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