Технология металлов и металловедение

Обновлено: 20.09.2024

Металловедение как наука, изучающая зависимость между составом, строением и свойствами металлов и сплавов и закономерности их изменения. Классификация металлов, оценка факторов, влияющих на формирование их характеристик, правила термической обработки.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	лекция
Язык	русский
Дата добавления	12.10.2014
Размер файла	21,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Металловедение-наука, изучающая зависимость между составом, строением и свойствами металлов и сплавов и закономерности их изменения под воздействием внешних факторов: тепловых, химических, механических, электромагнитных и радиоактивных.

Впервые существование связи между строением стали и ее свойствами было установлено П.П. Аносовым (1799-1851 гг.).

Важнейшие положения научного металловедения были заложены русским металлургом Д.К. Черновым (1839-1921 гг.). Д.К. Чернов в работе, опубликованной в 1868 г., показал, что в стали в твердом состоянии при ее нагреве (или охлаждении) до., определенных температур (впоследствии названных критическими точками) происходят фазовые превращения, вызывающие значительные изменения свойств стали. В 1876 г. им были изложены основы современной теории кристаллизации металлов. Эти и последующие работы Д.К. Чернова создали фундамент современного металловедения и термической обработки стали.

В начале XX в. большую роль в развитии металловедения сыграли работы Н. С Курнакова, применившего для исследования металлов методы физико-химического анализа (электрический, дилатометрический, магнитный и др.).

Широкое использование рентгеновского анализа, предпринятое с начала 20-х г., позволило установить кристаллическое строение металлических фаз и изучить изменения его в зависимости от обработки сплава. Эти важные исследования провели М. Лауэ и П. Дебай (Германия), Г.В. Вульф (СССР), У. Г Брэгг и У.Л. Брэгг (Англия), А. Вестгрен, В. Фрагмен (Швеция) и др.

Развитие металловедения неразрывно связано с работами советских ученых. После Великой Октябрьской революции, особенно в период индустриализации страны, были образованы многочисленные исследовательские лаборатории на заводах и втузах, а также был создан ряд специализированных исследовательских институтов, в которых развернулась широкая работа в области металловедения и термической обработки металлов. Большой вклад в развитие металловедения и технологии термической обработки внесли С.С. Штейнберг, Н.А. Минкевич, Г.В. Курдюм, А. М, Бочвар, А.А. Бочвар, С.Т. Кишкин, В.Д. Садовский, А.П. Гуляев и их школы.

1. Металлы и сплавы на их основе

Все металлы и сплавы принято делить на две группы

Железо и сплавы на его основе (сталь, чугун) называют черными металлами, а остальные металлы (Be, Mg, Al, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, W, Au, Hg, Pb и др.) и их сплавы - цветными (табл. I) 1 .

Наибольшее применение нашли черные металлы. На основе железа изготовляется не менее 90% всех конструкционных и инструментальных материалов. По сравнению с цветными металлами стоимость железа и его сплавов невелика (см, стр. 437). Цветные металлы по сходным свойствам подразделяют на легкие металлы (Be, Mg, Al, Ti), обладающие малой плотностью (менее 3 г/см 3 ); легкоплавкие металлы (Zn, Cd, Sn, Sb, Hg, Pb, Bi); тугоплавкие металлы (Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, W, V и др.), с температурой плавления выше, чем у железа (1539°С); благородные металлы (Ph, Pd, Ag, Os, Pt, Au и др.), обладающие химической инертностью; урановые металлы (U, Th, Ра) - актиноиды, используемые в атомной технике; редкоземельные металлы (РЗМ), лантаноиды (Се, Pr, Nd, Sm и др.) и сходные с ними итрий и скандий, применяемые как присадки к различным сплавам 2 ; щелочноземельные металлы (Li,~Nu, К), используемые в качестве теплоносителей в атомных реакторах.

2. Общая характеристика металлов

Из известных в настоящее время 106 элементов 76 являются металлами, В табл. 1 приведена Периодическая система элементов Д. И, Менделеева, в правой части которой жирной чертой отделены неметаллические элементы.

Металлы в твердом и, отчасти, в жидком состояниях обладают рядом характерных свойств:

1) высокой тепло- и электропроводностью;

2) положительным температурным коэффициентом электросопротивления; с повышением температуры электросопротивление чистых металлов возрастает; большое число металлов (- 30) обладает сверхпроводимостью (у этих металлов при температуре, близкой к абсолютному нулю, электросопротивление падает скачкообразно, практически до нуля);

3) термоэлектронной эмиссией, т.е. способностью, испускать электроны при нагреве;

4) хорошей отражательной способностью: металлы, непрозрачны и обладают металлическим блеском;

5) повышенной способностью к пластической деформации.

Наличие этих свойств и характеризует так называемое металлическое

состояние вещества,

Все металлы и металлические сплавы - тела кристаллические, атомы (ионы) расположены в металлах закономерно в отличие от аморфных тел, в которых атомы расположены хаотично.

Металлы (если их получают обычным способом) представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких (10 - 1 - -10 - 5 см), различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллов.

Вследствие условий кристаллизации они имеют неправильную форму и называются кристаллитами или зернами.

Все наиболее характерные свойства металлов объясняются наличием в них легкоподвижных коллективизированных электронов проводимости.

Атомы металлов имеют на внешнем энергетическом уровне небольшое число электронов. Связь внешних электронов с атомом характеризуется работой выхода электронов (или ионизацинным потенциалом), т.е. работой, необходимой для удаления электронов из изолированного атома.

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

Устойчивость металла, представляющего собой, таким образом, ионно - электронную систему, определяется электрическим притяжением между положительно заряженными ионами и обобщенными. электронами. Такое взаимодействие между ионным скелетом и электронным газом получило название металлической связи.

Сила связи в металлах определяется силами отталкивания и силами притяжения между ионами и электронами и не имеет резко выраженного направленного характера. Атомы (ионы) располагаются на таком расстоянии друг от друга, чтобы энергия взаимодействия была минимальной.

металл сплав термический

3. Технология их термической обработки

В металлах и сплавах при технологических нагревах и специальной термической обработке могут протекать самые различные внутренние процессы, приводящие к изменению как микроструктуры в делом (морфологии и числа фаз, размера зерен и др.), так и картины распределения дефектов атомно - кристаллической природы. Для того чтобы разобраться в закономерностях всех этих изменений, происходящих, как правило, в направлении установления более равновесного состояния металлической системы, используют положения статистической термодинамики и физической кинетики. На их основе разрабатываются методы управления структурой металлов и сплавов с тем, чтобы последние могли приобрести в процессе термообработки комплекс необходимых механических, химических или физических свойств, являющихся структурно-чувствительными характеристиками.

Металлы и металлические сплавы представляют собой термодинамические системы, которые могут пребывать в любом агрегатном состоянии (жидком, твердом, газообразном или комбинированном). В общем случае такие системы содержат различные компоненты (химические вещества), которые образуют фазы - гомогенные составные части с однородными свойствами.

Любая система макроскопических размеров, т.е. состоящая из большого числа микрочастиц (атомов, молекул и т.д.), может быть описана набором термодинамических функций состояния. К числу важнейших функций состояния относятся внутренняя энергия U, свободная энергия F и энтропия S. В условиях, когда объем и температура термодинамической системы постоянны, между этими характеристиками существует простая математическая связь:

где Т - абсолютная температура, К.

Из выражения (1 - l) следует, что свободная энергия F представляет собой часть внутренней энергии, которая может быть определена как сумма кинетической и потенциальной энергии частиц. Энергия F называется свободной в том смысле, что при изотермических процессах она может быть выделена из системы в виде тепла и превращена в работу. Произведение TS называют энтропийным фактором, или связанной энергией; она может изменяться только вместе с температурой. Эта энергия существует в термодинамической системе также в виде тепла (кинетической энергии частиц) и потенциальной энергии частиц, зависящей от конфигурации их взаимного расположения.

Свободная энергия F и энтропия S являются критериями равновесия термодинамической системы. При достижении равновесия свободная энергия имеет минимальное, а энтропия - максимальное значение (из всех возможных при заданных условиях). Однако в качестве критерия равновесия свободная энергия более универсальна, поскольку при низких температурах энтропия обычно мала и ее можно не учитывать. Вследствие малой величины энтропийного фактора TS при низких температурах свободная энергия термодинамической системы в этих условиях будет тем ниже, чем меньше ее внутренняя энергия U. Равновесие в таких случаях достигается созданием в системе максимального порядка (закономерное расположение атомов в кристаллах), которому отвечает предельно низкое значение U, а следовательно, и F.

Список литературы

1. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. Изд. «Металлургия», 1986 г. - CD-RW

2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. (Методы анализа, лабораторные работы и задачи) М, Металлургия., 1983 г. - CD-RW

3. Под редакцией В.Г. Сорокина; М.А. Гервасьева. Стали и сплавы. Марочник.М, «ИНТЕРМЕТ- ИНЖИНИРИНГ»; 2001.

4.Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение.М, «Машиностроение», 1980. CD-RW

5.Ю.В. Клюжев, С.С.Јубакирова, Ќ.Б. Баќтыбаев. Материалтану.Оќу ќўралы. «Фолиант» баспасы, 2007.

6. Д.Ў. Смаєїлов. «Металлография». «Баспа», 2007 ж

Подобные документы

Сущность и назначение термической обработки металлов, порядок и правила ее проведения, разновидности и отличительные признаки. Термомеханическая обработка как новый метод упрочнения металлов и сплавов. Цели химико-термической обработки металлов.

курсовая работа [24,8 K], добавлен 23.02.2010

Металловедение, типы межатомной связи. Дефекты кристаллической решетки. Виды линейных дислокаций. Маркировка чугунов и стали. Основы термической обработки, отпуск. Виды и принципы экологической сертификации. Сертификация продукции и производства.

шпаргалка [42,3 K], добавлен 22.06.2009

Рассмотрение правил проведения макро- и микроанализа металлов и сплавов, определению твердости, исследованию структур и свойств сталей и чугунов, цветных сплавов и пластмасс. Практические вопросы термической и химико-термической обработки металлов.

учебное пособие [4,4 M], добавлен 20.06.2012

Влияние высокотемпературной термомеханической обработки на тонкую кристаллическую структуру аустенитных сталей и сплавов. Закономерности роста зерен металлов и сплавов при высоких температурах. Влияние температуры на характеристики металлов.

курсовая работа [534,9 K], добавлен 28.12.2003

Физико-химические основы термической и химико-термической обработки материалов. Структуры и превращения в системе железо-углерод. Защитно-пассивирующие неорганические и лакокрасочные покрытия. Основы строения вещества. Кристаллизация металлов и сплавов.

Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов

Москва "Высшая школа", 2001 г. Количество страниц - 640.

В настоящем учебнике рассмотрены физико-химические основы строения и свойств конструкционных металлических и неметаллических материалов, приводятся широко используемые методы определения механических свойств материалов при различных видах нагружения, излагаются основы термической обработки и поверхностного упрочнения деталей. Значительное внимание при этом уделяется дислокационной концепции прочности. В учебнике представлены все основные технологические процессы: литейное производство, обработка металлов давлением и резанием, сварка и пайка.

Барсуков В.Н. Теория строения материалов. Часть 1. Материаловедение и технология конструкционных материалов

формат pdf
размер 1.4 МБ
добавлен 30 июня 2009 г.

Содержание практических занятий соответствует государственным оразовательным стандартам высшего профессионального образования по направлениям подготовки дипломированных специалистов 651700 - "Материаловедение, технологии материалов и покрытий" (специальность 120800 -"Материаловедение в машиностроении"), 656700 — "Технология художественной обработки материалов" (специальность 121200 - "Технология художественной обработки материалов") и направлению.

Евсиков В.В., Карпенков В.Ф. и др. Материаловедение и ТКМ

формат pdf
размер 369.99 КБ
добавлен 18 января 2010 г.

В. В. Евсиков, В. Ф. Карпенков, В. А. Оськин, В. М. Соколова, Ю. А. Гусев. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Часть 1. Материаловедение и горячая обработка металлов.

Егоров Ю.П. Сборник методических указаний к выполнению лабораторных работ по курсу Материаловедение

формат doc
размер 3.45 МБ
добавлен 12 марта 2011 г.

Сборник методических указаний к выполнению лабораторных работ по курсу «Материаловедение» для студентов, обучающихся по направлениям 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и 150400 «Технологические машины и оборудование» / Егоров Ю. П., Лозинский Ю. М., Роот Р. В., Утьев О. М., Хворова И. А. – Томск, Издательство Томского политехнического университета, 2010. – (47+42)с. Содержание: Лабораторная работа № 1.

Килин В.А., Малышко С.Б. Технология конструкционных материалов

формат pdf
размер 1.47 МБ
добавлен 30 ноября 2010 г.

Учебное пособие для вузов. - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2009. - 58 с. Пособие соответствует общепрофессиональной дисциплине "Материаловедение. Технология конструкционных материалов" и написано в соответствии с государственным образовательным стандартом для всех специальностей в рамках направления 180400 "Эксплуатация водного транспорта и транспортного оборудования", а также отдельных специальностей других направлений. Изложены сведения по двум.

Коротких М.Т. Технология конструкционных материалов и материаловедение

формат pdf
размер 1.62 МБ
добавлен 05 декабря 2008 г.

Санкт-петербургский государственный политехнический университет. Пособие по курсу «Технология конструкционных материалов и материаловедение» предназначено для студентов заочной и дистанционной формы обучения экономических cпециальностей. Может быть использовано при изучении курса Технология важнейших отраслей промышленности. Пособие в краткой, конспективной форме освещает основные разделы курса и сопровождается вопросами для самопроверки и об.

Лекции по материаловедению

формат doc
размер 1.5 МБ
добавлен 26 декабря 2011 г.

ВГТУ, Воронеж, 2011, дисциплина материаловедение, 107 стр. Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов. Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. Понятие о сплавах и методах их получения Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов Нагрузки, напряжения и дефо.

формат doc
размер 734.59 КБ
добавлен 23 марта 2009 г.

Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов. Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения. Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов. Химико-термическая обработка стали: цементация, азотирование, нитроцементация и диффузионная металлизация. Композиционные мат.

Самохоцкий А.И. Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов

формат doc, djvu
размер 9.69 МБ
добавлен 07 июня 2009 г.

В учебном пособии даны указания по проведению лабораторных работ по предметам «Металловедение» и «Технология термической обработки металлов» для подготовки техников специальностей «Металловедение и термическая обработка металлов», «Литейное производство черных металлов», «Ковочно-штамповочное производство», «Порошковая металлургия и производство твердых сплавов», «Технология сварочного производства». Назначение учебного пособия — привить учащимся.

Сычев М.М. и др. Материаловедение. Технология конструкционных материалов

формат pdf
размер 2.75 МБ
добавлен 16 февраля 2009 г.

СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2008г. -180с. Сычев М. М., Гринева С. И., Коробко В. Н., Лукашова Т. В., Мякин С. В., Бахметьев В. В. Учебное пособие для студентов зачной формы обучения. Учебное пособие для студентов заочной формы обучения. ВВЕДЕНИЕ. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Классификация материалов. Природа химической связи и строение твердых веществ. Кристаллизация металлов. Диффузионные процессы в металле. Дефекты кристаллической решетки. Механические свойств.

Тесты по материаловедению

формат doc, rtf
размер 32.5 КБ
добавлен 18 октября 2011 г.

ВГКПТиС, 2011 год., преподаватель Уханов Э.А. 20 стр. Дисциплина материаловедение. Темы: Электронное строение и классификация металлов Кристаллическое строение металлов Кристаллизация металлов Виды сплавов Механические свойства, деформация и рекристаллизация металлов Железоуглеродистые стали Термообработка металлов и сплавов Диаграмма состояния Классификация и маркировка сталей и сплавов Титан Магний, бериллий и их сплавы Инструментальные матер.

Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф. и др. Технология металлов и материаловедение

М.: Металлургия, 1987.- 800 с. (стр. 176-177 отсутствуют)
Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В., Китаев Я.А., Филькин В.М., Шевченко А.А., Усов Г.А.
УДК 621.7/9
Данная версия отличается от имеющейся в и-нете и существует только на этом сайте. Скан разделен на страницы, почищен и выровнен.
Рассмотрены основы черной и цветной металлургии литейного производства, обработки металлов давлением, сварки и пайки, обработки резанием, порошковой металлургии. Изложены теоретические основы металловедения, коррозии металлов. Описаны металлические конструкционные материалы: стали, чугуны, алюминиевые, медные и другие сплавы, а также коррозионностойкие жаропрочные стали и сплавы, инструментальные стали и сплавы, сплавы с особыми физическими свойствами и для работы при низких температурах. Приведены основные сведения о пластмассах, резинах, клеях, стендах, ситаллах и других неметаллических материалах. Рассмотрены особенности их производства.
Книга предназначена для инженерно-технических работников металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности. Может бытьшироко использована студентами технических вузов и техникумов.
Ил.
444. Табл.
46. Библиогр. список: 56 назв.

формат pdf
размер 46.1 МБ
добавлен 24 октября 2011 г.

Читайте также: