1_Строение металлов (1)

1.

Материаловедение – это наука, изучающая связь
между химическим составом, структурой и свойствами
материалов и закономерности изменения этих свойств под
влиянием внешних воздействий (механических, термических,
химических и др.), реализуемых в процессе производства,
обработки и эксплуатации изделий из этих материалов.
Материаловедение отвечает на вопрос, почему разные материалы —
металлы, пластики, керамика, стекло, композиты — ведут себя поразному.
Основная практическая задача материаловедения — найти
оптимальный состав и способ обработки материала, чтобы придать ему
нужные свойства для конкретных задач.

2.

Зачем технологу по аддитивному производству необходимо изучать Материаловедение?
Чтобы правильно выбирать материал под задачу.
В аддитивном производстве используют полимеры, металлы, композиты, керамику — и у
каждого класса свои особенности. Например, для 3D-печати металлом важно учитывать
текучесть порошка, насыпную плотность, сферичность частиц: от этого зависит
равномерность слоя и плотность спекания. Для полимеров критичны температура
стеклования, усадка, гигроскопичность. Без материаловедения выбор сводится к
«подойдёт/не подойдёт», а с ним — к обоснованному подбору под эксплуатационные
требования.
Чтобы понимать, как параметры печати влияют на структуру и свойства.
При послойном формировании материала возникают градиенты температур, остаточные
напряжения, анизотропия свойств. Знания об атомно-кристаллическом строении,
механизмах кристаллизации и дефектах решётки позволяют объяснить, почему деталь
прочнее вдоль слоёв, чем поперёк, откуда берутся трещины и как режимы (мощность
лазера, скорость сканирования, температура платформы) меняют микроструктуру. Это
напрямую связано с вашими прошлыми запросами про дефекты решётки и механические
свойства.
Чтобы управлять свойствами через постобработку.
Спекание, термообработка, горячее изостатическое прессование (ГИП), механическая и
пескоструйная обработка меняют структуру и характеристики напечатанной детали.
Понимание фазовых превращений, рекристаллизации, снятия напряжений и влияния
микродефектов помогает подобрать постобработку так, чтобы получить нужные твёрдость,
прочность, вязкость и усталостную стойкость.

3.

Положение металлов в Периодической системе химических элементов
элементынеметаллы (исключая
Условная граница между
элементами-металлами и
элементами-неметаллами
проходит по диагонали:
B(бор) – Si(кремний) –
As(мышьяк) –Te(теллур) – At
(астат)
элементы побочных
подгрупп)
элементы-металлы
(к ним также относятся
элементы побочных
подгрупп)
Элементы, расположенные вблизи диагонали (например, бериллий Be, алюминий Al, титан Ti, германий Ge, ниобий Nb,
сурьма Sb и др.), обладают двойственным характером. Как видно, наиболее типичные элементы-металлы расположены
в начале периодов (начиная со второго).
Таким образом из 113 элементов 85 являются металлами.

4.

Материалы в природе

5.

6.

3. Металлы встречаются в природе в различных соединениях.
Боксит - алюминиевая
Гематит - минерал железа Fe2O3,
руда, состоящая из гидратов
оксида алюминия, оксидов
железа и кремния
одна из главнейших железных руд.
Синонимы: красный железняк,
железный блеск
Оловянная руда - природное минеральное образование, содержащее олово
Магнетит - широко
распространённый минерал чёрного
цвета из класса оксидов, природный
оксид железа(II,III) магни́тный железня́к
Полиметаллические
руды: свинцово-цинковые,
медно-свинцово-цинковые –
содержит свинец (в том числе
золото, серебро, висмут,
мышьяк)

7.

Классификация металлов

8.

Классификация металлов

9.

Опрос
1. Материаловедение — это наука, которая изучает:
б) взаимосвязь состава, строения и свойств
а) только металлы и сплавы;
материалов,
а также
способы их изменения
б) взаимосвязь состава, строения и свойств
материалов,
а также
практического применения
способы их изменения для практическогодля
применения;
в) исключительно технологии литья и сварки.
2. К основным классам конструкционных материалов относят:
а) металлы и сплавы, полимеры, керамику, композиты;
б) только стали и чугуны;
б) только стали и чугуны
в) только природные материалы (дерево, камень).
3. В каком виде большинство металлов встречается в природе?
а) в свободном (самородном) состоянии;
б) в виде соединений (оксидов,
б) в виде соединений (оксидов, сульфидов, карбонатов
и др.);
сульфидов,
карбонатов и др.)
в) только в составе сплавов.
4. Гематит (красный железняк) — это природное соединение железа с формулой:
а) Fe₃O₄;
б) Fe₂O₃;
б) Fe₂O₃
в) FeCO₃.

10.

Твердое тело - является одним из агрегатных состояний вещества. Оно
отличается от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы)
стабильностью формы. Твердые тела могут быть кристаллическими,
аморфными или квазикристаллическими.
У кристаллических тел, в отличие от жидкости, присутствует дальний порядок в расположении
атомов.

11.

Аморфное твердое тело можно рассматривать как жидкость с очень
большой вязкостью

12.

Квазикристалл – это одна из форм организации структуры твёрдых тел, наряду с
кристаллами и аморфными телами (стёклами), характеризующаяся осью
симметрии, запрещенной в классической кристаллографии и наличием
дальнего порядка.
Минерал Уваровит
Кристаллы кремния

13.

Строение металлов
Вещества состоят
из атомов и
молекул.
Атом состоит из
ядра и электронов.
Силы,
связывающие
электроны и
атомные ядра в
атомах, атомы в
молекулах, имеют
электромагнитную
природу
Рождение материала происходит в направлении усложнения
структуры и отражает определенные уровни его строения.
Движущими силами
объединения частиц
вещества (твердого,
жидкого, газообразного)
являются силы взаимного
притяжения и отталкивания.
Процесс рождения
материала
осуществляется в
направлении
плазма - газ - жидкость твердое тело
(атом - молекула вещество)
на каждом этапе
сопровождается
уменьшением энергии
системы, и поэтому
развивается
самопроизвольно.

14.

Кристаллическое строение материалов
Кристаллы –
твердые тела,
обладающие
трехмерной
периодической
атомной
(молекулярной)
структурой и
имеющие форму
правильных
симметричных
многогранников

15.

16.

17.

18.

Перечислите СЕМЬ металлов, которые были знакомы
человечеству в глубокой древности
Ag-серебро, Al- алюминий, Au- золото, Ca- кальций, Cu- медь, Coкобальт, Hg- ртуть, Fe- железо, Mg- магний, Na- натрий, Ni- никель, Pbсвинец, Sb- сурьма, Sn- олово, Ti- титан, V- ванадий, W- вольфрам, Znцинк.
1. СВИНЕЦ
2. ЗОЛОТО
3. РТУТЬ
4.ОЛОВО
5. МЕДЬ
6. СЕРЕБРО
7.ЖЕЛЕЗО

19.

20.

21.

Дайте название каждой кристаллической решетке
схема
кристаллической
решетки
сокращенное название
кубическая
название решетки
ОЦК
ГЦК
ГПУ
Объемноцентрированная
кубическая
Гранецентрированная
кубическая
Гексагональ
ная плотно
упакованная

22.

Дефекты кристаллического строения. В кристаллах всегда
имеются дефекты, оказывающие влияние на их свойства.

23.

Линейные дефекты

24.

Поверхностные и объемные дефекты – границы зерен,
фрагментов и блоков, неметаллические включения, поры
Объемные
включения

25.

Опрос
1. Кристаллическая решётка металла — это:
а) хаотичное расположение атомов
объёме металла;
б) вупорядоченное,
периодически повторяющееся
б) упорядоченное, периодически повторяющееся
расположение
(ионов) в
расположение атомов
(ионов) ватомов
пространстве
пространстве;
в) только внешняя поверхность металлического кристалла.
2. Аморфное строение (отсутствие чёткой кристаллической решётки) типично для:
б) стекла и некоторых полимеров
а) стали при комнатной температуре;
б) стекла и некоторых полимеров;
в) меди после отжига.
3. Фаза в материаловедении — это:
а) любая часть системы с однородным
а) любая часть системы с однородным составом и строением, отделённая от других
составом и строением, отделённая от
частей границей раздела;
других частей границей раздела
б) стадия технологического процесса;
в) вид термической обработки.
4. Элементарная ячейка кристаллической решётки — это:
а) минимальный объём, повторением которого можно построить всю решётку;
а) минимальный объём,
б) отдельный атом металла в узле решётки;
которого можно
в) граница между зёрнами в поликристаллическомповторением
металле.
построить всю решётку

26.

Опрос
5. Железо, алюминий, медь при комнатной температуре имеет решётку типа:
а) ГПУ;
в) ГЦК
б) ОЦК;
в) ГЦК.
6. Координационное число — это:
а) количество ближайших соседей у атома в решётке;
б) номер элемента в периодической таблице;
в) число атомов в элементарной ячейке.
а) количество ближайших
соседей у атома в решётке
7. Полиморфизм (аллотропия) металлов — это:
а) способность
металла
существовать
а) способность металла существовать в разных
кристаллических
формах
при
в разных кристаллических формах при
разных температурах;
разных
температурах
б) наличие множества зёрен разного размера
в структуре;
в) способность образовывать сплавы с разными элементами.
8. К точечным дефектам кристаллической решётки относят:
а) краевые и винтовые дислокации;
в) вакансии, межузельные
б) границы зёрен и трещины;
атомы, примесные атомы
в)вакансии, межузельные атомы, примесные атомы.

27. Свойство металлов и сплавов

28.

Термины «физический» и «механический»
происходят от греческих слов, означающих
соответственно «природа» и «орудие, машина».
Термин «химический» произошёл от
древнелатинского слова «алхимия» (наука о
веществах и их превращениях).

29. Какими свойствами обладает древесина и металлы?

30.

31.

Методы, которые дают прямые количественные показатели прочности
Испытание на растяжение. Самый распространённый способ: образец
растягивают на разрывной машине до разрушения. Определяют предел
прочности (максимальное напряжение перед разрушением), предел текучести,
относительное удлинение и сужение.

32.

Методы, которые дают прямые количественные показатели прочности
Испытание на сжатие. Важно для хрупких материалов и элементов,
работающих на сжатие (колонны, опоры). Образец помещают под пресс и
нагружают до разрушения или до заданной деформации.
Образцы для
испытания

33.

Методы, которые дают прямые количественные показатели прочности
Испытание на изгиб. Образец изгибают на испытательной машине; метод
применяют для проката, профилей, сварных соединений. Фиксируют нагрузку и
прогиб, оценивают пластичность и склонность к растрескиванию.

34.

Методы, которые дают прямые количественные показатели прочности
Испытание на кручение. Оценивает поведение металла при
скручивающих нагрузках — актуально для валов, шпинделей.

35.

Испытание на маятниковом
копре по Шарпи

36.

Опрос
1. Способность металла восстанавливать форму после снятия нагрузки называется:
а) пластичностью;
в) упругостью
б) хрупкостью;
в) упругостью.
2. Способность металла деформироваться без разрушения под действием внешних
сил — это:
а) твёрдость;
б) пластичность
б) пластичность;
в) вязкость.
3. Свойство, характеризующее сопротивление проникновению более твёрдого тела,
называется:
а) прочностью;
в) твёрдостью
б) ударной вязкостью;
в) твёрдостью.
4. Хрупкость — это:
а) способность сильно деформироваться перед разрушением;
б) склонность к разрушению при малых деформациях;
б) склонность к разрушению при
в) способность выдерживать ударные нагрузки.
малых деформациях

37.

Опрос
5. Вязкость металла лучше всего оценивают испытанием на: б) ударный изгиб
а) растяжение;
(например, по Шарпи
б) ударный изгиб (например, по Шарпи или Изоду);
или Изоду)
в) твёрдость по Бринеллю.
6. Прочность металла чаще всего определяют испытанием:
а) на растяжение с построением диаграммы
«напряжение
— деформация»;
а) на растяжение
с построением
б) на изгиб без измерения нагрузки;
диаграммы «напряжение — деформация»
в) на цвет и блеск.
7. К технологическим свойствам металлов относят:
а) свариваемость, ковкость, обрабатываемость резанием;
а) свариваемость, ковкость,
б) плотность и температуру плавления;
обрабатываемость резанием
в) магнитные свойства.
8. Жидкотекучесть — это:
а) способность металла образовывать прочные сварные в)
соединения
безметалла
дефектов;
способность
б) способность металла выдерживать ударные нагрузки; заполнять литейную форму
в) способность металла заполнять литейную форму.
9. Каким параметром оценивается свариваемость?
а) предел прочности;
б) ударная вязкость ;
в) углеродный эквивалент
в) углеродный эквивалент.