16. Металлы – общая характеристика

Все металлы и сплавы делятся: - железо и сплавы на его основе – чёрные металлы; - остальные металлы – цветные металлы.

Наибольшее распространение нашли чёрные металлы. На основе железа изготавливается до 90% всех конструкционных материалов. Стоимость чёрных металлов ниже стоимости цветных.

Цветные металлы: - лёгкие (алюминий, титан, бериллий); - легкоплавкие (цинк, олово, свинец); - тугоплавкие (титан, хром, молибден, вольфрам); - благородные (золото, платина, серебро) обладают химической инертностью.

Общая характеристика металлов:

• высокая тепло- и электро проводность;

• положительный температурный коэффициент электро сопротивления. Часть металлов обладают сверхпроводимостью при t-ах близких к 0С;

• обладают термоэлектронной эмиссией, способностью испускать ē-ы при нагреве;

• хорошая отражательная способность, металлы не прозрачны и обладают блеском;

• повышенная способность к пластической деформации.

Металлы и металлические сплавы, как правило тела кристаллические, атомы и ионы расположены в них закономерно.

Металлы – поликристаллические тела, состоящих из большого числа мелких, различно ориентированных в пространстве кристаллов (от 1мм и меньше).

Атомы металлов имеют на внешнем энергетическом уровне необходимое число ē, кот. слабо связано с ядром, и поэтому находится в относительно свободном состоянии, образуя электронный газ.

Металлическое состояние возникает в группе атомов, когда при их сближении внешние ē теряют связь с отдельными атомами, становятся общими и свободно перемещаются между положительно заряженными периодически расположенными ионами.

17. Легирование стали

Примеси, специально вводимые в сталь с целью изменения её структуры и свойств, называют легирующими.

Легирующие элементы образуют в стали твёрдые растворы с Fe_γ и Fe_α, легированный цементит, специальные карбиды и интермеллиды.

Легирующие элементы (кроме углерода, азота, бария) образуют с железом твёрдые растворы замещения. Часть легирующих элементов (хром, вольфрам, молибден, ванадий, кремний, алюминий) стабилизируют ОЦК решётку (Fe_α). Другие элементы (никель, марганец) стабилизируют ГЦК решётку (Fe_γ).

В настоящее время применяется комплексное легирование, т.е. двумя, тремя и т.д. элементами, но их влияние на альфа и гамма области не суммируется. Изучение тройных и т.д. сплавов ведётся с помощью изотермических и политермических сечений сложных диаграмм состояния.

Образуя твёрдые растворы замещения с железом, легирующие элементы вносят дополнительные искажения в кристаллическую решётку. В легированном феррите несколько повышается прочность при практически одном и том же относительном удлинении, снижается ударная вязкость и повышается порог хладноломкости. Наиболее сильно упрочняют феррит кремний и марганец, однако при содержании более 2,5…3,0% они значительно снижают пластичность и вязкость. Только легирование никелем (1…3%) одновременно повышает прочность, пластичность, ударную вязкость, снижает порог хладноломкости.

Взаимодействуя с углеродом, легирующие элементы – некарбидообразующие - способствуют графитизации (кремний, никель, медь, алюминий), а карбидообразующие (титан, хром, марганец, молибден, вольфрам) при малых кол-вах растворяются в цементите, при больших образуют специальные карбиды. Эти карбиды, не растворяясь до высоких t-р, тормозят рекристаллизацию, препятствуют росту зерна.

При высоком содержании легирующие элементы могут образовывать интерметаллиды FeCr, кот. делают сталь хрупкой.