1. Основные показатели выбора материала Виды связей в кристаллах. Молек., ион., мет., ков
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
(способность материала работать без ухудшения основных св-в в условиях излучения либо после его воздействия. ПДД (предельная допустимая доза) считают такую, получив кот. материал снижает хотя бы одно свое свойство на 25% или более. Радиоционная стойкость выр. число радиоционных частиц, попадающих на единицу площади материала и выз. ухудшение свойств. Нейтрон/м2 Диалекрики имеют высокую радиоционную стойкость(плотность расширения до 10 в 23нейтрон/м2,потом полупроводники(10 в 8 нейтрон/м2) Выс. температурное излучение приводит к старению. При облучении большими потоками нейтронов и при выс.температуре могут образов. поры, что приводит к увел. объема, наз. радиоционное разбухание. При облучении ↓ коррозионная стойкость. Для ↑ корроз. стойкости необх. оптимизировать хим. состав и стр-ру, рабочую температуру, величину нейтронного потока и состав коррозийной среды. 22. Электрические и магнитные св-ва конструкц. материалов По электрическим свойствам материала делятся 1.Проводники 2.полупроводники 3.диалекрики Проводники - материалы, кот. имеют удельное сопротивление в 10-8 до 10-5 Ом*м и возрастающие с ↑ температуры. Полупроводники - материалы, с удельн. сопративлением 10-5 до 108Ом*м и ↓ с ростом температуры. Диалектрики - (108до 1016Ом*м) Электрические св-ва материалов характер. наличием либо электронов либо ионов и свободным перемещением под действием элетрич.поля. Материалы, с разными типами связи имеют различные темпер. коэффициенты электро-сопротивления. Электрическая прочность характер. сопративление пробоя, а пробой - необратиое разрушение твердого диэлектрика под действием поля и потерей изолирующих свойств. Свехпроводимость - способность материала не оказывать сопротивление электрич. току при температуре, ниже характерной для них. Вблизи абсолютного 0-температ. у многих материалов и сплавов происходит резкое снижение электо-сопротивления и они становятся свехпроводниками. Свехпроводники 1-го рода - чистые металлы Свехпроводники 2-го рода - сплавы и их соединения Сверхпроводник станов. диамагнетиком По магнитн. свойствам 1. диамагнетики 2. парамагнетики 3. феромагнетики Диамагнетики обл. отриц. магнитной восприимчивостью. К ним относят полупроводники (кремний, германий) и полимеры диэлектрики. Парамагнетики обл. Слабой магнитной восприимчивостью (калий, алюминий) Феромагнетики обл. выс магнитной восприимчивость. Из всех металлов их 4(железо, кобаль, никель) 23.Теория кристализации. Механизм и кинетика кристаллизации. Кривые охлаждения Различают первичную и вторичную кристаллизацию. Первичная - переход тела из ж в тв. Вторичная - переход из тв в др. твердое состояние (материал должен обладать полиморфизмом). Энергетическое состояние любой системы хар-ся запасом энергии, кот. складывается из энергии молекул, электронов, ядер. Согласно 2 Закону термодинамики любая система стремится уменьшить свою свободную энергию. Новое состояние любого вещества может возникнуть в том случае если его энергия будет меньше, чем энергия того же вещества в исходном состоянии. Это положение – основа теории кристаллизации. В равновесии (т.О) находится Фазы одновременно. То- теоретическая или равновесная t кристаллизации. 1) Для перехода в новое состояние необходимо чтобы энергии состояний отличались друг от друга. 2)ПриТ 3)Т>То,Fж Тж-практическая t плавления вещества Чем > скорость охлаждения, тем ниже t, до кот. может быть переохлажден жидкий металл без кристаллизации. При резком расплаве металла получ. состояние металла - аморфный металл, либо металлическое стекло.Способ получения аморфного металла –разбрызгивание мелких капель жидк металла на отполированную поверхность быстровращ. медного диска. Скорость вращения составит от тыс. до мил. град/сек. Аморфный металл обладает блесокм, облад определёныными свойстами: 1.высокаяпрочность 2.высокаяизносостойкость 3.высокаякоразионнаястойкость 4.повыш.магнитн.свойства 5.пластичность 6.все компоненты сплава отлично соединяются между собой У компонентов разной tплавл. разные хим. св-ва и плотность. При охлождении все эти св-ва не успевают охлождаться. Недостатком аморфн. металла явл. Снижение прочности при увеличении скорости нагружения. Невысокий ур-нь упругости, а также особенность, что при нагревании аморфн. кристалл закристаллизуется как обычный кристаллическое вещество. Механизм процесса кристаллизации 2 этапов: 1. зарождение центра кристалла 2. рост кристаллов из этих центров Реальные кристаллы неправильной формы наз. кристаллитами, скорость зависит от 2 пр-ов СЗ - (скорость зарождения центра) - кол-во зародышей образованное за единицу времени. СР - (скорость роста зародышей) - линейное перемещ. рост. грани кристаллаза 1 времени. С увелич. ��T СЗ И СР нач. рости и достиг. максимума. Различ. гоммогенную и гетерогенную кристаллизацию. Гоммогенная (самопроизвол) – неравномерности распред. плотности Гетерогенная (несамопроизвол) - центрами кристаллизации явл. посторонние примеси, на кот. растут новые кристаллы Дендрид - древовидный кристалл. Дендриды растут до тех пор пока не срастутся друг с другом. Процесс кристаллизации сопровожд. Выделением определенного кол - ватеплоты – теплоты кристаллизации. Кривые охлаждения  Вид кривых опред. соотношениями между колличеством выдел. при кристаллизции теплоты и скоростью отвода теплоты от Ме 1Qкристал.=Qохложд. 2.Qкристал.>Qохложд. 3-4.Qкристал При вторичной кристаллизации график будет иметь вид  На кривой с полиморфизмом наблюд. дополнит. гориз. площадка, соответстветсвующая вторичной кристаллизации, при кот. бетта модификация переходит в альфа модификацию. 24.Стр-ра металлического слитка. Факторы, влияющие на стуктуру Строение слитка в стали было описано Черновым, зерна в слитке имеют различную форму и ориентировку.  Металл обычно разливают в формы, наз изложница. Зона1 - мелкие неориентированных в простр-ве кристаллы, кот. образуются за счет резкого перепада температур между горячим металлом и холодной формой. Охлаждение резкое, число зародышей большое. Закаленная, поэтому очень твердая, обладает ↑ мех. хар-ками и ее стараются сохранить. После образования корковой зоны условия теплоотвода изменяются ∆t становится меньше и образуется зона 2 (столбчатых кристаллов) - кол-во зародышей невелико поэтому из этих зародышей успевают вырасти столбчатые кристаллы, кот. растут перпендикулярно стенкам формы в направлении отвода тепла. Стр-ра плотная, т.к. дендриты мешают расти друг другу. Эта зона непрочная, т.к. в местах стыка кристаллов образуются плоскости слабины. Зона 3(равноосных кристаллов) - в центре слитка нет определенной направленности отвода тепла, перепад температур маленький и поэтому образуются кристаллы приблизительно одинаковой формы и размера. Зародышами здесь могут являться любые примеси и инородные тела, поэтому в этой зоне возможны поры, трещины, газовые пузыри; механические св-ва низкие. Зона 4(усадочная раковина) образуется вследствие того, что все металлы, за некоторым исключением, в твердом состоянии имеют меньший объем, чем в жидком. Структура слитка явл неоднородной по сечению, т.к. зависит от t жидкого металла и t формы, объема металла, хим состава и наличия примесей. 25. Диаграмма состояния «Железо-углерод». Характеристика железа.Характеристика углерода. При изменении концентрации компонентов в сплавах, а также в процессе их охлаждения или нагрева в спавах происходят фазовые и структурные изменения, кот. можно наглядно проследить с помощью диаграмм состояния, представлябщих собой графическое изображение состояния сплавов. Диаграммы строятся для равновесного состояния сплавов. Вид диаграммы определяется характером взаимодействий, кот. имеют место между компонентами сплавов в жидком и твердом состояниях. В жидком состоянии между компоненами сущ. неограниченная растворимость, т.е они образуют жидкий раствор(расплав). В твердом состоянии компоненты могут образовать механические смеси из чистых компонентов, твердые растворы,химические соединения) Механические смеси (если элементы сплава при затвердивании из жидкого состояния не расторяются друг в друге и не взаимодействуют, по структуре смесь представляет собой неоднородное тело) Твердые растворы (фазы, в кот. один из компонентов сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других компонентов располагаются так, искажая ее. По структуре - однородные зерна. Хим. соединения (если элементы сплава взаимодествуют др. с другом. По структуре-однородные твердые тела) Железо и его сплавы с углеродом Железо - серебристо-белый металл, плотность -7,86г/см3. Температура плавления 1539 С. Возможны 6 состояний железа: газообразное, 4 конденсированных (жидкое и 3 кристаллические полиморфные модификации) и плазма. Полиморфизм – свойство в-ва или материала изменять свою КР при изменении температуры. При нормальном атмосферном давлении существуют-альфа и гамма- железо, при ↑ давлении эпсила -железа. Углерод –неметаллический элемент. 2 модификации-алмаз и графит. плотность - 2,25г/см3, температура плавления - 3500С. Осовными фазами в системе являются: (диаграмма) 1.жидким расплав углерода в железе (ближний порядок расположения атомов, преобладает металлическая связь, строение жидкого расплава зависит от конценрации углерода, при увелечении конценрации снижается вязкость и поверхностное натяжение) 2.феррит (твердый раствор, кристаллическая решетка-КОЦ, феррит - мягкая, пластичная фаза. Микроструктура - гранулированны зерна, светлые, разнообразной величины. 3.аустенит (твердый раствор, кристалич. решетка -кубич. гранецентрированная, он пластичен, но более проный, чем феррит, микростукура - светлые зерна) 4.цементит (хим. соединение железа с углеродом, анизатропен - свойства зависят от направления измерения, высокая твердость, легко царапает стекло, хрупок, почти нулевая пластичность. Первичный цементит кристализуется при охлаждении из жидкой фазы. Вторичный - из аустенита. Микроструктура перв. - белые иглы. Микростуктура вторичн. - белые поля или сетки) 5.графит(углерод, растворимость железа в графите очень мала, решетка-гексоганально слоистая, графит-мягкая фаза, имеет низку прочность, микростуктура-темные образования различной формы и размера) 6.ледебурит(механ. смесь аустенита и цементита, хрупок, большая прочность, микростуктура-смесь мелких темных зерен на белой цементитной основе) 7.перлит(механ.смесь феррита и цементита, твердая и прочная фаза, микростуктура - темные зерна пластинчатого строения. На основе диаграммы Синтезируются железоуглеродистые сплавы-стали и чугуны. 26.Диаграмма состояния.Стали,маркировка Стали - сплавы железа с углеродом, содержащие до 2% угрерода.также в состав спава входят марганец, кремний, сера и фосфор. По стуктуре стали делятся на 1.доэктивтоидные(до 0,8 % углерода) 2.эвтектоидные(0,8 % углерода) 3.заэвтектоидные(более 0,8% углерода) В зависимости от хим.состава различают стали 1.углеродистые 2.легированные Углеродистые стали могут быть 1.малоуглеродистые(улерода менее 0,25%) 2.среднеуглеродистые(от 0,25 до 0,60%) 3.высокоуглеродистые(более 0,60%углерода) Легированные стали делят на 1.низкоглегированные(до 2,5% легир.элементов) 2.среднелегированные(содержание легирующих элементов от 2,5 до 10% 3.высоколегированные(сдержат свыше 10% легир.элементов) По назначению 1. констукционные (для изготовления строительных и машиностроит.изделий) 2. инстументальные (уизготвляют режущий, мерительный и прчие интстументы) 3. с особыми физ. свойствами(с определ. магнитными характеристиками) 4. с особыми хим.свойствами (нержавеющие стали) В зависимости от содержания вредных примесей серы и фосфора) 1.стали обыкновенного качества 2.качественные 3.высококачественные 4.особовысококачественные (менее вредных примесей) По степени удаления кислорода,т.е по степени ее раскисления 1. спокойные (полностью раскисленные, обозн. «сп» в конце марки) 2. кипящие (слабо раскисленные, маркируются «кп») 3. полуспокойные (занимают промежу. полоение, маркируются «пс») Стали обыкновенного качества обозн. «ст» и условным номером марки (от 0 до 6) в зависим. от хим. состава и механич. свойств. Чем выше содержание углерода, тем больше номер. Например СТ1Кп2-углеродистая таль обыкновенного качества, кипящая, номер марки 1,второй категории поставляется по механ. свойствам (группа А) Качественные стали маркируются так. Например СТ45-сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,45% УГЛЕРОДА. У7-улеродистая инструментальная, качественная, содерщая 0,7% УГЛЕРОДА, спокойная Легирующие элементы обозн. русскими буквами(А-азот, К-кобальт, Т-титан, Н-никель, Г-марганец) если после буквы стоит цифра, то она указывает на процентное содержание этого элемента. например 14Г2-низколегированная качественная сталь,содержит приблизит. 14% углерода и до 2%марганца. Высококачественные и особо высококачественные стали маркируются так же как и качественные, но в конце высококачественной ставится буква А (указывает на наличие азота, введенного в сталь),а после марки особо высокачественной - через тире букву «Ш» Например У8А-углеродистая инстументальная высококачественная сталь, содержащая до 0,8% углерода. Шарикоподшипниковые стали маркируются буквами «ШХ», после кот. указывают содержание хрома в десятых долях процета (ШХ6) Быстрорежующиеся стали обозн. буквой «Р», след.буква указывает на процентное содержание вальфрама(Р8) Автоматные стали обознач.буквой «А» и цифрой,указывающ.среднее содержание углерода в сотых долях процента(А12) 27.Диаграмма состояния. Чугуны. Графитизация. Маркировка Чугунами наз. сплавы железа с углеродом, содержащие более 2%УГЛЕРОДА. Содержат те же примеси, что и сталь, но в большем колличестве. Обладают низкой способностью к пластической деформации и высокими литейными свойствами. В зависимост от состояния углерода в чугуне различают 1.Чугун, в кот. весь углерод наход.в связанном состоянии в виде карбида(белый чугун) 2.Чугун, в кот. углерод в значительной степени или полностью наход. в свободном состоянии в виде графита (серый, высокопрочный, ковкий чугун) Белый чугун не содержит графита, весь углерод связан в цементите Fe3C. Белые чугуны делятся 1. доэвтектические (углерода до 4.3 %) 2. эвтектические (углерода 4,3 %) 3. заэвтектические (углерода более 4,3 %) Серые чугуны содержат углерод в свободном состоянии в виде графита пластинчатой формы. Под микроскопом графит будет наблюдаться в виде темных полос на светлом фоне. Графит имеет низкую прочность. Серый чугун имеет низкие характеристики механич. свойств при испытаниях на растяжение. Преимущество серого чугуна-позволяет получить дешевое литье, имеет хорошую обрабатываемость резанием. Маркировка Серый чугун маркируется 2 буквам «СЧ» и 2 цифрами,соответствующими миним.значению временного сопротивления при растяжении в МПА. Например СЧ10-серый чугун с пределом прочности при растяжении 100МПА. Высокопрочный чугун содержит углерод в свободном состоянии в виде шаровидных включений графита.Под микроскопом наблюдаются округлые фтемные зерна на светлом фоне.Маркируется буквами «ВЧ» и цифрой,характеризующ.велечину временного сопративления. Например ВЧ 35- высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении 350МПА. Ковкий чугун содержит углерод в свободном состоянии в виде графита хлопьевидной формы. Ковкий чугун получают из белого путем отжига (отжиг при температ.1000С) Под микроскопом-хлопьевидная фаза на светлом фоне. Маркируется буквами «КЧ» и 2 числами, первое - предел прочности при растяжении, второе - относительное удлинение. Например КЧ35-10-ковкий чугун с пределом прочности 350МПА и относительным удлинением 10% Микростутура чугуна состиоит из металлической основы и графитных включений. Свойства зависят от металлич. основы и характера включений графита. Металлическая основа может быть 1.перлитная(темная основа) 2.феррито-перлитная(чередование светлых и темных участков) 3.ферритная(светлая основа) Стр-ра металлической основы определяет твердость чугуна. Графитизацией назыв. процесс выделения графита при кристаллизации или охлаждении сплавов железа с углеродом.Она протекает медленно.Ее процесс состоит из нескольких стадий: 1.образование центров графитизации 2.фиффузия атомов углерода к центрам графитизации 3.рост выделений графита 28.Цветные металлы и их сплавы.Алюминий |