Файл: Материаловедение. Лекции 5-й Семестр (Часть 1).doc

Материаловедение и технология конструкционных материалов. Лекции 5-й семестр. Лектор: Волков Павел Владимирович.

07.09.07.

Литература:

1). Гуляев А.П. "Материаловедение". (издание не старше 1968 года)

2). Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. "Материаловедение".

3). Фетисов Г.П. и другие. "Материаловедение и технология металлов". Высшая школа. (издание с 2000 года)

Методическое пособие:

"Лабораторный практикум по материаловедению" под ред. Качалова В.М. (Теория, необходимая для защиты лабораторных работ).

Методическое пособие:

"Строение и свойства конструкционных материалов", 1990г. МЭИ.

Методическое пособие:

"Конструкционные материалы в энергетике", 1993г.

Краткая терминология.

Материаловедение- наука, устанавливающая связь между химическим составом, кристаллическим строением и свойствами материалов.

Технология- совокупность знаний о способах осуществления производственных процессов.

Рассмотрим следующие производственные процессы:

1. Металлургия- изучает вопросы, связанные с производством черных и цветных металлов, а также сплавов на их основе.

ГОСТ предусматривает под черными металлами: железо, а также сплавы на его основе (стали и чугуны). Все остальное считается цветными металлами и сплавами на их основе.

цветные металлы.

2. Литьë- осуществляется заливка расплавленного металла в литейную форму, внутренняя полость которой соответствует конфигурации и размерам будущей детали.

Часто литьë- основная либо единственная операция для изготовления деталей сложной геометрической формы (например корпусов двигателей, редукторов).

3. Обработка металлов давлением- процесс получения деталей требуемой формы и размеров, а также физико-механических свойств без нарушения сплошности металла (прокатка). Масса деталей при обработке давлением не изменяется.

4. Обработка резанием- совокупность технологических операций, обеспечивающих получение деталей требуемой формы и заданных размеров за счет механического срезания режущим инструментом с поверхности изделия материала технологического припуска в виде стружки (точение, шлифование, сверление, фрезерование, нарезание резьбы).

5. Сварочное производство- совокупность технологических операций, обеспечивающих получение механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывной структурной связью.

Металлы отличаются от неметаллов характером изменения электросопротивления в зависимости от температуры.

Металл- группировка атомов, обладающих следующими двумя основными характеристиками: атомы (ионы) строго определенным образом расположены в пространстве, образуя кристаллическую решетку и колеблются с частотой Гц около средних положений, удерживаясь силами межатомных связей; на внешней электронной оболочке атомов присутствуют свободные электроны, слабо связанные с ядром.

Эти две характеристики определяют следующие свойства:

а). Физические свойства (теплопроводность, электропроводность и др.)

б). Механические свойства (прочность, твердость, упругость, пластичность и др.)

в). Технологические свойства:

– жидкотекучесть (способность жидкого металла заполнять литейную форму сложной конфигурации);

– обрабатываемость резанием;

– обрабатываемость давлением (способность металла изменять свою форму при пластической деформации);

– свариваемость (способность металла образовывать механически неразъемное соединение при местном расплавлении кромок в стыке).

г). Эксплуатационные свойства:

– коррозионная стойкость (способность сопротивляться коррозии в агрессивных средах);

– жаропрочность (способность металла сохранять высокий уровень механических свойств при высоких температурах) (пример жаропрочных сплавов: хромо-никелевые) ;

– хладостойкость (способность металла не охрупчиваться при низких температурах (пример хладостойких сплавов: хромо-никелевые) ;

– износостойкость.

Глава 1. Кристаллическое строение металлов.

§ 1. Основные типы кристаллических решеток и их характеристики.

Всего существует 14 типов кристаллических решеток. Мы же будем рассматривать только 4.

1. Кубическая объемоцентрированная (оцк).

(таким типом кристаллической решетки обладают тугоплавкие металлы: )

где соответственно «железо» и «титан» (модификации).

Параметры:

1). Å (ангстрем), 1 Åсм.

2). Координационное число ()- число ближайших соседей атома. Для ОЦК: .

3). Базис- число атомов, приходящееся на одну элементарную ячейку.

(учитываем что угловые атомы принадлежат и соседним ячейкам).

4). Коэффициент компактности:

Учитывая, что , получаем следующее выражение для коэффициента компактности:

5). Радиус поры (поры занимают углерод, кислород, водород).

2. Кубическая гранецентрированная (гцк).

1). Å.

2). .

3).

4).

5).

Таким типом кристаллической решетки обладают

3. Гексогональная плотноупакованная (ГПУ).

1).

2).

3).

4).

5).

(Три атома в центре расположены в плоскости, параллельной основанию).

Подобную кристаллическую решетку имеют малопластичные металлы .

4. Тетрагональная решетка.

Образуется после некоторых видов термической обработки (например, после закалки).