ТЕХНОЛОГИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫМ

ББК 30.61я73 Т38

УДК 621.7+621.9(075.8)

Авторы: Г. А. Прейс (разд. VI); Н. А. Сологуб (разд. I, II, VII); И. А. Рожнецкий (разд. III); А. И. Некоз (разд. IV); Н. А. Горпенюк (разд. V).

Рецензент д-р техн. наук, проф. Евдокимов В. Д. (Одесский техно­логический шЩНП'Ут н'шДевой промышленности)

Библидтела ^г

,Реаай1Ш1АМ'^!т^,у^,]Т&^<>по машиностроению РедащгйЭт4-^:.г?

Технология конструкционных материалов: Учебник/ Т38 Г. А. Прейс, Н. А. Сологуб, И. А. Рожнецкий и др.— 2-е изд., перераб. и доп.— К. : Выща шк., 1991.— 391 с.: ил. ISBN 5-11-003594-6

Изложены основные сведения о технологии получения и обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов. Кратко рас­смотрены общие свойства металлов и металлургические процессы по­лучения черных и цветных металлов. Описаны литейное производ­ство, получение заготовок обработкой давлением, сварка, обработка резанием. Освещены современные методы электрофизической и электро­химической обработок металлов, вопросы автоматизации процессов ме­ханической обработки.

Во втором издании (1-е изд.— 1984 г.) внесены дополнения в раздел «Обработка металлов давлением», более широко представлены станки с числовым программным управлением.

2704000000—198 М211(04)—91 ^{113 91}

Для студентов механических специальностей вузов.

ББК 30.61я73

© Издательское объединение «Выща школа», 1984

iSBN 5-11-003594-6

© Прейс Г. А., Сологуб Н. А., Рожнецкий И. А., Некоз А. И., Горпенюк Н. А., 1991, с изменениями

Раздел I. Строение и свойства металлов и сплавов

Глава 1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ МЕТАЛЛОВ

И СПЛАВОВ

§ 1. Кристаллическое строение металлов

Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое стро­ение, их атомы располагаются в пространстве с определенной зако­номерностью, образуя кристаллическую решетку.

1. Кристаллические решетки металлов. Наиболее характерными для металлов являются три типа решеток (рис. 1.1): объемно цен­трированная кубическая (о.ц.к.), гранецентрированная кубическая (г.ц.к.) и гексагональная плотноупакованная (гльу.). В. системе

о.ц.к. кристаллизуются, например, Сг, Mo, W, V; в системе г.ц.к.— Ni, А1, Си, РЬ; в системе г.п.у.— Be, Cd, Zn, Mg и др.-

2. Полиморфизм металлов. У некоторых металлов при нагреве происходят изменения в строении кристаллической решетки. Су­ществование одного и того же металла в различных кристаллических формах (модификациях) называется полиморфизмом, а переход из одной модификации в другую — полиморфным превращением.

Отдельные модификации металлов обозначают буквами гре­ческого алфавита: а, Р, у, 6 и т. д. Например, железо при комнатной температуре обладает о.ц.к. решеткой; эту модификацию называют a-железом. При нагреве до 768 °С a-железо теряет магнитные свой­ства, кристаллическая решетка при этом не меняется. При 911_а⁰С

о.ц.к. решетка в железе превращается в г.ц.к.; железо с такой решеткой называют v-железом. При 1392 °С у-железо превращается в 6-железо с о.ц.к. решеткой, существующее до температуры плав­ления 1539 °С.

При полиморфных превращениях наряду с изменением строения кристаллической решетки в значительной степени изменяются и свойства металлов (объем, пластичность, твердость и т. п.). По­этому наличие полиморфных превращений во многом определяет поведение и свойства металла при механической и термической обработке, легировании, при работе в условиях низких и высоких температур.

3. Анизотропия металлов. Как видно из рис. 1.1, в различных плоскостях кристаллической решетки число атомов и расстояния между ними неодинаковы. В связи с этим свойства отдельных кри­сталлов (монокристаллов) в различных направлениях оказываются неодинаковыми. Такое явление называется анизотропией.

о

б

Рис. 1.1. Кристаллические решетки металлов: а — о. д. к.; б — г. ц. к.; в — г. п. у.

Рис. 1.2. Дефекты кристаллическо­го строения

Реальные металлы — тела по- ликристаллические, т. е. состоят из большого числа различно ориентированных в пространстве кристаллов (зерен). Поэтому свойства таких металлов в раз­личных направлениях становят­ся усредненными, одинаковыми. Однако в случаях, когда обра­ботка металлов способствует

преимущественной кристаллографической ориентировке отдельных зерен (при прокатке, ковке), поликристаллические металлы также становятся анизотропными. Так, например, прочность образцов, вырезанных из листа вдоль направления прокатки, больше проч­ности образцов, вырезанных поперек прокатки.

4. Дефекты кристаллического строения. Описанное выше кри­сталлическое строение металлов, когда в каждом узле решетки находится атом, является идеальным. В действительности в решет­ке имеется много дефектов: точечных, линейных, поверхностных.

К точечным дефектам относятся вакансии — свободные узлы 1 (рис. 1.2) в кристаллической решетке, смещенные атомы 2, атомы примесей 3.

Основные виды линейных дефектов — дислокации. На рис. 1.2 показана так называемая краевая дислокация 4, представляющая собой край «лишней» кристаллографической полуплоскости. При другом характере смещения атомов может образоваться более слож­ная дислокация — винтовая.

Поверхностные дефекты обычно образуются по границам зерен, на свободных поверхностях.

Дислокации играют большую роль в пластической деформации металлов, облегчая или затрудняя ее, т. е. способствуют разупроч­нению или упрочнению металла. Точечные дефекты проявляются больше в диффузионных процессах, связанных с перемещением атомов.