Основи металознавства

ЗМІСТ

1. Основи металознавства.

1.1 Роль вітчизняних вчених у розвитку металознавства.

1.2 Основні відомості про метали.

1.3 Відмінні властивості металів від неметалевих речовин.

1.4 Кристалізація реальних металів.

1.5 Алотропні перетворення у металах.

1.6 Загальні відомості про вади будови металів.

1.7 Властивості металів.

1.8 Основні методи дослідження властивостей металів.

1.9 Основи теорії сплавів.

1.10 Діаграми стану подвійних сплавів.

1.11 Зв’язок між діаграмами стану і властивостями сплавів.

1.2 Залізовуглецеві сплави.

1.2.1 Діаграма стану “залізо-вуглець”.

1.2.2 Класифікація, маркування і використання вуглецевих сталей.

1.2.3 Класифікація, маркування і використання легованих сталей.

1.2.4 Класифікація, маркування і використання чавунів.

1.3 Термічна і хіміко-термічна обробка металів і сплавів.

1.3.1 Основи теорії термічної обробки сталі.

1.3.2 Види термічної обробки.

1.3.3 Основи теорії хіміко-термічної обробки.

1.4 Кольорові метали та їх сплави.

1.4.1 Мідь та основні сплави на її основі.

1.4.2 Алюміній та основні алюмінієві сплави.

1.4.3 Сплави на основі магнію.

1.4.4 Сплави на основі титану.

1.5 Порошкові сплави.

1.5.1 Тверді сплави.

1.5.2 Металокерамічні тверді сплави.

1.5.3 Металокерамічні матеріали.

1.5.4Алмаз.

1.5.5 Ельбор.

1.6 Антифрикційні сплави і матеріали.

1.6.1 Бабіти.

1.6.2 Алюмінієві антифрикційні сплави.

1.6.3 Антифрикційні матеріали на основі міді.

1.7 Корозія металів.

1.7.1 Основи теорії корозії металів і види корозії.

1.7.2 Способи захисту металів від корозії.

1.8 Загальні відомості про неметалеві матеріали

1.8.1 Деревина, її властивості, структура, сортамент, застосування.

1.8.2 Пластмаси, їх властивості, структура, застосування.

1.8.3 Гума і гумові вироби.

1.8.4 Скло і скляні вироби.

1.8.5 Клеї та їх застосування.

1.8.6 Лаки і фарби.

1.1. Роль вітчизняних вчених у розвитку металознавства.

Металознавство - наука, яка вивчає в загальному зв’язку склад, будову та властивості металів та сплавів, а також закономірності зміни властивостей під впливом теплової, механічної або хімічної дії. Як самостійна наука "металознавство" виникло у Росії в ХІХ столітті під назвою металографія.

Кристалами різних речовин вчені цікавилися ще в ХVІІ і ХVІІІ ст. М.В.Ломоносов у 1763 р. у своєму "Трактате о слоях земных" встановлює закон постійності кутів для кристалів алмазу. У цьому питанні Ломоносов далеко випередив своїх сучасників, він висунув положення, які поділяються наукою і в наш час.

Розвиток металознавства нерозривно пов’язаний з іменами П.П.Аносова (вперше використав мікроскоп для дослідження структури металів), Д.К.Чернова (дослідив критичні точки сталі та кристалічну будову литої сталі). Дальший розвиток металознавства пов’язаний з іменами М.С.Курнакова (розробив методи фізико-хімічного аналізу сплавів), О.О.Байкова (висвітлив фізико-хімічну суть ряду металургійних процесів), С.С.Штейнберга (узагальнив явище перетворень аустеніту), М.П.Чижевського (вивчив вплив азоту на властивості сталей). У даний час наука "металознавство" пішла далеко вперед. Українськими вченими розроблено понад дві тисячі різних сплавів.

У НАН України працює декілька десятків науково-дослідних інститутів, які займаються металознавством (інститути: проблем матеріалознавства; надтвердих матеріалів; проблем міцності; проблем лиття; зварювання ім. Е.О.Патона; фізико-технічний тощо).Крім цього є багато науково-дослідних галузевих інститутів, які займаються проблемами матеріалознавства. Слід відмітити, що великий внесок у розвиток металознавства дають вчені з вищих технічних навчальних закладів. У даний час технічну науку творять не одинокі вчені, а цілі колективи. Серед сучасних вітчизняних вчених-металознавців можна назвати: Б.Е.Патон, Д.А.Дутко, Б.І.Медовар, Б.А.Мовчан, А.К.Лебедєв, Н.Т.Францевич, Г.К.Писаренко та ін.

1.2. Основні відомості про метали.

Речовини у твердому стані мають кристалічну або аморфну будову. у кристалічній речовині атоми розташовані за геометрично правильною схемою і на певній відстані один від одного, а в аморфній - атоми розташовані хаотично (безладно).

У всіх металах і їх сплавах будова кристалічна. На рис.1 показано мікроструктуру чистого заліза. З цього рисунку видно, що воно складається з кристалічних зерен невизначеної форми (кристалів), проте будова кристалів закономірна і складається з кристалічних решіток. Порядок розташування атомів у решітках може бути різним. Розташування атомів може мати форму:

- центрованого куба ( a і b-залізо, a-титан, хром, молібден);

- куба з центрованими гранями (g-залізо, мідь, алюміній, нікель);

- гексагональну (магній, цинк, a-кобальт).

Більшість металів мають кристалічні решітки: обўємно-центровану кубічну, кубічну гранецентровану або гексагональну.

Елементарна комірка кубічної обўємно-центрованої решітки (рис.2) обмежена дев’ятьма атомами, вісім яких розташовані по вершинах куба, а дев’ятий у його центрі.Елементарна комірка кубічної гранецентрованої решітки (рис.3) обмежується 14 атомами: 8 з них розташовані по вершинах куба і 6 - по гранях. Елементарна комірка гексагональної решітки (рис.4) обмежена 17 атомами, з них 12 атомів розташовані по вершинах шестигранної призми, 2 атоми - у центрі основ і 3 - у середині призми. Довжина сторони куба або шестигранника називається параметром решітки (у міді 0,36 нм, у цинку 0,267 нм і т.п.).

Від будови решіток і їх параметрів залежать властивості металів.

1.3. Відмінні властивості металів від неметалевих матеріалів.

У кристалічних речовинах кожний атом складається з позитивно зарядженого ядра і кількох шарів (оболонок) негативно заряджених електронів, які рухаються навколо ядра. Електрони зовнішніх оболонок атомів металів називають валентними. Вони легко відщеплюються, швидко рухаються між ядрами і називаються вільними. Наявність у металах таких електронів зумовлює електропровідність і теплопровідність.В окремих кристалах властивості (в основному механічні) різні в різних напрямках. Таку властивість кристалів називають анізотропністю. Анізотропність кристалів пояснюється особливостями розташування атомів у просторі. Аморфні речовини ізотропні, тобто всі властивості в них однакові у всіх напрямках.

1.4. Кристалізація реальних металів.

Кристалізацією називається утворення кристалів у металах (сплавах) при переході з рідкого стану в твердий (первинна кристалізація). Процес кристалізації складається з двох етапів: утворення центрів кристалізації і росту кристалів. Процес кристалізації металу найлегше простежити за допомогою лічильника часу і термоелектричного пірометра.Покази пірометра автоматично записуються в часі, і за цими даними будуються криві охолодження в координатах температура - час (рис. 5).

Перехід з рідкого стану в твердий при охолодженні супроводжується утворенням кристалічної решітки. Щоб розпочалася кристалізація, рідкий метал необхідно перехолодити