Свойства и классификация металлов

Металы – вещества характеризующиеся пластичностью, электропроводностью, теплопроводностью, способностью отражать электромагнитные волны

Свойства металлов делятся на: физические, химические, механические и технологические.

К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширяемость при нагревании.

К химическим – окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

К механическим – прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

К технологическим – прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариемость, обрабатываемость резанием.

Классификация металлов:

1)черные металлы это железо и сплавы на его основе – стали чугуны.

2)Цветные: легкоплавкие, тугоплавкие, благородные, щелочноземельные, редкоземельные, радиоактивные.

 

3)Кристалическое строение металлов. Типы кристаллических решёток.

Кристаллическое строение металлов условно можно представить как упорядоченное расположение атомов в пространстве. Каждый из атомов имеет определенное количество соседей, расположенных на одинаковых расстояниях от него. Представить объемное строение металлов позволяет пространственная кристаллическая решётка, формируемая многократным воспроизведением плоской кристаллической решётки параллельно самой себе. Для удобства кристаллическое строение обычно изображают, показывая кружками только центры тяжести атомов и соединения их прямыми линиями которые символизируют межатомные связи.

Типы кристаллических решёток:

1) объемно-центрированная кубическая (ОЦК) – атомы расположены в вершинах и в центре куба; такую решетку имеют Nа, V, Nb, Feα, К, Сг, W и другие металлы;

2) гранецентрированная кубическая (ГЦК) – атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани; решетку такого типа имеют Рв, А1, Ni, Аg, Аu, Сu, Со, Fe и другие металлы;

3) гексагональная плотно упакованная (ГПУ) - четырнадцать атомов расположены в вершинах и центре шестиугольных оснований призмы, а три – в средней плоскости призмы; такую решетку имеют Мg, Ti, Rе, Zn, Hf, Ве, Са и другие металлы.

б) – ячейка объемно-центрированная кубическая (ОЦК); в) – ячейка гранецентрированная (ГЦК); г) – ячейка гексагональная плотноупакованная (ГПУ)

Вопрос 4. Реальное строение кристаллов. Дефекты кристалической решетки.

Кристаллы металлов имеют небольшие размеры, разветвлены, поэтому металлические изделия состоят из большого числа кристаллов. Металлические изделия имеют поликристаллическое строение, при относительно быстром охлаждении, значительном переохлаждении. При очень медленном охлаждении можно получить крупный кристалл – монокристалл, который получают для полупроводниковой промышленности, научных исследований.

Характер кристаллического строения определяет свойства металлов. Замечено, что с уменьшением зерна, прочность увеличивается и наоборот.

Выявленная в процессе эксплуатации и испытаний прочности металлов (фактическая прочность), на 2 – 3 порядка ниже их теоретической прочности, которой обладают бездефектные металлы. Это объясняется наличием в реальном металле концентратов напряжений металлургического характера (неметаллические включения, ликвация, микротрещины, мелкие газовые пузыри, рыхлоты и т.п.) и дефектов кристаллической решетки (дислокации, вакансии, атомные внедрения элементов)

 

Локальные несовершенства (дефекты) в строении кристаллов присущи всем металлам. Эти нарушения идеальной структуры твердых тел оказывают существенное влияние на их физические, химические, технологические и эксплуатационные свойства. Без использования представлений о дефектах реальных кристаллов невозможно изучить явления пластической деформации, упрочнение и разрушение сплавов и др.
Дефекты кристаллического строения удобно классифицировать по их геометрической форме и размерам:
1) точечные (нульмерные) малы во всех трех измерениях, их размеры не больше нескольких атомных диаметров - это вакансии, межузельные атомы, примесные атомы;
2) линейные (одномерные) малы в двух направлениях, а в третьем направлении они соизмеримы с длиной кристалла - это дислокации, цепочки вакансий и межузельных атомов;
3) поверхностные (двумерные) малы только в одном направлении и имеют плоскую форму - это границы зерен, блоков и двойников, границы доменов;
4) объемные (трехмерные) имеют во всех трех измерениях относительно большие размеры - это поры, трещины;
Точечные дефекты - это вакансии, т. е. узлы решетки, в которых атомы отсутствуют в результате их перехода на поверхность кристалла, или атомы, внедрившиеся в межузлие решетки.



Полиморфные превращения

Полиморфное превращение – это, фазовое превращение,состоящее в перестройке кристаллической решетки из одной полиморфной модификации в другую (болеестабильную) при изменении температуры, давления или концентации (Смотри Полиморфизм).Полиморфное превращение происходит постепенным зарождением центров и роста кристаллов новой фазыаналогично кристаллизации из жидкого состояния. Однако склонность к переохлаждению при полиморфномпревращении в твердом состоянии больше, чем при кристаллизации расплава, из-за упругого сопротивленияисходной фазы образованных кристаллов новой фазы и меньшей диффузионной подвижности атомов вкристаллах. Возникающие упругие напряжения при полиморфном превращении могут влиять на развитиепревращения (особенно при мартенситном превращении). На практике при нагреве и охлаждении сконечной скоростью полиморфное превращение в металлах происходит при разных температураx. Причемперегрев относительной критической точки обычно меньше переохлаждается. Разность температурполиморфного превращения при нагреве и охлаждении наывается гистерезисом полиморфногопревращения, тем больше, чем ниже температура равновесия высокотемпературной и низкотемпературноймодификаций. При полиморфном превращении происходит поглощение тепла (энергии) при нагреве ивыделении тепла, если полиморфное превращение происходит при охлаждении.

 

Классификация сталей

Классификация сталей производится:

• по химическому составу;
• по структурному составу;
• по качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей);
• по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице;
• по назначению.

Химический состав
По химическому составу углеродистые стали делят в зависимости от содержания углерода на следующие группы:

• малоуглеродистые - менее 0,3% С;
• среднеуглеродистые - 0,3...0,7% С;
• высокоуглеродистые - более 0,7 %С.

Для улучшения технологических свойств стали легируют. Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Сr, Ni, Мо, Wo, V, Аl, В, Тl и др.), а также Mn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:

• низколегированные - менее 2,5%;
• среднелегированные - 2,5...10%;
• высоколегированные - более 10%.

Структурный состав
Легированные стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу:

• в отожженном состоянии - доэвтектоидный, заэвтектоидный, ледебуритный (карбидный), ферритный, аустенитный;
• в нормализованном состоянии - перлитный, мартенситный и аутенитный.

К перлитному классу относят углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартенситному - с более высоким и к аустенитному - с высоким содержанием легирующих элементов.

По качеству, то есть по способу производства и содё примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы
Классификация сталей по качеству

Группа	S, %	Р, %
Обыкновенного качества (рядовые)	менее 0,06	менее 0,07
Качественные	менее 0,04	менее 0,035
Высококачественные	менее 0,025	менее 0,025
Особовысококачественные	менее 0,015	менее 0,025