Конструкциялық материалдар және термоөңдеу Конструкционные материалы и термообработка Constructional materials and heat treatment Учебное пособие для специальности: 5В071200– «Машиностроение»

84 
Лекция №1. 
Свойства материалов. 
1.Физические свойства. 
2.Механические свойства. 
3.Химические свойства. 
4.Технологические свойства 
5.Строение сплавов. Полиморфные превращения в металлах. Коррозия
металлов 
Физические свойства. 
К физическим свойствам материалов относятся: 
Плотность- это масса вещества в единице объема. 
Цвет- способность материалов отражать с различным преломлением
световые лучи. 
Теплопроводность- способность материала проводить через себя
тепло. 
Электропроводность- способность материала проводить через себя
электрический ток. 
Морозостойкость- способность материала выдерживать многократное
попеременное замораживание и оттаивание. 
Огнестойкость- способность материала выдерживать длительное
воздействие воды и огня в условиях пожара. 
Способность намагничиваться – способность материала приобретать
под действием внешнего магнитного поля магнитные свойства. 
Механические свойства. 
К механическим свойствам материалов относятся: 
Прочность- это способность материала выдерживать внутренние
напряжения возникающие под действием внешних нагрузок. 
Упругость- это способность материала изменять свою форму под
действием внешней нагрузки и восстанавливать ее после снятия
нагрузки. 
Пластичность- это способность материала изменять свою форму под
действием нагрузки и не восстанавливать ее после снятия этой
нагрузки. 
Хрупкость- это способность материала не изменять свою форму под
действием нагрузки до определенного предела после которого
происходит разрушение материала. 
Твердость- это способность материала противостоять внедрению
другого более твердого материала. 
Износостойкость- способность материала выдерживать длительное
время действие истирающих нагрузок. 

85 
Химические свойства. 
К химическим свойствам материалов относятся: 
Растворимость- это способность материала растворяться в какой-либо
жидкости растворителе. 
Коррозионная стойкость- это способность материала выдерживать
воздействие внешней агрессивной среды. 
Щелочестойкость- это способность материала выдерживать действие
щелочей. 
Кислотостойкость- это способность материала выдерживать действие
различных кислот. 
Газостойкость- это способность материала выдерживать действие
различных газов. 
Технологические свойства. 
К технологическим свойствам материалов относятся: 
Обрабатываемость резанием- это способность материала поддаваться
обработке режущими инструментами. 
Жидкотекучесть- это способность материалов заполнять в
расплавленном состоянии литейную форму. 
Ковкость- это способность материалов поддаваться обработке
давлением без разрушения. 
Свариваемость- это способность материалов соединяться при помощи
сварки без трещин, надтеков и других дефектов. 
Строение сплавов. 
Механическая смесь. 
Чистые металлы в качестве конструкционных материалов почти не
применяются. Для повышения механических свойств, коррозионной
стойкости и получения специальных физических свойств их сплавляют
с другими металлами и неметаллами. Свойства полученного сплава
будут зависить от его структуры. 
В результате совместной кристаллизации нескольких элементов
могут образоваться сплавы следующих типов: механическая смесь, 
твердый раствор и химическое соединение. Возможность
возникновения того или иного типа сплава определяется характером
взаимодействия элементов в процессе кристаллизации. Рассмотрим
строение этих сплавов в случае совместной кристаллизации двух
элементов А и Б. 
Механическая смесь образуется при раздельной кристаллизации
компонентов. Структура сплава в этом случае будет состоять из
кристаллов вещества А и Б, связь между которыми осуществляется по
границам зерен . 

86 
Твердый раствор. 
Твердый раствор образуется в тех случаях, когда каждый кристалл
сплава строится атомами обоих веществ. При этом строит
кристаллическую решетку только один из компонентов, а другой
компонент размещается в этой решетке в атомарном виде. В
зависимости от характера размещения различают твердые растворы
замещения и внедрения. При образовании твердого раствора
замещения атомы одного из компонентов, например Б, частично
замещают атомы компонента А в узлах его кристаллической решетки. 
Твердый раствор внедрения образуется, когда атомы одного из
компонентов размещаются в междоузлиях кристаллической решетки
другого. 
Твердые растворы замещения могут образоваться при совместной
кристаллизации металлов, а твердые растворы внедрения при
совместной кристаллизации металла с неметаллом, например железа с
углеродом. Твердые растворы принято обозначать буквами греческого
алфавита α, β, γ и т.п. Так, например, твердый раствор на основе
кристаллической решетки вещества А может быть обозначен через
А(В) или α. Структура такого сплава состоит из одинаковых
кристаллов твердого раствора и под микроскопом выглядит так же, 
как и структура чистого металла или химического соединения. 
Значения свойств сплава- твердого раствора могут быть и выше и
ниже свойств исходных компонентов. 
Химическое соединение. 
Химическое соединение образуется в тех случаях, когда
кристаллизующиеся компоненты взаимно химически активны. Здесь
каждый возникающий кристалл сплава будет строиться совместно
атомами вещества А и Б в пропорции, определяемой формулой
соединения. Кристаллическая решетка химического соединения будет
новой, непохожей на кристаллическую решетку исходных компонентов. 
По свойствам такой сплав сильно отличается от свойств образующих
его компонентов. 
Строение сплава определяет его свойства, поэтому важно знать, как
это строение будет меняться при изменении температуры и состава
сплава. Зависимость между строением сплава, его составом и
температурой описывается при помощи диаграмм состояния. 
Полиморфные превращения в металлах. 
Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать
в разных кристаллических формах или, как называют, в разных
модификациях. В результате полиморфного превращения атомы
кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются

87 
таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа. 
Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой
температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой α, 
при более высокой β, затем γ и т.д. 
Переход чистого металла из одной полиморфной модификации в
другую в условиях равновесия протекает при постоянной температуре 
(критической точке) и сопровождается выделением тепла, если
превращение идет при охлаждении, и поглощением тепла в случае
нагрева. 
В результате полиморфного превращения образуются новые
кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму. Поэтому
такое превращение называют перекристаллизацией. 
Полиморфные превращения происходят в чистых металлах, в
сплавах, в химических соединениях. 
Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным
изменением всех свойств металлов и сплавов: удельного объема, 
теплоемкости, 
теплопроводности, 
электропроводности, 
магнитных
свойств, механических и химических свойств и т.д. 
Коррозия металлов.
Металлические материалы, приходя в соприкосновение с
окружающей их средой, подвергаются с той или иной скоростью
разрушению. Металлы вступают в окислительно-восстановительные
реакции с веществами, находящимися в окружающей среде, и
окисляются. Это является причиной разрушения. 
Самопроизвольное разрушение металлических материалов, 
происходящее под химическим воздействием окружающей среды, 
называется коррозией. 
К основным видам коррозии относятся: 
-коррозия в газах (газовая коррозия)- и 
-коррозия в растворах электролитов (электрохимическая коррозия). 
Коррозия в газах происходит при повышенных температурах, когда
конденсация влаги на поверхности металла невозможна. Газовой
коррозии подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего
сгорания и т.п. Газовую коррозию претерпевает металл, подвергаемый
термической обработке. В результате газовой коррозии на поверхности
металла образуются оксиды, сульфиды и другие соединения. 
К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозии в
водных растворах и коррозия металла, находящегося во влажной
атмосфере. В результате электрохимической коррозии окисление
металла может приводить к образованию нерастворимых продуктов 
(например, ржавчины) и к переходу металла в раствор в виде ионов. 

88 
Скорость коррозии зависит от природы металла и окислителя, от
концентрации окислителя, а также от содержания различных примесей
в металле и в коррозионной среде- в атмосфере и в растворе. 
Для защиты от коррозии применяется разнообразные методы, 
важнейшими из которых являются: 
-применение химически стойких сплавов., 
-защита поверхности металла покрытиями., 
-обработка коррозионной среды., 
-электрохимические методы. 
Для изготовления аппаратуры, подвергающейся действию
коррозионных газов, применяют жаростойкие сплавы: жаростойкие
стали и чугуны, сплавы на основе никеля или кобальта. Из химически
стойких сплавов наиболее широко используют нержавеющие и
кислото-упорные стали. 
Покрытия, применяемые для защиты металлов, подразделяются на: 
-металлические, в качестве которых применяют металлы, образующие
на своей поверхности защитные пленки (хром, никель, алюминий и
др.)., 
-неметаллические 
покрытия 
лаками, 
красками, 
эмалями, 
фенолформальдегидными и другими смолами., 
-покрытия, создаваемые химической или электрохимической обработкой
металла, представляющие собой защитные оксидные или солевые
пленки (оксидирование алюминия, фосфатирование стали). 
Метод обработки внешней среды состоит в удалении из раствора, в
котором эксплуатируется защищаемая деталь, растворенного кислорода
или в добавлении к этому раствору веществ, замедляющих коррозию,- 
ингибиторов. Применяется, когда объем жидкости ограничен. 
Электрохимические методы применяются в средах, хорошо
проводящих электрический ток. 

89 
Рисунок 1.1. Строение стального слитка, отлитого из спокойной стали. 
1-наружный слой, состоящий из мелких кристаллов., 
2-зона столбчатых вытянутых к центру слитка кристаллов., 
3-крупные беспорядочно ориентированные кристаллы., 
4-усадочные пустоты в рыхлость. 

жүктеу/скачать 1,99 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: