Строение реальных кристаллических материалов. Характеристика дефектов
Кристаллического строения, их влияние на механические свойства твердых тел.
Неоднородный химический состав и внешние условия вызывают дефекты кристаллической решетки. Выделяют дефекты трех типов:
|
1) точечные (вакансии, внедренные атомы);
2) линейные (краевые и винтовые дислокации);
3) объемные (микропоры, трещины, газовые пузырьки). Точечные дефекты:
Вакансия - отсутствие атома в узле кристаллической решетки.
|
|
Внедренные атомы: а) чужеродный атом в узле кристаллической решетки; б) атом вне узла, в межузельном пространстве.
Повышают электропроводимость, а на механические влияют.
Линейные дефекты:
Дислокации: краевые - оборванный край атомной плоскости внутри кристаллической решетки; винтовые -условная ось внутри кристалла, относительно которой закручиваются атомные плоскости в процессе кристаллизации.
При увеличение плотности дислокаций и уменьшении их подвижности
Прочность увеличиваеться в несколько раз Объемные дефекты:
Возникают из-за влияния внешних условий кристаллизации или под действием внешних нагрузок. В результате несколько вакансий дают пору; несколько линейных дислокаций - трещину.
|
Влияние дислокаций на процесс деформирования кристалла. Наличие дислокаций значительно облегчают движение атомных плоскостей друг относительно друга и способствует уменьшению предела прочности. В результате деформирования дислокации могут выходить за грани кристалла. Под действием значительных усилий в кристалле могут возникать новые дислокации, облегчающие деформирование кристалла (площадка текучести). Дислокации переплетаются.
п - плотность дислокации; Если дислокаций нет, то требуется значительное усилие, чтобы деформировать
материал. Чем больше дислокаций, тем меньше усилие необходимое для деформации
образца. Начиная с некоторой концентрации дислокаций деформация затрудняется,
дислокации мешают движению друг друга. Возникает эффект упрочнения. Структура,
возникающая при большом количестве мешающих друг другу дислокаций.
Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные. Достоинства и недостатки углеродистых сталей. Влияние постоянных примесей в сталях на их свойства. Маркировка, термическая обработка, свойства, применение.
Углеродистые стали обыкновенного качества. Допускается повышенное содержание вредных примесей, а так же газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями. Наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения. Маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки.
Концентрация марганца в стали Ст1 0,25-0,50%, в стали Стб 0,50-0,80%. Три марки
стали производят с повышенным содержанием марганца(0,80-1,1%), на что указывает
буква «Г» в маркировке: СтЗГпс, стЗГсп, Ст5Гпс.
Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих - не более
0,05%, у полуспокойных - не более 0,15%, у спокойных - не более 0,30%.
Прокат подразделяют на 4 группы: сортовая сталь, листовая сталь, специальные
профили и трубы.Углеродистые качественные стали. Характеризуются более низким, чем у сталей
обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических
включенийМаркируются двухзначными числами: 08, 10, 15, 20,..., 60, обозначающими среднее
содержание углерода в сотых долях процента.
Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие соответственно
«пс» и «кп».Содержание кремния: в кипящих сталях не более 0,30%, в полу спокойных 0,05 - 0,17%.
Содержание марганца повышается по мере увеличения концентрации углерода от 0,25
до 0,80%.Низкоуглеродистые стали по назначению подразделяют на 2 подгруппы:
1. Малопрочные и высокопластичные.
2. Цементуемые - стали 15, 20, 25. Предназначены для деталей небольшого размера, от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском.
Среднеуглеродистые стали 30,..., 55 отличаются большей прочностью, но меньшей
пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют после улучшения,
нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии - достигаются
высокая ударная вязкость, пластичность и малая чувствительность к концентраторам
напряжений.Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.
1. Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель -сильный аустенизатор).
2. Хром. Если содержание в стали хрома больше 12%, то сталь - нержавеющая (при условии растворения хрома в кристаллической решетке железа). Хром - сильно карбидообразующий элемент. Из-за образования карбидов коррозионная стойкость стали может уменьшаться. В стали 12Х18Н10Т предотвращено образование карбидов хрома на зёрнах.
3. Вольфрам. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Карбиды вольфрама устойчивы и действуют при температуре выше температуры применения. Вольфрам используют для изготовления инструментальных сталей.
4. Ванадий. Ванадий повышает устойчивость к циклическим нагружениям и высоким температурам.
5. Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей. Кремний - ферритизатор - повышает устойчивость феррита при высоких температурах, то есть такая сталь обладает хорошими электро-магнитными свойствами (феррит - сильный ферромагнетик). Стали с высоким содержанием кремния используются для изготовления сердечников для электроприборов .
Билет 15