1 Металлами называют химические элементы, обладающие совокупностью характерных признаков – это твердые непрозрачные тела с кри-сталлическим строением, высокой тепло- и электропроводностью, со специфическим металлическим блеском.

Наличие кристаллической решетки обеспечивает металлам твердость, сохранение формы, а электронное облако – высокую электро- и теплопроводность.

У большинства металлов наблюдаются три типа решеток: - кубическая объемно-центрированная, в которой атомы распололожены в вершинах куба и один атом в центре объема куба (Fе_α,W,V,K, Na и др.). На одну элементарную ячейку здесь приходится 2 атома: один в центре и по 1/8 атома в каждой из восьми вершин. - кубическая гранецентрированная, в которой атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани ."Полость" куба пуста. На одну элементарную ячейку приходится 4 атома; один атом составляют 8 восьмых долей в вершинах куба и три атома образуются за счет шести половинок атомов на гранях куба (Fe_,Сu, Ni, Pb, Ag, Au, Pt, Co и др.); - гексагональная решетка (рис.3), в которой атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, и три атома - в средней плоскости призмы (Mg, Ti_α, Cd, Zn и др.). На элементарную ячейку гексагональной решетки приходится 6 атомов.

Анизотропия-неоднородность свойств разных напровлениях.

2 Полиморфизм металлов. Полиморфизм (в переводе с греческого – многообразие форм) – это способность отдельных металлов образовывать различные типы кристаллических решеток и соответственно иметь различные свойства. К полиморфным превращениям способны: Fe, Ti, Sn, Co, U, Zr и др.

Процесс перестройки решетки у каждого металла происходит при определенной температуре, причем, на кривой нагрева или охлаждения

наблюдается остановка роста или падения температуры (площадка), что объясняется поглощением или выделением скрытой теплоты превращения.

Разные модификации одного и того же металла принято обозначать буквами греческого алфавита. Обычно самая низкотемпературная модификация обозначается буквой , а следующие (по мере возрастания температуры) - , ,  и т.д.

3. В материаловедении имеет значение переход металла из жидкого в твердое состояние (кристаллизация), так как от образующейся структуры зависят свойства будущего металла. С повышением температуры амплитуда колебаний атомов увеличивается, пока не достигнет некоторой критической величины, при которой произойдет разрушение кристаллической решетки, и расположение атомов станет неупорядоченным, а движение – хаотичным. Металл из твердого состояния перейдет в жидкое. При понижении температуры подвижность атомов уменьшается, и они легче вступают во взаимодействие друг с другом. Количество групп и период их существования увеличиваются, пока некоторые из них не образуют зародыши (центры кристаллизации) – устойчивые образования атомов, из которых при дальнейшем понижении температуры строятся кристаллы правильной формы. Затем, по мере роста кристаллов, они сталкиваются между собой, правильная форма их нарушается. Такие кристаллы неправильной формы называют кристаллитами или зернами.

Диффузия: механизм, зависимость от температуры. Многие процессы, протекающие в металлах и сплавах (процесс кристаллизации, деформация, рекристаллизация,) носит диффузионный характер. Под диффузией понимают перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния для данного металла. В металлах диффузия осуществляется преимущественно по вакансионному механизму. При диффузии элементов с малым атомным радиусом (С,N,H) происходит диффузия по межузельному механизму. Наиболее легко диффузия происходит на поверхности и на границах зерен, где сосредоточено большое количество дефектов решетки (вакансии, дислокации и др.). Энергия активации в этих местах примерно вдвое меньше, чем в объеме зерна. Повышение температуры, увеличивая амплитуду колебаний и подвижность атомов, ускоряет диффузию.

4 Упругая и пластическая деформация. Механизм, роль дислокаций, наклеп. Деформация реальных кристаллов. Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил. Упругой называют деформацию, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия внешних сил. При упругой деформации величина приложенной нагрузки не превышает силы взаимодействия атомов. Расстояния между атомами увеличиваются, но не настолько, чтобы выйти из сферы притяжения соседних атомов. После снятия нагрузки атомы возвращаются на свои места – в узлы решетки .

Пластической деформацией называют необратимое изменение размеров и формы тела, остающееся после снятия приложенной нагрузки. Механизм ее можно представить следующим образом. Когда смещение части атомов в решетке настолько велико, что они выходят из сферы влияния одних атомов и оказываются в сфере влияния других, происходит их перемещение в новые узлы решетки . Происходит как бы скольжение одной части кристаллита по другой. На самом деле скольжение происходит в результате перемещения дислокаций, то есть в результате последовательного перемещения какой-то части атомов . Наклеп. С увеличением степени холодной деформации сопротивление деформации возрастает, а пластичность уменьшается. Упрочнение металла в процессе пластической деформации получило название наклепа. Наклеп объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов), которые при большом количестве начинают мешать друг другу, поглощать друг друга. Это взаимодействие тормозит их перемещение, что вызывает возрастание сопротивления деформации.

5 Разрушение. Механизм и внешние признаки хрупкого и вязкого разрушений. Разрушение реальных металлов. При достаточно высоких напряжениях процесс деформации заканчивается разрушением. Разрушение состоит из двух стадий: зарождения трещины и ее распространения через все сечение образца или детали. Различают два вида разрушения: отрыв – в результате действия нормальных растягивающих напряжений и срез – под действием касательных напряжений. Разрушение может быть хрупким и вязким. Вязкое разрушение (путем среза) происходит со значительной пластической деформацией; при хрупком разрушении (путем отрыва) пластическая деформация практически отсутствует. Усилие разрушения путем отрыва значительно выше усилия разрушения путем среза для одного и того же металла, так как при отрыве разрываются одновременно все межатомные связи по всему сечению образца или детали, а при срезе разрушения происходит постепенное Для поликристаллического (реального) металла различают транскристаллическое и интеркристаллическое (межзеренное) разрушение. При распространении трещины по телу зерна может происходить как вязкое, так и хрупкое разрушение. Межзеренное разрушение всегда бывает хрупким.

6 Зависит от строения и структуры металла Если величина зерна разная то при изломе это видно . Начало разрыва находится от начала образования елочки.

Качественный металл, обладающий достаточно высокой прочностью и хорошей пластичностью и вязкостью, обычно имеет вязкий матовый излом с небольшой пластической деформацией. Излом хрупкого металла, как правило, не имеет пластической деформации, в изломе видна или огранка зерен, или блестки (фасетки). Чем больше размер зерен или фасеток, тем ниже вязкость и пластичность металла. По излому можно определить наличие перегрева и пережога (крупнозернистый, нафталинистый, камневидный изломы), загрязненность мировключениями и газами (шиферный излом),

7 Испытание на растяжение. Методика, диаграмма растяжения, механические характеристики, определяемые при растяжении.

Скорость нагружение не более 50мм в мин. с тем чтобы обеспечить реализацию дислокационных мех. деформаций, поэтому испытание статическое. Последовательность разрушения: упругая деформация, пластическая деформация, разрыв. Различают физический предел текучести σ_т, который наблюдается у пластичных материалов и выражается в приращении длины в течение некоторого периода времени без увеличения нагрузки. Определяется он или по остановке стрелки силоизмерительного устройства во время испытания, или графически - по площадке текучести на диаграмме растяжения. У малопластичных или хрупких материалов условный предел текучести σ_0,2 - напряжение, при котором величина остаточной деформации составляет 0,2% первоначальной длины образца.Дальнейшее повышение нагрузки вызывает последующее развитие пластической деформации. До Р_max деформация происходит равномерно по всей длине образца. При нагрузке Р_max в наиболее слабом участке образца возникает местная деформация и образуется шейка. При дальнейшем растяжении образца отмечается падение нагрузки и развитие шейки. Напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, называют пределом прочности. В точке, соответствующей напряжению σ_к, происходит разрыв образца.

Если построить диаграмму истинных напряжений S=P/F_факт, то легко заметить, что напряжение продолжает возрастать и после Р_max до самого момента разрушения S_к. Определяют и характеристики пластичности: относительное уд-

линение _{δ =} l_k - l_o и относительное сужение _{ψ =} F_o - F_k .

l_o F_o

8 Испытание на ударный изгиб. Методика, характеристики, определяемые при ударном изгибе. Зависимость ударной вязкости от температуры испытания. Разные образцы могут обладать различной хрупкостью. Эта разница обнаруживается при динамическом приложении нагрузки.

К тому же схема испытания на удар предельно проста. Испытания проводят на образцах квадратного сечения 10х10 мм с надрезом глубиной 2 мм. Радиус и форма надреза могут быть различными: U-образный надрез с радиусом 1 мм и V-образный надрез с радиусом 0,25 мм. Соответственно ударная вязкость обозначается символами KCU и KCV. Образец устанавливают на две опоры в специальном копре , затем наносят удар предварительно поднятым маятником со стороны, противоположной надрезу. Маятник, затратив часть энергии на разрушение образца, поднимается уже на меньшую высоту. Работа удара рассчитывается по формуле: KU (KV)=G.L (cosβ - cosα) кгс.м (Дж)

где G - масса маятника; L - длина маятника,

α - угол подъема маятника; β - угол вылета маятника.

Ударная вязкость – работа удара, отнесенная к площади сечения образца: KCU(KCV) = KU(KV) кгс∙м/см² (Дж/см²) /F

У большинства металлов и сплавов с понижением температуры значение ударной вязкости уменьшается, а с повышением – возрастает.