту небажана цементитна сітка навколо перлітних зерен не утворюється. У зв'язку з цим однією з цілей нормалізації є руйнування згаданої сітки у заевтектоїдних сталей.

Рекристалізаційний відпал (рекристалізація) стали при температурах 500-550 °C; відпал для зняття внутрішньої напруги - при температурах 600-700 °. Ці види відпалу знімають внутрішню напругу у виливках від нерівномірного охолодження їх частин і в заготовках, оброблених тиском при температурах нижче критичних.

Дифузійний відпал застосовується у випадках, коли у сталі спостерігається внутрішньокристалічна ліквація. Вирівнювання складу в зернах аустеніту досягається дифузією вуглецю та інших домішок у твердому стані, поряд із самодифузією заліза. В результаті сталь стає однорідною за складом (гомогенною), тому дифузійний відпал називають також гомогенізацією.

Температура гомогенізації має бути досить високою, але не можна допускати перепалу зерен.

37. Відпустка сталей. Перетворення в сталі при відпустці, зміна мікроструктури та властивостей

Відпусткою називається операція нагріву загартованої сталі зменшення залишкових напруг і надання комплексу механічних властивостей, які необхідні довголітньої експлуатації виробу. Відпустка проводиться шляхом нагрівання деталей, загартованих на мартенсит до температури нижче за критичну. При цьому залежно від температури нагріву можуть бути отримані стани мартенситу, трооститу або сорбіту відпустки. Ці стани відрізняються від станів загартування за структурою та властивостями: при загартуванні цементит (у трооститі та сорбіті) виходить у формі подовжених пластинок, як у пластинчастому перліті. А при відпустці він виходить зернистим або точковим, як у зернистому перліті.

При відпустці загартованої на мартенсит сталі у ній відбуваються перетворення, які призводять до розпаду мартенситу та утворення рівноважного структурно-фазового складу. Інтенсивність та результат цих перетворень залежать від температури відпустки. Температуру відпустки вибирають залежно від функціонального експлуатаційного призначення виробу.

У процесі багаторічної експлуатаційно-виробничої практики склалися три основні групи виробів, що вимагають їх успішної експлуатації "своїх" специфічних комплексів в'язкісно-міцнісних властивостей.

Перша група: різальні вимірювальні інструменти та штампи для холодного штампування. Від їхнього матеріалу потрібні висока твердість і невеликий запас в'язкості. Другу групу складають пружини та ресори, від матеріалу яких вимагається поєднання високої межі пружності із задовільною в'язкістю. Третя група включає більшість деталей машин, що зазнають статичних і особливо динамічних або циклічних навантажень. При тривалій експлуатації виробів від їхнього матеріалу потрібне поєднання задовільних властивостей міцності з максимальними показниками в'язкості.

Залежно від температури нагріву існує три види відпустки: низькотемпературна (низька), середньотемпературна (середня) і високотемпературна (висока). Перевагою точкової структури є більш сприятливе поєднання міцності та пластичності.

При низькій відпустці (нагрів до температури 200-300°) у структурі сталі в основному залишається мартенсит, крім того, починається виділення карбідів заліза з твердого розчину вуглецю в б-залізі та початкове скупчення їх невеликими групами. Це спричиняє деяке зменшення твердості та збільшення пластичних і в'язких властивостей сталі, а також зменшення внутрішніх напруг у деталях.

Для низької відпустки деталі витримують протягом певного часу, зазвичай, в масляних або соляних ваннах. Низька відпустка застосовується для різального, вимірювального інструменту та зубчастих коліс. При середній та високій відпустці сталь зі стану мартенситу переходить у стан трооститу або сорбіту. Чим вища відпустка, тим менша твердість відпущеної сталі і тим більша її пластичність і в'язкість. При високій відпустці сталь отримує поєднання механічних властивостей, підвищення міцності, пластичність і в'язкість, тому високу відпустку сталі після гарту її на мартенсит називають ковальським штампом, пружин, ресор, а високий - для багатьох деталей, схильних до дії високої напруги.

Для деяких марок стали відпустку проводять після нормалізації. Цей відноситься до дрібнозернистої легованої доевтектоїдної сталі (особливо нікелевої), що має високу в'язкість і тому погану оброблюваність різальним інструментом. Для поліпшення оброблюваності виробляють нормалізацію сталі при підвищеній температурі (до 950-970°), внаслідок чого вона набуває великої структури (визначає кращу оброблюваність) і одночасно підвищену твердість (через малу критичну швидкість загартування нікелевої сталі). З метою зменшення твердості виробляють високу відпустку цієї сталі.

Мета відпустки - не просто усунути внутрішні напруження в загартованій сталі. При низькій відпустці мартенсит частково звільняється від атомів вуглецю, що пересичують його грати, основу мартенситу відпустки становить пересичений твердий розчин вуглецю.

Середньотемпературна (середня) відпустка проводиться за температури від 350 до 450 °C. При такому нагріванні завершується розпад мартенситу, що призводить до утворення нормальних за складом та внутрішньою будовою фериту та цементиту. Внаслідок недостатньої інтенсивності дифузійних процесів розмір зерен фаз, що утворюються, виявляється дуже малим.

Високотемпературна (висока) відпустка здійснюється за 500-650 °C. За таких умов нагрівання при дифузійних процесах, що посилилися, відбувається утворення більших зерен фериту і цементиту, що супроводжується зниженням щільності дислокацій і повним усуненням залишкових напруг.

Отриманий при високій відпустці продукт розпаду мартенситу, званий сорбітом відпустки, має максимальну для сталі в'язкістю.

Такий комплекс є ідеальним для деталей машин, що зазнають динамічних навантажень. Завдяки цій перевагі термічну обробку, що поєднує загартування та високу відпустку, здавна називають поліпшенням.

38. Хіміко-термічна обробка сталі. Призначення, види та загальні закономірності. Дифузійне насичення сплавів металами та неметалами

Хіміко-термічна обробка (ХТО) - обробка з поєднанням термічного та хімічного впливу для зміни складу, структури та властивостей поверхневого шару деталі у необхідному напрямку, при якому відбувається поверхневе насичення металевого матеріалу відповідним елементом (С, Т, В, Аl, Сг, Si , Т та ін) шляхом його дифузії в атомарному стані із зовнішнього середовища за високої температури.

ХТО металів і сплавів як з метою їх поверхневого зміцнення, так і для захисту від корозії підвищує надійність і довговічність деталей машин.

ХТО включає основні взаємопов'язані стадії:

1) утворення активних атомів у насичувальному середовищі та дифузію їх до поверхні оброблюваного металу;

2) адсорбційно-утворених активних атомів поверхнею насичення;

3) дифузійно-переміщення адсорбованих атомів усередині металу. Розвиток процесу дифузії призводить до утворення дифузійного шару - матеріалу деталі біля поверхні насичення, що відрізняється від вихідного за хімічним складом, структурою та властивостями.

Матеріал деталі під дифузійним шаром, не порушений впливом активного середовища, що насичує, називається серцевиною. Загальна товщина дифузійного шару – найкоротша відстань від поверхні насичення до серцевини. Ефективна товщина дифузійного шару - найкоротша відстань від поверхні насичення до мірної ділянки, яка відрізняється встановленим граничним номінальним значенням базового параметра.

Базовий параметр дифузійного шару - параметр матеріалу, що є критерієм зміни якості залежно від відстані від поверхні насичення. Перехідна зона дифузійного шару - прилегла до серцевини внутрішня частина дифузійного шару, протяжність якої визначається різницею загальної та ефективної товщин.

Етап ХТО – дифузія. У металах при утворенні твердих розчинів заміщення дифузія переважно відбувається за вакансійним механізмом. При утворенні твердих розчинів застосування реалізується механізм дифузії по міжвузлям.

Цементація сталі - ХТО, що полягає в дифузійному насиченні поверхневого шару сталі вуглецем при нагріванні в карбюризаторі, проводять при 930-950 °C, коли стійкий аустеніт, що розчиняє вуглець у великих кількостях.

Для цементації використовують низьковуглецеві, леговані сталі. Деталі надходять на цементацію після механічного оброблення з припуском на шліфування.

Основні види цементації - тверда та газова. Газова цементація є досконалішим технологічним процесом, ніж тверда. У разі газової цементації можна отримати задану концентрацію вуглецю у шарі; скорочується тривалість процесу; забезпечується можливість повної механізації та автоматизації процесу; спрощується термічна обробка деталей.

Термічна обробка необхідна щоб: виправити структуру та подрібнити зерно серцевини та цементованого шару; отримати високу твердість у цементованому шарі та гарні механічні властивості серцевини. Після цементації термічна обробка складається з подвійного загартування та відпустки. Недолік такої термообробки - складність технологічного процесу, можливість окислення та знеуглерожування.

Заключна операція - низька відпустка при 160-180 °C, що переводить мартенсит загартування в поверхневому шарі відпущений мартенсит, що знімає напруги і покращує механічні властивості.

Азотування сталі - ХТО, що полягає в дифузійному насиченні поверхневого шару стали азотом при нагріванні у відповідному середовищі. Твердість азотованого шару стали вищою, ніж цементованого, і зберігається при нагріванні до високих температур (450-500 °C), тоді як твердість цементованого шару, що має мартенситну структуру, зберігається до 200-225 °C. Азотування частіше проводять за 500-600 °C.

Дифузійне насичення сплавів металами та неметалами

Борірування - насичення поверхні металів та сплавів бором з метою підвищення твердості, зносостійкості, корозійної стійкості. Боруванню піддають сталі перлітного, феритного та аустенітного класів, тугоплавкі метали та нікелеві сплави.

Силікування. В результаті дифузійного насичення поверхні кремнієм підвищуються корозійна стійкість, жаростійкість, твердість та зносостійкість металів та сплавів.

Хромування – насичення поверхні виробів хромом. Дифузійного хромування піддають чавуни, сталі різних класів, сплави на основі нікелю, молібдену, вольфраму, ніобію, кобальту та метал-локерамічні матеріали. Хромування здійснюють у вакуумних камерах при 1420 °C.

Алітування - процес дифузійного насичення поверхні виробів алюмінієм з метою підвищення жаростійкості, корозійної та ерозійної стійкості. При алітуванні заліза та сталей спостерігається плавне падіння концентрації алюмінію за товщиною шару.

Призначення поверхневого гарту - підвищення твердості, зносостійкості та межі витривалості поверхні виробів, що обробляються. При цьому серцевина залишається в'язкою і виріб сприймає ударні навантаження.

39. Старіння. Призначення, зміна мікроструктури та властивостей сплавів при старінні

Відпустка та старіння - це різновиди термічної обробки, в результаті якої відбувається зміна властивостей загартованих сплавів.

Термін відпустку прийнято застосовувати тільки до тих сплавів, які були піддані загартування з поліморфним перетворенням, а термін старіння - у разі загартування без поліморфного перетворення (після такого загартування фіксується твердий пересичений розчин).

Мета відпустки стали – покращення її властивостей. Відпустка сталі пом'якшує дію загартування, зменшує або знімає залишкову напругу, підвищує в'язкість, зменшує твердість і крихкість сталі. Відпустка проводиться шляхом нагрівання деталей, загартованих на мартенсит до температури нижче за критичну.

На відміну від відпустки, після старіння збільшуються міцність, твердість, зменшується пластичність.

Головний процес при старінні – це розпад пересиченого твердого розчину, який виходить у результаті загартування.

Таким чином, старіння сплавів пов'язане зі змінною розчинністю надмірної фази, а зміцнення при старінні відбувається в результаті дисперсних виділень при розпаді пересиченого твердого розчину і виникають при цьому внутрішніх напруг.

У сплавах, що старіють, виділення з пересичених твердих розчинів зустрічаються в наступних основних формах: тонкопластинчастої (дископодібної), рівноосної (зазвичай сферичної або кубічної) і голчастої. Енергія пружних спотворень мінімальна виділень у вигляді тонких пластин - лінз. Основне призначення старіння - підвищення міцності та стабілізація властивостей.

Розрізняють старіння природне, штучне та після пластичної деформації.

Природне старіння - це мимовільне підвищення міцності (і зменшення пластичності) загартованого металу, що відбувається у його витримки за нормальної температурі. Нагрів сплаву збільшує рухливість атомів, що прискорює процес.

Тверді розчини за низьких температур найчастіше розпадаються до стадії утворення зон. Дані зони є дисперсними областями, які збагачені надлишковим компонентом. Вони зберігають кристалічну структуру, яку мав початковий розчин. Зони звуться на честь Гіньє і Престона. При використанні електронної мікроскопії дані зони можна спостерігати в сплавах Al-Ag, які мають вигляд сферичних частинок діаметром ~10А. Спалави Al – Cu мають зони-пластини, які мають товщину <10А.

Штучне старіння - це підвищення міцності, що відбувається у процесі витримки за підвищених температур. Якщо загартований сплав, що має структуру пересиченого твердого розчину, піддати пластичній деформації, то це прискорює процеси, що протікають при старінні. Цей вид старіння зветься деформаційним. Термічна обробка алюмінієвих сплавів складається з двох циклів - загартування та старіння. Старіння охоплює всі процеси, що відбуваються в пересиченому твердому розчині, - процеси, що готують виділення, та процеси виділення. Перетворення, у якому відбуваються лише процеси виділення, називається дисперсійним твердінням.

Для практики велике значення має інкубаційний період - час, протягом якого в загартованому сплаві відбуваються підготовчі процеси, час, протягом якого загартований метал зберігає високу пластичність. Це дозволяє проводити холодну деформацію безпосередньо після загартування.

Якщо за старіння відбуваються лише процеси виділення, без складних підготовчих процесів, таке явище називають дисперсійним твердінням.

Практичне значення явища старіння сплавів дуже велике. Так, після старіння збільшується міцність та зменшується пластичність низьковуглецевої сталі в результаті дисперсних виділень у ферриті цементиту третинного та нітридів.

Старіння є основним способом зміцнення алюмінієвих сплавів, деяких сплавів міді, а також багатьох жароміцних та інших сплавів. В даний час все більш широко використовують мартенситностаріючі сплави.

Сьогодні досить часто замість терміна "природне старіння" використовують термін - "низькотемпературне старіння", а замість "штучного старіння" - "високотемпературне старіння". Найпершими металами, які були зміцнені за допомогою старіння, були алюмінієві сплави. Зміцнення проводилося за температури вище 100 °C.

У різних температурних інтервалах спостерігаються розбіжності у процесі розпаду. Тому для отримання оптимального комплексу властивостей у сплавах застосовується складне старіння, що проходить у певній послідовності, за низьких і високих температур.

Старіння сплавів, викликане процесом розпаду пересиченого твердого розчину, є найважливішим. Після охолодження сплавів утворюється стан пересичення твердого розчину. Це викликано тим, що за високої температури збільшується розчинність домішок і легуючих компонентів.

40. Класифікація та маркування легованих сталей. Вплив легуючих елементів на перетворення, мікроструктуру та властивості сталі; принципи розробки легованих сталей

Легована сталь - це сталь, яка містить крім вуглецю та звичайних домішок, інші елементи, що покращують її властивості.

Для легування сталі застосовують хром, нікель, марганець, кремній, вольфрам, молібден, ванадій, кобальт, титан, алюміній, мідь та інші елементи. Марганець вважається легуючим компонентом лише за вмісту його сталі більше 1 %, а кремній - за вмісту понад 0,8 %.

У сталь вводяться легуючі елементи, які змінюють її механічні, фізичні та хімічні властивості, а також залежно від призначення сталі вводять в неї елементи, що змінюють властивості в потрібному напрямку.

Легована сталь багатьох марок набуває високих фізико-механічних властивостей тільки після термічної обробки.

За сумарною кількістю легуючих елементів, що містяться в сталі, вона ділиться на низьколеговану (сумарний вміст легуючих елементів менше 2,5%) середньолеговану (від 2,5 до 10%) та високолеговану (понад 10%).

Недоліком вуглецевої сталі є те, що ця сталь не має необхідного поєднання механічних властивостей. Зі збільшенням вмісту вуглецю збільшуються міцність та твердість, але одночасно різко зменшуються пластичність та в'язкість, зростає крихкість. Ріжучі інструменти з вуглецевої сталі дуже тендітні і непридатні для виконання операції з ударним навантаженням на інструмент.

Вуглецева сталь часто не відповідає вимогам відповідального машинобудування та інструментального виробництва. У разі необхідно застосовувати леговану сталь.

Легуючі елементи по відношенню до вуглецю поділяються на дві групи:

1) елементи, що утворюють з вуглецем стійкі хімічні сполуки – карбіди (хром, марганець, молібден, вольфрам, титан); карбіди можуть бути прості (наприклад, Сг₄ С) або складні леговані (наприклад, ((FеСг)7С3); твердість їх зазвичай вище твердості карбіду заліза, а крихкість нижче;

2) елементи, що не утворюють у присутності заліза карбідів та входять у твердий розчин – ферит (нікель, кремній, кобальт, алюміній, мідь).

За призначенням леговану сталь ділять на конструкційну, інструментальну та сталь з особливими фізикохімічними властивостями.

Конструкційну сталь застосовують виготовлення деталей машин; вона ділиться на цементовану (що піддається цементації) і поліпшується (що піддається поліпшенню - загартування і високу відпустку). До сталей з особливими властивостями відносять: нержавіючі, жаростійкі, кислотостійкі, зносостійкі, з особливими магнітними та електричними властивостями.

Маркування за ГОСТом для позначення легуючих елементів: Х - хром, Н - нікель, Г - марганець, С - кремній, В - вольфрам, М - молібден, К - кобальт.

Для сталі конструкційної легованої прийнято маркування, за якою перші дві цифри показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка, літери - наявність відповідних легуючих елементів, а цифри, що йдуть за літерами, - процентний вміст цих компонентів сталі. Якщо після будь-якої літери відсутня цифра, то зміст даного елемента стали приблизно дорівнює 1 %. Якщо цифра відсутня, то сталь містить близько 1% або більше вуглецю.

Для позначення високоякісної сталі в кінці маркування додають букву А. Високоякісна сталь містить менше сірки та фосфору, ніж звичайна якісна.

Сталі спеціального призначення мають особливе маркування з літер, які ставляться попереду: Ш - шарикопідшипникова, Р - швидкорізальна, Ж - хромова нержавіюча феритного класу, Я - нержавіюча хромонікелева аустенітного класу, Е - електротехнічна сталь.

Багато стали можна віднести до машинобудівних матеріалів, які мають досить високі якості міцності. До таких сталей відносяться: вуглецеві сталі, нізголеговані сталі, високоміцні середньолеговані сталі, високоміцні високолеговані (мартенситно-старіючі) сталі.

Всі леговані сталі можна розділити на групи залежно від чотирьох ознак: за рівноважною структурою сталі, за структурою після охолодження сталі на повітрі, за складом сталі, за призначенням сталі.

Залежно від того, скільки вуглецю міститься в сталі, розрізняють такі види: маловуглецеві до 0.1-0.2 %, середньовуглецеві і високовуглецеві 0.6-1.7 % С.

Структура сталей може бути доевтектоїдної (ферит + перліт), евтектоїдної (перліт) і заевтектоїдної (перліт + цементит) сталі.

Існує три способи виплавки сталі: киплячий, спокійний, спокійний способи. При киплячому способі структурі сталі містяться у великій кількості газові бульбашки, які є результатом розкислення сталі у виливницях і виділення СО.

Сталі також отримують при використанні конвертерів, електропеч, установки безперервного розливання.

41. Конструкційні сталі: будівельні, машинобудівні, високоміцні. Інструментальні сталі: сталі для різального інструменту, підшипникові, штампові

Вуглецеві інструментальні сталі У8, У10, У11, У12 внаслідок малої стійкості переохолодженого аустеніту мають невелику прожарювання, їх застосовують для інструментів невеликих розмірів.

Сталі У10, У11, У12 застосовують для ріжучого інструменту (свердла, напилки), У7 та У8 - для деревообробного інструменту. Сталі можна використовувати як різальний інструмент тільки для різання з малою швидкістю, так як їх висока твердість (У10-У12-62-63НРС) сильно знижується при нагріванні вище 190-200 °C.

Леговані стали підвищеної прожарюваності, що не володіють теплостійкістю (11ХФ, 13Х, ХВСГ, 9ХС, Х, В2Ф), придатні для різання матеріалів невисокої міцності, їх використовують для інструменту, який не піддається роботі нагрівання. Леговані сталі в порівнянні з вуглецевими мають більшу прожарювання.

Швидкорізальні сталі (Р6М5, Р12Ф3, Р8М3) мають високу теплостійкість і мають високу твердість, міцність і зносостійкість при підвищених температурах, що виникають в різальній кромці при різанні з великою швидкістю. Основними легуючими елементами цих сталей є вольфрам, молібден, кобальт та ванадій.

Вуглецева сталь поділяється на конструкційну (м'яку та сталь середньої твердості) та інструментальну (тверду) сталь.

Конструкційна сталь за ГОСТом поділяється на:

1) сталь вуглецева звичайної якості, гарячекатана, що виплавляється мартенівським або безсемерівським способом;

2) сталь вуглецева якісна машинобудівна, гарячекатана та кована, що виплавляється в мартенівських або електричних печах. Ця сталь використовується виготовлення більш відповідальних деталей машин і механізмів.

Для виготовлення відповідальних деталей машин та металевих конструкцій застосовують конструкційну леговану сталь.

Потрійна легована сталь. Хром як легуючий компонент сприяє збільшенню міцності сталі і є відносно дешевим. Хром повідомляє сталі хорошу опірність зношування, а зі збільшенням кількості вуглецю - високу твердість внаслідок утворення карбідів.

Низько- та середньолегована хромова сталь широко застосовується в авіа-, авто- та тракторобудуванні, а також в інших галузях машинобудування для виготовлення осей, валів, зубчастих коліс та інших деталей.

Хромова сталь при вмісті 0,4-1,65% Сг та 0,95-1,15% С утворює групу шарикопідшипникових сталей. Низьколеговану хромову сталь застосовують також виготовлення інструментів. Високолегована хромова сталь є нержавіючою і відрізняється стійкістю проти корозії не тільки на повітрі, а й у агресивних середовищах. Вона зберігає міцність за підвищених температур і застосовується для виготовлення лопаток турбін, циліндрів високого тиску, труб пароперегрівачів.

Нікель - прекрасний легуючий елемент, але він дуже дорогий і дефіцитний. Його намагаються застосовувати у поєднанні з хромом та марганцем. Нікель збільшує міцність, в'язкість і твердість (після загартування) сталі, мало знижуючи пластичність, сильно підвищує прожарювання і корозійну стійкість. Після гарту та низької відпустки нікелева сталь має високу твердість, але не має крихкості.

Низько-і середньолеговану нікелеву сталь застосовують у автобудуванні та відповідальному машинобудуванні. Високолегована нікелева сталь відрізняється особливими властивостями. При вмісті кремнію понад 0,8% підвищується міцність, пружність та твердість сталі, знижуючи її в'язкість.

Низьковуглецеву кремнисту сталь застосовують для спорудження мостів і не піддають термічній обробці.

Сталь 55С2, 6 ° C2 застосовують для виготовлення пружин та ресор. Після гарту та відпустки ця сталь відрізняється високою межею міцності та пружності.

Марганець підвищує твердість і міцність сталі, збільшує її прожарювання і покращує зварюваність. Легованою марганцевою сталлю називають сталь, що містить щонайменше 1 % Мп. У практиці застосовують низьколеговану та високолеговану марганцеву сталь.

Широкого поширення набула високолегована сталь марки Г13, яка має дуже високу в'язкість і опір ударному стирання: з неї виготовляють стрілки і хрестовини залізниць, козирки землечерпальних машин.

Інструментальна легована сталь. Для кожного виду інструменту необхідно застосовувати сталь, що найбільше підходить за своїми якостями до даних умов роботи.

Низьколегована сталь для різального інструменту за своєю ріжучою здатністю не відрізняється від вуглецевої сталі та застосовується при невеликих швидкостях різання.

Поширені марки низьколегованої сталі для різальних інструментів є:

1) сталь марки Х – хромова (для виготовлення різців, свердлів);

2) сталь марки 9ХС - хромокремниста (для виготовлення різців, свердел);

3) сталь марки В1 – вольфрамова (для виготовлення спіральних свердлів, розгорток).

42. Нержавіючі, теплостійкі та жароміцні, холодостійкі, електротехнічні та зносостійкі сталі

Корозійна стійкість сталі підвищується, якщо вміст вуглецю знизити до мінімально можливої кількості та ввести легуючий елемент, що утворює із залізом тверді розчини, у такій кількості, при якому підвищиться електродний потенціал сплаву. Сталь, стійку проти атмосферної корозії, називають нержавіючою. Сталь або сплав, що мають високу стійкість при корозійному впливі кислот, солей, лугів та інших агресивних середовищ, називають кислотостійкими.

Корозія - це руйнування металів через взаємодію електрохімічної взаємодії їх із навколишнім середовищем. Конструкційні матеріали мають високу корозійну стійкість. Вуглецеві та низьколеговані стали нестійкі проти корозії в атмосфері, воді та інших середовищах. Корозійно-стійкими називають метали та сплави, які здатні чинити опір корозійному впливу середовища.

Хром - основний легуючий елемент, що робить сталь корозійностійкою в окислювальних середовищах.

Жаростійкість - це здатність металів і сплавів чинити опір корозійному впливу газів при високих температурах. Корозійний вплив газів призводить до окислення сталі за високої температури. На інтенсивність окислення впливають склад та будова оксидної плівки. Якщо плівка пориста, то окислення відбувається інтенсивно, якщо щільна – уповільнено чи взагалі припиняється.

Для отримання щільної оксидної плівки, яка перешкоджає проникненню кисню в глиб сталі, її легують хромом, кремнієм або алюмінієм. Чим більше легуючого елемента в сталі, тим вище її жаростійкість.

Теплостійкість. Для інструментального матеріалу вона визначається найвищою температурою, за якої він зберігає свої ріжучі властивості. Теплостійкість інструментальних матеріалів становить від 200 до 1500о С. За ступенем зменшення теплостійкості матеріали розташовуються в наступному порядку: надтверді, ріжуча кераміка, тверді сплави, швидкорізальні, леговані, вуглецеві сталі. Навіть при дії протягом тривалого часу температур високі жароміцні властивості повинні залишатися на колишньому рівні. Метал гарячих штампів повинен чинити опір відпустці.

Жароміцність - це здатність стали чинити опір механічним навантаженням при високих температурах. До жароміцних відносять сталі і сплави, здатні працювати в навантаженому стані за високих температур протягом тривалого часу. Жароміцні стали зазвичай одночасно і жаростійкі.

Повзучість - це деформація, що збільшується під тривалою дією постійного навантаження та високої температури. Для вуглецевих та легованих конструкційних сталей повзучість спостерігається за температур вище 350 °C.

Повзучість характеризується межею повзучості, під яким розуміють напругу, що викликає деформацію сталі певну величину за певний час при заданій температурі.

Жароміцні сплави. Розвиток жароміцних нікелевих сплавів почалося з невеликих добавок титану та алюмінію до звичайного ніхрому. Додавання менше 2% титану та алюмінію без термічної обробки помітно підвищує показники повзучості ніхрому при температурах близько 700 °C.

Жароміцні нікелеві сплави поділяють на деформовані та ливарні. Жароміцні властивості сплавів, що деформуються, формуються при термічній обробці. Ливарні жароміцні нікелеві сплави за складом подібні до деформованих, але зазвичай містять більшу кількість алюмінію і титану.

Холодостійкість - здатність металу чинити опір деформації та руйнуванню, які можуть виникнути під впливом низьких температур.

Електротехнічна сталь є тонколистовою м'якої м'якою сталлю. З неї виготовляють осердя електротехнічного обладнання. До складу цієї сталі входить кремній. Розрізняють холоднокатану та гарячекатану електротехнічну сталь, а також динамну та трансформаторну. Для легування електротехнічної сталі використовують 0,5 % Al.

Зносостійка сталь. Для деталей, що працюють в умовах абразивного зношування, високих тисків і ударів (траки гусеничних машин, щоки дробарок, перекладні стрілки залізничних та трамвайних колій), застосовують високомарганцеву литу сталь 110Г13Л аустенітної структури, що містить 0,9% М і 11,5.

У литому стані структура сталі складається з аустеніту і карбідів типу (Ре, Мп)3С, що виділяються по межах аустенітних зерен, і її міцність і ударна в'язкість сильно знижені, тому литі деталі піддають загартування з нагріванням до 1100 ° C та охолодження у воді. За такої температури карбіди розчиняються в аустеніті і сталь набуває більш стійкої аустенітної структури.

В умовах ударного впливу та абразивного зношування в поверхневому шарі сталі утворюються дефекти кристалічної будови (дислокації, дефекти пакування), що призводить до поверхневого зміцнення. Підвищення твердості та зносостійкості в результаті наклепу можливе при ударних навантаженнях та холодній пластичній деформації.

Через наклеп сталь 110Г13Л погано обробляється різанням, тому деталі або вироби з даної сталі доцільно виготовляти литтям без подальшої механічної обробки. Літера Л наприкінці марки цієї сталі означає "ливарна".

43. Маркування, структура, властивості та галузі застосування кольорових металів та їх сплавів

До кольорових металів відносяться мідь, алюміній, магній, титан, свинець, цинк і олово, які мають цінні властивості і застосовуються в промисловості, незважаючи на відносно високу вартість. Іноді, коли це можливо, кольорові метали замінюють на чорні метали або неметалеві матеріали (наприклад, пластмаси).

Виділяють такі групи кольорових металів та сплавів: легкі метали та сплави (з щільністю 3.0 г/см3); мідні сплави та спеціальні кольорові сплави - мельхіор, незильбер, дорогоцінні сплави тощо.

У промисловості із застосування мідь посідає одне з перших місць серед кольорових металів. Властивості міді – висока пластичність, електропровідність, теплопровідність, підвищена корозійна стійкість. Мідь використовується в електромашинобудуванні, виготовленні кабелів та дротів для передачі електроенергії і служить основою для виготовлення різних сплавів, що широко застосовуються в машинобудуванні.

Алюміній - легкий метал, який має високу пластичність, хорошу електропровідність і корозійну стійкість. Застосовується для виготовлення електропроводів, посуду, для запобігання іншим металам та сплавам від окислення шляхом плакування. У машинобудуванні чистий алюміній застосовується мало, тому що має невисокі механічні властивості. Алюміній є основою для отримання багатьох сплавів, що широко застосовуються в літакобудуванні, авто- і вагонобудуванні, приладобудуванні. Алюмінієві сплави бувають деформованими (що зміцнюються за допомогою термічної обробки та не зміцнюються) та ливарними. Дюралюміній - найпоширеніший сплав, який використовується у деформованому вигляді та зміцнюється за допомогою термічної обробки.

Магній є найпоширенішим металом, має сріблясто-білий колір. Велика перевага магнію у тому, що це дуже легкий метал. Головним недоліком є його мала стійкість до корозії. Чистий магній не знайшов поширення в техніці, але застосовується як основа для виробництва легких сплавів.

Встановлено такі марки кольорових металів (ГОСТ):

алюміній - АВ1, АВ2, АОО, АТ, А1, А2 та А3;

мідь - МО, М1, М2, МЕ, М4;

олово - 01, 02, ОЕ та 04; свинець - СВ, ЗІ, С1, С2, С3, С4;

цинк – ЦВ, ЦО, Ц1, Ц2, Ц3, Ц4;

магній – Мг1, Мг2.

Латунь. У порівнянні з чистою міддю латуні мають велику міцність, пластичність і твердість, вони більш рідкі і корозійностійкі.

Крім простої латуні застосовуються спеціальні латуні з добавками заліза, марганцю, нікелю, олова, кремнію. Кількість легуючих компонентів у спеціальних латунях не перевищує 7-8%. Спеціальні латуні мають підвищені механічні властивості; деякі з них за міцністю не поступаються середньовуглецевої сталі.

За ГОСТом латуні позначаються буквою Л і цифрою, що вказує на кількість міді в сплаві.

Позначення легуючих компонентів таке: Ж - залізо; Н – нікель; О - олово; К – кремній; С – свинець. Кількість легуючого компонента вказується цифрами.

Латуні бувають ливарні (застосовувані для фасонного лиття) і оброблюються тиском. Латунь застосовують виготовлення листів, дроту, гільз, штампованої арматури, посуду.

Бронзи бувають: олов'яні, алюмінієві, крем'янисті, нікелеві. Олов'яні бронзи мають високу корозійну стійкість, хорошу рідину і підвищені антифрикційні властивості. З них виготовляють виливки. Прості олов'яні бронзи застосовуються рідко, оскільки запровадженням додаткових елементів (цинку, свинцю, нікелю) можна досягти кращих властивостей при меншому вмісті дефіцитного олова.

За ГОСТом олов'яні бронзи маркуються літерами БрО та цифрою, що показує зміст олова; наступні літери та цифри показують наявність та кількість у бронзі додаткових елементів. Для позначення додаткових елементів застосовують ті ж літери, що і маркування спеціальної латуні; Цинк позначається літерою Ц, а фосфор літерою Ф.

Олово - дорогий метал і практично застосовується рідко. Замінниками олов'яної бронзи є алюмінієва, кремниста, марганцева та інші бронзи.

Алюмінієва бронза застосовується із вмістом до 11% А1. По структурі бронза переважно (до 9,7 % А1) однофазна і представляє твердий розчин алюмінію в міді. За механічними властивостями алюмінієва бронза краща за олов'яну, вона має пластичність, корозійну стійкість і зносостійкість.

Недолік - велика усадка при охолодженні від рідкого стану, а також у легкому утворенні оксидів алюмінію в рідкій бронзі, що погіршує її рідину. Додаткові елементи (залізо, марганець) підвищують її механічні властивості. Кремниста бронза відноситься до однорідних сплавів - твердих розчинів, має високі механічні та ливарні властивості. Замінює олов'яну бронзу. Для підвищення властивостей у крем'янисті бронзи вводяться марганець, нікель.

44. Алюміній; вплив домішок на властивості алюмінію; деформовані та ливарні алюмінієві сплави

Алюміній відрізняють низька щільність, високі тепло- та електропровідність, хороша корозійна стійкість у багатьох середовищах за рахунок утворення на поверхні металу щільної оксидної плівки Аl₂0₃. Технічний відпалений алюміній АДМ зміцнюється холодною пластичною деформацією.

Алюміній високопластичний і легко обробляється тиском, проте при обробці різанням виникають ускладнення, однією з причин є налипання металу на інструмент.

Залежно від того, які домішки є в алюмінії, спостерігаються зміни його корозійних, фізичних, механічних та технологічних властивостей. Більшість домішок негативно впливають на електропровідність алюмінію. Найбільш поширені домішки: залізо, кремній. Залізо, поряд з електропровідністю, знижує пластичність та корозійну стійкість, підвищує властивості міцності алюмінію. Присутність заліза в металах алюмінію з кремнієм і магнієм негативно позначається на властивостях сплаву. Тільки в тих сплавах алюмінію, де є нікель, залізо вважається корисною домішкою.

Найбільш поширена домішка в алюмінієвих сплавах – кремній. Цей метал, а також мідь, магній, цинк, марганець, нікель і хром вводять в алюмінієві сплави як основні компоненти. З'єднання CuAl₂,Mg₂Si, CuMgAl₂- Ефективно зміцнюють алюмінієві сплави.

Основні легуючі елементи у алюмінієвих сплавах. Марганець підвищує корозійну стійкість. Кремній є основним легуючим елементом у ряді ливарних алюмінієвих сплавів (силумінів), оскільки він бере участь у освіті евтектики.

Ni, Ti, Сг, Fе підвищують жароміцність сплавів, загальмовуючи процеси дифузії та утворюючи стабільні складнолеговані зміцнюючі фази. Літій у сплавах сприяє зростанню їх модуля пружності. Разом з тим магній та марганець знижують тепло- та електропровідність алюмінію, а залізо – його корозійну стійкість.

Маркування алюмінієвих сплавів. В даний час одночасно застосовують два маркування сплавів: старе буквено-цифрове і нове цифрове. Поруч із є буквенно-цифровая маркування технологічної обробки напівфабрикатів і виробів, яка якісно відбиває механічні, хімічні та інші властивості сплаву.

Класифікація алюмінієвих сплавів. Алюмінієві сплави в основному поділяються на деформовані та ливарні, оскільки у виробництві порошкових сплавів та композиційних матеріалів використовуються процеси пластичної деформації та лиття.

Алюмінієві сплави поділяють наскільки можна зміцнюватися термічної обробкою на зміцнювані і не зміцнювані. Вони можуть зазнавати гомогенізаційного, рекристалізаційного та розміцнюючого відпалу.

Хорошим поєднанням міцності та пластичності відрізняються сплави системи Аl-Сu-Мg – дюралюміни Д1, Д16, Д18, Д19 та ін. Термічна обробка зміцнює дюралюміни, підвищує їх зварюваність точковим зварюванням. Вони задовільно обробляються різанням, але мають схильність до міжкристалітної корозії після нагрівання. Значне підвищення корозійної стійкості сплавів досягається плакуванням.

В авіації дюралюміни застосовують виготовлення лопатей повітряних гвинтів (Д1), силових елементів конструкцій літаків (Д16, Д19).

Високоміцні сплави системи Аl-Zn-Мg-Сu (В93, В95, В96Ц) характеризуються великими значеннями тимчасового опору (до 700 МПа). При цьому достатня пластичність, тріщиностійкість і опір корозії досягаються режимами ступеня коагуляційного старіння (Т2, ТЗ), а також застосуванням сплавів підвищеної (В95кч) і особливої (В95оч) чистоти.

Високомодульний сплав 1420 має завдяки легуванню алюмінію літієм і магнієм (система Аl-М-Li) зниженою (на 11%) щільністю та одночасно підвищеним (на 4%) модулем пружності.

Ковочні сплави АК6 і АК8 (система Аl-М-Si-Cu) при гарячій обробці тиском мають високу пластичність. Вони задовільно зварюються, добре обробляються різанням, але під напругою схильні до корозії. Для забезпечення корозійної стійкості деталі із сплавів АК6 та АК8 анодують або покривають лакофарбовими матеріалами. З кувальних сплавів виготовляють куванням та штампуванням деталі літаків, що працюють під навантаженням. Ці сплави здатні працювати при кріогенних температурах.

Жароміцні алюмінієві сплави системи А1-Сі-Мп (Д20, Д21) та Аl-Сu-Мg-Fе-Ni (АК4-1) застосовують для виготовлення деталей (поршні, головки циліндрів, диски), що працюють при підвищених температурах (до 300° C). Жароміцність досягається за рахунок легування сплавів нікелем, залізом і титаном, що загальмовують дифузійні процеси і утворюють складнолеговані дрібнодисперсні зміцнювальні фази, стійкі до коагуляції при нагріванні. Сплави мають високу пластичність і технологічність в гарячому стані.

Ливарні алюмінієві метали.

Основні вимоги до сплавів для фасонного лиття - це поєднання хороших ливарних властивостей (високої рідини, невеликої усадки, малої схильності до утворення гарячих тріщин та пористості) з оптимальними механічними та хімічними (опір корозії) властивостями. Кращими ливарними властивостями мають сплави евтектичного складу.

45. Мідь; вплив домішок на властивості міді. Латуні, бронзи, мідно-нікелеві сплави

Мідь - це метал червоного, в зламі рожевого кольору, має температуру плавлення 1083о С. Кристалічна решітка ГЦК з періодом 0,31607 ям. Щільність міді 8,94 г/см3. Мідь має високу електропровідність і теплопровідність. Питомий електричний опір міді 0,0175 мкОм.

Марки міді: М00 (99,99% Сі), МО (99,97% Сі), М1 (99,9% Сі), М2 (99,7% Сі), М3 (99,50% Сі). Домішки, що присутні в міді, мають великий вплив на її властивості.

За характером взаємодії домішок із міддю їх можна розділяти втричі групи.

1. Домішки, що утворюють із міддю тверді розчини: Ni, Zn, Sb, Fе. Ці домішки (особливо Sb) різко знижують електропровідність і теплопровідність міді, тому для провідників струму застосовують мідь М0 і М1. Сурма ускладнює гарячу обробку тиском.

2. Домішки Pb, Bi та інші, що практично не розчиняються в міді, утворюють в ній легкоплавкі евтектики, які, виділяючись по межах зерен, ускладнюють обробку тиском.

При вмісті 0,005% Ві мідь руйнується при гарячій обробці тиском, при вищому вмісті вісмуту мідь стає холоднокламкою; на електропровідність ці домішки мають невеликий вплив.

3. Домішки кисню та сірки, що утворюють з міддю тендітні хімічні сполуки Сu₂Про і Сu₂S, що входять до складу евтектики. Якщо кисень перебуває у розчині, він зменшує електропровідність, а сірка не впливає неї. Сірка покращує оброблюваність міді різанням, а кисень, якщо він присутній у міді, утворює закис міді та викликає "водневу хворобу".

При нагріванні міді в атмосфері, що містить водень, відбувається його дифузія в глиб міді. Якщо в міді присутні включення Сі₂О, вони реагують з воднем, у результаті утворюються пари води. Дві основні групи мідних сплавів: латуні – сплави міді з цинком; Бронзи – сплави міді з іншими елементами.

Латуні – це багатокомпонентні сплави на основі міді, де основним компонентом є цинк. Технічні латуні містять до 40-45% Zn. До однофазних б-латунь, які легко деформуються в холодному і гарячому стані, відносяться Л96 (томпак), Л80 (напівтомпак), Л68, що має найбільшу пластичність. Двофазні (α + β) - латуні, Л59 і Л60 менш пластичні у холодному стані та їх піддають гарячій обробці тиском.

За технологічною ознакою латуні поділяють на дві групи: деформовані та ливарні. Ливарні латуні мало схильні до ліквідації і мають антифрикційні властивості.

Деформовані латуні мають високі корозійні властивості в атмосферних умовах.

Латуні, призначення яких для фасонного лиття містять велику кількість спеціальних присадок, що покращують їх ливарні властивості.

Олов'яні бронзи. Сплави, багаті на олов, дуже крихкі. Олов'яні бронзи зазвичай легують Zn, Ре, P, Pb, Ni та іншими елементами. Цинк покращує технологічні властивості бронзи та здешевлює бронзу. Фосфор покращує ливарні властивості. Нікель підвищує механічні властивості, корозійну стійкість та щільність виливків та зменшує ліквацію. Залізо подрібнює зерно, але погіршує технологічні властивості бронз та опір корозії.

Розрізняють деформовані та ливарні олов'яні бронзи, які мають гарні ливарні властивості. Двофазні бронзи мають високі антифрикційні властивості. Їх застосовують виготовлення антифрикційних деталей.

Нікелеві сплави поширені в машинобудуванні. Нікель повідомляє міді підвищену стійкість проти корозії та покращує її механічні та ливарні властивості. Бронзи, що містять лише нікель, не застосовуються через високу вартість нікелю. Нікель вводиться у поєднанні з іншими елементами.

У промисловості поширені нікелеві сплави, які мають назви: мельхіор (сплав міді з 18-20% нікелю) - застосовується для гільз, має білий колір та високу корозійну стійкість; константан – сплав міді з 39-41 % нікелю. Константан має великий електричний опір та застосовується у вигляді дротів та стрічок для реостатів, електровимірювальних приладів.

Мідь та її сплави знаходять широке застосування в електротехніці, електроніці, приладобудуванні, ливарному виробництві, двигунобудуванні. Так, 50% отриманої міді споживається електротехнічною та електронною галузями промисловості. Вона стоїть на другому місці (слід за алюмінієм) за обсягом виробництва серед кольорових металів.

Технічні та технологічні властивості міді: високі електро- та теплопровідність, достатня корозійна стійкість, хороша оброблюваність тиском, зварюваність усіма видами зварювання, добре піддається пайці, легко полірується. У чистої міді невелика міцність та висока пластичність. До недоліків міді належать:

- висока вартість;

- Значна щільність;

- велика усадка під час лиття;

- горячеломкость;

- Складність обробки різанням.

46. Магній та його сплави

Магній є хімічно активним металом: оксидна плівка МдО, що утворюється на повітрі, в силу вищої щільності, ніж у самого магнію, розтріскується і не має захисних властивостей; порошок і стружка магнію легко спалахують; гарячий та розплавлений магній при контакті з водою відбувається вибух.

Магній і його сплави погано чинять опір корозії, мають знижену рідинну плинність при литті, пластично деформуються лише при підвищених температурах (225 °C і більше). Останнє зумовлено тим, що зрушення в гексагональних гратах магнію при низьких температурах здійснюється лише за площиною базису (основа шестигранної призми). Нагрів до 200-300 °C призводить до появи додаткових площин ковзання і, відповідно, підвищення пластичності. Мала дифузійна рухливість атомів у магнієвих сплавах призводить до уповільнення фазових перетворень у них. Тому термічна обробка (дифузійний чи рекристалізаційний відпал, загартування, старіння) потребує великих витримок (до 24 год).

У той же час магнієві сплави характеризуються високою питомою міцністю, добре поглинають вібрації, не взаємодіють із ураном. Вони добре обробляються різанням і задовільно зварюються аргонодугової та контактної.

зварювання. Основними легуючими елементами магнієвих сплавах є Мп, Al і Zn.

Марганець підвищує корозійну стійкість та зварюваність сплавів магнію. Алюміній і цинк дуже впливають на міцність і пластичність магнієвих сплавів: максимальні значення механічних характеристик досягаються при введенні в сплав 6-7% алюмінію або 4-6% цинку. Ці елементи (Al, Zn) утворюють з магнієм зміцнюючі фази, що виділяються в дрібнодисперсному вигляді після загартування зі старінням.

Цирконій, титан, лужноземельні (Са) та рідкісноземельні (Се, 1а) метали і торій подрібнюють зерно, розкислюють сплав, підвищують його жароміцність.

За технологією виготовлення виробів магнієві сплави поділяють на ливарні (маркування "МЛ") та деформовані ("МА"). Магнієві сплави зазнають різних видів термічної обробки.

Так, для усунення ліквації в литих сплавах (розчинення надлишкових фаз, що виділилися при литі і вирівнювання хімічного складу за обсягом зерен) проводять дифузійний відпал (гомогенізацію) фасонних виливків і злитків (400-490 °C, 10-24 год). Наклеп знімають рекристалізаційним відпалом при 250-350 "З, в процесі якого зменшується також анізотропія механічних властивостей, що виникла при пластичній деформації.

Магнієві сплави в залежності від складу можуть зміцнюватися загартуванням (часто з охолодженням на повітрі) та подальшим старінням при 150-200 про С (режим Тб). Ряд сплавів загартовується вже в процесі охолодження виливків або поковок і може відразу зміцнюватися штучним старінням (минаючи загартування). Але в більшості випадків обмежуються тільки гомогенізацією (загартуванням) при 380-540 ° C (режим Т4), тому що подальше старіння, підвищуючи на 20-35% міцність, призводить до зниження пластичності сплавів. Ливарні метали.

У литих магнієвих сплавах підвищення механічних властивостей домагаються подрібненням зерна у вигляді перегріву розплаву чи його модифікування добавками крейди чи магнезиту.

При цьому у розплаві утворюються тверді частинки, що стають центрами кристалізації. Для запобігання спалаху магнієвих сплавів їх плавку ведуть у залізних тиглях під шаром флюсу, а розлив - у парах сірчистого газу, що утворюється при введенні сірки в струмінь металу. При лиття в піщані форми суміш вводять спеціальні добавки (фториди алюмінію) для зменшення окислення магнію. Серед ливарних магнієвих сплавів широке застосування знайшли сплави МЛ5 та МЛ6, що відрізняються підвищеними ливарними та механічними властивостями. Вони можуть зміцнюватися як гомогенізацією та загартуванням на повітрі (Т4), так і додатковим старінням (Т6).

Деформовані метали.

Деформований (пресований) магній має більш високий комплекс механічних властивостей, ніж литий.

Сплави, що деформуються, виробляють у вигляді поковок, штампових заготовок, гарячекатаних смуг, прутків і профілів. Температурні інтервали технологічних процесів обробки тиском магнієвих сплавів знаходяться в таких межах: пресування при 300-480 °C, прокатка при 440-225 °C та штампування (у закритих штампах) при 480-280 °C. Хорошою корозійною стійкістю, зварюваністю та технологічною пластичністю відрізняється сплав МА1, що відноситься до групи сплавів низької міцності.

Сплав МА2-1 поєднує в собі оптимальний комплекс механічних і технологічних властивостей (добре зварюється, штампується), але схильний до корозії під напругою. Жароміцним (до 250 ° C) є сплав системи (Мд-Zn-Zr) МА14. Сплав зміцнюється штучним старінням (режим Т5) після пресування та охолодження на повітрі. Він характеризується підвищеними механічними властивостями, але схильний до утворення під час прокатування гарячих тріщин.

Застосування магнієвих сплавів. Зі сплавів магнію виготовляють корпуси ракет, насосів, приладів, паливні та кисневі баки, рами двигуна, кожухи. Так, сплави МЛ5 та МЛ6 використовуються для лиття гальмівних барабанів, штурвалів, коробок передач, МЛ10 – деталей приладів високої герметичності.

Арматури, бензо- і маслосистеми, а також зварні деталі виготовляють з сплавів МА1, що деформуються, високонавантажені деталі - з МА14.

47. Титан та його сплави

Титан і сплави на його основі мають високу корозійну стійкість і питому міцність. Недоліки титану: його активна взаємодія з атмосферними газами, схильність до водневої крихкості.

Азот, вуглець, кисень і водень, зміцнюючи титан, знижують його пластичність, опір корозії, зварюваність. Титан погано обробляється різанням, задовільно – тиском, зварюється у захисній атмосфері. Широке поширення набуло вакуумне лиття, у тому числі вакуумно-дуговий переплав з витрачається електродом.

Алотропічні модифікації титану: низькотемпературна та високотемпературна.

Розрізняють дві основні групи легуючих елементів залежно від їх впливу на температуру поліморфного перетворення титану (882,5 °C): б-стабілізатори (елементи, що розширюють сферу існування б-фази та підвищують температуру перетворення - А1, Оа, С) та в- стабілізатори (елементи, що звужують б-область і знижують температуру поліморфного перетворення - V, Мо, Сг).

Легуючі елементи поділяються на дві основні групи: елементи з великою (у межі – необмеженою) та обмеженою розчинністю у титані. Елементи з обмеженою розчинністю разом з титаном можуть утворювати інтерметаліди, силіциди та фази впровадження.

Легуючі елементи впливають на експлуатаційні властивості титану (Ре, А1, Мп, Сг), підвищують його міцність, але знижують еластичність та в'язкість; А1, Zr збільшують жароміцність, а Мо, Zr, Та - корозійну стійкість.

Класифікація титанових металів. Структура промислових сплавів титану - це тверді розчини легуючих елементів у б-та модифікаціях титану.

Види термічної обробки титанових сплавів.

Рекристалізаційний (простий) відпал холоднодеформованих сплавів (650-850 ° C).

Ізотермічний відпал (нагрів до 780-980 °C з подальшим охолодженням у печі до 530-680 °C, витримка при цій температурі та охолодження на повітрі), що забезпечує високу пластичність та термічну стабільність сплавів.

Подвійний ступінчастий відпал (відрізняється від ізотермічного тим, що перехід від першого ступеня до другого здійснюється охолодженням сплаву на повітрі з подальшим повторним нагріванням до температури другого ступеня), що призводить до зміцнення сплаву та зниження пластичності за рахунок часткового перебігу процесів загартування та старіння.

Неповний відпал при 500-680 °C з метою зняття залишкових напруг, що виникають при механічній обробці.

Зміцнююча термічна обробка. Більшість титанових сплавів легована алюмінієм, що підвищує жорсткість, міцність, жароміцність і жаростійкість матеріалу, а також знижує його щільність.

α-титанові сплави термічною обробкою не зміцнюються; їх зміцнення досягається за допомогою легування твердого розчину та пластичної деформацією.

(α + β) - титанові сплави характеризуються змішаною структурою та зміцнюються термічною обробкою, що складається із загартування та старіння.

Псевдо-β-титанові сплави характеризуються високим вмістом β-стабілізаторів і спричиненою цією відсутністю мартенситного перетворення. Сплави характеризуються високою пластичністю у загартованому стані та високою міцністю у зістареному; вони задовільно зварюються аргонодуговим зварюванням.

Ливарні титанові метали. У порівнянні з деформованими ливарні сплави мають меншу міцність, пластичність і витривалість, але дешевші. Складність лиття титанових сплавів обумовлена активною взаємодією титану з газами та формувальними матеріалами. Ливарні сплави ВТ5Л, ВТ14Л і ВТЗ-1Л за складом в основному збігаються з аналогічними сплавами, що деформуються (у той же час сплав ВТ14Л додатково містить залізо і хром).

Високі технологічні властивості має сплав ВТ5Л: він пластичний, не схильний до утворення тріщин при литті, добре зварюється. Фасонні виливки зі сплаву ВТ5Л працюють за температури до 400 °C. Недоліком металу є його низька міцність (800 МПа). двофазний ливарний сплав ВТ14Л піддають відпалу при 850 °C замість термічної обробки, що зміцнює, різко знижує пластичність виливків.

Порошкові метали титану. Застосування методів порошкової металургії для виробництва титанових сплавів дозволяє при тих же експлуатаційних властивостях, що й у литого або деформованого матеріалу, домогтися зниження до 50% вартості та часу виготовлення виробів. Титановий порошковий сплав ВТ6, отриманий гарячим ізостатичним пресуванням (ГІП), має ті ж механічні властивості, що і сплав, що деформується після відпалу. Загартованому і старому деформується сплаву ВТ6 порошковий сплав поступається в міцності, але перевершує в пластичності.

Застосування сплавів титану: обшивка літаків, морських суден, підводних човнів; корпусів ракет та двигунів; дисків та лопаток стаціонарних турбін та компресорів авіаційних двигунів; гребних гвинтів; балонів для зріджених газів; ємностей для агресивних хімічних середовищ та ін.

48. Види композиційних матеріалів. Будова, властивості, сфери застосування

Композиційні матеріали складаються з двох компонентів, об'єднаних різними способами моноліт при збереженні їх індивідуальних особливостей.

Ознаки матеріалу:

- склад, форма та розподіл компонентів визначені заздалегідь;

- Складаються з двох компонентів і більш різного хімічного складу, розділених кордоном;

- має властивості, відмінні від властивостей компонентів, взятих окремо;

- однорідний у макромасштабі та неоднорідний у мікромасштабі;

- не зустрічається у природі, створений людиною.

Компоненти матеріалу різні за геометричною ознакою. Матрицею називають компонент, який має безперервність по всьому об'єму. Наповнювачем - компонент перервний, армуючий.

У композиційних матеріалах як матриці використовуються метали та їх сплави, полімери органічні та неорганічні, керамічні матеріали. Властивості залежать від фізико-хімічних властивостей компонентів та міцності зв'язку між ними. Компоненти для композиційного матеріалу вибирають із властивостями, що відрізняються один від одного. Такі матеріали - високої питомої жорсткості та питомої міцності.

Поширені композиційні матеріали з нуль-вимірними наповнювачами - металева матриця з металу або сплаву. Композиційні матеріали з рівномірним розподілом частинок зміцнювача відрізняються ізотропністю властивостей. Композиції, армовані дисперсними частинками одержують методами порошкової металургії.

Композиційні матеріали з алюмінієвою матрицею на основі алюмінію зміцнюються частинками А1203 отримані методом пресування алюмінієвої пудри з подальшим спіканням (САП).

Сплави САП задовільно деформуються в гарячому стані, а сплави САП-1 - і холодному. САП легко обробляються різанням, задовільно зварюються аргонодуговим та контактним зварюванням. З САП випускають напівфабрикати як листів, профілів, труб, фольги.

Композиційні матеріали із нікелевою матрицею.

Зміцнюючим компонентом є токсичні частинки діоксиду торію (ТІ02) або діоксиду гафнію (Hf02). Ці матеріали позначаються ВДУ-1 та ВДУ-2 відповідно. Композиційні матеріали ВДУ-1 та ВДУ-2 пластичні, деформуються в широкому інтервалі температур різними методами (ковка, штампування, осад, глибока витяжка). Для з'єднання деталей зі сплавів типу ВДУ застосовують високотемпературну пайку або дифузійне зварювання для запобігання розплавленню. Сплави ВДУ-2 застосовують в авіаційному двигунобудуванні.

Композиційні матеріали з одновимірними наповнювачами зміцнюються за допомогою одновимірних елементів у формі кристалів, ниткоподібних, волокон (дроту).

Волокна скріплюються матрицею у єдиний моноліт. Матриця служить для захисту міцного волокна від пошкоджень, є середовищем, що передає навантаження на волокна, і перерозподіляє напруги у разі розриву окремих волокон.

Композиційні матеріали на нікелевій матриці

Армування піддають жароміцні нікелеві сплави, щоб збільшити час їх роботи та робочу температуру до 1100-1200 °C. Для армування нікелевих сплавів застосовують зміцнювачі: ниткоподібні кристали, дроти тугоплавких металів та сплавів, волокна вуглецю та карбіду кремнію.

Евтектичні композиційні матеріали – сплави евтектичного складу. Вони зміцнюючої фазою є орієнтовані кристали, які утворюються при спрямованої кристалізації.

Способами спрямованої кристалізації одержують композиційні матеріали на основі Al, Мд, Сі, Со, Тк.

Евтектичні композиційні матеріали на алюмінієвій основі

Методом спрямованої кристалізації отримують композиції А1-АМ і А1-СіА12. Композиція відрізняється високою стабільністю структури до температур плавлення.

Евтектичні композиційні матеріали на основі нікелю - це жароміцні матеріали, що використовуються в ракетній та космічній техніці. Пластинчасті композиції, що містять об'ємну частку зміцнюючої фази більше 33-35%, тендітні. До пластичних відносяться композиції на основі нікелю з вмістом об'ємної частки волокон 3-15% з танталу карбідів, ніобію, гафнію.

Композиційні матеріали на неметалевій основі.

Як матрицю використовують затверділі епоксидні, поліефірні, фенольні смоли.

Композити, армовані однотипними волокнами, називаються зміцнюючим волокном. Композицію, що містить наповнювач у вигляді довгих скловолокон, розташованих орієнтовано окремими пасмами, називають орієнтованим скловолокном.

Наповнювач неорієнтованих скловолокнит - коротке волокно. Якщо зміцнювачем є склотканина, матеріал називають склотекстолітом. Композиційний матеріал, що містить вуглецеве волокно, називають вуглеволокнітом, борне волокно - бороволокнітом, органічне волокно - органо-локнітом. Позитивні якості композиційних матеріалів з полімерною матрицею: високі питомі міцнісні та пружні характеристики; стійкість до дії агресивних середовищ; хороші антифрикційні та фрикційні властивості поряд з високими теплозахисними та амортизаційними властивостями.

49. Хімічний склад, методи одержання порошків, властивості та методи їх контролю

Порошкові матеріали - матеріали, одержувані в результаті пресування металевих порошків вироби необхідної форми і розмірів і подальшого спікання сформованих виробів у вакуумі або захисній атмосфері.

Антифрикційні порошкові сплави мають низький коефіцієнт тертя, легко обробляються, мають зносостійкість.

Сплави на основі кольорових матеріалів застосовують у приладобудуванні та електронній техніці. Порошкові матеріали застосовують при виготовленні деталей, які мають просту симетричну форму, невелику масу та розмір.

Порошкова металургія - галузь технології, що займається виробництвом металевих порошків та деталей з них. З металевого порошку пресують заготовки, які піддають термічній обробці – спіканню. Металеві порошки бувають: залізні, мідні, нікелеві, хромові, кобальтові, вольфрамові, молібденові, титанові. Розрізняють два способи одержання порошків: механічний та фізико-хімічний.

Найбільш поширеним є спосіб механічного подрібнення вихідної сировини (стружкою, обрізками). Для подрібнення застосовуються механічні млини. Механічне подрібнення має недоліки. До них відносять високу вартість порошків, яка включає вартість виготовлення вихідних литих металів та сплавів, та відносно низьку продуктивність процесу.

Фізико-хімічні способи одержання порошків: відновлення оксидів, осадження металевого порошку водного розчину солі. Одержання порошку пов'язане із зміною хімічного складу сировини. Фізико-хімічні способи одержання порошків універсальніші, ніж механічні. Завдяки використанню дешевої сировини фізико-хімічні способи вирізняються економічністю.

Хімічний склад порошків визначається вмістом основного металу або компонента та домішок. Фізичні властивості порошків визначаються розміром та формою частинок, мікротвердістю, щільністю, створенням кристалічних ґрат. Технологічні властивості характеризуються плинністю, пресування та спікання порошку.

Плинність - здатність порошку заповнювати форму. Плинність має велике значення при автоматичному пресуванні, де на продуктивність преса впливає швидкість заповнення форми. Низька плинність впливає неоднорідність щільності заготовок.

Пресуемістю називають здатність порошку ущільнюватися під дією зовнішнього навантаження та міцність зчеплення частинок в результаті пресування. На пресування порошку впливає пластичність матеріалу частинок, їх розмір і форма. Вона підвищується із введенням до складу порошку поверхнево-активних речовин.

Конструкційні матеріали, які використовуються для виготовлення заготовок та готових деталей, одержують за допомогою методів порошкової металургії. Композиційні матеріали зі спеціальними фізико-механічними та експлуатаційними властивостями широко поширені у промисловості.

Антифрикційні металокерамічні матеріали використовуються виготовлення підшипників ковзання. В антифрикційних матеріалах твердою складовою є металева основа, а м'якою складовою є пори, що заповнюються маслом або пластмасою.

Фрикційні композиційні матеріали - це складні композиції, основу яких мідь чи залізо. Графіт чи свинець сприяють зменшенню зносу композиції. Фрикційні матеріали використовуються як біметалічні елементи, що складаються з фрикційного шару, що спікається під тиском із основою (диском).

Високопористі матеріали використовуються виготовлення фільтрів. Фільтри можуть бути виготовлені з порошків корозійностійкої сталі, алюмінію, титану.

Металеві високопористі матеріали роблять за допомогою спікання порошків, не застосовуючи попереднє пресування. Для виділення газів у процесі спікання порошки додають спеціальні речовини.

Металокерамічні тверді сплави мають високу твердість, теплостійкість та зносостійкість. Їх використовують для виготовлення ріжучих і бурових інструментів, а також наносять на поверхню деталей, що швидко зношуються.

Порошковою металургією виготовляють алмазно-металеві матеріали. Як сполучна застосовують металеві порошки (мідні, нікелеві).

У сучасній технології композиційних матеріалів широкого застосування набули волокнисті матеріали. Для їхнього одержання використовують дроти з вольфраму, молібдену, бору, графіту - залежно від необхідних властивостей створюваного матеріалу. Металургія волокна - галузь порошкової металургії, що спеціалізується на вирішенні питань дослідження та створення волокнистих матеріалів.

Процес приготування суміші включає попередній відпал, сортування порошку за розмірами частинок (розсівання) та змішування.

50. Формування та спікання порошків, сфери застосування

Спікання – це міцність зчеплення частинок внаслідок термічної обробки пресованих заготовок.

Підготовлені порошки змішують у кульових, барабанних млинах. Заготовки з металевих порошків формоутворюють пресуванням (холодне, гаряче, гідростатичне) та прокаткою. Залежно від розмірів і складності заготовок, що пресуються, застосовують одно- і двостороннє пресування. Одностороннім отримують заготовки простої форми та заготовки типу втулок. Шляхом двостороннього пресування проводять формоутворення заготовок складної форми.

При гарячому пресуванні технологічно поєднуються процеси формоутворення та спікання заготівлі. В результаті гарячого пресування виходять матеріали, що характеризуються високою міцністю, щільністю та однорідністю структури. Для виготовлення прес-форм найкраще підходить графіт.

Гідростатичне пресування застосовують для одержання металокерамічних заготовок. Як робочу рідину використовують масло, воду, гліцерин.

Видавлюванням виготовляють прутки, труби та профілі різного перерізу. Профіль деталі, що виготовляється, залежить від форми каліброваного отвору прес-форми. Як обладнання використовують механічні та гідравлічні преси.

Прокатка - один із найбільш продуктивних та перспективних способів, який використовується для переробки порошкових матеріалів. У деяких випадках процес прокатки поєднують зі спіканням і остаточною обробкою одержуваних заготовок.

Спікання проводять з метою підвищення міцності заздалегідь отриманих заготовок пресуванням або прокаткою. У спресованих заготовках окремі частинки мають малу частку контакту, тому спікання супроводжується зростанням контактів між окремими частинками порошку. Залежно від часу та температури спікання відбувається збільшення міцності та щільності внаслідок активізації процесу утворення контактних поверхонь. Якщо технологічні параметри перевищуються, це може призвести до зниження міцності через зростання зерен кристалізації.

До атмосфери спікання висуваються вимоги - безокислювальні умови нагрівання заготовок.

Заготовки після процесу спікання піддають додаткової обробки з метою підвищення фізико-механічних властивостей, одержання остаточних розмірів та форми, нанесення декоративних покриттів та захисту поверхні деталі від корозії.

Для підвищення фізико-механічних властивостей, спечених заготовок застосовують повторне пресування та спікання, просочення мастильними матеріалами, термічну або хіміко-термічну обробку.

Повторне пресування та спікання дозволяє отримувати деталі з більш високою густиною. Спечені матеріали можна піддавати куванню, прокатці, штампуванню при підвищених температурах. Обробка тиском дозволяє знизити пористість матеріалів та підвищити їх пластичність.

Порошкові металеві матеріали - це виготовлені за допомогою методу виготовлення порошкової шихти, формування та спікання спечені матеріали. До цих матеріалів можна віднести тверді сплави, дисперснозміцнені композити, анти- та фрикційні матеріали, порошкові сталі, спечені кольорові метали, пористі металеві матеріали.

Для того щоб отримати спечені деталі з порошкової сталі, використовуються суміші порошків заліза та легуючих порошків, а також вуглецевих порошків і легованих сталей. Способи отримання порошкових сталей: холодне пресування та спікання; подвійне пресування та спікання; гаряче пресування; гаряче штампування. Термічна обробка порошкових сталей здійснюється у спеціальних захисних середовищах. З метою запобігання процесу окислення для охолодження сталей використовується олія чи вода. Порошкові сталі мають один характерний структурний елемент – пори. Чим більша пористість матеріалу, тим нижче щільність, міцність і ударна в'язкість сталі. Але багато характеристик матеріалів залежить від пористості не монотонно. Так, тріщиностійкість та ударна в'язкість порошкового заліза змінюється немонотонно залежно від пористості.

Широке поширення в сучасному машинобудуванні набули порошкові спечені антифрикційні матеріали, які готуються з використанням мідної та сталевих матриць. Для приготування більш міцних та якісних матеріалів використовуються спеціальні добавки: фтористий кальцій, графіт, турбостратний нітрид бору. Через війну після процесу спікання утворюється пориста структура. У порових каналах цієї структури можуть зберігатися частинки олії та інші рідкі мастила. Матеріали з пористою структурою є найбільш підходящими для заміни бронзових та бабітових металевих антифрикційних сплавів, які є досить дорогими у застосуванні.

У порошковій металургії виробляється мінералокераміка, яка виходить під час використання заліза, кобальту та інших тугоплавких металів. Вироби із берилію також виготовляються методами порошкової металургії. Процес виготовлення: формування та спікання, гаряча пластична деформація.

51. Неорганічні стекла. Технічна кераміка

Неорганічне скло - хімічно складні аморфні ізотропні матеріали, що мають властивості крихкого твердого тіла.

Скло складаються:

1. Склоутворювачі - основа:

а) Si0₂ - силікатне скло, якщо Si02 > 99 %, це кварцове скло;

б) AI₂O₃ + Si0₂ - алюмосилікатне скло;

в) B₂0₃ + Si0₂ - боросилікатне скло;

г) AI₂0₃ + В₂0₃ + Si0₂ - алюмоборосилікатне скло;

2. Модифікатори, що вводяться для надання склу певних властивостей. Введення оксидів лужноземельних металів (I, II група: Na, K) зменшує температуру розм'якшення. Оксиди хрому, заліза, ванадія надають склу певних кольорів. Оксиди свинцю збільшують коефіцієнт заломлення. Залежно кількості модифікаторів скла бувають: лужні з вмістом модифікаторів до 20-30 %, безлужні - до 5 % модифікаторів, кварцове скло - модифікаторів немає;

3. Компенсатори, що пригнічують негативний вплив модифікаторів. Скло в автомобілях, склопластиках, оптика, теплопровідність низька, не розчиняються в кислотах і лугах.

Властивості скла: скла відрізняються високою твердістю та межею міцності. Теоретично межа міцності сягає 10-12 гПа. Модуль пружності E = 70 гПа. Твердість за Віккерсом HV ~ 750 кгс/мм2. Практично межа міцності – 50-100 МПа. Низький АВ пояснюється факторами: високий коефіцієнт лінійного розширення. З остиганням скла на його поверхні утворюються розтягуючі напруги, що призводить до появи тріщин. Скло - відмінний утеплювач, що також призводить до утворення тріщин. Скло не чинить опір динамічним навантаженням.

Способи зміцнення скла:

1) травлення видалення дефектного поверхневого шару. Межа міцності збільшується до 3000 МПа. Малоефективний спосіб, тому що надалі скло взаємодіє з абразивними частинками або твердими матеріалами;

2) створення поверхні стискаючих напруг. Для цього проводять загартування, здійснюють нагрівання до певної температури, потім охолоджують у заданому режимі (температура нагрівання, охолодження та час витримки). Межа міцності збільшується до 1000-1500 МПа;

3) нанесення на поверхню скла полімерних матеріалів. Полімерне сполучне склеює мікротріщини на поверхні скла.

Кварцове скло має високу газопроникність (гелій, водень, неон) в порівнянні з іншими силікатними стеклами, у складі яких крім діоксиду кремнію присутні оксиди лужних та лужноземельних металів.

Два параметри, що поєднують структуру подвійного фосфатного скла зі структурою подвійного силікатного скла: структурною основною одиницею є тетраедричні елементокисневі угруповання; при додаванні модифікуючих оксидів збільшується кількість місткових атомів кисню.

Затвердіння та плавлення скла відбувається поступово в деякому температурному інтервалі. Тому не існує певної температури затвердіння або плавлення. У процесі охолодження розплав переходить із рідкого в пластичний стан, а після цього – у тверде (процес склування).

Органічні скла є органічні полімери-поліакрилати, полікарбонати, полістирол, сополімери вінілхлориду з метилметакрилатом, що знаходяться в склоподібному стані. Найбільше практичне застосування знайшли скло на основі поліметил-метакрилату. За своєю технологією, механізмом твердіння та будовою органічні стекла відрізняються від неорганічних.

Елементарне скло здатне утворювати невелику кількість елементів - сірка, селен, миш'як, фосфор, вуглець.

Галогенідні скла отримують на основі склоутворювального компонента BeF2. Багатокомпонентні склади фторберіллатного скла включають фториди алюмінію, кальцію, магнію, стронцію, барію. Фторберилатні скла широко застосовуються на практиці через високу стійкість до дії жорстких випромінювань, включаючи рентгенівські промені, і таких агресивних середовищ, як фтор та фтористий водень.

Промислове значення набувають способи одержання скла шляхом вакуумного випаровування, конденсації з парової фази, плазмового напилення. У цих випадках скло вдається отримати з газової фази, минаючи розплавлений стан.

Кераміка - неорганічний матеріал, що отримується відформуванням мас у процесі високотемпературного випалу. Оксидна кераміка має високу міцність при стисканні в порівнянні з міцністю при розтягуванні або згинанні. Більш міцними є дрібнокристалічні структури. З підвищенням температури міцність кераміки знижується. Кераміка з чистих оксидів не схильна до процесу окислення.

Безкиснева кераміка. Матеріали дуже крихкі. Опір окиснення при високих температурах карбідів і боридів становить 900-1000 ° C, у нітридів воно нижче. Силициди витримують температуру від 1300 до 1700 °C. За таких температур на поверхні утворюється плівка кремнезему.

52. Полімери, пластмаси

Полімери - це речовини, макромолекули яких складаються з численних елементарних ланок, що повторюються, які представляють однакову групу атомів. Молекулярна маса молекул становить від 500 до 1000000 XNUMX.

У молекулах полімерів розрізняють головний ланцюг, який побудований з великої кількості атомів. Бічні ланцюги мають меншу довжину.

Полімери, головний ланцюг яких містить однакові атоми, називають гомоцепными, і якщо атоми вуглецю - карбоцепными. Полімери, в головному ланцюзі яких містяться різні атоми, називають гетероцепні.

Макромолекули полімерів формою ділять на лінійні, розгалужені, плоскі, стрічкові, просторові або сітчасті.

Лінійні макромолекули полімеру - довгі зигзагоподібні і скручені в спіраль ланцюжки, яким властива гнучкість, що обмежується жорсткими ділянками - сегментами, що складаються з кількох ланок. Такі макромолекули мають високу міцність вздовж головного ланцюга, слабко пов'язані між собою і забезпечують високу еластичність матеріалу. Нагрів викликає розм'якшення, а подальше охолодження - затвердіння полімеру (поліамід, поліетилен).

Розгалужена макромолекула містить бічні відгалуження і це ускладнює зближення макромолекул і знижує міжмолекулярну взаємодію. Полімери з такою формою відрізняються зниженою міцністю, підвищеною плавкістю та пухкістю. Зшиті форми макромолекул властиві більш міцним, нерозчинним і неплавким полімерам, схильним до набухання в розчинниках та розм'якшення при нагріванні.

Макромолекули полімерів мають гнучкість.

Пластмаси (пластики) - це органічні матеріали на основі полімерів, які здатні при нагріванні розм'якшуватися та під тиском набувати певної стійкої форми. Прості пластмаси складаються із одних хімічних полімерів. Складні пластмаси включають добавки: наповнювачі, пластифікатори, барвники, затверджувачі, каталізатори.

Наповнювачі в пластмаси вводять у кількості 40-70 % підвищення твердості, міцності, жорсткості, надання особливих специфічних властивостей. Наповнювачами можуть бути тканини та порошкоподібні, волокнисті речовини.

Пластифікатори (стеарин, олеїнова кислота) сприяють підвищенню еластичності, пластичності та полегшують обробку пластмас.

Затверджувачі (аміни) та каталізатори (перекисні сполуки) вводять у пластмаси для затвердіння.

Барвники (мінеральні пігменти, спиртові розчини органічних фарб) надають пластмас певне забарвлення та знижують їхню вартість. Склад компонентів, їх поєднання та кількісне співвідношення дозволяють змінювати властивості пластмас у широких межах. Пластмаси класифікують за ознаками.

На вигляд наповнювача: з твердим наповнювачем; з газоподібним наповнювачем.

По реакції сполучного полімеру до повторного нагрівання. Термопластичні пластмаси на основі термопластичного полімеру розм'якшуються при нагріванні та тверднуть при подальшому охолодженні (чисті полімери або композиції полімерів із пластифікаторами, протистарителями).

Термопласти відрізняються низькою усадкою 1-3%. Їх характерні мала крихкість, велика пружність і спроможність до орієнтації.

Термореактивні пластмаси на основі термореактивних полімерів (смол) після теплової обробки - затвердіння - переходять у термостабільний стан і відрізняються крихкістю, мають велику усадку 10-15% і містять у своєму складі наповнювачі.

По застосуванню поділяються на групи: конструкційні – для силових деталей та конструкцій, для несилових деталей; прокладочні, ущільнювальні; фрикційні та антифрикційні; електроізоляційні, радіопрозорі теплоізоляційні; стійкі до дії вогню, олій, кислот; облицювально-декоративні.

Поліетилен можна використовувати тривалий час за 60-100 °C. Морозостійкість досягає -70 ° C і нижче. Хімічно стійкий і нерозчинний у розчинниках, застосовується для ізоляції захисних оболонок кабелів проводів, деталей високочастотних установок та виготовлення корозійностійких деталей – труб, прокладок, шлангів. Його випускають як плівки, листів, труб, блоків. Поліетилен схильний до старіння.

Полістирол - це аморфний, твердий, прозорий полімер, який має лінійну будову, високі діелектричні властивості, задовільний механічний міцність, невисоку робочу температуру (до 100 ° C), хімічну стійкість у лугах, мінеральних та органічних кислотах, оліях. Він набухає в 65%-ній азотній, крижаній оцтовій кислотах, бензині та гасі. При температурі вище 200 °C розкладається утворюючи стирол. Полістирол застосовують для виробництва слабонавантажених деталей та високочастотних ізоляторів. Недоліки – крихкість при знижених температурах, схильність до поступового утворення поверхневих тріщин.

Пластмаси широко застосовуються в машинобудуванні та приладобудуванні для виготовлення деталей. Пластмаси електротехнічного призначення застосовують як електроізоляційні матеріали в конструкціях машин.

Автор: Буслаєва Є.М.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Конспекти лекцій, шпаргалки:

▪ Корекційна психологія. Шпаргалка

▪ Теорія та методика виховання. Шпаргалка

▪ Очні хвороби. Шпаргалка

Дивіться інші статті розділу Конспекти лекцій, шпаргалки.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Метеорити у вапняку 21.10.2003

У кількох каменоломнях великого району Півдні Швеції, де добувають вапняк, виявлено велику кількість древніх метеоритів. Цей вапняк накопичувався з морських відкладень протягом двох мільйонів років, але в суші виявився близько 480 мільйонів тому.

Метеорити залягають у тих верствах, що утворилися 500 мільйонів років тому. Інтенсивність випадання метеоритів зараз невелика: у середньому один випадок на рік на кожні 12,5 тисяч квадратних кілометрів поверхні Землі. Півмільярда років тому, судячи з шведської знахідки, метеорити падали у сто разів частіше. Астрономи припускають, що тоді в астероїдному поясі відбулися якісь потужні зіткнення, внаслідок чого на окремі камені розпався великий астероїд і частина його фрагментів випала на Землю.

Наразі вчені мають намір обстежити подібні відкладення того ж періоду в Китаї та Південній Америці.

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Веселі завдання. Добірка статей

▪ стаття Харя. Крилатий вислів

▪ стаття Чому лондонці вважали, що причиною Великої пожежі 1666 став гріх обжерливості? Детальна відповідь

▪ стаття Парк динозаврів. Диво природи

▪ стаття Автомобільний блок живлення ноутбука на таймері КР1006ВІ1 Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття УКХ ЧС приймач на мікросхемі КХА058 Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт