Диаграмма сплавов хим. соединение.

Стр 1 из 14Следующая ⇒

Металловедение – наука, изучающая состав, строение, свойства металлов и сплавов и закономерности их изменения в зависимости от внешних факторов (тепловых, механических, электрических, радиоактивных и химических). За последние годы достижения материаловедения обеспечили небывалый прогресс в разработке конструкционных и инструментальных материалов в различных областях техники. Исследования реальной структуры твердых тел показали принципиальную возможность получения кристаллических и некристаллических материалов с прочностью, приближающейся к теоретической, определяемой прочностью межатомных связей. Впервые существование связи между строением и ее свойствами было установлено П.П.Аносовым (1799-1851). Он изобрел микроскоп. Важнейшие положения научного металловедения были заложены русским металлургом Д.К.Черновым (1839-1921). Он в работе, опубликованной в 1868 г., показал, что в стали в твердом состоянии при ее нагреве (или охлаждении) до определенных температур (критических точек) происходят фазовые превращения, вызывающие значительные изменения свойств стали. Работы Чернова создали фундамент современного металловедения еи термической обработки. Большую роль в развитии металловедения сыграли работы Н.С.Курнакова, применившего для исследования металлов методы физико-химического анализа. Чернов дал впервые описание стального слитка (1878г.) Слиток сост.из трех основных зон (1 – наружная мелкозернистая корка из дезориентированных мелких кристаллов - дендритов, 2 – зона столбчатых кристаллов, 3 – зона равноосных кристаллов) 2. Особенности атомно-кристаллического строения. Твердое состояние характеризуется определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Многократное повторение кристаллографических плоскостей в пространстве, расположенных || друг другу воспроизводит пространственную крист. решетку. Под элементарной ячейкой понимают наименьший комплекс атомов, который при своем многократном повторении в пространстве воспроизводит простр. кристал. решетку. Бывают: простая кубическая, объемно-центрированный куб (ОЦК) (Fe, W, молибден), гранецентрированный куб (ГЦК) кубическая (Al, Pb, Ni, Au, Ag, Pl), гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (кобальт, кадмий), тетрагональная. Аллотропия – способность металла изменять свою кристаллическую решетку под действием температуры – способность одного в-ва существовать в нескольких кристалич.формах. Анизотропия – различие свойств в зависимости от направления испытания. 1) Период решётки – расстояние между атомами в узлах. 2) Координационное число – кол-во атомов, находящихся на наименьшем расстоянии от взятого тела. 3) Базис – кол-во атомов приходящихся на одну ячейку. Чем больше Период решётки и Координационное число тем больше атомов находящихся в ячейке и это плотноупакованная решётка. Металлы с ОЦК и ГЦК более твёрдые. Степень тетрагональности c/a=1,633 (для ГПУ) Для ОЦК , для ГЦК Ме, имеющие одинаковый тип решетки наз. изоморфными. 3. Крист. металлов. Кристаллизация – переход металла из жидкого состояния в твердое, образование кристаллической решетки (в чистых Ме она протекает при постоянных температурах, которые зависят от природы металла и давления.) Внутренняя энергия неупорядоченной жидкости больше упорядоченного строения твердого тела, при переходе из одного сост. в другое - выделение (или поглощение) тепла. Температура Ts – равновесная (теоретическая) температура крист-ции (своб.энергии ж и тв равны, то крист-ция не происх). TФ – фактическая температура крист. Для перехода металла из жидкого в твердое состояние металл необходимо переохладить. DТ = Ts - TФ – степень переохлаждения (зав. от природы, чистоты металла и скорости охлаждения). На кривой охлаждения при кристаллизации - горизонтальная площадка (остановка в падении температуры), причина - выделение скрытой теплоты кристаллизации. Чем больше Vохл, тем больше DТ, и процесс кристаллизации протекает при температурах, ниже Ts. Процесс кристаллизации начинается с того, что в жидком металле появляются центры кристаллизации. Вокруг этих центров начинают расти кристаллы. Оба процесса происходят одновременно. 1) в начальный момент Vкр увеличивается, быстро увеличивается кол-во центров кристаллизации. 2) пока кристаллы окружены жидкостью, он имеет правильную форму. 3) взаимное столкновение кристаллов приводит к нарушению правильности формы. 4) кристалл – зерно. Параметры: число центров крист. и скорость роста кристаллов из этих центров. Изменение величины зерна в процессе кристаллизации без изменения скорости кристаллизации называется модифицированием. Вводятся вещества, tПЛ которых выше tпл основного металла, они называются модификаторы (готовые центры крист.). В процессе крист. происходят фазовые превращения. Фаза – однородная часть неоднородной системы, разделенная от других частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую структура и св-ва вещества изменяются скачком. - ур-ие Гибберса 4. Сплавы – Механические смеси. Сплавы – это сложные вещества, которые получаются в результате сплавления или спекания нескольких простых веществ. Возможно получение возгонкой (псевдосплавы), электролизом. Вещества, которые входят в состав сплава, называются компонентами сплава. Механические смеси: Pb-Sb, Pb-Sn, Zn-Sn, Fe-C. Условие образования м. с.: компоненты должны быть взаимно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твердом состоянии и не образовывать хим. соединения. Если одно вещество А находится в избытки то процесс кристаллизации состоит из двух стадий: кристаллизации А и кристаллизации мех смеси. Эвтектика – механическая смесь, состоящая из 2-х или более фаз, одновременно кристаллизующихся из жидкости. В сплавах-мех.смеси первым крист-ся компонент находящийся в избытке относительно эвтектоидной концентрации. Рентгенограмма сплава покажет наличие двух решеток компонентов А и В. Св-ва кристаллов А и В тождественны св-вам чистых Ме А и В. Механические св-ва зависят от количественного соотношения компонентов, от размера и формы зерен, значения их – промежуточные между хар-ками св-в чистых компонентов. 5. Методика построения двухкомпонентных диаграмм состояния. Диаграмма состояния – графическое представление состояния сплава - дает представление о строении сплава и показывает изменение состояния сплава в зависимости от темп-ры и концентрации компонентов. Показывает равновесные фазы при данных условиях. Строится по кривым охлаждения сплавов с различной концентрацией. Диаграмму состояния сплавов, состоящих из двух компонентов, строят в координатах "температура - концентрация". По оси ординат -температура, по оси абсцисс - концентрация. Общее содержание обоих компонентов в сплаве равно 100 %. По оси абсцисс от 0 до 100 % увеличивается концентрация А в сплаве, концентрация В будет возрастать справа налево. Крайние ординаты соответствуют чистым компонентам В и А . На оси ординат в точках, соответствующих чистым компонентам, отмечают значения температур кристаллизации В и А. Затем строят кривые охлаждения с целью определения температуры начала кристаллизации T1 и конца кристаллизации T2. Значения температур – T1 и T2 для каждого сплава наносят на вертикаль, соответствующую концентрации данного сплава. Соединяют температуры кристаллизации чистых металлов и температуры начала кристаллизации - T2 плавной линией. Кривая, отвечающая началу равновесной кристаллизации сплавов, называется линией ликвидус (АСВ ). Кривая, проведенная через точки конца кристаллизации, называется линией солидус ( ДСЕ ). Выше линии ликвидус сплав находится в жидком состоянии, ниже линии солидус - в твердом. Механическая смесь двух и более видов кристаллов, одновременно кристаллизовавшихся из жидкости, наз. эвтектикой. Пример: сплав, содержащий 13% Sb (пусть А) , является эвтектическим . Сплавы, в которых Sb меньше 13%, называются доэвтектическими; если содержание Sb больше 13%, - òo такие сплавы являются заэвтектическими, В доэвтектических сплавах ниже линии АС начинается процесс кристаллизации, из жидкости выделяются кристаллы Pb , в заэвтектических сплавах ниже линии GB выделяются кристаллы Sb. Следовательно, в области АСД существуют две фазы: Ж + Pb, в области СВЕ: Ж + Sb. В процессе кристаллизации доэвтектических и заэвтектических сплавов концентрация жидкой фазы изменяется и стремится к эвтектической. На линии ДСЕ из жидкости эвтектической концентрации одновременно выделяются кристаллы Pb и Sb, т.e. кристаллизуется эвтектика Жж ® Pb + Sb . ( Pb- Sb мех смесь) (С= к - f + 1) - Число степеней свободы (вариантность) – число внеш.и внутр. факторов (т-ра, давление, концентр.), к-рое можно изменять без изменения числа фаз в с-ме. 6. Сплавы – Твердые растворы. А(В), где А – растворитель, В- растворимое. Если сохраняется взаимная растворимость компонентов в твердом состоянии, то такие сплавы – называются твердые растворы. Компоненты должны быть взаимно растворимы и в жидком, и в твердом состоянии, не образовывать хим. соединения. Такой сплав имеет однородные зерна, только один тип решетки, одна фаза. Тв.р-р существует в определенном интервале концентраций. Твердые растворы замещения: при добавлении к компоненту А атомов В, В замещают атомы А в крист. решетке (в узлах). Компонент, кристаллическая решетка которого сохраняется, называется растворителем. Компонент кристаллическая решётка которого растворяется называется растворённым. Если размеры атома растворенного компонента больше размеров атомов растворителя, то период решётки увеличивается, если меньше – уменьшается. Период решётки – расстояние между атомами в узлах. Условия образования твердых растворов неограниченной растворимости (любое кол-во атомов А мб заменено В): 1) компоненты должны иметь один тип крист. решетки (изоморфные компоненты); 2) малое различие атомов (размеров) растворителя и т.д.; 3) компоненты должны близко находиться друг от друга в табл. Менделеева (одинаковые строение валентных оболочек). Твердые растворы внедрения – атомы растворенного в-ва С располагаются между атомами А. Это всегда растворы ограниченной растворимости (предел растворимости – при накоплении в решетке упругой энергии, что приводит к потере устойчивости); тв. растворы внед. образуют элементы 1,2 периода табл. Менделеева (H, N, C, O, B). При внедрении атомы размещаются между атомами А. Период кр. решётки увеличивается, т.к. размеры атомов внедряемых больше межатомных расстояний… Атомы растворенного компонента распределяются в решетке растворителя беспорядочно. Отклонения состава твердого р-ра в отдельных малых объемах от среднего состава наз. флуктуациями. 7. Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью. Оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом состоянии и не образ. хим.соед. Компоненты: А, В. Фазы: L (жидкий р-р), α (твердый р-р). Трех фаз быть не может, кристаллизация при постоянной т-ре не наблюдается, горизонтальной линии на диаграмме нет. AmB – ликвидус – по ней опред.состав ж фазы (концентрация комп-ов). AnB – солидус – по ней опред. состав тв. фазы. Состав жидкости изм. по линии 1-l, кристаллов – по линии 2-s. Кол-во ж.фазы – ac/bc; Кол-во тв.фазы – ba/bc. В начале крист. выделившиеся кристаллы обогащены более тугоплавким компонентом. В процессе крист. в результате диффузии происходит выравнивание компонентов твердой фазы и достигает “К”. Состав первых кристаллов опред.проекцией S. Закончится кристаллизация в т.2, когда последняя капля жидкости , имющая состав l затвердеет. В момент окончания кристаллизации состав кристаллов такой же, как состав исходной жидкости. Неоднородность химического состава в размере зерна носит название дендритной ликвации (обусл. неравновесной кристаллизацией сплавов). В размере слитка – зональная ликвация (неоднородность хим. состава в размере слитка). 8. Диаграммы сплавов с ограниченной растворимостью. Диаграмма– химические соединение. Оба компонента неогранич.рас творимы в ж.состоянии, ограниченно в твердом и не образ. хим.соед. Компоненты: А, В; Фазы: L, α (В в А), β (А в В). Линия DF – предельная растворимость В в А, Линия CG - предельная раст-ть А в В. АЕВ – ликвидус, ADCB – солидус. В т.1 выделяются кристаллы тв.α-р-ра, концентрация к-рого изм. по кривой a-2, состав ж.изм. по кривой 1- b. В т.2 кристаллизация закончится и полученные кристаллы тв р-ра должны иметь (для равновесной кристаллизации) концентрацию исх. жидкости. Ниже т.3 – вторичная кристаллизация - тв.α-р-ра явл. пересыщенным, выделяются избыточ-ные кристаллы тв.β-р-ра. Состав тв.α-р-ра изм.по кривой 3- F. Линия CG вертикальная – т.к. растворимость А в В не зависит от температуры, потому же нет вторичных α-кристаллов. В т.2’ по горизонтали DEC наступает эвтектическая реакция – Ж Е --> α D +β C. (f=3). Далее начинают выделяться вторичные β II –кристаллы. Диаграмма с перитектикой – для случаев, когда жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами и образует новый вид кристаллов.

Диаграмма сплавов хим. соединение.

ХС характеризуется опред.соотношением компонентов (вертикальная линия на диагр.). ХС устойчиво, если его можно нагреть до расплавления без разложения, неустйчиво, if…

Компоненты: А,В; Твердые фазы: А, В, AnBm. Точка С – температура плавления ХС. Плавится при постоянной температуре. Е ₁ – эвтектика (Ж_Е1 à А+ AnBm); Е ₂ – эвтектика (Ж_Е2 à B+ AnBm);

9. Правило отрезков (рычага).

В любой точке диаграммы, когда в сплаве существуют одновременно две фазы, можно опред.кол-во обеих фаз и концентрацию.

Для определения концентрации фаз через заданную точку проводят линию точку до пересечения с линиями диаграммы. Проекции точек пересечения на ось концентрации показывает нам состав фаз. Q_Ж*ab=Q_ТВ*ac, Q_Ж=aс/bс, Q_ТВ=ab/bc. Для определения количественного соотношения фаз через точку проводят линии до пересечения с линиями диаграммы. Отрезки прямой между заданной точкой и точками, показывающими состав фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

10. Закон Курнакова. Между составом, структурой сплава и его свойствами существует определенная закономерность.

1- мех смеси – св-ва изм. линейно (аддитивно), т.е. значения св-в сплава нах-ся между свойствами чистых компонентов

2 – тв.р-ры неграниченной растворимости – св-ва изм. криволинейно, некоторые могут значительно отличаться от св-в компонентов Распад тв.р-ра на две и более фаз прив.к повышению электропроводности (з-н. Курнакова)

3- твёрдые растворы ограниченной раств. – в однофазных областях cв-ва изм. криволинейно, в двухфазных – по

прямой, причем крайние

точки прямой соотв.св-вам

чистых фаз. предельно

насыщ.тв.р-ров, образ. данную смесь.

4 – хим соединения .

Имеет сингулярную точку – точку перелома, соответствующая хим.соед-ию

11. Мех. св-ва металлов. Механические свойства металлов определяются в различных случаях нагружения: 1) статическое испытание (очень медленно прикладывают); 2) динамическое испытание (с большой скоростью или ударом); 3) повторно-переменные (нагрузка изменяется по величине и знаку). К статическим испытаниям относится испытание на растяжение, сжатие, кручение, изгиб и определение твердости. Статические испытания позволяют определить упругие сво-ва металлов, сопротивление малым и большим пластич. деформациям, сопротивление разрушению, а также пластические характеристики. Определение надежности – испытание на удар. Долговечность исп.на усталость, ползучесть, коррозию и др.

Условия упругой деформации: силы связей между атомами Ме больше, чем нагрузка P. Пластическая деформация – сдвиг части атомов Ме относителтно др.части после приложения нагрузки. (нарисовать диаграмму растяжения).

Пластичность – способность материалов к остаточной деформации. Хар-ки пластичности: Относительное удлинение δ=∆ l/ l₀, δ <10% - низкопластичный. Относительное сужение Ψ=∆ F/ F₀.

Жесткость – способность материала сопротивляться упругой деформации (структурно не чувствит.хар-ка, зав только от природы материала). - модуль Юнга – хар-ка жесткости. ε %– общая деформация. σ= εУ – закон Гука

Прочность – способность материала сопротивляться возникновению и развитию пластической деформации и разрушению. Хар-ки прочности: . Вязкость – способность материала поглощать работу внешних сил за счет деформации. Опред.работу зарождения и распространения (характериз.надежность) трещин.

Твердость – это способность металла сопротивляться пластической деформации или сопротивляться внедрению (по Бриннелю HB и Роквэллу HRC).

Предел упругости – это напряжение, при котором остаточная деформация составляет некоторую величину, а именно 0.001, 0.003, 0.005% от первоначальной длины образца. Относительное удлинение и сужение при динамическом нагружении.

Предел ползучести – это max длительно действующее напряжение при высокой температуре, которое вызывает остаточную деформацию в 1% за 100, 1000, 10 000, 100 000 часов.

Предел выносливости – это способность металла сопротивляться усталости, выдерживать максимальное напряжение N раз.

12. Сплавы железа с углеродом. Полиморфизм железа.

Существование одного Ме в нескольких кристаллических формах – полиморфизм или аллотропия. Запас свободной энергии зависит от температуры. В одном интервале т-р более устойчивой явл модификация α, в другой – γ. Переход осущ.при т-ре полиморфного превращения. (для железа 911^оС и 1392^оС). Переход γ à α сопровождается уменьшением координационного числа и компактности. Если бы это не компенсировалось уменьшением атомного радиуса, то железо увеличивалось бы в объеме на 9%, а на самом деле на 1%.

Точка Кюри – переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное (выше 768° железо не магнит). Феррит – твердый раствор углерода в α-железе, имеет крист. решетку ОЦК и существует при температуре, равной или ниже 727°С. Максимальная растворимость углерода равна 0,02%. Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе, имеет крист. решетку ГЦК. Максимальная растворимость углерода равна 2,14%. Цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fe3C, содержит 6,67% углерода, имеет сложную крист. решетку, не испытывает аллотропических превращений.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 422; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!