Кристаллическое строение металлов презентация

Обновлено: 20.09.2024

1 Тема урока:« Металлы. Кристаллическое строение металлов» Цель занятия: Формирование общих и профессиональных компетенций студентов. Задачи: 1. Способствовать формированию технологического мышления: анализировать, сравнивать, сопоставлять, делать выводы. 2. Активизировать мыслительную деятельность к изучаемой дисциплине. 3. Закрепить знания по данной теме (тестовые задания). Разработал Тюнина Надежда Яковлевна, преподаватель высшей квалификационной категории ГОУ СПО « Кемеровский профессионально- технический техникум»

2 1. Что называется металлами? 2. Черные и цветные металлы. 3. Что называется кристаллизацией? 4. Что называется плавлением? 5. Аморфные и кристаллические твердые вещества? « Металлы. Кристаллическое строение металлов» 6. Виды кристаллических решеток :КОЦ, КГЦ, гексагональная.

3 Металлы применяются не только в машиностроении, но и в быту, архитектуре, искусстве, в духовной сфере, в поэзии

4 Памятник Минину и Пожарскому Памятник Минину и Пожарскому.Скульптор Иван Петрович Мартос. Дата открытия памятника 20 февраля 1818 года.Отливка памятника была поручена Василию Екимову « Металлы»

5 Статуя Свободы Статуя Свободы. Скульптор Ричард Моррис. Дата создания 7 июня 1885 года. Статуя Свободы. Скульптор Ричард Моррис. Дата создания 7 июня 1885 года.

6 Решетка Летнего сада в Санкт- Петербурге Решетка Летнего сада в Санкт- Петербурге. Строительство: г. Архитектор: Ю.М. Фельтен. Решетка Летнего сада в Санкт- Петербурге. Строительство: г. Архитектор: Ю.М. Фельтен.

7 Царь- колокол Царь- колокол. Создан Моториными в годах на Пушечном дворе. Согласно анализу, проведённому в лаборатории минного корпуса, в сплаве содержится меди 84,51 %, олова 13,21 %, серы 1,25 %, золота 0,036 % (72 кг), серебра 0,25 % (525 кг). Царь- колокол. Создан Моториными в годах на Пушечном дворе. Согласно анализу, проведённому в лаборатории минного корпуса, в сплаве содержится меди 84,51 %, олова 13,21 %, серы 1,25 %, золота 0,036 % (72 кг), серебра 0,25 % (525 кг).

8 Царь- пушка Царь-пушка средневековое артиллерийское орудие (бомбарда), памятник русской артиллерии и литейного искусства, отлитое из бронзы в 1586 году русским мастером Андреем Чоховым на Пушечном дворе.средневековое артиллерийское орудие бомбарда памятник артиллерии литейного искусства бронзы 1586 году Андреем Чоховым Пушечном дворе Царь-пушка средневековое артиллерийское орудие (бомбарда), памятник русской артиллерии и литейного искусства, отлитое из бронзы в 1586 году русским мастером Андреем Чоховым на Пушечном дворе.средневековое артиллерийское орудие бомбарда памятник артиллерии литейного искусства бронзы 1586 году Андреем Чоховым Пушечном дворе

9 Вес металлической конструкции тонн (полный вес тонн). Сегодня из этого металла можно было бы возвести сразу три башни. Фундамент выведен из бетонных массивов. Колебания башни во время бурь не превышают 15 см. Э́эйфелева ба́шня (фр. la tour Eiffel, МФА (фр.): самая узнаваемая архитектурная достопримечательность Парижа, всемирно известная как символ Франции, названная в честь своего конструктора Гюстава Эйфеля. Сам Эйфель называл её просто 300- метровой башней (tour de 300 mètres )

10 На рукомойнике моем позеленела медь….. А. Ахматова Поэты о металлах Ночевала тучка Золотая На груди утеса великана М.Лермонтов А за окошком в первом инее Лежат поля из алюминия А.Вознесенский

11 Металлы (от лат. metallum шахта, рудник) группа элементов, в виде простых веществ обладающих характерными металлическими свойствами. Металлы (от лат. metallum шахта, рудник) группа элементов, в виде простых веществ обладающих характерными металлическими свойствами.

12 Все металлы и сплавы подразделяются на две группы: черные металлы и цветные. Черные металлы представляют собой сплав железа с небольшим количеством углерода. Цветные металлы представляют собой сплавы на основе алюминия, магния, меди, никеля, цинка, олова, свинца.

13 Кристаллизация процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов. Кристаллизация процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов.

14 Плавление это процесс перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое.

15 Все твердые вещества по взаимному расположению атомов делятся на кристаллические и аморфные. Все твердые вещества по взаимному расположению атомов делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллическими называют вещества, атомы которых расположены в пространстве в строго определенном порядке, образуя атомно-кристаллические решетки. Это все металлы, а также соль, сахар, хрусталь и т.д. Кристаллическими называют вещества, атомы которых расположены в пространстве в строго определенном порядке, образуя атомно-кристаллические решетки. Это все металлы, а также соль, сахар, хрусталь и т.д.

16 Аморфными называются вещества, атомы которых расположены в пространстве хаотично. К ним относят клей, смолу, канифоль, стекло, янтарь и др. Аморфными называются вещества, атомы которых расположены в пространстве хаотично. К ним относят клей, смолу, канифоль, стекло, янтарь и др.

17 Кристаллическая решетка -это мысленно проведенные в пространстве прямые линии, соединяющие ближайшие атомы и проходящие через их центры, относительно которых они совершают колебательные движения. В итоге образуются фигуры правильной геометрической формы - кристаллическая решетка.

18 В промышленности наиболее распространенными являются 3 вида кристаллических решеток: 1)Кубическая объемно-центрированная (КОЦ) 9-атомная 2)Кубическая гранецентрированная (КГЦ) 14-атомная 3)Гексагональная 17-атомная В промышленности наиболее распространенными являются 3 вида кристаллических решеток: 1)Кубическая объемно-центрированная (КОЦ) 9-атомная 2)Кубическая гранецентрированная (КГЦ) 14-атомная 3)Гексагональная 17-атомная КОЦКГЦГексагональная

19 КРИСТАЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ УГЛЕРОДА

20 Реальные металлы состоят из большого количества кристаллов, различно ориентированных в пространстве относительно друг друга. На границах зерен атомы кристаллов не имеют правильного расположения, здесь скапливаются примеси, дефекты и включения. Экспериментально установлено, что внутреннее кристаллическое строение зерен не является правильным. В решетках имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связь между атомами и оказывают влияние на свойства металлов.

21 Имеются следующие несовершенства в кристаллических решетках: Имеются следующие несовершенства в кристаллических решетках: Точечные: а) Наличие вакансий, т. е. мест в решетке, не занятых атомами. Это происходит из-за смещения атомов от равновесного состояния. Число вакансий увеличивается с ростом температуры.

22 б) Дислоцированные атомы, т. е. атомы вышедшие из узла решетки и занявшие место в междоузлии. в) Примесные атомы, т.е. в основном металле имеются чужеродные примеси. Например, в чугуне основными атомами являются атомы железа, а примесными- атомы углерода, которые или занимают место основного атома, или внедряются внутрь ячейки. Б) В)

23 Поверхностные несовершенства, имеющие небольшую толщину при значительных размерах в двух других направлениях. Линейные несовершенства (цепочки вакансий, дислокаций и т. д.). Линейные дефекты малы в двух направлениях и значительно большего размера в третьем.

24 Выберите правильный ответ. 1. Для кристаллических тел из перечисленных свойств характерно: А. Существование определенной температуры плавления. Б. Изотропность В. Отсутствие определённой температуры плавления. 2. Для аморфных тел из перечисленных свойств характерно только: А. Анизотропность. Б. Существование определённой температуры плавления. В.Отсутствие определённой температуры плавления. 3. Изотропность кристаллов это: А. Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. Б. Одинаковость физических свойств по всем направлениям. В. Хорошая теплопроводность внутри кристалла. 4. В процессе плавления кристаллического тела температура: А. Остается постоянной. Б. Увеличивается. В. Может быть любой. 5. Кристаллическое тело- это: А. Смола Б. Хрусталь В. Стекло

25 Выберите правильный ответ. 1. Для кристаллических тел из перечисленных свойств характерно: А. Существование определенной температуры плавления. Б. Изотропность В. Отсутствие определённой температуры плавления. 2. Для аморфных тел из перечисленных свойств характерно только: А. Анизотропность. Б. Существование определённой температуры плавления. В.Отсутствие определённой температуры плавления. 3. Изотропность кристаллов это: А. Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. Б. Одинаковость физических свойств по всем направлениям. В. Хорошая теплопроводность внутри кристалла. 4. В процессе плавления кристаллического тела температура: А. Остается постоянной. Б. Увеличивается. В. Может быть любой. 5. Кристаллическое тело- это: А. Смола Б. Хрусталь В. Стекло

26 Домашнее задание 1. Стуканов В.А. Материаловедение. & 2.1, с Зарисовать в тетради кристаллические решетки. 3. Исследовательское задание на самостоятельную работу: напишите досье на выданный металл, используя научную, справочную литературу по плану: а) история открытия б) происхождение названия в) кристаллическое строение г) физические свойства д) роль выданного металла в устройстве автомобиля.

Основы кристаллического строения металлов

1. Общие сведения о металлах
Металловедение – это наука, устанавливающая связь между составом, структурой и
свойствами металлов и сплавов и изучающая закономерности их изменения при
тепловых,
химических,
механических,
электромагнитных
и
радиоактивных
воздействиях.
Конструкционные материалы – материалы для изготовления деталей
машин и механизмов, обеспечивающие механическую прочность
деталей под действием эксплуатационных нагрузок.

3. Основными признаками металлов являются: - Наличие кристаллической решетки в твердом состоянии - Высокая тепло- и электропроводность - Спос

Основными признаками металлов являются:
- Наличие кристаллической решетки в твердом состоянии
- Высокая тепло- и электропроводность
- Способность к упругому и пластичному деформированию
- Характерный "металлический" блеск
Металлы – это вещества, обладающие в твердом состоянии высокими электро- и
теплопроводностью, а также ковкостью (пластичностью), специфическим блеском и
другими свойствами, обусловленными наличием свободных электронов.
Металлические сплавы – это вещества полученные сплавлением двух и более
компонентов, обладающие основными признаками металлов

Свойства металлов
Физические,
(магнитные,
электро- и
теплопроводные,
плотность,
теплоемкость и
др.)
Механические
(прочность,
твердость,
пластичность и
др.)
Технологические
(жидкотекучесть,
обрабатываемость
давлением (ковка,
штамповка,
прокатка и т.д.) и
резанием)
Эксплуатационные
(теплостойкость,
жаропрочность
окалиностойкость

3. Атомно-кристаллическое строение металлов
с
Основные типы кристаллических решеток металлов
Элементарная ячейка
объёмноцентрированной
кубической (ОЦК)
кристаллической решетки
Элементарная ячейка
гранецентрированной
кубической (ГЦК)
кристаллической
решетки
Элементарная ячейка
гексагональной
плотноупакованной
(ГПУ) кристаллической
решетки

3. Атомно-кристаллическое строение металлов
Характеристики кристаллических решеток
с
1. Период (параметр) кристаллической решетки (a, b, c) – это
расстояние между центрами ближайших атомов в
элементарной ячейке.
2. Коэффициент компактности (плотность упаковки атомов)
– это отношение объема, занятого атомами, ко всему объему
ячейки.
3. Координационное число – это число атомов, находящихся
на равном и наименьшем расстоянии от данного атома.
4. Степень тетрагональности – отношение параметров
решетки (с/а).
Характеристика
ОЦК
ГЦК
ГПУ
Период решетки
a
a
a, c
Коэффициент компактности
68%
74%
74%
Координационное число
К8
К12
Г12
Степень тетрагональности
1
1
1,633

4. Анизотропия свойств кристаллов
Плоскость ABCD
Плоскость ABGH
Площадь
a2
√2a2
Количество атомов в плоскости,
принадлежащих данной ячейке
4× ¼ = 1
4× ¼ +1 = 2
Площадь, приходящаяся на 1 атом
(мера плотности упаковки атомов)
a2
√2a2/2 ≈ 0,7a2

5. Полиморфизм (аллотропия) свойств кристаллов
Типы кристаллических решеток чистого
железа в зависимости от температуры
Интервал
температур
Тип
решетки
Обозначение
модификации
< 911ºС
ОЦК
Feα
911…1392 ºС
ГЦК
Feγ
1392…1539 ºС
ОЦК
Feδ
Изменение свободной энергии F
железа с различными типами
кристаллической решетки в
зависимости от температуры T

6. Дефекты кристаллического строения металлов
Дефекты кристаллического строения
Точечные
Линейные
Поверхностные
Объемные

6. Дефекты кристаллического строения металлов
Точечные дефекты
1. Вакансия
3. Атом
внедрения
2. Межузельный
атом
4. Атом
замещения

6. Дефекты кристаллического строения металлов
Линейные дефекты
Краевая дислокация
Винтовая дислокация
АА’ВB’ – экстраплоскость; Р – приложенное усилие

6. Дефекты кристаллического строения металлов
Поверхностные дефекты
Схема границы двух зёрен
Объемные дефекты
Трещины, поры, усадочные раковины и др.

7. Общие понятия о деформации
Схема пластического сдвига в идеальном кристалле
Схема дислокационного механизма пластической деформации металла
(эстафетное движение к границе зерна под действием напряжения τ):

7. Общие понятия о деформации
Изменение прочности на сдвиг τ металла в зависимости от плотности дислокаций ρ
(кривая Бочвара-Одинга)

7. Структура деформированного металла
Фотографии микроструктуры недеформированного (слева) и деформированного
(справа) металла (материал – низкоуглеродистая сталь, увеличение 200х)

8. Влияние нагрева на строение и свойства
деформированного металла
(рекристаллизационные процессы)
Процессы, происходящие при нагреве
деформированного металла:
Возврат (отдых) - снятие искажений
кристаллической решетки, в результате чего
твёрдость и прочность несколько понижаются
(на 10…30 % по сравнению с исходными), а
пластичность возрастает.
Рекристаллизация – процесс зарождения и
роста новых зерен с меньшим количеством
дефектов
строения.
В
результате
рекристаллизации образуются совершенно
новые, чаще всего равноосные кристаллы.

Кристаллическое строение металлов

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Кристаллическое строение металлов
Кристаллическое строение вещества
Пространственно-кристаллическая решетка
Решетка объемноцентрированная кубическая (ОЦК)
Решетка гранецентрированная кубическая (ГЦК)
Решетка гексагональная плотноупакованная (ГП)
Точечные дефекты
Краевая дислокация
Винтовая дислокация
Границы зерен и субзерен
Схемы скольжения дислокаций
Контур и вектор Бюргерса краевой дислокации
Контур и вектор Бюргерса винтовой дислокации
2
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

3. Кристаллическое строение вещества

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Кристаллическое строение вещества
Природные кристаллы: кварца-горного хрусталя (а) и топаза (б)
а)
б)
Схематическая модель расположения частиц в веществе
3
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

4. Пространственно-кристаллическая решетка

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Пространственно-кристаллическая решетка
Основные характеристики кристаллической решетки
• углы между осями α, β, γ;
• периоды решетки a, b, c;
• число атомов, приходящееся на ячейку n;
• координационное число Z, равное числу
ближайших равноудаленных атомов
• коэффициент компактности К, равный
доле объема ячейки, занятой атомами:
4
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

5. Решетка объемоцентрированная кубическая (ОЦК)

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Решетка объемоцентрированная кубическая (ОЦК)
r – наименьшее расстояние до
соседних атомов
Характеристики решетки
угол между осями
период решетки
число атомов на ячейку
координационное число
коэффициент компактности
α = β = γ = 90°;
a = b = c;
n = 2;
Z = 8;
К = 0,68
5
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

6. Решетка гранецентрированная кубическая (ГЦК)

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Решетка гранецентрированная кубическая (ГЦК)
r – наименьшее расстояние до
соседних атомов
Характеристики решетки
угол между осями
период решетки
число атомов на ячейку
координационное число
коэффициент компактности
α = β = γ = 90°;
a = b = c;
n = 4;
Z = 12;
К = 0,74
6
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

7. Решетка гексагональная плотноупакованная (ГПУ)

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Решетка гексагональная плотноупакованная (ГПУ)
Характеристики решетки
угол между осями
период решетки
число атомов на ячейку
координационное число
коэффициент компактности
α = β = 90°, γ = 120°;
a = b, c = 1,633;
n = 6;
Z = 12;
К = 0,74
7
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

8. Точечные дефекты

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Точечные дефекты
Вакансия – это узел
кристаллической решетки
незанятый атомом или ионом.
Межузельный атом – атом,
расположенный в межатомном
пространстве кристаллической
решетки
Образование вакансии или
межузельного атома приводит
к локальному искажению
решетки кристалла
8
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

9. Краевая дислокация

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Краевая дислокация
9
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

10. Винтовая дислокация

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Винтовая дислокация
10
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

11. Границы зерен и субзерен

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Границы зерен и субзерен
Малоугловые и большеугловые границы в Feγ
11
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

12. Схемы скольжения дислокаций

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Схемы скольжения дислокаций
Схема движения краевой дислокации
Схема движения винтовой дислокации
12
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

13. Контур и вектор Бюргерса краевой дислокации

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Контур и вектор Бюргерса краевой дислокации
13
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

14. Контур и вектор Бюргерса винтовой дислокации

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Контур и вектор Бюргерса винтовой дислокации
14
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

15. Диффузия в металлах

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Диффузия в металлах
Под диффузией понимают перемещение атомов в
кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние
межатомные для данного вещества
Диффузия может осуществляться по вакансионному и
межузельному механизмам.
Диффузия сопровождается массопереносом.
15
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

16. Кристаллизация металлов

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Кристаллизация металлов
Самопроизвольная кристаллизация. Схема процесса
кристаллизации
Самопроизвольная кристаллизация
Рост зародышевых центров
Строение слитка
16
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

17. Самопроизвольная кристаллизация

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Самопроизвольная кристаллизация
Изменение свободной
энергии металла
Кривые охлаждения
при кристаллизации
Схема процесса кристаллизации
17
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

18. Рост зародышевых центров

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Рост зародышевых центров
с образованием двумерного зародыша
Кинетика
кристаллизации
при наличии винтовой дислокации
Параметры кристаллизации
Ч.Ц. – число зародышевых центров,
возникающих в единице объема за единицу
времени
С.Р. – скорость увеличения линейных
размеров растущего кристалла
18
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

19. Строение слитка

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Строение слитка
Схема дендритных
кристаллов
Схема макроструктуры слитка
19
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

20. Механические свойства металлов

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Механические свойства металлов
Испытания на растяжение
Диаграмма условных напряжений
Испытания на растяжение
Измерения твердости по Бринеллю
Измерение твердости по Роквеллу
Испытания на выносливость
Испытания на ударный изгиб
Хрупкое внутризеренное разрушение (скол)
Вязкое внутризеренное разрушение
Межзеренное разрушение
20
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

21. Испытания на растяжение

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Испытания на растяжение
Разрывной образец
до и после испытаний
Кривые растяжения
21
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

22. Диаграмма условных напряжений

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Диаграмма условных напряжений
Условное напряжение:
P
F0
где – F0 исходная площадь
поперечного сечения образца
Относительная деформация:
l
l0
Характеристики прочности (МПа):
где l0 – начальная длина
Характеристики пластичности (%):
Предел пропорциональности – σпц.
Предел упругости – σупр.
Предел текучести – σт (σ0,2)
Предел прочности
(временное сопротивление) – σв
22
Относительное удлинение – δ
Относительное сужение – ψ
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

23. Испытания на растяжение

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Испытания на растяжение
Предел пропорциональности – напряжение, при
котором отклонение от линейной зависимости
между нагрузкой и деформацией достигает
некоторой определенной величины
PПЦ
F0
Предел упругости – напряжение, при котором
остаточная деформация достигает заданной
величины.
Остаточная деформация выбирается от 0,05 до
0,005%
0,05
23
P0,05
F0
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

24. Испытания на растяжение

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Испытания на растяжение
Физический предел текучести –
PТ
напряжение, при котором образец
Т
деформируется под действием
F0
неизменной нагрузки.
Предел прочности или временное
сопротивление – условное напряжение,
PMAX
В
соответствующее максимальному
F0
усилию, которое может выдержать
образец до разрушения.
Условный предел текучести (σ0,2 ) – напряжение, которому соответствует
остаточная деформация, равная 0,2%.
Относительное удлинение –
l К l0
где l0 – начальная длина образца
100%
l0
lК – конечная длина образца
Относительное сужение –
где F0 – исходная площадь поперечного
F0 FК
100%
сечения образца,
F0
FК – площадь поперечного сечения
образца в месте разрушения
24
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

25. Измерения твердости по Бринеллю

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Измерения твердости по Бринеллю
Схема определения твердости по Бринеллю
Индентор – стальной закаленный шарик диаметром D, равным 10, 5
или 2,5 мм.
Нагрузка – от 2,5D2 до 30D2 (кГс)
Время выдержки под нагрузкой – 10, 30 или 60 секунд.
Число твердости по Бринеллю (HB) – отношение нагрузки к площади
поверхности сферического отпечатка Fотп
P
2Р
HB
FОТП D D D 2 d 2
25
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

26. Измерение твердости по Роквеллу

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Измерение твердости по Роквеллу
Индентор – алмазный конус с
углом 120° при вершине или
стальной шарик диаметром 1,588
мм.
Р0 – предварительная нагрузка
(100Н)
Р1 – основная нагрузка.
Единица твердости по Роквеллу (HR) – безразмерная величина,
соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002мм.
26
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

27. Испытания на выносливость

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Испытания на выносливость
Схема нагружения –
изгиб с вращением
Кривые усталости
Цикл напряжений
Разрушение при усталости (схема)
27
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

28. Испытания на ударный изгиб

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Испытания на ударный изгиб
Схема испытания
28
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

29. Хрупкое внутризеренное разрушение (скол)

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Хрупкое внутризеренное разрушение (скол)
Хрупкое разрушение
Feα происходит по
плоскостям
29
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

30. Вязкое внутризеренное разрушение

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Вязкое внутризеренное разрушение
30
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

31. Межзеренное разрушение

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Межзеренное разрушение
Хрупкое разрушение
Вязкое разрушение
31
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

32. Пластическая деформация металлов, влияние нагрева на структуру и свойства деформированных металлов

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Пластическая деформация металлов, влияние нагрева
на структуру и свойства деформированных металлов
Деформация скольжением
Деформация двойникованием
Изменение микроструктуры при пластической
деформации
Текстура деформации
Пути повышения прочности металлов
Полигонизация
Рекристаллизация
Влияние нагрева на свойства деформированного
металла
32
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

33. Деформация скольжением

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Деформация скольжением
Полосы скольжения в
деформированном алюминии
Плоскости и направления скольжения
33
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

34. Деформация двойникованием

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Деформация двойникованием
Двойник
Плоскость двойника
Двойники деформации в кристалле цинка
34
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

35. Изменение микроструктуры при пластической деформации

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Изменение микроструктуры при пластической
деформации
Исходная
структура
Увеличение степени деформации
Ячеистая дислокационная структура
деформированного металла
35
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

36. Текстура деформации

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Текстура деформации
Преимущественная пространственная ориентировка кристаллической
решетки зерен называется текстурой
При интенсивном деформировании возникает текстура деформации
Текстура при волочении
36
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

37. Пути повышения прочности металлов

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Пути повышения прочности металлов
37
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

38. Полигонизация

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Полигонизация
Схема полигонизации
Изменение структуры при нагреве
Структура после
холодной деформации
Структура после
холодной деформации
38
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

39. Рекристаллизация

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Рекристаллизация
Хрупкое разрушение
Вязкое разрушение
39
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

40. Влияние нагрева на свойства деформированного металла

Кафедра «Технология конструкционных материалов и производство ракетно-космической техники»
Влияние нагрева на свойства деформированного
металла
Хрупкое разрушение
Вязкое разрушение
40
БГТУ «ВОЕНМЕХ»

Кристаллическое строение и свойства металлов

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«УССУРИЙСКИЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ»
Введение.
Кристаллическое строение и
свойства металлов
Пивоварова Т.В.
Уссурийск-2020

Материаловедение
–
это
наука,
изучающая строение и свойства металлов и
сплавов, а также закономерность их
изменения при
тепловом, химическом и
физическом воздействии.
Знание этих закономерностей
позволяет получать необходимые сплавы с
заданными свойствами, изменять свойства
в
желаемом
направлении,
путем
совершенствования
технологии
их
производства, термической и механической

Эта наука создавалась
многими поколениями
ученых.
Основателем науки
материаловедения
является Дмитрий
Константинович
Чернов (1939-1921г.г.)
В 1869 году он открыл
критические точки
стальной части диаграммы.
Заложил основы
термической обработки
стали, в 1878г. описал
процесс кристаллизации,
открыл явление
полиморфизма

Русский металлург
Павел Петрович
Аносов
(1799-1851 г.г.)
раскрыл утраченный
секрет получения
булатной стали.
Впервые применил
микроскоп для
определения
структуры стали,
установил
закономерность
между структурой и
свойствами стали.

Огромное
значение в развитии
науки
о металлах
имели работы
Дмитрия Иванович
Менделеева.
Открытый
им
периодический
закон
стал
основой,
без
которой
немыслимо
понимание структуры и
свойств металлов и
сплавов.

Н.С. Курнаков., А.А. Байков, А.М. Бочвар,
Г.В. Курдюмов, А.П. Гуляев внесли
большой вклад в развитие отечественного
металловедения и термической обработки.
Успехи науки металловедения связаны с
именами зарубежных ученых Р. Аустен
(Англия),
Ледебур (США),
А. Мартенс
(Германия),
Ле-Шателье
(Франция)

8. Классификация металлов

Из 92 элементов, встречающихся
в природе, 80 элементов являются
металлами.
Все
металлы
имеют
общие
характерные
свойства:
пластичность, высокую тепло- и
электропроводность,
цвет,
металлический блеск, температуру
плавления.

9. Черные металлы

Металлы и сплавы делят на две
группы: черные и цветные.
К черным относятся железо и
сплавы на его основе (сталь,
чугун).
На основе железа изготавливают
до 90% всех конструкционных
материалов.

10. Цветные металлы

1. Легкие металлы: алюминий, бериллий,
магний, титан, литий, натрий, калий,
кальций,
барий
обладающие
малой
плотностью.
2. Тяжелые - медь, никель, кобальт, свинец,
олово, цинк, сурьма, ртуть.
3. Благородные: золото, серебро, платина и
платиноиды
(платина,
палладий,
родий,
осмий)- обладающие высокой стойкостью к
коррозии.
4.
Легкоплавкие – цинк, кадмий, свинец,
сурьма

11. Цветные металлы

5. Тугоплавкие: титан, хром,
молибден, вольфрам, ванадий, с
температурой плавления выше, чем
у железа более 15390 С).
6. Редкоземельные – скандий,
лантан, иттрий.
7. Рассеянные - галлий, индий,
талий
8. Радиоактивные - уран, франций,
радий, торий, актиний.

12. Атомно-кристаллическое строение

Все тела состоят из атомов.
Тела, в которых атомы расположены
беспорядочно, называют аморфными –
стекло, канифоль, смола.
В твердом состоянии атомы всех металлов
располагаются в строгом порядке, образуя
в
пространстве
правильную
кристаллическую решетку

Элементарная кристаллическая
решетка – наименьший объем
кристалла, дающий представление
об атомной структуре металла –
простая кубическая решетка.

Объемно-центрированная
кубическая решетка –
атомы располагаются в
вершинах куба и один атом
в центре объема куба Этосвинец, калий, натрий,
литий, титан, вольфрам,
ванадий, железо, хром,
барий.
(ОЦК)

Гранецентрированная
кубическая решетка –
атомы располагаются в
вершинах куба и в центре
каждой грани.
Это кальций, свинец,
никель, серебро,
медь, кобальт,
железо.
(ГЦК)

Гексогональная
решетка – атомы
расположены в вершинах
и в центре шестигранной
призмы, а три атома в
средней плоскости
призмы.
Это магний, кобальт,
бериллий, цинк.
(ГСК)

20. Основные параметры кристаллической решетки

ОЦК
ГЦК
ГСК
•Период кристаллической решетки – расстояние между
центрами близлежащих атомов (а,в,с), измеряется в ангстремах А
1А= 10-8 см

21. СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

1. Физические свойства
металлов
Цвет, плотность, температура
плавления, тепло- и электропроводность, способность
намагничиваться
Наибольшей электропроводностью
обладает серебро, затем медь, алюминий.

22. Механические свойства

По механическим свойствам определяют
конструкционную прочность материала.
Механические свойства - это свойства
определяемые при статистических и динамических
нагрузках. Испытания бывают статические, когда
прилагаемая нагрузка
возрастает медленно и
плавно; динамические, когда внешняя сила
действует с большой скоростью (удар);

Механические
свойства
Пластичность- способность металла под
действием внешних сил получать
остаточные изменения формы и размеров,
не разрушаясь при этом.
Твердость- способность металла
сопротивляться внедрению в него другого
более твердого тела и не испытывать при
этом пластической деформации.
Прочность – способность металла
сопротивляться деформации или
разрушению под действием статических
или динамических нагрузок.

Технологические свойства
Технологические свойства- это
свойства приобретаемые при
технологической обработке
металлов, целью которой является
придание металлам определенных
форм, размеров и свойств.

25. Технологические свойства

Ковкость – способность металлов и
сплавов подвергаться различным
способам горячей и холодной обработки.
Свариваемость- способность металлов и
сплавов образовывать качественные
сварные соединения
Обрабатываемость резанием способность образовывать при точении
резцом измельченную стружку и
обеспечивать после обработки малую
шероховатость поверхности.
Литейные свойства – жидкотекучесть,
трещиноустойчивость, низкая усадка,
низкая ликвация.

26. Химические свойства

Коррозионная стойкость –
стойкость металлов против
атмосферной коррозии и
действию других агрессивных
сред.

27. Кристаллизация металла

Кристаллизация –это процесс
перехода металла из жидкого
состояния в твердое с
образованием кристаллический
структуры.

28. Кристаллизация металла

1878 году Д.К. Чернов впервые
доказал, что процесс
кристаллизации состоит из двух
одновременно идущих процессов:
1. Зарождение центров
кристаллизации.
2. Рост кристаллов из этих
центров.

30. Кристаллизация металла

Кристаллизация
протекает в условиях,
когда система
переходит к
термодинами-чески
более устойчивому
состоянию с минимумом
свободной энергии.
Процесс перехода
металла из жидкого
Рис. Кривая охлаждения чистого
состояния в
металла
кристаллическое можно
изобразить кривыми вТтеор – теоретическая температура
кристаллизации;
координатах время –
температура.
Ткр – фактическая температура
кристаллизации.

31. Кристаллизация металла

До точки 1 охлаждается металл в жидком
состоянии, процесс сопровождается плавным
понижением температуры.
На участке 1 – 2 идет процесс кристаллизации,
сопровождающийся выделением тепла,
которое называется скрытой теплотой
кристаллизации. Оно компенсирует
рассеивание теплоты в пространство, и
поэтому температура остается постоянной.
После окончания кристаллизации в точке 2
температура снова начинает снижаться,
металл охлаждается в твердом состоянии.

32. Строение металлического слитка по Д.К. Чернову

Слиток состоит из трех зон:
1. мелкокристаллическая
корковая зона;
2. зона столбчатых
кристаллов;
3. внутренняя зона крупных
равноосных кристаллов.
Кристаллизация корковой
зоны идет в условиях
максимального
переохлаждения.

33. АЛЛОТРОПИЯ

Полиморфизм или аллотропия –
это существование металла в
нескольких кристаллических
формах.
Аллотропия – это изменение
кристаллической решетки под
действием температуры (железо,
кобальт, олово) и температуры и
давления (углерод).

34. АЛЛОТРОПИЯ

Разные аллотропические формы
одного и того же элемента принято
обозначать буквами греческого
, ,
алфавита
Температурным полиморфизмом
обладают около тридцати металлов
Аллотропией обладают железо,
кобальт, олово, углерод…

37. Контрольные вопросы

1. На какие две основные группы делятся металлы?
2. Классификация цветных металлов?
3. Аморфными называют тела?
4. Какие виды кристаллических решеток встречаются у
металлов?
5. Что такое период кристаллической решетки?
6. Физические свойства металлов?
7. Механические свойства металлов?
8. Технологические свойства металлов?
9. Что такое кристаллизация?
10. Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно
идущих процессов…
11 Что такое аллотропия?
12. Что такое наука Материаловедение
13. Кто является основателем науки Материаловедение

ПРЕЗЕНТАЦИЯ на тему: «Кристаллическое строение металлов» 1/13. - презентация

Презентация на тему: " ПРЕЗЕНТАЦИЯ на тему: «Кристаллическое строение металлов» 1/13." — Транскрипт:

1 ПРЕЗЕНТАЦИЯ на тему: «Кристаллическое строение металлов» 1/13

2 Все металлы являются кристаллическими телами, имею­щими определенный тип кристаллической решетки, состоящей из малоподвижных положительно заряженных ионов, между которыми движутся свободные электроны (так называемый электронный газ). Такой тип структуры называется металлической связью. Тип ре­шетки определяется формой элементарного геометриче­ского тела, многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку данного кристал­лического тела. 2/13

3 Наиболее распространены три вида кристаллических решеток металлов: 3/13

4 Основу объемно-центр риованной кубической (ОЦК) - решетки составляет элементарная кубиче­ская ячейка (рис. 1.2,б), в которой положительно заряжен­ные ионы металла находятся в вершинах куба, и еще один атом в центре его объема, т. е. на пересечении его диагоналей. Такой тип решетки в определенных диапазонах температур имеют железо, хром, ванадий, вольфрам, молибден и др. металлы. 4/13

5 У гранецентр риованной кубической (ГЦК) -решетки (рис. 1.2, в) элементарной ячейкой слу­жит куб с центр риованными гранями. Подобную решетку имеют железо, алюминий, медь, никель, свинец и др. металлы. Третьей распространенной разновидностью плотноупако­ванных решеток является гексагональная плотноупакованная (ГПУ, рис. 1.2, г). ГПУ- ячейка состоит из отстоя­щих друг от друга на параметр с параллельных центр рио­ ванных гексагональных оснований. Три иона (атома) нахо­дятся на средней плоскости между основаниями. У гексагональных решеток отношение параметра с/а всегда больше единицы. Такую решетку имеют маг­ний, цинк, кадмий, бериллий, титан и др. 5/13

6 Компактность кристаллической решетки или степень за­полненности ее объема атомами является важной характе­ристикой. Она определяется такими показателями как параметр решетки, число атомов в каждой элементарной ячейке, координационное число и плотность упаковки. Параметр решетки - это рас­стояние между атомами по ребру эле­ментарной ячейки. Параметры решетки измеряется в нанометрах (1 нм = м = 10 Å). Параметры куби­ческих решеток характеризуются длиной ребра куба и обозначаются буквой а. 6/13

8 При подсчете числа атомов в каждой элементарной ячейке следует иметь в виду, что каждый атом входит одновременно в несколько яче­ек. Например, для гранецентр риованной кубической решетки, каждый атом, находящийся в вершине куба, принадлежит 8 ячейкам, а атом, центрирующий грань, двум. И лишь атом, находящийся в центре куба, полностью при­ надлежит данной ячейке. 8/13

9 Под координационным числом понимается количество ближайших соседей данного атома. 9/13

10 В объемно-центр риованной кубической решетке (рис. 1.3, а) атом А (в центре) находится на наиболее близ­ком равном расстоянии от восьми атомов, расположенных в вершинах куба, т. е. координационное число этой решетки равно 8. 10/13

11 В гранецентр риованной ку­бической решетке (рис. 1.3, б) атом А (на грани куба) находится на наиболее близком равном расстоянии от четырех атомов /, 2, 3, 4, расположенных в вершинах куба, от четырех атомов 5, 6, 7, 8, расположенных на гранях куба, и, кроме того, от четырех атомов 9, 10, 11, 12, принадлежащих располо­женной рядом кристаллической ячейке. Атомы 9, 10, 11, 12 симметричны атомам 5, 6, 7, 8. Таким образом, ГЦК решетки координацион­ное число равно 12 11/13

12 В гексагональной плотноупакованной решетке (рис. 1.3, в) атом А в центре шестигранного основания призмы находится на наиболее близком равном расстоянии от шести атомов /, 2, 3, 4, 5, 6, размещенных в вершинах шестигранника, и от трех атомов 7, 8, 9, расположенных в средней плоскости призмы. Кроме того, атом А оказывается на таком же расстоянии еще от трех атомов 10, 11, 12, принадлежащих кристаллической ячейке, лежащей ниже основания. Атомы 10, 11, 12 симметричны атомам 7, 8, 9. Следовательно, для ГПУ решетки координационное число равно /13

13 Плотность упаковки представляет собой отношение сум­марного объема, занимаемого собственно атомами в кристал­лической решетке, к ее полному объему. Различные типы кристаллических решеток имеют раз­ную плотность упаковки атомов. В гранецентр риованной ку­бической решетке атомы занимают 74 % всего объема кристаллической решетки, а межатом­ные промежутки («поры») 26 %. В объёмно-центр риованной кубической решетке атомы занимают 68 % всего объема, а «поры» 32 %. Компактность решетки за­висит от особенностей электронной структуры металлов и ха­рактера связи между их атомами. От типа кристаллической решетки сильно зависят свойства металла. 13/13

Читайте также: