Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния.

1. Понятие о сплавах и способах их получения

2. Главные понятия в теории сплавов.

3. Особенности строения, кристаллизации и параметров сплавов: механических консистенций, жестких смесей, хим соединений

4. Систематизация сплавов жестких смесей.

5. Кристаллизация сплавов.

6. Диаграмма состояния.

Понятие о сплавах и способах их получения

Под сплавом понимают вещество, приобретенное сплавлением 2-ух либо более частей. Вероятны другие методы изготовления Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. сплавов: спекания, электролиз, возгонка. В данном случае вещества именуются псевдосплавами.

Сплав, приготовленный в большей степени из железных частей и владеющий металлическими качествами, именуется железным сплавом. Сплавы владеют более различным комплексом параметров, которые меняются зависимо от состава и способа обработки.

Главные понятия в теории сплавов.

Система – группа тел выделяемых для Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. наблюдения и исследования.

В металловедении системами являются металлы и железные сплавы. Незапятнанный металл является обычный однокомпонентной системой, сплав – сложной системой, состоящей из 2-ух и поболее компонент.

Составляющие – вещества, образующие систему. В качестве компонент выступают незапятнанные вещества и хим соединения, если они не диссоциируют на составные части в исследуемом интервале температур.

Фаза Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. – однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностного раздела, при переходе через которую структура и характеристики резко изменяются.

Вариантность (C) (число степеней свободы) – это число внутренних и наружных причин (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без конфигурации количества фаз в системе.

Если вариантность C = 1 (моновариантная Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. система), то может быть изменение 1-го из причин в неких границах, без конфигурации числа фаз.

Если вариантность C = 0 (нонвариантная cистема), то наружные причины изменять нельзя без конфигурации числа фаз в оистеме

Существует математическая связь меж числом компонент (К), числом фаз (Ф) и вариантностью системы ( С ). Это правило фаз либо закон Гиббса

Если принять, что Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. все перевоплощения происходят при неизменном давлении, то число переменных уменьшится

где: С – число степеней свободы, К – число компонент, Ф – число фаз, 1 – учитывает возможность конфигурации температуры.

Особенности строения, кристаллизации и параметров сплавов: механических консистенций, жестких смесей, хим соединений

Строение железного сплава находится в зависимости от того, в какие взаимодействия вступают Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. составляющие, составляющие сплав. Практически все металлы в водянистом состоянии растворяются друг в друге в всех соотношениях. При образовании сплавов в процессе их затвердевании может быть различное взаимодействие компонент.

Зависимо от нрава взаимодействия компонент различают сплавы:

1. механические консистенции;

2. хим соединения;

3. твердые смеси.

Сплавы механические консистенции образуются, когда составляющие не Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. способны к обоюдному растворению в жестком состоянии и не вступают в хим реакцию с образованием соединения.

Образуются меж элементами существенно различающимися по строению и свойствам, когда сила взаимодействия меж однородными атомами больше чем меж разнородными. Сплав состоит из кристаллов входящих в него компонент (рис. 4.1). В сплавах сохраняются кристаллические решетки Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. компонент.

Рис. 4.1. Схема микроструктуры механической консистенции

Сплавы хим соединения образуются меж элементами, существенно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия меж разнородными атомами больше, чем меж однородными.

Особенности этих сплавов:

1. Всепостоянство состава, другими словами сплав появляется при определенном соотношении компонент, хим соединение обозначается Аn Вm/

2. Появляется специфмческая, отличающаяся от Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. решеток частей, составляющих хим соединение, кристаллическая решетка с правильным упорядоченным расположением атомов (рис. 4.2)

3. Ярко выраженные личные характеристики

4. Всепостоянство температуры кристаллизации, как у незапятнанных компонент

Рис. 4.2. Кристаллическая решетка хим соединения

Сплавы твердые смеси – это твердые фазы, в каких соотношения меж компонент могут изменяться. Являются кристаллическими субстанциями.

Соответствующей особенностью жестких смесей является:наличие в их Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя.

Жесткий раствор состоит из однородных зернышек (рис. 4.3).

Рис.4.3. Схема микроструктуры твердого раствора

Систематизация сплавов жестких смесей.

По степеням растворимости компонент различают твердые смеси:

· с неограниченной растворимостью компонент;

· с ограниченной растворимостью компонент.

При неограниченной растворимости компонент кристаллическая решетка компонента растворителя по мере роста концентрации Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. растворенного компонента плавненько перебегает в кристаллическую решетку растворенного компонента.

Для образования смесей с неограниченной растворимостью нужны:

1. изоморфность (однотипность) кристаллических решеток компонент;

2. близость атомных радиусов компонент, которые не должны отличаться более чем на 8…13 %.

3. близость физико-химических параметров схожих по строение валентных оболочек атомов.

При ограниченной растворимости компонент вероятна концентрация Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. растворенного вещества до определенного предела, При предстоящем увеличении концентрации однородный жесткий раствор распадается с образованием двухфазной консистенции.

По нраву рассредотачивания атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые смеси:

· замещения;

· внедрения;

· вычитания.

В смесях замещения в кристаллической решетке растворителя часть его атомов замещена атомами растворенного элемента (рис. 4.4 а). Замещение Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. осуществляется в случайных местах, потому такие смеси именуют неупорядоченными жесткими смесями.

Рис.4.4. Кристаллическая решетка жестких смесей замещения (а), внедрения (б)

При образовании смесей замещения периоды решетки меняются зависимо от разности атомных поперечников растворенного элемента и растворителя. Если атом растворенного элемента больше атома растворителя, то простые ячейки растут Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния., если меньше – сокращаются. В первом приближении это изменение пропорционально концентрации растворенного компонента. Изменение характеристик решетки при образовании жестких смесей – принципиальный момент, определяющий изменение параметров. Уменьшение параметра ведет к большему упрочнению, чем его повышение.

Твердые смеси внедрения образуются внедрением атомов растворенного компонента в поры кристаллической решетки растворителя (рис. 4.4 б).

Образование Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. таких смесей, может быть, если атомы растворенного элемента имеют малые размеры. Такими являются элементы, находящиеся сначала повторяющейся системы Менделеева, углерод, водород, азот, бор. Размеры атомов превосходят размеры межатомных промежутков в кристаллической решетке металла, это вызывает искажение решетки и в ней появляются напряжения. Концентрация таких смесей не превосходит 2-2.5%

Твердые смеси вычитания Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. либо смеси с дефектной решеткой. образуются на базе хим соединений, при всем этом вероятна не только лишь подмена одних атомов в узлах кристаллической решетки другими, да и образование пустых, не занятых атомами, узлов в решетке.

К хим соединению добавляют, один из входящих в формулу частей, его атомы Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. занимают обычное положение в решетке соединения, а места атомов другого элемента остаются, незанятыми.

Кристаллизация сплавов.

Кристаллизация сплавов подчиняется этим же закономерностям, что и кристаллизация незапятнанных металлов. Нужным условием является рвение системы в состояние с минимумом свободной энергии.

Главным различием является большая роль диффузионных процессов, меж жидкостью и кристаллизующейся фазой. Эти процессы нужны Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. для перераспределения разнородных атомов, умеренно распределенных в водянистой фазе.

В сплавах в жестких состояниях, имеют место процессы перекристаллизации, обусловленные аллотропическими превращениями компонент сплава, распадом жестких смесей, выделением из жестких смесей вторичных фаз, когда растворимость компонент в жестком состоянии изменяется с конфигурацией температуры.

Эти перевоплощения именуют фазовыми превращениями в Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. жестком состоянии.

При перекристаллизации в жестком состоянии образуются центры кристаллизации и происходит их рост.

Обычно центры кристаллизации появляются по границам зернышек старенькой фазы, где решетка имеет более дефектное строение, и где имеются примеси, которые могут стать центрами новых кристаллов. У старенькой и новейшей фазы, в течение некого времени, имеются общие Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. плоскости. Такая связь решеток именуется когерентной связью. В случае различия строения старенькой и новейшей фаз перевоплощение протекает с образованием промежных фаз.

Нарушение когерентности и обособления кристаллов наступает, когда они приобретут определенные размеры.

Процессы кристаллизации сплавов изучаются по диаграммам состояния.

Диаграмма состояния.

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. состояния хоть какого сплава изучаемой системы зависимо от концентрации и температуры (рис. 4.5)

.

Рис. 4.5. Диаграмма состояния

Диаграммы состояния демонстрируют устойчивые состояния, т.е. состояния, которые при данных критериях владеют минимумом свободной энергии, и потому ее также именуют диаграммой равновесия, потому что она указывает, какие при данных критериях есть сбалансированные фазы.

Построение диаграмм состояния Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. более нередко осуществляется с помощью теплового анализа.

В итоге получают серию кривых остывания, на которых при температурах фазовых перевоплощений наблюдаются точки перегиба и температурные остановки.

Температуры, надлежащие фазовым превращениям, именуют критичными точками. Некие критичные точки имеют наименования, к примеру, точки отвечающие началу кристаллизации именуют точками ликвидус Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния., а концу кристаллизации – точками солидус.

По кривым остывания строят диаграмму состава в координатах: по оси абсцисс –концентрация компонент, по оси ординат – температура.

Шкала концентраций указывает содержание компонента В. Основными линиями являются полосы ликвидус (1) и солидус (2), также полосы надлежащие фазовым превращениям в жестком состоянии (3, 4).

По диаграмме состояния можно найти температуры фазовых Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. перевоплощений, изменение фазового состава, примерно, характеристики сплава, виды обработки, которые можно использовать для сплава.

Лекция 5

Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов.

1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонент в жестком состоянии (сплавы твердые смеси с неограниченной растворимостью)

2. Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонент в компонент в жестком состоянии (механические консистенции)

3. Диаграмма Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонент в жестком состоянии

4. Диаграмма состояния сплавов, составляющие которых образуют хим соединения.

5. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые перевоплощения в жестком состоянии (переменная растворимость)

6. Связь меж качествами сплавов и типом диаграммы состояния

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонент в жестком состоянии (сплавы твердые смеси с неограниченной Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. растворимостью)

Диаграмма состояния и кривые остывания сплавов системы представлены на рис. 5.1.

Рис.5.1 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонент в жестком состоянии (а); кривые остывания обычных сплавов (б)

Поначалу получают тепловые кривые. Приобретенные точки переносят на диаграмму, соединив точки начала кристаллизации сплавов и точки конца кристаллизации, получают Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. диаграмму состояния.

Проведем анализ приобретенной диаграммы.

1. Количество компонент: К = 2 (составляющие А и В).

2. Число фаз: f = 2 (водянистая фаза L, кристаллы твердого раствора )

3. Главные полосы диаграммы:

· acb – линия ликвидус, выше этой полосы сплавы находятся в водянистом состоянии;

· adb – линия солидус, ниже этой полосы сплавы находятся в жестком состоянии.

4. Соответствующие сплавы системы:

Незапятнанные составляющие Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. А и В кристаллизуются при неизменной температуре, кривая остывания компонента В представлена на рис. 5.1,б.

Другие сплавы кристаллизуются аналогично сплаву I, кривая остывания которого представлена на рис. 5.1, б.

Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в водянистом состоянии. При температуре, соответственной точке 1, начинают создаваться центры Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. кристаллизации твердого раствора . На кривой остывания отмечается перегиб (критичная точка), связанный с уменьшением скорости остывания вследствие выделения сокрытой теплоты кристаллизации. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, потому что согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии 2-ух фаз (водянистой и кристаллов твердого раствора ) число степеней свободы будет равно Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. единице . При достижении температуры соответственной точке 2, сплав затвердевает, при предстоящем снижении температуры охлаждается сплав в жестком состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора .

Схема микроструктуры сплава представлена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Схема микроструктуры сплава – однородного твердого раствора

5. Количественный структурно-фазовый анализ сплава.

Пользуясь диаграммой состояния можно для хоть какого Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. сплава при хоть какой температуре найти не только лишь число фаз, да и их состав и количественное соотношение. Для этого употребляется правило отрезков. Для проведения количественного структурно-фазового анализа через заданную точку проводят горизонталь (коноду) до скрещения с наиблежайшими линиями диаграммы (ликвидус, солидус либо оси компонент).

а). Определение состава фаз Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. в точке m:

Для его определения через точку m проводят горизонталь до скрещения с наиблежайшими линиями диаграммы: ликвидус и солидус.

Состав водянистой фазы определяется проекцией точки скрещения горизонтали с линией ликвидус p на ось концентрации.

Состав жесткой фазы определяется проекцией точки скрещения горизонтали с линией солидус q (либо осью Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. компонента) на ось концентрации.

Состав водянистой фазы меняется по полосы ликвидуса, а состав жесткой фазы – по полосы солидуса.

С снижением температуры состав фаз меняется в сторону уменьшения содержания компонента В.

б). Определение количественного соотношения водянистой и жесткой фазы при данной температуре (в точке m):

Количественная масса фаз назад Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. пропорциональна отрезкам проведенной коноды.Разглядим проведенную через точку m коноду и ее отрезки.

Количество всего сплава (Qсп) определяется отрезком pq.

Отрезок, прилегающий к полосы ликвидус pm, определяет количество жесткой фазы.

Отрезок, прилегающий к полосы солидус (либо к оси компонента) mq, определяет количество водянистой фазы.

Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. компонент в компонент в жестком состоянии (механические консистенции)

Диаграмма состояния и кривые остывания обычных сплавов системы представлены на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонент в жестком состоянии (а) и кривые остывания сплавов (б)

Проведем анализ диаграммы состояния.

1. Количество компонент: К = 2 (составляющие А и В);

2. Число фаз: f Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. = 3 (кристаллы компонента А, кристаллы компонента В, водянистая фаза).

3. Главные полосы диаграммы:

· линия ликвидус acb, состоит из 2-ух веток, сходящихся в одной точке;

· линия солидус ecf, параллельна оси концентраций стремится к осям компонент, но не добивается их;

4. Типовые сплавы системы.

а) Незапятнанные составляющие, кристаллизуются при неизменной температуре, на Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. рис 5.3 б показана кривая остывания компонента А.

б). Эвтектический сплав – сплав, соответственный концентрации компонент в точке с (сплав I). Кривая остывания этого сплава, подобна кривым остывания незапятнанных металлов (рис. 5.3 б)

Эвтектика – мелкодисперсная механическая смесь разнородных кристаллов, кристаллизующихся сразу при неизменной, самой низкой для рассматриваемой системы, температуре.

При образовании сплавов механических консистенций Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. эвтектика состоит из кристаллов компонент А и В: Эвт. (кр. А + кр. В)

Процесс кристаллизации эвтектического сплава: до точки 1 охлаждается сплав в водянистом состоянии. При температуре, соответственной точке 1, начинается одновременная кристаллизация 2-ух разнородных компонент. На кривой остывания отмечается температурная остановка, т.е. процесс идет при неизменной температуре, потому что согласно Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии 3-х фаз (водянистой и кристаллов компонент А и В) число степеней свободы будет равно нулю . В точке 1/ процесс кристаллизации заканчивается. Ниже точки 1/ охлаждается сплав, состоящий из дисперсных разнородных кристаллов компонент А и В.

в) Другие сплавы системы подобны сплаву Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. II, кривую остывания сплава см на рис 5.3.б.

Процесс кристаллизации сплава II: до точки 1 охлаждается сплав в водянистом состоянии. При температуре, соответственной точке 1, начинают создаваться центры кристаллизации лишнего компонента В. На кривой остывания отмечается перегиб (критичная точка), связанный с уменьшением скорости остывания вследствие выделения сокрытой теплоты кристаллизации. На участке Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, потому что согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии 2-ух фаз (водянистой и кристаллов компонента В) число степеней свободы будет равно единице . При охлаждении состав водянистой фазы меняется по полосы ликвидус до эвтектического. На участке 2–2’ кристаллизуется эвтектика (см. кристаллизацию эвтектического сплава). Ниже Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. точки 2’ охлаждается сплав, состоящий из кристаллов сначало закристаллизовавшегося лишнего компонента В и эвтектики.

Схема микроструктуры сплава представлена на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Схема микроструктур сплавов: а – доэвтектического, б – эвтектического, в – заэвтектического

5. При проведении количественного структурно-фазового анализа, конода, проведенная через заданную точку, пересекает линию ликвидус и оси компонент, потому состав жесткой фазы либо 100 % компонента Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. А, либо 100 % компонента В.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонент в жестком состоянии

Диаграмма состояния и кривые остывания обычных сплавов системы представлены на рис.5.5.

1. Количество компонент: К = 2 (составляющие А и В);

2. Число фаз: f = 3 (водянистая фаза и кристаллы жестких смесей (раствор компонента В в компоненте А) и Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. ( раствор компонента А в компоненте В));

3. Главные полосы диаграммы:

· линия ликвидус acb, состоит из 2-ух веток, сходящихся в одной точке;

· линия солидус аdcfb, состоит из 3-х участков;

· dm – линия максимальной концентрации компонента В в компоненте А;

· fn – линия максимальной концентрации компонента А в компоненте В.

4. Типовые сплавы системы.

При концентрации Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. компонент, не превосходящей предельных значений (на участках Аm и nВ), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам жестким растворам с неограниченной растворимостью, см кривую остывания сплава I на рис. 5.5 б. При концентрации компонент, превосходящей предельные значения (на участке dcf), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам механическим консистенциям, см. кривую остывания сплава II Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. на рис. 5.5 б.

Рис. 5.5 Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонент в жестком состоянии (а) и кривые остывания обычных сплавов (б)

Сплав с концентрацией компонент, соответственной точке с, является эвтектическим сплавом. Сплав состоит из мелкодисперсных кристаллов жестких смесей и , эвт. (кр. тв. р-ра + кр. тв. р-ра )

Кристаллы Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. компонент в чистом виде ни в каком из сплавов не находятся.

Диаграмма состояния сплавов, составляющие которых образуют хим соединения.

Диаграмма состояния сплавов представлена на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Диаграмма состояния сплавов, составляющие которых образуют хим соединения

Диаграмма состояния непростая, состоит из нескольких обычных диаграмм. Число компонент и количество диаграмм находится в зависимости от того Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния., сколько хим соединений образуют главные составляющие системы.

Число фаз и вид обычных диаграмм определяются нравом взаимодействия меж компонентами.

Эвт1 (кр. А + кр. AmBn);

Эвт2 (кр. B + кр. AmBn).

Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые перевоплощения в жестком состоянии (переменная растворимость)

Диаграмма состояния представлена на рис. 5.7.

По внешнему облику диаграмма Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. похожа на диаграмму состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонент в жестком состоянии. Отличие в том, что полосы предельной растворимости компонент не перпендикулярны оси концентрации. Возникают области, в каких из однородных жестких смесей при снижении температуры выделяются вторичные фазы.

На диаграмме:

· df – линия переменной предельной растворимости компонента В в Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. компоненте А;

· ek – линия переменной предельной растворимости компонента А в компоненте В.

Кривая остывания сплава I представлена на рис. 5.7 б.

Рис. 5.7. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые перевоплощения в жестком состоянии (а) и кривая остывания сплава (б)

Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в водянистом состоянии. При температуре Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния., соответственной точке 1, начинают создаваться центры кристаллизации твердого раствора . На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре. При достижении температуры соответственной точке 2, сплав затвердевает, при предстоящем снижении температуры охлаждается сплав в жестком состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора . При достижении температуры, соответственной точке 3, жесткий раствор оказывается насыщенным компонентом В, при более Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. низких температурах растворимость второго компонента миниатюризируется, потому из -раствора начинает выделяться лишний компонент в виде кристаллов . За точкой 3 сплав состоит из 2-ух фаз: кристаллов твердого раствора и вторичных кристаллов твердого раствора .

Связь меж качествами сплавов и типом диаграммы состояния

Потому что вид диаграммы, также как и характеристики сплава, находится в Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. зависимости от того, какие соединения либо какие фазы образовали составляющие сплава, то меж ними должна существовать определенная связь. Эта зависимость установлена Курнаковым, (см. рис. 5.8.).

Рис. 5.8. Связь меж качествами сплавов и типом диаграммы состояния

1. При образовании механических консистенций характеристики меняются по линейному закону. Значения черт параметров сплава находятся в интервале меж Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. чертами незапятнанных компонент.

2. При образовании жестких смесей с неограниченной растворимостью характеристики сплавов меняются по криволинейной зависимости, при этом некие характеристики, к примеру, электросопротивление, могут существенно отличаться от параметров компонент.

3. При образовании жестких смесей с ограниченной растворимостью характеристики в интервале концентраций, отвечающих однофазовым жестким растворам, меняются по криволинейному закону Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния., а в двухфазной области – по линейному закону. При этом последние точки на прямой являются качествами незапятнанных фаз, максимально насыщенных жестких смесей, образующих данную смесь.

4. При образовании хим соединений концентрация хим соединения отвечает максимуму на кривой. Эта точка перелома, соответственная хим соединению, именуется сингулярной точкой.

Лекция 6

Нагрузки, напряжения и Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. деформации. Механические характеристики.

1. Физическая природа деформации металлов.

2. Природа пластической деформации.

3. Дислокационный механизм пластической деформации.

4. Разрушение металлов.

5. Механические характеристики и методы определения их количественных черт

Физическая природа деформации металлов.

Деформацией именуется изменение формы и размеров тела под действием напряжений.

Напряжение – сила, действующая на единицу площади сечения детали.

Напряжения и вызываемые ими Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. деформации могут появляться при действии на тело наружных сил растяжения, сжатия и т.д., также в итоге фазовых (структурных) перевоплощений, усадки и других физико-химических процессов, протекающих в металлах, и связанных с конфигурацией объема.

Металл, находящийся в напряженном состоянии, при любом виде нагружения всегда испытывает напряжения обычные и касательные (рис Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния.. 6.1.).

Рис.6.1. Схема появления обычных и касательных напряжений в металле при его нагружении

Рост обычных и касательных напряжений приводит к различным последствиям. Рост обычных напряжений приводит к хрупкому разрушению. Пластическую деформацию вызывают касательные напряжения.

Деформация металла под действием напряжений может быть упругой и пластической.

Упругой именуется деформация, стопроцентно исчезающая после снятия Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. вызывающих ее напряжений.

При упругом деформировании меняются расстояния меж атомами металла в кристаллической решетке. Снятие нагрузки избавляет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места, и деформация исчезает.

Упругая деформация на диаграмме деформации характеризуется линией ОА (рис.6.2.).

Рис.6.2. Диаграмма зависимости деформации металла от действующих напряжений

Если обычные напряжения Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. добиваются значения сил межатомных связей, то наблюдается хрупкое разрушение методом отрыва (рис.6.3.)

Рис.6.3. Схема упругой деформации и хрупкого разрушения под действием упругих напряжений а – ненапряженная решетка металла; б – упругая деформация; в, г – хрупкое разрушение в итоге отрыва

Зависимость меж упругой деформацией и напряжением выражается законом Гука

где: Е - модуль Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. упругости.

Модуль упругости является важной чертой упругих параметров металла. По физической природе величина модуля упругости рассматривается как мера прочности связей меж атомами в жестком теле.

Эта механическая черта структурно нечувствительна, т. е. термообработка либо другие методы конфигурации структуры не изменяют модуля упругости, а увеличение температуры, изменяющее межатомные расстояния, понижает Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. модуль упругости.

Пластической либо остаточной именуется деформация после прекращения деяния вызвавших ее напряжений.

При пластическом деформировании одна часть кристалла перемещается по отношению к другой под действием касательных напряжений. При снятии нагрузок сдвиг остается, т.е. происходит пластическая деформация (рис.6.4 )

В итоге развития пластической деформации может произойти вязкое разрушение методом Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. сдвига.

Рис.6.4. Схема пластической деформации и вязкого разрушения под действием касательных напряжений а – ненапряженная решетка; б – упругая деформация; в – упругая и пластическая деформация; г – пластическая деформация; д, е – пластичное (вязкое) разрушение в итоге среза

Природа пластической деформации.

Металлы и сплавы в жестком состоянии имеют кристаллическое строение, и нрав их Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. деформации находится в зависимости от типа кристаллической структуры и от наличия несовершенств в этой структуре.

Разглядим пластическую деформацию в монокристалле.

Пластическая деформация может протекать под действием касательных напряжений и может осуществляться 2-мя методами.

1. Трансляционное скольжение по плоскостям (рис. 6.5 а). Одни слои атомов кристалла скользят по другим слоям, при этом Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. они передвигаются на дискретную величину, равную целому числу межатомных расстояний.

В промежутках меж полосами скольжения деформация не происходит. Жесткое тело не изменяет собственного кристаллического строения во время пластической деформации и размещение атомов в простых ячейках сохраняется

Плоскостями скольжения является кристаллографические плоскости с более плотной упаковкой атомов.

Это более соответствующий вид деформации при обработке Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. давлением.

2. Двойникование – поворот одной части кристалла в положение симметричное другой его части. Плоскостью симметрии является плоскость двойникования (рис. 6.5 б).

Двойникование почаще появляется при пластической деформации кристаллов с объемно-центрированной и гексагональной решеткой, при этом с увеличением скорости деформации и снижением температуры склонность к двойникованию растет.

Двойникование может появляться не Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. только лишь в итоге деяния наружных сил, да и в итоге отжига пластически деформированного тела. Это типично для металлов с гранецентрированной кубической решеткой (медь, латунь). Двойникованием можно достигнуть малозначительной степени деформации.

а) б)

Рис.6.5. Схемы пластической деформации разными методами: а – скольжением; б – двойникованием

Дислокационный механизм пластической деформации.

Пластическая Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. деформация происходит в итоге скольжения либо двойникования. Ранее подразумевали, что при скольжении одна часть кристалла двигается относительно другой части на целое число периодов как единое целое. Нужное для этого напряжение выходит на несколько порядков выше реального сдвигового напряжения.

Для железа теоретическое значение сдвигового напряжения МПа, .

В базу современной теории пластической Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. деформации взяты последующие положения:

· скольжение распространяется по плоскости сдвига поочередно, а не сразу;

· скольжение начинается от мест нарушений кристаллической решетки, которые появляются в кристалле при его нагружении.

Схема механизма деформации представлена на рис.6.6 а.

В сбалансированном состоянии дислокация недвижна. Под действием напряжения экстраплоскость сдвигается справа влево при малозначительном Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. перемещении атомов. Нижняя часть плоскости Р/S (SR) сместится на право и совместится с нижним краем экстра- плоскости РQ.

QR- остаточная деформация.

При предстоящем движении дислокация пройдет всю плоскость скольжения и выйдет на поверхность зерна. При всем этом высшая часть зерна сдвинута относительно нижней на один межатомный период Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. решетки (рис. 6.6 б).

При каждом перемещении дислокации на один шаг нужно порвать связь только меж 2-мя рядами атомов в плоскости Р/S, а не меж всеми атомами, расположенными выше и ниже плоскости скольжения. Нужное сдвиговое напряжение при всем этом не достаточно, равно фактически реальному..

Рис. 6.6. Схема дислокационного механизма пластической деформации а – перемещение Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. атомов при двихении краевой дислокации на одно межатомное расстояние; б – перемещение дислокации через весь кристалл

Разрушение металлов.

Процесс деформации при достижении больших напряжений заканчивается разрушением. Тела разрушаются по сечению не сразу, а вследствие развития трещинок. Разрушение включает три стадии: зарождение трещинкы, ее распространение через сечение, окончательное разрушение.

Различают Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. хрупкое разрушение – отрыв одних слоев атомов от других под действием обычных растягивающих напряжений. Отрыв не сопровождается подготовительной деформацией. Механизм зарождения трещинкы схож - благодаря скоплению передвигающихся дислокаций перед препятствием (границы субзерен, фазовые границы), что приводит к концентрации напряжений, достаточной для образования трещинкы. Когда напряжения добиваются определенного значения, размер трещинкы становится критичным Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. и предстоящий рост осуществляется произвольно.

Для хрупкого разрушения свойственна острая, нередко ветвящаяся трещинка. Величина зоны пластической деформации в устье трещинкы мала. Скорость распространения хрупкой трещинкы велика - близка к скорости звука (неожиданное, катастрофическое разрушение). Энергоемкость хрупкого разрушения мала, а работа распространения трещинкы близка к нулю.


obshee-ponimanie-bogatstva-rechi.html
obshee-ponyatie-grammatiki.html
obshee-ponyatie-kriminalisticheskoj-harakteristiki-prestuplenij-5-glava-kriminalisticheskaya-harakteristika-ubijstv-17.html