Металлы; их классификация, строения и свойства

1. Курс: Материаловедение

Казачков Олег Владимирович, доцент, к.т.н.
Казачковлесных,
Олег Владимирович,
доцент, к.т.н.наук,
Институт
инженерных и строительных
Лесоинженерный
факультет,
кафедра ТЕХНОЛОГИИ
МЕТАЛЛОВ И
кафедра
транспортных
и технологических
машин и оборудования
РЕМОНТА
[email protected]
[email protected]

2. План лекции: Металлы; их классификация, строения и свойства

Предмет изучения
Металлы; их классификация, особенности
Атомно – кристаллическое строение
Дефекты кристаллов
Методы исследования материапов
Металлографические методы
Определение механических и технологических
свойств
Кристаллизация металлов и строение слитка
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
2

3. Предмет изучения

Материаловедением называется наука,
устанавливающая связь между составом, структурой
и свойствами материалов и изучающая
закономерности их изменения при внешних
воздействиях.
состав
структура
свойства
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
3

4. Историческая справка

Михаил Васильевич
Ломоносов
(1711- 1765)
25.12.2017
Более двухсот лет назад М. В.
Ломоносов дал простое и
ясное определение понятия
«металл». Он писал: «Металлытела твердые, ковкие,
блестящие».
О роли металлов в жизни
человека писал М.В.Ломоносов
в "Слове о пользе химии":
"Металлы подают укрепление и
красоту важнейшим вещам в
обществе потребным... И
кратко сказать ни едино
ремесло, ни едино художество
простое употребление
металлов миновать не может..."
Казачков О.В., ПетрГУ
4

5. Особенности металлов

Металлические свойства
Термоэлектронная эмиссия
Тепло – и электропроводность
Металлический блеск
ковкость
Положительный температурный
коэфф электросопротивления
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
5

6. Классификация металлов

Металлы
Черные
цветные
Железо и его сплавы
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
6

7. Классификация черных металлов

Цветные металлы
Железные:
Тугоплавкие:
Легкоплавкие:
Редкоземельные:
Щелочноземельные:
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
7

8. Классификация цветных металлов

Цветные металлы
Легкие:
Благородные:
Тяжелые:
Урановые:
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
8

9. Типы элементарных ячеек

25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
9

10. Характеристики кристаллических решеток

Период решетки – расстояние между центрами
ближайших атомов в элементарной решетке
Координационное число –количество ближайших
равноудаленных атомов относительно «базисного
атома»
Плотность упаковки – число атомов, приходящихся
на одну элементарную ячейку
Коэфф. компактности – отношение объема всех
атомов решеткик ее геометрическому объему
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
10

11. Металлическая связь

Схема
металлической вязи
25.12.2017
Характерные особенности:
Закономерное
расположение катионов,
окруженных свободными
электронами
Наличие дальнего порядка
в расположении атомов
Атомы располагаются на
расстоянии, когда энергия
отталкивания и
притяжения равны
Казачков О.В., ПетрГУ
11

12. Классификация структурных дефектов

дефекты
Нульмерные (точечные)
Одномерные (линейные)
Двухмерные (поверхностные)
Трехмерные (объемные )
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
12

13. Дефекты кристаллической решетки

25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
13

14. Строение структуры металлов

а)
б)
а) Схема структуры металла
б) Схема строения границы зерна
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
14

15. Методы исследования материалов

1 Металлографические
методы
Макроанализ –
изучение структуры
невооруженным
глазом
Микроанализ изучение структуры
под микроскопом
Фрактография –
изучение изломов
25.12.2017
2 Методы структурного
анализа – изучение
атомно –
кристаллического
строения
Ренгеноструктурный и
электронно –
графический анализ
3 Определение свойств
при различных
испытаниях
Казачков О.В., ПетрГУ
15

16. Макроанализ металлов

Волокнистая структура после ГОШ
Макроструктура слитка
25.12.2017
Газовые поры
Казачков О.В., ПетрГУ
16

17. Волокнистая структура металла

(горячий прокат + обработка
резанием)
(горячий прокат + горячая
штамповка)
Волокнистую структуру, соответствующую профилю изделия
или направлению наибольших напряжений, используют в
деталях, работающих при динамических, циклических
нагрузках с высоким напряженным состоянием (шестерни,
коленчатые валы, шатуны).
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
17

18. Микроанализ металлов

Оптическая схема микроскопа МИМ-7
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
18

19. Виды разрушения металлов

Вязкое разрушение
25.12.2017
хрупкое разрушение
Казачков О.В., ПетрГУ
19

20. Классификация свойств металлов и сплавов

Группа свойств
Механические
Технологические
Химические
Физические
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
20

21. Испытания на растяжение

Характеристики прочности
Предел прочности
Предел текучести
Характеристики
пластичности
Относительное удлинение
Относительное сужение
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
21

22. Испытания на ударный изгиб

25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
22

23. Измерение твердости по Бринеллю

25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
23

24. Измерения твердости по Роквеллу

25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
24

25. Испытания на выносливость

25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
25

26. Технологические свойства

Свариваемость сталей - свойство материала
образовывать при установленной технологии
сварки соединение, отвечающее требованиям
конструкции.
Оценка свариваемости низкоуглеродистых
сталей по эквиваленту углерода:
Сэкв. = С +Mn/20 +Ni/15+(Cr+Mo+V)/10
С=0,25-хорошая свариваемость; С=0,35удовлетворительная; С=0,45-ограниченная;
С
более 0,45-плохая
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
26

27. Технологические свойства

Испытание на
вытяжку
(метод Эриксена)
Проба на изгиб
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
27

28. Свойства литейных сплавов

Температура плавления. Различают
легкоплавкие, средне- и тугоплавкие сплавы
Жидкотекучесть. Способность сплава
воспроизводить рельеф полости формы.
Усадка. Свойство сплава уменьшаться в объеме
при затвердевании.
Ликвация. Проявление неоднородности
химического состава в различных частях
отливки.
Газовые раковины. Выделение растворимых
газов в период затвердевания отливки
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
28

29. Кристаллизация металлов

1
4
2
3
6
5
Кривая охлаждения
Схема процесса кристаллизации
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
29

30. Строение стального слитка

Схема макроструктуры слитка
25.12.2017
Схемы дендритов
Казачков О.В., ПетрГУ
30

31. Список литературы

основная
Шубина Н.Б.Материаловедение в горном машиностроении. МГГУ,
2011, 272с.
Казачков О.В. Материаловедение. Металлы и металлические
сплавы.(термины). ПетрГУ,2015.
Казачков О.В. Материаловедение. Черные металлы и сплавы.
ПетрГУ,2015.
дополнительная
Лахтин Ю.М., Леонтьева В.Н. Материаловедение. Учебник для ВУЗов
технич. спец. – 3-е изд. – М. Машиностроение, 1990. – 528с.
Материаловедение и технология конструкционных материалов.
Учебник для ВУЗов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Кузин, Д.И.
Чашников. – 2-е изд., перер., доп. – М. МИСИС, 1996. – 576с.
Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных
материалов: Учебник для студентов
25.12.2017
Казачков О.В., ПетрГУ
31