КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Ю.Г. Дорофеев, В.И. Устименко, В.А. Червоный

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебное пособие для дистанционного обучения

 

Новочеркасск 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
1.2. Дефекты кристаллического строения металлов
2. ТЕОРИЯ СПЛАВОВ
2.1. Кристаллизация металлов
2.2. Виды сплавов
2.3. Диаграммы состояния
3. ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
4.ЖЕЛЕЗО И ЕГО СПЛАВЫ
5. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
6. ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
7. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
8. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
9. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Металлы имеют сложные кристаллические решетки, у которых атомы находятся не только в вершинах многогранника, но и внутри него. Наиболее характерны…      

Характеристики кристаллических решеток

Важными характеристиками кристаллической решетки являются период, координационное число, коэффициент компактности. Период решетки – это расстояние… Координационное число – это число атомов, находящихся в кристаллической… Коэффициент компактности – это отношение объема атомов, приходящихся на элементарную кристаллическую ячейку, ко всему…

Дефекты кристаллического строения металлов

Точечные дефекты (нульмерные) по размерам сравнимы с межатомными расстояниями. К ним относятся вакансии (свободные от атомов узлы кристаллической… Линейные дефекты (одномерные) имеют измерение в одном направлении на многие…    

ТЕОРИЯ СПЛАВОВ

Кристаллизация металлов

Процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов ─ зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов. Скорость каждого из этих… От степени переохлаждения зависит критический размер зародыша, т.е. такой… При кристаллизации кристаллы, окруженные со всех сторон жидкостью, имеют более или менее правильную геометрическую…

Виды сплавов

Сплавы смеси образуют компоненты, которые в жидком состоянии неограниченно растворяются друг в друге, а в твердом состоянии образуют смесь… Твердыми растворами являются сплавы, компоненты которых растворяются друг в… Различают твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. В растворах замещения атомы растворимого элемента…

Диаграммы состояния

С = К─ Ф + 1, где К ─ число компонентов, образующих систему; Ф ─ число фаз; С… Компонент – это независимая составная часть системы. Фаза ─ это однородная часть системы, отделенная от других…

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Механизм пластической деформации.Сущностью ПД является сдвиг, в результате которого одна часть кристалла смещается по отношению к другой. Сдвиг… Деформация монокристаллов состоит в том, что вдоль плоскости скольжения… Способность металла к ПД зависит от многих факторов: температуры нагрева, химического состава, исходной структуры,…

ЖЕЛЕЗО И ЕГО СПЛАВЫ

Диаграмма состояния железо-цементит

Диаграмма состояния железо углерод дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов. Сталью называют сплавы… Железо образует с углеродом химическое соединение: (карбид железа) Fe3C –… Свойства компонентов

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

По химическому составу стали классифицируют на нелегированные (углеродистые) и легированные. Последние в свою очередь подразделяют на хромистые, никелевые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и т. д. в зависимости от присутствующих легирующих элементов в стали.

По равновесному составу после отжига стали классифицируют на доэвтектоидные, содержащие менее 0,8 %С, эвтектоидные (0,8 % С), заэвтектоидные (более 0,8 % С) и ледебуритные, которые представляют собой высоколегированные сплавы, в литой структуре которых имеются первичные карбиды.

По степени раскисленности стали классифицируют на кипящие (раскисленные только марганцем), полуспокойные (раскисленные марганцем и кремнием) и спокойные (раскисленные марганцем, кремнием и алюминием). Кипящие стали характеризуются пониженной плотностью отливки, низким содержанием кремния и повышенной пластичностью. Спокойные стали дают плотную отливку, полуспокойные занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными. Кипящие стали обозначают индексом "кп", полуспокойные – "пс", спокойные – "сп" или чаще их представляют без индекса.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Основным критерием качества является содержание в стали вредных примесей: серы и фосфора, Например, в качественных сталях предельное содержание S и P не должно превышать 0,035 % (каждого элемента), в высококачественных сталях – 0,025 %.

По назначению стали классифицируют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Стали обыкновенного качества маркируют буквами Ст и однозначным числом 0, 1. 2…6 – номером сплава. Чем больше число, тем выше среднее содержание углерода в стали. Информацию о количественном химическом составе сплава марка не содержит. После цифры может стоять индекс раскисленности. Например, Ст6сп – сталь обыкновенного качества спокойная номер 6.

Углеродистые конструкционные качественные стали маркируют двузначным числом, показывающим среднее содержание углерода, выраженное в сотых долях процента. Например, сталь 30 характеризуется, как качественная сталь, содержащая 0,30 % углерода. Иногда марки низкоуглеродистых сталей содержат индекс раскисленности "кп" или "пс" (спокойные стали маркируют без индекса). Например, 08кп – углеродистая конструкционная качественная кипящая сталь, содержащая 0,08 % углерода.

Низкоуглеродистые листовые стали 05, 08, 10 используют, главным образом, для изделий, получаемых холодной штамповкой (холодно деформируемые стали). Низкоуглеродистые стали 15, 20, 25 чаще применяют для деталей, упрочняемых цементацией (цементуемые стали). Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 используют для самых разнообразных деталей машиностроения в состоянии после нормализации, улучшения или поверхностной закалки (улучшаемые стали). Высокоуглеродистые стали 55, 60, 65, 70, 75 преимущественно применяют для изготовления силовых упругих элементов – пружин, рессор, упругих колец и других деталей пружинного типа (рессорно-пружинные стали).

Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У (углеродистая) и числом, соответствующим содержанию углерода, выраженному в десятых долях процента. Например, У8А – углеродистая инструментальная сталь, содержащая 0,8 % углерода. Буква А показывает, что сталь высококачественная.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двузначное число, стоящее в начале марки, соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Буквы указывают на наличие легирующих элементов: Б─Nb, В─W, Г─Mn, Д–Cu, К─Со, М─Мо, Н─Ni, П─Р, Р─В, С─Si, Т─Тi, Ф─V, Х─Сr, Ц─Zr, Ч ─ редкоземельные элементы, Ю–Аl. Число, стоящее после буквы, показывает примерное процентное содержание легирующего элемента. Отсутствие числа указывает, что среднее содержание соответствующего элемента не превышает 1,0…1,5 %. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная (А внутри марки соответствует легирующему элементу – азоту), буква Ш – особовысококачественная. Например, сплав марки 20ХН3А ─ конструкционная высококачественная сталь, содержащая (в среднем) 0,20 % С, 3 % Ni, и не более 1,0…1,5 % Сr.

Буква А в начале марки указывает, что сталь автоматная, т. е. обладающая хорошей обрабатываемостью резанием. Такие стали имеют повышенное содержание серы, Кроме того, они могут быть дополнительно легированы свинцом, селеном или кальцием. Например, сталь А12 – сернистая автоматная углеродистая (0,12 % С) сталь; АС14ХГН ─ свинцовистая автоматная легированная сталь, содержащая примерно 0,14 % С, повышенное количество серы, легированная свинцом, а также хромом, марганцем и никелем (Сr, Мn, и Ni не более 1,0…1,5 % каждого).

Каждый из легирующих элементов оказывает влияние на свойства сталей. Например, хром увеличивает прокаливаемость, твердость, прочность. Никель, повышая прочность, не снижает пластичности, увеличивает прокаливаемость стали и интенсивно снижает температуру перехода в хрупкое состояние. При концентрации хрома 13 % и более сталь становится коррозионностойкой (нержавеющей). Ванадий и титан способствуют значительному измельчению зерна. Молибден и вольфрам предотвращают развитие отпускной хрупкости и т. д.

Металлы и сплавы, способные сопротивляться коррозионному воздействию газообразной среды при высоких температурах, называются жаростойкими или окалиностойкими. Жаростойкими являются, например, высокохромистые стали 08Х27Т, 15Х25Т, 20Х23Н18.

Металлы и сплавы, способные длительное время сопротивляться деформированию и разрушению при повышенных температурах, называют жаропрочными. Жаропрочными являются, например, алюминиевые сплавы АК4-1, АЛ33, магниевые сплавы МА12, МЛ19, титановые сплавы ВТ3-1, ВТ-6, стали 10Х11Н20Т3Р, 45Х14Н14В2М и др.

Мартенситно-стареющими сталями называют безуглеродистые высоколегированные сплавы, упрочняемые закалкой и старением вследствие выделения интерметаллидных фаз. Например, мартенситно-стареющими являются стали 03Н18К9М5Т, 03Н12К15М10, 03Х11Н10М2Т.

Легированные инструментальные стали обычно маркируют однозначным числом, указывающим на среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента, и буквами, обозначающими легирующие элементы. Например, сталь 5ХНМ – качественная инструментальная сталь, содержащая в среднем 0,5 % углерода; хром, никель и молибден в количествах, не превышающих 1,5 % каждого. Если сплав содержит около 1% углерода, то число в начале марки не ставится, например, сталь В2Ф (1 % С, 2 % W, и не более 1% V), Х12 (1 % С и 12 % Сr).

 

 

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Термической называют обработку, связанную с нагревом и охлаждением металла с целью изменения его структуры и свойств. Температурные режимы термообработки сталей связаны с диаграммой Fe-Fe3C.… В зависимости от склонности к росту аустенитного зерна при нагреве различают наследственно крупнозернистые (зерно…

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Быстрорежущие стали представляют собой высоколегированные инструментальные сплавы. По структуре после отжига они относятся к ледебуритному классу.… Высокая теплостойкость (красностойкость) быстрорежущих сталей достигается… Быстрорежущие стали маркируют буквой Р, после которой следует число, указывающее на содержание вольфрама в процентах.…

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Медь и ее сплавы

В технике наряду с чистой медью широко используются ее сплавы. Наибольшее распространение получили сплавы меди с цинком, называемые латунями, и… Латуни, содержащие цинка до 39 %, имеют структуру твердого раствора α и… Кроме основных компонентов (Cu и Zn) латунь может содержать легирующие элементы (Al, Fe, Pb, Sn и т.д.).

Алюминий и его сплавы

Сплавы на основе алюминия обладают малой плотностью, высокими удельными механическими свойствами, высокой коррозионнойстойкостью, свариваемостью и… Алюминиевые сплавы классифицируют на деформируемые (в их структуре отсутствует… Деформируемыми сплавами, не упрочняемыми термообработкой, являются сплавы на основе систем: Al-Mg и Al-Mn . Сплавы…

Титан и его сплавы

Титановые сплавы наиболее широко применяют в авиации и ракетной технике для изготовления деталей, работающих при температурах 250…550 ºС, когда… Для повышения прочности титановые сплавы легируют марганцем, железом,… По структуре в отожженном состоянии титановые сплавы подразделяют на пять групп: α-сплавы (ВТ1-0, ВТ5 и др.);…

Магний и его сплавы

В ряду технических легких металлов (Al, Be, Mg, Ti) наиболее легким является магний. Его плотность ─ около 1740 кг/м3, температура плавления… Для упрочнения магниевых сплавов широко используется эффект дисперсионного… Основные виды термической обработки имеют определенные условные обозначения. Отжиг обозначают Т2, закалку ─ Т4,…

Антифрикционные сплавы

Баббиты, например, Б83, Б18, БКА ─ сплавы на основе олова (Б83) или свинца (Б16 ─ с добавкой Sn, БКА ─ безоловянистый). Применяют… Алюминиевые подшипниковые сплавы, например АО9-2, АО20-1, работают в условиях… Несколько уступает по антифрикционным свойствам алюминиевым сплавам свинцовистая бронза БрС30. Бронзу О5Ц5С5, латунь…

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

По электрическим свойствам материалы могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Проводниковые материалы классифицируют в зависимости от удельного… Среди металлов высокой электрической проводимости широко распространены медь (удельное электросопротивление ρ =…

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основным компонентом пластмасс, обеспечивающим работу всей композиции как единого целого, являются полимерные материалы, или смолы, представляющие… Полимеры получают в результате синтеза из низкомолекулярных соединений… Наиболее многочисленную группу соединений составляют органические полимеры, например, полиолефины, фторопласты,…

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

2. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка.– М.: Машиностроение, 1976.– 407 с. 3. Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. для вузов.– М.: Металлургия, 1986.– 542… 4. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение : Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Г. Рахштадта.– М.: Металлургия ,…

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

Редактор Л.Ф.Некрасова

 

Южно-Российский государственный технический университет

Редакционно-издательский отдел ЮРГТУ

Типография ЮРГТУ

Адрес университета и типографии

346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132