- •3) Классификация материалов, их роль в создании материальной базы современной цивилизации.
- •5) История развития материаловедения
- •6) Внутреннее строение материалов.
- •7) Строение и свойства металлов.
- •8) Чёрные и цветные металлы
- •9) Кристаллические и аморфные материалы.
- •10) Кристаллическая решетка, основные типы, элементарная ячейка.
- •11) Макро и микро дефекты
- •12) Анизотропия металлов
- •13.Кристаллизация металлов, кривые охлаждения, этапы процесс.
- •14.Моно- и поликристаллы. Строение механического слитка.
- •15.Методы изучения строения металлов: микро- и макроанализ, рентгеновский анализ, магнитный метод, ультразвуковой метод.
- •16.Физические и химические свойства металлов. Цвет, плотность металла, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропро-водность. Магнитные свойства.
- •17.Химические свойства.
- •19.Упругая и пластическая деформация.
- •20.Деформации растяжения, изгиба, кручения, среза.
- •21.Прочность и ее показатели.
- •22.Предел текучести. Упругость. Пластичность. Вязкость.
- •23. Твердость, усталость, выносливость. Испыт. На ударн. Вязкость, усталостн. Прочность и ползучесть.
- •25. Нагрев металлов при обработке давлением.
- •26. Основы теории сплавов. Основные сведения о сплавах.
- •27. Фазы в металлич. Сплавах. Понятие фазы. Тв. Р-ры, химич. Соедин. И механич. Смеси.
- •31. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
- •32. Железоуглеродистые сплавы. Выплавка стали и чугуна
- •34. Продукция черн. Металлургии: передельн. Чугун, литейн. Чугун, домен. Ферросплавы, стальн.Слитки и прокат.
- •35. Способы литья. Влияние компонентов на свойства чугуна.
- •36. Белый и серый чугун. Высокопрочн. Чугун. Ковкий чугун. Чугуны со спец. Св-вами.
- •37. Стали и их классиф. Способы получ. Стали из чугуна: конверторн.Способ, мартен. Способ, плавка в электрич. Печах.
- •38. Влияние углерода на свойства углеродистых сталей.
- •39. Влияние постоянных примесей на свойства углеродистых сталей.
- •40. Углеродист. И легиров. Стали: стали углеродистые обыкнов. Качества, качеств. Углеродистые стали, углеродист. Стали спец.Назнач.
- •41. Влияние легирующих элементов. Маркировка легированных сталей.
- •42. Цементуемые, улучшаемые и высокопрочн. Стали.
- •43. Углеродист. Инструментальные стали. Легированные инструментальные стали.
- •44. Коррозионно-стойкие стали. Жаростойкие и жаропрочные стали.
- •45. Методы получения высококачественной стали.
- •46. Основы теории термообработки стали. Критич. Температуры. Превращ. Структуры стали при нагреве. Структурные превращения при охлаждении стали.
- •47. Диаграмма изотермических превращений.
- •48. Аустенитно-мартенситное превращение.
- •49. Технология термообработки. Основные виды термообработки, технологические режимы.
- •50. Отжиг стали I и II рода: виды отжига, режимы обработки, изменение структуры и св-в стали, прим. Виды закалки, ее режимы, хар-ки, типы охладителей, изменение структуры и св-в стали.
- •51. Поверхностная закалка. Применение закалки.
- •53. Дефекты при отжиге и нормализации. Дефекты при закалке.
- •54. Термомеханич. Обработка. Новые способы термообработки (лазерная, электроннолучевая).
- •56. Химико-термическая обработка. Азотирование.
- •57. Поверхностное упрочнение стали.
- •59. Цветные металлы и сплавы.
- •60. Деформируемые алюминиевые сплавы –
- •61. Литейные алюминиевые сплавы.
- •62. Получение меди и ее сплавы.
- •63. Латунь. Бронза, сплавы меди с никелем.
- •64. Олово, свинец, цинк и их сплавы.
- •65. Неметаллические материалы
- •68.Основные свойства полимеров
- •69.Номенклатура конструкционных пластмасс
- •70.Полиолефины: полиэтилен и полипропилен.
- •71.Поливинилхлорид.
- •72.Полиэтилентерефталат
- •73.Полистирол.
- •74.Фторопласты
- •75.Полиметилметакрилат.
- •76.Поликарбонаты. Газонаполненные пластмассы.
- •77.Материалы на основе древесины. Структура и свойства древесины
- •78. Модифицирование цельной древесины. Классификация материалов на основе древесины.
- •79.Бумага и картон.
- •80.Минералы и материалы на их основе. Твердые и сверхтвердые материалы.
- •81. Минеральные материалы на основе силикатов.
- •82. Стекло и ситаллы.
- •83. Техническая керамика
- •84. Графит и материалы на его основе.
- •85. Композиционные материалы. Структура и классификация.
- •86. Перспективы использования композитов.
- •87. Биоразлагаемые композиционные материалы на основе полимеров.
- •66. Пластмассы. Классификация пластмасс.
- •67. Строение и структура пластических масс
14.Моно- и поликристаллы. Строение механического слитка.
Твердые тела (кристаллы) характеризуются наличием значительных сил межмолекулярного взаимодействия и сохраняют постоянными не только свой объем, но и форму. Кристаллы имеют правильную геометрическую форму, которая, как показали рентгенографические исследования немецкого физика-теоретика М. Лауэ (1879—1960), является результатом упорядоченного расположения частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих кристалл. Структура, для которой характерно регулярное расположение частиц с периодической повторяемостью в трех измерениях, называется кристаллической решеткой. Точки, в которых расположены частицы, а точнее — средние равновесные положения, около которых частицы совершают колебания, называются узлами кристаллической решетки.
Кристаллические тела можно разделить на две группы: монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллы — твердые тела, частицы которых образуют единую кристаллическую решетку. Кристаллическая структура монокристаллов обнаруживается по их внешней форме. Хотя внешняя форма монокристаллов одного типа может быть различной, но углы между соответствующими гранями у них остаются постоянными. Это закон постоянства углов, сформулированный М. В. Ломоносовым. Он сделал важный вывод, что правильная форма кристаллов связана с закономерным размещением частиц, образующих кристалл. Монокристаллами являются большинство минералов. Однако крупные природные монокристаллы встречаются довольно редко (например, лед, поваренная соль, исландский шпат). В настоящее время многие монокристаллы выращиваются искусственно. Условия роста крупных монокристаллов (чистый раствор, медленное охлаждение и т. д.) часто не выдерживаются, поэтому большинство твердых тел имеет мелкокристаллическую структуру, т. е. состоит из множества беспорядочно ориентированных мелких кристаллических зерен. Такие твердые тела называются поликристаллами (многие горные породы, металлы и сплавы).
Характерной особенностью монокристаллов является их анизотропность, т. е. зависимость физических свойств — упругих, механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических — от направления. Анизотропия монокристаллов объясняется тем, что в кристаллической решетке различно число частиц, приходящихся на одинаковые по длине, но разные по направлению отрезки (рис. 102), т. е. плотность расположения частиц кристаллической решетки по разным направлениям неодинакова, что и приводит к различию свойств кристалла вдоль этих направлений. В поликристаллах анизотропия наблюдается только для отдельных мелких кристалликов, но их различная ориентация приводит к тому, что свойства поликристалла по всем направлениям в среднем одинаковы.
Строение механического слитка.
|
Каково же строение металлического слитка, наблюдаемое в практике? В связи с разнообразием факторов, влияющих на это строение, и вид структуры должен быть весьма разнообразным. Рассмотрим наиболее часто наблюдаемый вид структуры, когда отливается жидкий металл в вертикальную форму или изложницу с холодными стенками. Здесь наблюдаются различные области, или зоны, кристаллов-зерен, которые схематически изображены. Значком показана первая наружная зона слитка,получающаяся при соприкосновении жидкого металла с холодными стенками изложницы и состоящая из мельчайших зернышек или ден-дритов, затвердевающих мгновенно и образующих как бы тонкую «корку» - основу слитка. На макроструктуре же вследствие ее тонкости она не всегда бывает ясно различима, как, например, на фиг. 25. Зерна этой корки должны быть мелки, и ориентировка их может быть самая разнообразная, так как возникновение и рост зерен будут происходить чрезвычайно быстро и направление может вызываться мельчайшими неровностями, существующими на поверхности стенок изложниц. Образование наружной кристаллизационной зоны - тонкой корки твердого металла - сопровождается частичным прогревом стенок изложницы и создает для оставшейся жидкой массы «тепловую рубашку», благодаря которой скорость охлаждения жидкого металла уменьшается. Вслед за образованием указанной тонкой корки наступают условия, которые вызывают образование второй кристаллизационной зоны в слитке (помечено цифрой 2 на фиг. 26). Вторая кристаллизационная зона отличается той особенностью, что в ней рост кристаллов приобретает направленный характер, ориентируясь к внешнему отводу тепла. В результате образуется слой крупных кристаллов удлиненной формы, называемых столбчатыми или шестоватыми, так как они напоминают как бы столбы или шесты, упирающиеся в стенки корки перпендикулярно к ее наружной поверхности. Образующиеся здесь кристаллиты растут преимущественно в направлении отвода тепла, отчасти разрастаясь и вширь до взаимного соприкосновения и образования сплошной зоны- столбчатых кристаллов. Это явление как бы прорастания длинными кристаллами толщи слитка носит название транскристаллизации, и поэтому вторая зона называется транскристаллизационной. Образующаяся зона транскристаллизации все более замедляет отдачу теплоты наружу, изолируя собой от внешнего охлаждения внутреннюю область жидкого металла, пока скорость охлаждения последнего не станет ничтожной. Тогда получается третья область кристаллизации (цифра 3 на схеме): жидкий металл будет всей своей массой медленно охлаждаться в таких условиях, что в нем начнут возникать центры кристаллизации не только на границе с затвердевшим металлом, но и внутри всей массы.
Очевидно, при этом ориентировка в определенном направлении образующихся кристаллов уничтожится, и образование транскристаллизационной зоны прекратится. Получится вновь область неориентированных кристаллов, только уже относительно более крупных, чем в наружной зоне (корке), и притом свободно растущих в жидком расплаве. Величина зерен третьей области может получаться различной: крупнее или мельче, чем во второй зоне, но всегда крупнее, чем в первой зоне. Приведенная макроструктура слитка свидетельствует о сложности процесса затвердевания, происходящего обычно в несколько стадий. Какие факторы наиболее влияют в данном случае на образование структуры и величины зерна, - на данный вопрос не всегда возможно ответить и в этом отношении нет единого мнения. Вопреки широко распространенному мнению о том, что получение мелкого зерна обусловлено быстрым охлаждением, существует мнение, что быстрое охлаждение иногда может способствовать укрупнению зерен, а на размельчение влияет главным образом механическое воздействие (перемешивание, вибрация), а также присутствие посторонних включений - зародышей, остающихся в жидкости при небольшом ее перегреве и выдержке или попадающих при литье путем захлестывания извне струей жидкого металла. Каковы бы ни были факторы, влияющие на структуру литого металла, можно утверждать лишь одно: зерна слитка в центральных зонах обычно получаются сравнительно крупными, макроскопически различимыми. Для получения же очень мелких, микроскопических зерен, исходные слитки после их затвердевания обычно подвергают дальнейшей обработке термическим или механическим способом. |
|