1. Основные показатели выбора материала Виды связей в кристаллах. Молек., ион., мет., ков
 Скачать 0.52 Mb.
|
 1. Основные показатели выбора материала2. Виды связей в кристаллах. Молек., ион., мет., ков. 3. Жидкие кристаллы. Стр-ра, св-ва, боласть прим. 4. Типы КР. Полиморфизм. Изотропность. Анизотр. 5. Типы дефектов в крист. телах. Точесные. 6. Типы дефектов в крист. телах. Линейные. 7. Типы дефектов в крист. телах. Поверхностные, об. 8. Механич. св-ва тв. материалов. МИ. Д. растяж. 9. Механич. св-ва тв. материалов. МИ. Д. сжатия. 10. Виды динамических испытаний материалов. 11. Трибологические испытания. 12. Специальные методы испытаний мех. св-в. 13. Механич. испытания при низ. температурах. 14. Твердость. МОТ. Метод Бринеля. 15. Твердость. МОТ. Метод Роквелла. 16. Твердость. МОТ. Метод Виккерса. 17. Твердость. МОТ. Метод Мооса. 18. Виды деформаций. Упругая и пластич. Д. Мех-мы 19. Виды разрушений. Вязкое разрушение. Хрупкое… 20. Тепловые св-ва материалов (теплоем, теплопров…) 21. Хим. стойкость. Виды коррозии. Оценка кор. стойк. 22. Электрические и магнитные св-ва конструкц. мат. 23. Теория кристаллизации. Механизм и кинетика крис 24. Структура металлич. слитка. Факторы, вл. на стр-р 25. ДС «железо-углерод». Х-ка железа. Х-ка углерода. 26. ДС «железо-углерод». Стали, маркировка. 27. ДС «железо-углерод». Чугуны, графитизация. 28. Цветные металлы и их сплавы. Алюминий. 29. Цветные металлы и их сплавы. Медь. 30. Классификация видов термич. обработки. 31. Теория ТО. Отжиг. Виды отжига. 32. Теория ТО. Закалка. Виды закалки. 33. Теория ТО. Отпуск. Виды отпуска. 34. Теория ТО. Нормализация. Улучшение. 35. Процессы, происх. при химико-термич. обраб. 36. Теория хим-термич. обраб. Цементация. 37. Теория хим-термич. обраб. Азотирование. 38. Теория хим-термич. обраб. Нитроцементация. Суль 39. Теория хим-термич. обраб. Диффузионная металл. 40. Теория хим-термич. обраб. НТМО и ВТМО. 41. Полимеры. Область прим. Св-ва. Стр-ра. 42. Пластмассы. Область прим. Св-ва. Стр-ра. 43. Стекло. Область прим. Св-ва. Стр-ра. 44. Керамика. Область прим. Св-ва. Стр-ра. 45. Классификация композиционных материалов. 1.Основные показатели выбора материала Материаловедение- прикладная наука о строении и свойствах технических материалов. Цель - установить связь между составом, стр-рой и св-вами материала. Задача - получение материала с заранее зад. св-вами. Этапы выбора материала:
коррозиоционная стойкость, хим. активность) Хим. св-ва определяют способность материала вступать в взаимодействие с др. материалами и хар-ся сопротивляемостью к окислению.
Клонирование эксперимента по ↑ эффективности работы и произв. м-ла позволяет получить изделие с гарантированным и стабильным уровнем служебных св-в при мин. производственных затратах. 2. Виды связей в кристаллах. Молекулярная, ионная, металлическая, ковалентная. Х-р связи между атомами формируется электрон. строением атомов, вступающих во взаимодействие. Силы притяжения возникают между электронами с положительно заряженными ядрами собственных атомов, а также с положительными ядрами соседних атомов. Силы отталкивания-между положительно заряженными атомами при сближении. Хим связь возникает только в том случае, если полная энергия взаимодействующих атомов уменьшается. Т.о. при образовании связи всегда выделяется энергия. Виды связей: 1)молекулярная - взам-ие не приводящее к разрыву или к образованию новых хим связей. Действуют силы притяжения (Вандерваальса). Молекулярные кристаллы образуют комплексные, металлоорганические, органические соед. Кулоновские силы не имеют направленного х-ра, поэтому атомы стремятся ↑ кол-во соседей в кристал. решетке и укладываются компактно. Энергия связи - 1,8 ккал/моль. Низкая t плавления/испарения, ↓модуль упругости, большой ТКЛР. По электрическим св-вам молек кристаллы-диэлектрики. 2) ковалентная - хим связь между атомами, кот. осущ. за счёт обобществленых электоронов. Связь хар-ся ↑ электронной плотности между атомами. Вступая во взаимодействие элементы отбирают валентные электроны и достраивают свои валентные зоны. Электроны становятся общ. для соседних атомов. Ков-ная связь может образовываться между одинаковыми и разные атомами. Число атомов с кот. происх. обобществление электронов зависит от валентности элемента и опред. по правилу (8-N(валентность)). Неполярная ков-ная связь осущ. двумя электронами с противоположно направленными спинами. Полярная ков-ая связь - направленная связь, атомы укладываются не компактно и координационное число небольшое. Ков-ые кристаллы имеют ↓ пластичность, ↑ t плавления. Энергия связи - 180ккал/моль. По электрич св-ам: диэлектрики, полупроводники, проводники. 3)ионная - осущ в рез-те образования и электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов. Электроположит элемент теряет валентные электроны и превращается в положит ион, а электроотриц приобретает и становится отрицательно заряженным ионом. Ионная связь не имеет напрвленности, т.о. каждый ион окружен ионами противополож знака, атомы укладываются компактно и кристал решетка сост из чередующихся положит и отриц ионов, а между ними электростатические силы взаимодействия. Энергия связи - 180ккал/моль. Координационное число - кол-во частиц противоположного знака непосредственно примыкающих к данной частице. По электрич св-ам: полупроводники, диэлектрики. 4) металлическая - хим связь, обусловленная взаимодействием электронного газа (его составляют валентные электроны) с положит заряженными ионами - модель свободного электрона. Метал связь не имеет направленности, атомы укладываются компактно, имеет большое координац число. Щелочные металлы (натрий,калий,литий) имеют решетку ОЦК; щелочноземельные (кальций,магний) –ГПУ; Cu,Al-ГЦК. Метал.кристаллы обладают высокой пластичностью. Энергия связи=100ккал/моль. ↑ электропроводность, метал блеск, ↑ ковкость. Все св-ва обусловлены наличием свобод. электронов. По электрич св-ам - проводники. 3. Жид кристаллы. Стр-ра, св-ва, применение ЖК – жидкости с упорядоченной молекул. стр-рой. Они занимают промежуточное положение между кристаллами и жидкостями с беспорядочном расположении молекул. ЖК текучи как обычные жидкости, но обладают анизотрапией, как кристаллы. Известно несколько сотен ЖК, большинсво из них органич.вещества, кот. имеют удлиненные молекулы. При плавлении таких в-в молекулы располагаются в в определ. порядке. Тверд-мутная-прозрачная Т1 Т2 С Т2-температура просветления.Такие в-ва были названы термотропные. Промежуточная состалящая между Т1 и Т2 назыв. жидким кристаллом. ЖК бывают: 1. нематические (молекулы выстроены в цепочке и направление их преимщественной ориентации явл.оптическй осью ЖК) 2. смектические (молекулы обра. паралельный слой, кот. легко смещаются друг относит. друга) 3. холестерические (стр-ра более сложная, молекулы располагаются по пространственой спирали. Образуют паралельные слои и в каждом слое имеется стр-ра 1-го уровня) Спирали имеют опред. шаг, т.е плавно меняют свою ориентацию, вызывая анизатропию. Стр-ра ЖК меняется под действием давления, температурного электр.поля. Это позволяет изготовить особочувствительные индикаторы. ЖК индикатор состоит с двухстекловой пластинки, между кот. располаг. тонкий слой (до 50 мкм) жидкого кристалла и прозрачные электроды в виде цифр или букв. При подаче напряжения на электроды, молекулы жидкого кристалла начинают вращаться и рассеивать свет. При изменении Т меняется шаг спирали, а значит и длина волны, на этом основано действие светового термометра. Для цветных изображений применяются ЖК с красителями, кот. тоже имеют удлиненные молекулы. При ↓ напряженности электр. поля молекулы ЖК увлекают за собой молекулы красителя и окраска не видна. При ↑ напряженности молекулы красителя начинают вращаться самостоятельно и окрашивают изображение в опред. цвет. Применение – термометры, калькуляторы, часы. Недостаток - жк подвержены пр-сам старения и все органические в-ва они теряют св-ва с теч. времени. 4.Типы кристаллических решеток. Полиморфизм. Изотропность. Анизотропность. КР - воображаемая пространственная сетка с атомами или ионами узла. В решетке выделяют элементарную ячейку-область, повторяющаяся во всех измерениях. В кристалле все атомы сближены до соприкосновения, но для упрощения рисунков применяют схемы, в кот. в центре тяжести атома располагается точка. Точка пересечения прямых линий наз. узлами, в кот. располагаются атомы. Для описания любой решетки необходимо указать пар-ры решетки(6 величин) - 3 ребра и 3 угла. Бравэ выделил 14 типов кристал решеток - 7 простых и 7 сложных. Простые решетки: 1) кубическая a=b=c, α=β=γ=90; 2)тетрагональная a=b≠c, α=β=γ=90; 3)ромбическая a≠b=c, α=β=γ=90; 4)ромбоэдрическая a=b=c, α=β=γ≠90; 5)гексагональная a=b≠c, α=β=90, γ=120; 6)моноклинная a≠b≠c,α= γ=90, β≠90; 7)триклинная a≠b≠c, α≠β≠γ≠90. Сложные решетки (атом располагается не только в злах): 1) ОЦК (объемно центрированная кубическая); 2) ГЦК (гранецентрированная кубическая); 3) ГПУ (гексагональная плотноупакованная) Для хар-ки КР используют понятия: а) координационное число-число атомов, нах на наиб. близком равном расстоянии от данного атома. Для простой кубич решетки коорд-ое число=6.; б) коэф компактности-плотность кристал решетки,т.е. объем занятый атомами. Q=((4πR3n)/3V)*100. n- базис-число атомов,приходящихся на одну элементарную ячейку. V-объем элементарной ячейки. Для ОЦК Q=68%. Указывая хим и физ св-ва кристалла необходимо указывать направление к которому эти св-ва относятся. По параллельным направлениям св-ва одинаковы. В кристаллографии положение атомов плоскостей определяется отрезками отсекаемыми этими плоскостями при пересечении с осями координат x,y,z.Эти отрезки измеряются целыми числами равными длине ребер ячейки a,b,c, которые являются единичными расстояниями вдоль оси координат.За индексы плоскостей принимают обратные отрезки h,k,l. Эти числа заключаются в скобки (h,k,l)-индексы Миллера. Каждая плоскость простой кубической решетки пересекает только одну ось координат и отсекаемые отрезки будут равны : m(1,∞,∞)(100)h n(∞,1,∞)(010)k p(∞,∞,1)(001)l Нек. вещ-ва при разных внешних условиях могут иметь различную КР. Полиморфизм - способность вещ-ва существовать в разных кристал. формах в зав. от внеш условий. Формы наз полиморфными модификациями, а переход между ними-полиморфизные переходы. Обозначаются буквами α,β,γ…, чем дальше буква, тем выше температура перехода. При полиморфизме меняется форма решетки, тип и св-ва вещ-ва. Анизотропность -зависимость свойств материала от направления их измерения. Изотропность -особенность веществ, выражающаяся в том, что они обладают одинаковыми физическими свойствами в любом направлении. 5. Типы дефектов в кристал. телах. Точечные Для реального Ме характерно наличие деффектов, кот. нарушают периодичность расположения атомов в кристаллической решетке, в рез. влияют на св-ва. Типы дефектов: 1.точечные 2.нулевые(линейные,поверхностные,обьемные) Эти дефекты распологаются в отд.точках,имеют маленькие размеры во всех 3 измерениях К точечным относят 1. дефекты Шоттки (вакансии) 2. дефекты Френкелля (атомы, кот. вышли из узлов кристаллич. решетки в междуузлие-дислацированные атомы) 3. примесные атомы (атомы др. элементов, кот. могут распол. как в углах так и в междуузлиях) 4. радиоционные (они возникают под действием облучения кристаллов) Все точечные деффекты возникат в пр-се кристаллизации по действием тепловых, механических, электрических, радиоционных воздействий. 1 и 2 группа дефектов присуствуют в кристаллах при любых температурах, т. к. имеется тепловое движение атомов. Каждой температуре соответствует равновес. концентрация вакансий. Дефекты Шоттки (вакансии) явл. наиб. вероятным дефектом в решетках. При комнатной Т концентрация вакансий составляет 1 штука/10 в 18 атомов При нагреве конценрация резко ↑. Место, где вакании исчезают наз.сток вакансий. При большой конценрации вакансий они сливаются в ди-вакансии, три-вакансии, это плохо-возникают поры. Радиационные дефекты возникают под действием облучения кристалла (при прекращении облучения кристалл не находится в стационарном состоянии) Сущ. критич. конценрация радиационных дефектов, когда кристалич. состояние становится неустойчивым и может перейти в аморфное состояние. Все виды точечных дефектов искажают решетки и влияют на свойство кристалла. 6.Типы дефектов в кристал. телах. Линейные Линейные дефекты характериз. малыми размерами в 2 измерениях и большой протяженностью в 3 измерении. Они наз. дислокациями-смещениями 2 вида дислокации 1.краевые 2.винтовые 1. Краевые дислокации изображ. искажение КР, вызванное наличием лишней атомной плоскости (экстраплоскости). Нижний край электроплоскости - линия дислокации. Если экстраплоскость нах. в верхней части наз. положительной и обозн. Если в нижней-отрицательной Различие между дислокациями условное, при повороте кристалла экстраплоскость меняет знак, знак использ. для изучения 2 дислокаций. Одинознаковые дислокации отталкиваются, разные-притягиваются, что ведет к анигиляции - уничтожению. 2.Винтовые дислокации (кристалл можно представить 1 атомной плоскости, закрученной вокруг дислокации как винтовая лестница) Дислокации образ. при кристализации материала, а также во время пластической деформации. Плотность дислокации может достигать большой величины (число выходов дислокаций на 1 см2) Дислокации притягивают к себе атомы любых примесей, кот. осаживаются в виде цепочки воль меньшей дислокации и образуют облако Потрелло. Теория дислокации позволила объяснить разницу между теорит. и практич. прочностью материала. прочность теор > прочн.практ. Такая разница объясняется тем, что деформация происходит не путем одновременного смещения целых атомов плоскостей, а путем постепенного перемещения дислокаций. Оровон установил, что дислокация-конфигурация, кот. способна двигаться по кристаллу. Чем легче пеемещ. дислокации, тем ниже прочность металла и тем легче пройдет пластич. дефформация, значит причиной низкой прочности явл. наличие большого количества дислокации. (рис) 1 - область теорит. прочности, т.е без дислакационных кристаллов 2 - область чистых металлов 3 - упрочненные металлы 7. Типы дефектов в кристал. телах. Поверхостные, объемные Поверхностные имееют маленькую толщину и большие измерения К ним относят 1.места стыка 2 участков КР 2.границы зерен 3.границы внутри зерна Соседние зерна имеют неодинаковую прстранственную ориентацию и границы между зернами могут представл. собой переходн. слой толщиной 1-5 мм, в кот. скапливаются дислокации и нарушается порядок. Поверхностные дефекты могут влиять на на мех. и физ. свойства материалов, т.к на границах часто концентрир. примеси и часто зарождаются новые фазы. Объемные дефекты-микродефекты объемного хар-ра (пора, пузыри, немет. включения) Все они снижают прочность металлов. 8. Механ.свойства твердых материалов. Методы испытаний. Диаграмма растяжения. Прочность - способность материала противостоять разрушению под действием внешних нагрузок. Твердость - способность материала сопротивляться проникновению другого тела в поверх. слой. Хрупкость - способность мат. разрушаться без защитного поглощения энергии. Вязкость - способность материала разрушаться с защитным поглащением энергии. Упругость - способность материала восстанавливать форму и размеры после снятия нагрузки. Пластичность - способн.мат. без разрушения необратимо менять форму и размеры. Различают механические испытания: статистические (нагрузка прилагается медленно и плавно), динамические (резкое нагружение). Испытания на растяжение - статическое испытание, по результатам которого строится диаграмма растяжения и определяются основные механ.характер. ОА-зона упругости (на этом участке матер. Подчиняется закону Гука.), АВ-зона общей текучести (площадка текучести, происходит существенное изменение длины нагрузки без изменения нагрузки), ВС-зона упрочнения (удлинение образца сопровождается возрастанием нагрузки, но более медленно, чем на участке АВ, СD-зона местной текучести, D-точка разрушения.  ��пц=  – предел пропорциональности��m=  – предел текучести Условный предел текучести обознач. через ��0,2 . Из точки на оси абсцисс, соотв. остаточному удлинению 0,2% от нач. длины, проводим прямую, начальному участку диаграммы. Точка пересечения с диаграммой соответствует напряжению условного предела текучести. 9. Механ.свойства твердых материалов. Методы испытаний. Диаграмма сжатия. Прочность - способность материала противостоять разрушению под действием внешних нагрузок. Твердость - способность материала сопротивляться проникновению другого тела в поверх. слой. Хрупкость - способность мат. разрушаться без защитного поглощения энергии. Вязкость - способность материала разрушаться с защитным поглащением энергии. Упругость - способность материала восстанавливать форму и размеры после снятия нагрузки. Пластичность - способн.мат. без разрушения необратимо менять форму и размеры. Различают механические испытания: статистические (нагрузка прилагается медленно и плавно), динамические (резкое нагружение). Хрупкие и пластичные материалы ведут себя неодинаково. Хрупкие материалы при нагружении сжатия испытывают напряжение, кот не компенсируются поглощением энергии и образец разрушается с образованием трещин. Для пластичных материалов нельзя определить предел прочности на сжатие, т.к. образец превращается в тонкий диск и дальнейшее сжатие ограничивается возможностями машины.  10.Виды динамических испытаний материалов Динамические испытания - нагрузка прикадывается резко. Осн. дин. испытанием явл. метод испытания на ударный изгиб с опред. ударной вязкости материала. Метод основан на разрушении образца (рис) Ударная вязкость - отношение работы разрушения, затраченной на разрушение и деформаци образца ударом начальной площади поперечного сечения в том месте, где нанесен надрез. Работоспособность образцов опред. не только способностью сопротивляться зарождению трещины, но и способностью сопротивляться распространению трещины. Чем острее надрез на образце, тем более жестким испытаниям подвергают образец. Испытания ударной вязкости применяют также для оценки склонности материала к хрупкому разрушению при ↓ температурах. Испытания на договечность Долговечность опред. испытаниями на усталость, ползучесть, износ и коррозию.  Испытание на усталость Усталость – пр-с постепенного накопления повреждений в Ме под действием переменных напряжений, приводящих к образованию и развитию усталочных трещин. Усталочный излом отлич. от др.структурой.  5 характеристич. зон: 1.фокус (зона, в кот. возникает зарождение трещины усталости) 2. очаг разрушения (небольшая зона, прилегающая к фокусу, кот. формируется в нач. трещине усталости, хар-ся небольшим блеском и гладкой поверхностью). 3.зона усталостного развития трещины (в ней как от очага раходятся разветвления трещины, что приводит к образованию линий усталости (следы фронта продвижения трещины) в след зоне -4 5.зона долома (образец на последней стадии усталости разрушения и имеет явно выраженные признаки хрупкого разрушения) Цикл нагружения R=  Хар-кой цикла явл. коэфициент ассиметрии R = макс .напряжение цикла/миним.напряжение цикла Если R= -1,то цикл явл.симметичным Предел выносливости – наиб. напряжение цикла, кот. выдерживает Ме без разрушения. предел выносливости для стали больше чем для цветных металлов, например. Усталочная долговечность - число циклов нагружения образ. разрушением при заданном напряжении. 3 стадии усталочного разрушения 1.зарождение усталочной трещины 2.меденный рост трещины для критического размера 3.разрушение уставшегося сечения образца Процесс зарождения трещины зависит от |