ЛЕКЦИЯ 1
Тема: Структура и свойства металлов.
1.1.Кристаллическое строение металлов. Процесс кристаллизации
Все твердые тела делятся на аморфные и кристаллические.
Аморфные – атомы расположенные хаотично (стекло, клей, воск, и др.)
Кристаллические – атомы расположены в строго определенном порядке, с определенной геометрической закономерностью.
Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение.
Типы кристаллических решеток
Объёмно-центрированная кубическая - состоит из 9 атомов, расположенных по углам и в центре куба.
9 атомов
хром, вольфрам, молибден, железо (до 9100С и выше 14000С), титан (при температуре свыше 8820С)
Гранецентрированная кубическая решетка – 14 атомов, расположены по углам куба и в центре каждой из грани.
14 атомов
алюминий, медь, никель, свинец, золото, серебро, железо (9100С – 14000С)
Гексагональная плотноупакованная решетка – 17 атомов, расположены по углам оснований шестигранной призмы, в центрах её оснований и на трёх боковых гранях.
цинк, магний, бериллий, титан (до 8820С)
Атомы металлов образуют кристаллические решетки благодаря наличию особой металлической связи. Положительно заряженные ионы удерживаются на определенном расстоянии друг от друга свободными электронами. Такое внутреннее строение доказывает характерные признаки металлов - электропроводимость и т.д.
Кристаллизация металлов
Первичная кристаллизация – процесс образования кристаллов при переходе вещества из жидкого состояния в твердое.
Вторичная кристаллизация – изменение кристаллического строения вещества в твердом состоянии.
Для изучения процесса кристаллизации строят кривые охлаждения:
1 – кристаллизация без переохлаждения. Это теоретическая кривая.
Ткр – температура кристаллизации.
Тп – фактическая температура кристаллизации.
(Ткр – Тп) – степень переохлаждения.
2 – степень переохлаждения не значительная.
3 – степень переохлаждения большая. Из-за большого переохлаждения выделяется скрытая теплота кристаллизации, из-за чего температура повышается скачкообразно и приближается к теоретической.
В результате кристаллизации кристаллы получают неправильную внешнюю форму – зерна или кристаллиты.
Металлы и сплавы с мелкозернистым строением имеют более высокую прочность и лучшую сопротивляемость ударным нагрузкам.
Некоторые металлы в твердом состоянии могут изменять своё кристаллическое строение (железо, титан, кобальт, олово и др.), что приводит к изменению свойств металлов.
1.2.Свойства металлов
Металлы – это простые вещества обладающие электропроводимостью, теплопроводностью,
способностью коваться, металлическим блеском.
Простые Сплавы (сложные)
Свойства металлов
I. ФИЗИЧЕСКИЕ
1) Плотность – отношение массы вещества к объему;
2) Удельный вес – отношение веса вещества к объему;
;
железо = 7800
медь = 8900
чугун = 7000
3) Температура плавления – температура при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое.
Металлы: тугоплавкие, легкоплавкие.
4) Теплопроводность – способность металлов передавать теплоту (серебро, медь, алюминий).
5) Тепловое расширение – изменение линейных размеров тела при воздействии температуры.
6) Электропроводимость – способность металлов проводить электрический ток (серебро, медь, алюминий)
7) Магнитность – свойство металлов намагничиваться или притягиваться магнитом (железо, никель, кобальт).
II. ХИМИЧЕСКИЕ – характеризуют превращения металлов в другие вещества.
Коррозия металлов – разрушение металлов под действием окружающей среды.
Коррозионная стойкость:
1) коррозионностойкие – нержавеющие.
2) жаростойкие – стойкие против коррозии в газовых средах при температуре выше 5500C работающие в ненагруженном состоянии.
3) жаропрочное – работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени.
4) кислотостойкие – стойкие против коррозии в агрессивных кислотных средах.
III. МЕХАННИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА – характеризуют способность металлов сопротивляться деформациям и разрушению под действием внешних нагрузок.
1) прочность – это способность металлов сопротивляться действию внешних сил без разрушения.
2) упругость – это способность металлов восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки.
3) пластичность – способность металлов изменять свою форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь сохранять полученные деформации после устранения этих сил.
Хрупкость – отрицательное свойство. В технике применяются прочные и пластичные металлы.
4) твердость – это способность металлов оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела.
5) ударная вязкость – характеристика металлов, по которой оценивают его сопротивление хрупкому разрушению.
Вязкость – способность металлических материалов оказывать сопротивление быстро возрастающим нагрузкам.
Хрупкость – свойство обратное вязкости.
Механические свойства оцениваются численными значениями напряжения.
p – сила, действующая вдоль оси детали, или образца, (H)
s – площадь поперечного сечения, (м2)
IV. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА – совокупность физических и механических свойств, определяющих способность металлических материалов поддаваться обработке резанием, сваркой, ковкой и литьем.
1) обработка резанием (точение, сверление, фрезерование, шлифование и т.д.)
2) свариваемость
3) ковкость – обработка давлением.
4) литейные свойства – определяются жидкотекучестью, усадкой и склонностью к ликвации.
Для определения технологических свойств проводят испытания по технологическим пробам:
- испытание на изгиб;
- на сплющивание;
- на бортование;
- на загиб;
- на осадку.
