1 Строение

1.

Лекция
Материаловедение.
Технология конструкционных материалов
Лектор:
канд. техн. наук, доцент кафедры инженерии систем
управления, материалов и технологий в машиностроении
Кубанского государственного технологического
университета
Арефьева Светлана Александровна

2.

Лекция
ПЛАН ЛЕКЦИИ
«Строение металлов»
ВВЕДЕНИЕ
1. Структура металлических материалов, понятие макро- и
микроструктуры.
2. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы
кристаллических решеток. Полиморфизм.
3. Дефекты кристаллического строения.

3.

Лекция
Материаловедение.
Технология
конструкционных
материалов
Материаловедение изучает связь
между составом, структурой и
свойствами материалов.
Технология конструкционных
материалов изучает
современные и перспективные
технологические способы
производства черных и цветных
металлов, изготовление заготовок
и деталей машин из металлов и
неметаллических материалов.

4.

Лекция
Классификация металлов
• черные металлы – железо и сплавы на его основе (сталь, чугун);
Сталь
Чугун

5.

Лекция
• цветные металлы, которые в свою очередь подразделяются на:
– легкие (Mg, Al, Ti), обладающие малой плотностью
( 5 г/см3),
– тяжелые (Pb, Zn, Cd, Co), обладающие плотностью большей,
чем у железа (7,68 г/см3),
– легкоплавкие (Pb, Hg, Sn, Zn);
– тугоплавкие (Ti, W, V), с температурой плавления выше, чем у
железа (1539 С),
– благородные (Au, Ag, Pt), обладающие химической
инертностью,
– щелочноземельные (Na, K). Названы так потому, что их окислы
– «земли» (по терминологии алхимиков) – сообщают воде
щелочную реакцию,
– и т.д.

6.

Лекция
1. Макро- и микроструктура металлических материалов
Макроструктура
–
строение
металла или сплава, видимое
невооруженным глазом или при
небольшом увеличении (30 – 40
раз).
При исследовании макрошлифа
можно обнаружить: форму и
расположение зерен в литом
металле,
волокна
(деформированные кристаллиты),
дефекты (усадочную рыхлость,
газовые
пузыри,
раковины,
трещины),
химическую
неоднородность,
вызванную
процессом кристаллизации или
созданную термической обработкой
или
химико-термической
обработкой.
Макроструктура кованой стальной
заклепки.

7.

Лекция
Микроструктура – строение
металла или сплава, наблюдаемое
с
помощью
микроскопа
(оптического или электронного)
при больших увеличениях.
Микроструктура
показывает
размер и форму зерен, взаимное
расположение фаз, их форму,
размеры, микропороки металла
(микротрещины и т.п.), наличие
неметаллических
включений
(сульфидов, оксидов и др.
примесей,
частиц
графита),
приблизительный
химический
состав углеродистых сталей в
отожженном состоянии.
Микроструктура технического железа.
×200.

8.

Лекция
2. Атомно-кристаллическое строение металлов.
Типы кристаллических решеток. Полиморфизм.
Под
атомно-кристаллической
структурой понимают взаимное
расположение
атомов
(ионов),
существующее в кристалле.
Кристаллическая
решетка
–
пространственное
периодическое
расположение атомов или ионов.
Наименьший
объем
кристалла,
дающий представление об атомной
структуре металла в любом объеме,
получил название элементарной
кристаллической ячейки.

9.

Лекция
Для
кристаллического
состояния
характерен
дальний
порядок
расположения атомов.
Особенность металлической связи
заключается в том, что в узлах
кристаллической
решетки
располагаются
положительно
заряженные ионы, между которыми
перемещаются электроны.
Характерные свойства металлов объясняются специфическими свойствами
металлической связи. Это:
– высокая тепло- и электропроводность,
– хорошая отражательная способность: металлы непрозрачны и
обладают металлическим блеском,
– повышенная способность к пластической деформации,
– способность испускать электроны при нагреве (термоэлектронная
эмиссия)
– И т.д.

10.

Лекция
Большинство металлов образуют:
- кубическую объемноцентрированную решетку (ОЦК) –
Cr, W, V и др.;
- кубическую
гранецентрированную решетку
(ГЦК) – Al, Cu, Ni;
- гексагональную
плотноупакованную решетку
(ГПУ) – Mg.

11.

Лекция
«Оловянная чума»— одна из причин гибели
экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 г. Она
осталась без горючего из-за того, что оно
просочилось через запаянные оловом баки,
поражённые «оловянной чумой», названной так в
1911 г. Г. Коэном.
«Оловянная чума» погубила многие ценнейшие
коллекции оловянных солдатиков. Например, в
запасниках питерского музея Александра Суворова
превратились в труху десятки фигурок — в подвале,
где они хранились, лопнули зимой батареи
отопления.
Отдельные историки указывают
на «оловянную чуму» как на одно из
обстоятельств поражения армии
Наполеона в России в 1812 г. —
сильные
морозы
привели
к
превращению оловянных пуговиц
на мундирах солдат в порошок.

12.

Лекция
Существование одного металла в нескольких кристаллических
формах носит название полиморфизма или аллотропии.
Полиморфизм железа
Модификации железа: Feα, Feβ, Feγ, Feδ
Полиморфные модификации железа: Feα, Feγ, Feδ

13.

Лекция

14.

Лекция
3. Дефекты кристаллического строения.
Точечные – малы во всех направлениях, размеры не превышают
нескольких атомных диаметров
Вакансии (дефект Шоттки)
Межузельный атом
(дефект Френкеля)

15.

Лекция
Линейные дефекты кристаллической решетки имеют малые размеры
в двух измерениях и большую протяженность в третьем – дислокации.
Скольжение дислокации определяет
механизм пластической деформации
металлов

16.

Лекция
Скольжение дислокаций

17.

Лекция 1
Скольжение дислокаций

18.

Лекция
Под плотностью дислокаций понимают суммарную длину дислокаций,
приходящуюся на единицу объема: см-2 . В технических металлах плотность
дислокаций 106 до 1012 см-2 (100000 км в 1 см3).
Повышение плотности дефектов,
искажение кристаллической решетки
препятствует скольжению дислокаций
и, как следствие, приводит к
упрочнению металлов

19.

Лекция
Поверхностные дефекты – границы зерен, фрагментов и блоков
Металлы с мелкозернистой
структурой обладают более
высокими механическими
свойствами по с равнению с
крупнозернистыми.

20.

Лекция

21.

Лекция
Спасибо за внимание