На головну

КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 1 сторінка

  1.  1 сторінка
  2.  1 сторінка
  3.  1 сторінка
  4.  1 сторінка
  5.  1 сторінка
  6.  1 сторінка
  7.  1 сторінка

1. Поняття про сплави і методи їх отримання

2. Основні поняття в теорії сплавів.

3. Особливості будови, кристалізації і властивостей сплавів: механічних сумішей, твердих розчинів, хімічних сполук

4. Класифікація сплавів твердих розчинів.

5. Кристалізація сплавів.

6. Діаграма стану.

Поняття про сплави і методи їх отримання

Під сплавом розуміють речовина, отримане сплавом двох або більше елементів. Можливі інші способи приготування сплавів: спікання, електроліз, сублімація. В цьому випадку речовини називаються псевдосплавів.

Сплав, приготований переважно з металевих елементів і володіє металевими властивостями, називається металевим сплавом. Сплави мають більш різноманітним комплексом властивостей, які змінюються в залежності від складу і способу обробки.

Основні поняття в теорії сплавів.

система - Група тел виділяються для спостереження і вивчення.

У металознавстві системами є метали і металеві сплави. Чистий метал є простою однокомпонентной системою, сплав - складною системою, що складається з двох і більше компонентів.

компоненти - Речовини, що утворюють систему. Як компоненти виступають чисті речовини і хімічні сполуки, якщо вони не дисоціюють на складові частини в досліджуваному інтервалі температур.

фаза - Однорідна частина системи, відокремлена від інших частин системи поверхневого розділу, при переході через яку структура і властивості різко змінюються.

варіантність (C) (число ступенів свободи) - це число внутрішніх і зовнішніх чинників (температура, тиск, концентрація), які можна змінювати без зміни кількості фаз в системі.

Якщо варіантність C = 1 (моноваріантная система), то можлива зміна одного з факторів в деяких межах, без зміни числа фаз.

Якщо варіантність C = 0 (нонваріантная cистема), то зовнішні фактори змінювати не можна без зміни числа фаз в оістеме

Існує математична зв'язок між числом компонентів (К), числом фаз (Ф) і вариантностью системи (С). це правило фаз або закон Гіббса

Якщо прийняти, що всі перетворення відбуваються при постійному тиску, то число змінних зменшиться

де: С - число ступенів свободи, К - кількість компонентів, Ф - число фаз, 1 - враховує можливість зміни температури.

Особливості будови, кристалізації і властивостей сплавів: механічних сумішей, твердих розчинів, хімічних сполук

Будова металевого сплаву залежить від того, в які взаємодії вступають компоненти, складові сплав. Майже всі метали в рідкому стані розчиняються один в одному в будь-яких співвідношеннях. При утворенні сплавів в процесі їх затвердінні можливе різне взаємодія компонентів.

Залежно від характеру взаємодії компонентів розрізняють сплави:

1. механічні суміші;

2. хімічні сполуки;

3. тверді розчини.

сплави механічні суміші утворюються, коли компоненти не здатні до взаємного розчинення в твердому стані і не вступають в хімічну реакцію з утворенням сполуки.

Утворюються між елементами значно відрізняються за будовою і властивостями, коли сила взаємодії між однорідними атомами більше ніж між різнорідними. Сплав складається з кристалів входять до його складу (рис. 4.1). У сплавах зберігаються кристалічні решітки компонентів.

Мал. 4.1. Схема мікроструктури механічної суміші

сплави хімічні сполуки утворюються між елементами, значно відрізняються за будовою і властивостями, якщо сила взаємодії між різнорідними атомами більше, ніж між однорідними.

Особливості цих сплавів:

1. Сталість складу, тобто сплав утворюється при певному співвідношенні компонентів, хімічна сполука позначається Аn Вm /

2. Утворюється спеціфмческая, що відрізняється від решіток елементів, складових хімічна сполука, кристалічна решітка з правильним упорядкованим розташуванням атомів (рис. 4.2)

3. Яскраво виражені індивідуальні властивості

4. Сталість температури кристалізації, як у чистих компонентів

Мал. 4.2. Кристалічна решітка хімічної сполуки

сплави тверді розчини - Це тверді фази, в яких співвідношення між компонентів можуть змінюватися. Є кристалічними речовинами.

Характерною особливістю твердих розчинів є: Наявність в їх кристалічній решітці різнорідних атомів, при збереженні типу решітки розчинника.

Твердий розчин складається з однорідних зерен (рис. 4.3).

Рис.4.3. Схема мікроструктури твердого розчину

Класифікація сплавів твердих розчинів.

За ступенями розчинності компонентів розрізняють тверді розчини:

· З необмеженою розчинністю компонентів;

· З обмеженою розчинністю компонентів.

При необмеженої розчинності компонентів кристалічна решітка компонента розчинника в міру збільшення концентрації розчиненого компонента плавно переходить в кристалічну решітку розчиненого компонента.

Для освіти розчинів з необмеженою розчинністю необхідні:

1. изоморфность (однотипність) кристалічних решіток компонентів;

2. близькість атомних радіусів компонентів, які не повинні відрізнятися більш ніж на 8 ... 13%.

3. близькість фізико-хімічних властивостей подібних за своєю будовою валентних оболонок атомів.

При обмеженою розчинності компонентів можлива концентрація розчиненої речовини до певної межі, при подальшому збільшенні концентрації однорідний твердий розчин розпадається з утворенням двофазної суміші.

За характером розподілу атомів розчиненого речовини в кристалічній решітці розчинника розрізняють тверді розчини:

· Заміщення;

· Впровадження;

· Віднімання.

У розчинах заміщення в кристалічній решітці розчинника частина його атомів заміщена атомами розчиненого елемента (рис. 4.4 а). Заміщення здійснюється в випадкових місцях, тому такі розчини називають неупорядкованими твердими розчинами.

Рис.4.4. Кристалічна решітка твердих розчинів заміщення (а), впровадження (б)

При утворенні розчинів заміщення періоди гратки змінюються в залежності від різниці атомних діаметрів розчиненого елемента і розчинника. Якщо атом розчиненого елемента більше атома розчинника, то елементарні осередки збільшуються, якщо менше - скорочуються. У першому наближенні це зміна пропорційно концентрації розчиненого компонента. Зміна параметрів решітки при утворенні твердих розчинів - важливий момент, який визначає зміну властивостей. Зменшення параметра веде до більшого зміцнення, ніж його збільшення.

Тверді розчини впровадження утворюються впровадженням атомів розчиненого компонента в пори кристалічної решітки розчинника (рис. 4.4 б).

Утворення таких розчинів, можливо, якщо атоми розчиненого елемента мають малі розміри. Такими є елементи, що знаходяться на початку періодичної системи Менделєєва, вуглець, водень, азот, бор. Розміри атомів перевищують розміри міжатомних проміжків в кристалічній решітці металу, це викликає спотворення решітки і в ній виникає напруга. Концентрація таких розчинів не перевищує 2-2.5%

Тверді розчини віднімання або розчини з дефектною гратами. утворюються на базі хімічних сполук, при цьому можлива не тільки заміна одних атомів у вузлах кристалічної решітки іншими, а й освіту порожніх, не зайнятих атомами, вузлів на ігровому полі.

До хімічній сполуці додають, один з вхідних в формулу елементів, його атоми займають нормальне положення в решітці з'єднання, а місця атомів іншого елемента залишаються, незайнятими.

Кристалізація сплавів.

Кристалізація сплавів підпорядковується тим самим закономірностям, що і кристалізація чистих металів. Необхідною умовою є прагнення системи в стан з мінімумом вільної енергії.

Основною відмінністю є велика роль дифузійних процесів, між рідиною і кристалізується фазою. Ці процеси необхідні для перерозподілу різнорідних атомів, рівномірно розподілених в рідкій фазі.

У сплавах в твердих станах, мають місце процеси перекристалізації, обумовлені аллотропическими перетвореннями компонентів сплаву, розпадом твердих розчинів, виділенням з твердих розчинів вторинних фаз, коли розчинність компонентів в твердому стані змінюється зі зміною температури.

Ці перетворення називають фазовими перетвореннями в твердому стані.

При перекристалізації в твердому стані утворюються центри кристалізації і відбувається їх зростання.

Зазвичай центри кристалізації виникають по межах зерен старої фази, де решітка має найбільш дефектний будова, і де є домішки, які можуть стати центрами нових кристалів. У старій і новій фази, протягом деякого часу, є загальні площині. Такий зв'язок решіток називається когерентної зв'язком. У разі розходження будови старої і нової фаз перетворення протікає з утворенням проміжних фаз.

Порушення когерентності і відокремлення кристалів настає, коли вони набудуть певні розміри.

Процеси кристалізації сплавів вивчаються по діаграмах стану.

Діаграма стану.

діаграма стану являє собою графічне зображення стану будь-якого сплаву вивчається в залежності від концентрації і температури (рис. 4.5)

.

Мал. 4.5. діаграма стану

Діаграми стану показують стійкі стану, т. Е. Стану, які за даних умов володіють мінімумом вільної енергії, і тому її також називають діаграмою рівноваги, так як вона показує, які за даних умов існують рівноважні фази.

Побудова діаграм стану найбільш часто здійснюється за допомогою термічного аналізу.

В результаті отримують серію кривих охолодження, на яких при температурах фазових перетворень спостерігаються точки перегину і температурні зупинки.

Температури, відповідні фазовим перетворенням, називають критичними точками. Деякі критичні точки мають назви, наприклад, точки, що відповідають початку кристалізації називають точками ликвидус, а кінця кристалізації - точками солидус.

За кривим охолодження будують діаграму складу в координатах: по осі абсцис концентрація компонентів, по осі ординат - температура.

Шкала концентрацій показує вміст компонента В. Основними лініями є лінії ликвидус (1) і солидус (2), а також лінії відповідні фазовим перетворенням в твердому стані (3, 4).

За діаграмою стану можна визначити температури фазових перетворень, зміна фазового складу, приблизно, властивості сплаву, види обробки, які можна застосовувати для сплаву.

лекція 5

Діаграми стану двокомпонентних сплавів.

1. Діаграма стану сплавів з необмеженою розчинністю компонентів в твердому стані (сплави тверді розчини з необмеженою розчинністю)

2. Діаграма стану сплавів з відсутністю розчинності компонентів в компонентів в твердому стані (механічні суміші)

3. Діаграма стану сплавів з обмеженою розчинністю компонентів в твердому стані

4. Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють хімічні сполуки.

5. Діаграма стану сплавів, що зазнають фазові перетворення в твердому стані (змінна розчинність)

6. Зв'язок між властивостями сплавів і типом діаграми стану

Діаграма стану сплавів з необмеженою розчинністю компонентів в твердому стані (сплави тверді розчини з необмеженою розчинністю)

Діаграма стану і криві охолодження сплавів системи представлені на рис. 5.1.

Рис.5.1 Діаграма стану сплавів з необмеженою розчинністю компонентів в твердому стані (а); криві охолодження типових сплавів (б)

Спочатку отримують термічні криві. Отримані точки переносять на діаграму, з'єднавши точки початку кристалізації сплавів і точки кінця кристалізації, отримують діаграму стану.

Проведемо аналіз отриманої діаграми.

1. Кількість компонентів: К = 2 (компоненти А і В).

2. Число фаз: f = 2 (рідка фаза L, кристали твердого розчину )

3. Основні лінії діаграми:

· Acb - лінія ликвидус, вище цієї лінії сплави знаходяться в рідкому стані;

· Adb - лінія солидус, нижче цієї лінії сплави знаходяться в твердому стані.

4. Характерні сплави системи:

Чисті компоненти А і В кристалізуються при постійній температурі, крива охолодження компонента В представлена ??на рис. 5.1,б.

Решта сплави кристалізуються аналогічно сплаву I, крива охолодження якого представлена ??на рис. 5.1, б.

Процес кристалізації сплаву I: до точки 1 прохолоджується сплав в рідкому стані. При температурі, що відповідає точці 1, починають утворюватися центри кристалізації твердого розчину  . На кривій охолодження відзначається перегин (критична точка), пов'язаний зі зменшенням швидкості охолодження внаслідок виділення прихованої теплоти кристалізації. На ділянці 1-2 йде процес кристалізації, що протікає при знижується температурі, так як згідно з правилом фаз в двухкомпонентной системі при наявності двох фаз (рідкої і кристалів твердого розчину  ) Число ступенів свободи буде дорівнює одиниці  . При досягненні температури відповідної точці 2, сплав твердне, при подальшому зниженні температури охолоджується сплав в твердому стані, що складається з однорідних кристалів твердого розчину .

Схема мікроструктури сплаву представлена ??на рис. 5.2.

Мал. 5.2. Схема мікроструктури сплаву - однорідного твердого розчину

5. Кількісний структурно-фазовий аналіз сплаву.

Користуючись діаграмою стану можна для будь-якого сплаву при будь-якій температурі визначити не тільки число фаз, але і їх склад і кількісне співвідношення. Для цього використовується правило відрізків. Для проведення кількісного структурно-фазового аналізу через задану точку проводять горизонталь (Коноді) до перетину з найближчими лініями діаграми (ликвидус, солидус або осі компонентів).

а). Визначення складу фаз в точці m:

Для його визначення через точку m проводять горизонталь до перетину з найближчими лініями діаграми: ликвидус і солидус.

Склад рідкої фази визначається проекцією точки перетину горизонталі з лінією ликвидус p на вісь концентрації.

Склад твердої фази визначається проекцією точки перетину горизонталі з лінією солидус q (Або віссю компонента) на вісь концентрації.

Склад рідкої фази змінюється по лінії ліквідусу, а склад твердої фази - по лінії солідусу.

Зі зниженням температури склад фаз змінюється в бік зменшення вмісту компонента В.

б). Визначення кількісного співвідношення рідкої і твердої фази при заданій температурі (в точці m):

Кількісна маса фаз обернено пропорційна відрізках проведеної Коноді. розглянемо проведену через точку m Коноді і її відрізки.

Кількість всього сплаву (Qсп) Визначається відрізком pq.

Отрезок, що прилягає до лінії ликвидус pm, Визначає кількість твердої фази.

Відрізок, що прилягає до лінії солидус (або до осі компонента) mq, Визначає кількість рідкої фази.

Діаграма стану сплавів з відсутністю розчинності компонентів в компонентів в твердому стані (механічні суміші)

Діаграма стану і криві охолодження типових сплавів системи представлені на рис. 5.3.

Мал. 5.3. Діаграма стану сплавів з відсутністю розчинності компонентів в твердому стані (а) і криві охолодження сплавів (б)

Проведемо аналіз діаграми стану.

1. Кількість компонентів: К = 2 (Компоненти А і В);

2. Число фаз: f = 3 (Кристали компонента А, кристали компонента В, рідка фаза).

3. Основні лінії діаграми:

· Лінія ликвидус acb, складається з двох гілок, що сходяться в одній точці;

· Лінія солидус ecf, паралельна осі концентрацій прагне до осей компонентів, але не досягає їх;

4. Типові сплави системи.

а) Чисті компоненти, кристалізуються при постійній температурі, на рис 5.3 б показана крива охолодження компонента А.

б). евтектичних сплав - Сплав, відповідний концентрації компонентів в точці з (сплав I). Крива охолодження цього сплаву, аналогічна кривим охолодження чистих металів (рис. 5.3 б)

евтектика - Мелкодісперсная механічна суміш різнорідних кристалів, що кристалізуються одночасно при постійній, найнижчою для даної системи, температурі.

При утворенні сплавів механічних сумішей евтектика складається з кристалів компонентів А і В: ЕОТ. (Кр. А + кр. В)

Процес кристалізації евтектичного сплаву: до точки 1 прохолоджується сплав в рідкому стані. При температурі, що відповідає точці 1, починається одночасна кристалізація двох різнорідних компонентів. На кривій охолодження відзначається температурна зупинка, т. Е. Процес йде при постійній температурі, так як згідно з правилом фаз в двухкомпонентной системі при наявності трьох фаз (рідкої і кристалів компонентів А і В) число ступенів свободи дорівнюватиме нулю  . У точці 1/ процес кристалізації завершується. Нижче точки 1/ охолоджується сплав, що складається з дисперсних різнорідних кристалів компонентів А і В.

в) Інші сплави системи аналогічні сплаву II, криву охолодження сплаву см на рис 5.3. б.

Процес кристалізації сплаву II: до точки 1 прохолоджується сплав в рідкому стані. При температурі, що відповідає точці 1, починають утворюватися центри кристалізації надлишкового компонента В. На кривій охолодження відзначається перегин (критична точка), пов'язаний зі зменшенням швидкості охолодження внаслідок виділення прихованої теплоти кристалізації. На ділянці 1-2 йде процес кристалізації, що протікає при знижується температурі, так як згідно з правилом фаз в двухкомпонентной системі при наявності двох фаз (рідкої і кристалів компонента В) число ступенів свободи буде дорівнює одиниці  . При охолодженні склад рідкої фази змінюється по лінії ликвидус до евтектичного. На ділянці 2-2' кристалізується евтектика (див. кристалізацію евтектичного сплаву). Нижче точки 2' охолоджується сплав, що складається з кристалів спочатку закристаллизовавшегося надлишкового компонента В і евтектики.

Схема мікроструктури сплаву представлена ??на рис. 5.4.

Мал. 5.4. Схема мікроструктур сплавів: а - доевтектичний, б - евтектичного, в - заевтектичних

5. При проведенні кількісного структурно-фазового аналізу, Коноді, проведена через задану точку, перетинає лінію ликвидус і осі компонентів, тому склад твердої фази або 100% компонента А, або 100% компонента В.

Діаграма стану сплавів з обмеженою розчинністю компонентів в твердому стані

Діаграма стану і криві охолодження типових сплавів системи представлені на рис.5.5.

1. Кількість компонентів: К = 2 (компоненти А і В);

2. Число фаз: f = 3 (рідка фаза і кристали твердих розчинів  (Розчин компонента В в компоненті А) і  (Розчин компонента А в компоненті В));

3. Основні лінії діаграми:

· Лінія ликвидус acb, складається з двох гілок, що сходяться в одній точці;

· Лінія солидус аdcfb, складається з трьох ділянок;

· Dm - лінія граничної концентрації компонента В в компоненті А;

· Fn - лінія граничної концентрації компонента А в компоненті В.

4. Типові сплави системи.

При концентрації компонентів, що не перевищує граничних значень (на ділянках А m і nВ), сплави кристалізуються аналогічно сплавів твердих розчинів з необмеженою розчинністю, см криву охолодження сплаву I на рис. 5.5 б. При концентрації компонентів, що перевищує граничні значення (на ділянці dcf), сплави кристалізуються аналогічно сплавів механічним сумішам, см. Криву охолодження сплаву II на рис. 5.5 б.

Мал. 5.5 Діаграма стану сплавів з обмеженою розчинністю компонентів в твердому стані (а) і криві охолодження типових сплавів (б)

Сплав з концентрацією компонентів, що відповідає точці с, є евтектичним сплавом. Сплав складається з дрібнодисперсних кристалів твердих розчинів и  , ЕОТ. (Кр. Тв. Р-ра  + Кр. тв. р-ра )

Кристали компонентів в чистому вигляді ні в одному зі сплавів не присутні.

Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють хімічні сполуки.

Діаграма стану сплавів представлена ??на рис. 5.6.

Мал. 5.6. Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють хімічні сполуки

Діаграма стану складна, складається з декількох простих діаграм. Число компонентів і кількість діаграм залежить від того, скільки хімічних сполук утворюють основні компоненти системи.

Число фаз і вид простих діаграм визначаються характером взаємодії між компонентами.

ЕОТ1 (Кр. А + кр. AmBn);

ЕОТ2 (Кр. B + кр. AmBn).

Діаграма стану сплавів, що зазнають фазові перетворення в твердому стані (змінна розчинність)

Діаграма стану представлена ??на рис. 5.7.

За зовнішнім виглядом діаграма схожа на діаграму стану сплавів з обмеженою розчинністю компонентів в твердому стані. Відмінність в тому, що лінії граничної розчинності компонентів не перпендикулярні осі концентрації. З'являються області, в яких з однорідних твердих розчинів при зниженні температури виділяються вторинні фази.

На діаграмі:

· Df - лінія змінної граничної розчинності компонента В в компоненті А;

 · Ek - лінія змінної граничної розчинності компонента А в компоненті В.

Крива охолодження сплаву I представлена ??на рис. 5.7 б.

Мал. 5.7. Діаграма стану сплавів, що зазнають фазові перетворення в твердому стані (а) і крива охолодження сплаву (б)

Процес кристалізації сплаву I: до точки 1 прохолоджується сплав в рідкому стані. При температурі, що відповідає точці 1, починають утворюватися центри кристалізації твердого розчину  . На ділянці 1-2 йде процес кристалізації, що протікає при знижується температурі. При досягненні температури відповідної точці 2, сплав твердне, при подальшому зниженні температури охолоджується сплав в твердому стані, що складається з однорідних кристалів твердого розчину  . При досягненні температури, відповідної точці 3, твердий розчин  виявляється насиченим компонентом В, при більш низьких температурах розчинність другого компонента зменшується, тому з  -розчину починає виділятися надлишковий компонент у вигляді кристалів  . За точкою 3 сплав складається з двох фаз: кристалів твердого розчину  і вторинних кристалів твердого розчину .

Зв'язок між властивостями сплавів і типом діаграми стану

Так як вид діаграми, також як і властивості сплаву, залежить від того, які з'єднання або які фази утворили компоненти сплаву, то між ними повинна існувати певна зв'язок. Ця залежність встановлена ??Курнаковим, (див. Рис. 5.8.).

Мал. 5.8. Зв'язок між властивостями сплавів і типом діаграми стану

1. При утворенні механічних сумішей властивості змінюються за лінійним законом. Значення характеристик властивостей сплаву знаходяться в інтервалі між характеристиками чистих компонентів.

2. При утворенні твердих розчинів з необмеженою розчинністю властивості сплавів змінюються по криволінійній залежності, причому деякі властивості, наприклад, електроопір, можуть значно відрізнятися від властивостей компонентів.

3. При утворенні твердих розчинів з обмеженою розчинністю властивості в інтервалі концентрацій, що відповідають однофазним твердих розчинів, змінюються по криволінійному закону, а в двофазної області - за лінійним законом. Причому крайні точки на прямій є властивостями чистих фаз, гранично насичених твердих розчинів, що утворюють дану суміш.

4. При утворенні хімічних сполук концентрація хімічної сполуки відповідає максимуму на кривій. Ця точка перелому, відповідна хімічній сполуці, називається сингулярной точкою.

лекція 6

Навантаження, напруги і деформації. Механічні властивості.

1. Фізична природа деформації металів.

2. Природа пластичної деформації.

3. дислокаційний механізм пластичної деформації.

4. Руйнування металів.

5. Механічні властивості і способи визначення їх кількісних характеристик

Фізична природа деформації металів.

деформацією називається зміна форми і розмірів тіла під дією напружень.

напруга - Сила, що діє на одиницю площі перетину деталі.

Напруження і викликані ними деформації можуть виникати при дії на тіло зовнішніх сил розтягування, стиснення і т. Д., А також в результаті фазових (структурних) перетворень, усадки та інших фізико-хімічних процесів, що протікають в металах, і пов'язаних зі зміною обсягу.

Метал, що знаходиться в напруженому стані, при будь-якому вигляді навантаження завжди відчуває напруги нормальні і дотичні (рис. 6.1.).




 КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 3 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 4 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 5 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 6 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 7 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 8 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 9 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 10 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 11 сторінка |  КРАСНОЯРСК 2010 Запитання 1. Анатомія як наука 12 сторінка |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати