Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ...

скачать книгу Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»

Защита химической аппаратуры и оборудования от коррозии в настоящее время в значительной степени осуществляется методом приклейки сырой листовой резины с последующей вулканизацией при повышенной температуре, что требует затрат большого количества энергии, применения громоздкого оборудования, пожароопасных и токсичных растворителей.
...
Применение эластичных покрытий на основе жидких резиновых смесей позволяет производить гуммирование без последующей вулканизации, избегать применения клеев, что значительно упрощает процесс нанесения покрытий и снижает стоимость противокоррозионных работ.
...
кремнефтористоводородной 20 масс.% - до 70°С серной 30 масс.% - до 70°С соляной 17 масс.% - до 90°С фосфорной 40 масс.% - др 90°С фтористоводородной 5 масс.% - до 70°С
...
Рациональный подбор конструкционных металлических материалов для изготовления химического оборудования определяет надежность, долговечность и технический уровень современных химико-технологических систем. Рекомендуется упрощенный вариант системы подбора сталей и сплавов для химического оборудования разработанного в НИИХИММАШ. Предлагаемая НИИХИММАШ система подбора сталей и сплавов для химического оборудования приведена на рис.16. Система основана на анализе основных свойств материалов и реакционных сред. Подбор материала для изготовления химического оборудования следует осуществлять с помощью анализа отдельных групп свойств и параметров в следующей последовательности:
...
Принимая во внимание экономические соображения, металлы и сплавы с учетом их коррозионной стойкости можно разделить на три класса:
...
Подбор сталей и сплавов для химического оборудования
...
Рис. 16. Система НИИХИММАШа подбора сталей и сплавов для химического оборудования
...
Все виды химического оборудования. Параметр определяет технологичность выбранных сталей и сплавов. Регламентируется Отраслевыми стандартами - ОСТ по технике безопасности
...
Для сравнительной оценки, особенно для оборудования с большим объемом обработки резанием при его изготовлении
...
Все виды оборудования из коррозионностойких жаростойких, жаропрочных и легированных конструкционных сталей и сплавов
...
Оборудование, испытывающее температурные напряжения в результате соединения различных конструктивных элементов, применение материалов с различным линейным расширением
...
Пластинчатый, хорошо деформируемый в холодном состоянии материал. Обрабатывается резанием, сваривается контактной сваркой и аргонной сваркой. Емкостная и колонная аппаратура.
...
Прочные, обрабатываемые при высоких температурах сплавы. Механическая обработка и свариваемость удовлетворительные. Детали арматуры, насосов, теплообменников.
...
Хорошо обрабатывается давлением, сваривается всеми видами сварки. Емкостная, теплообменная, колонная аппаратура, насосы, фильтры. До 350° С
...
Рнс. 17. Технические аспекты коррозии: 1 - безвозвратные потерн металлов в результате коррозии; 2 - невозможность освоения новых эффективных технологических процессов из-за отсутствия достаточно коррозионностойких материалов для нх аппаратурного оформления; 3 - потерн продукции в результате сквозных коррозионных поражений стенок; 4 - брак н снижение качества продукции в результате загрязнения её продуктами коррозии; 5 - потери мощности оборудования в результате коррозии; 6 - простои оборудования по причине коррозионных разрушений; 7 -дополнительный расход металла с учетом коррознн (припуск по толщине); 8 - преждевременный выход оборудования из строя по причине коррознн; затраты: 9 - энергии, 10 - сырья и материалов;1П - трудозатраты; 12 - на замену и ремонт прокорро-днровавшего оборудования, коммуникаций, зданий; 13 - на добычу руды, получение и обработку дополнительного количества металлов взамен прокорродировавшего; 14 - на осуществление контроля коррозии; 15 - на поддержание коррозионной защиты в период эксплуатации основных фондов.
...
Рнс. 17. Технические аспекты коррозии: 1 - безвозвратные потерн металлов в результате коррозии; 2 - невозможность освоения новых эффективных технологических процессов из-за отсутствия достаточно коррозионностойких материалов для нх аппаратурного оформления; 3 - потерн продукции в результате сквозных коррозионных поражений стенок; 4 - брак н снижение качества продукции в результате загрязнения её продуктами коррозии; 5 - потери мощности оборудования в результате коррозии; 6 - простои оборудования по причине коррозионных разрушений; 7 -дополнительный расход металла с учетом коррознн (припуск по толщине); 8 - преждевременный выход оборудования из строя по причине коррознн; затраты: 9 - энергии, 10 - сырья и материалов;1П - трудозатраты; 12 - на замену и ремонт прокорро-днровавшего оборудования, коммуникаций, зданий; 13 - на добычу руды, получение и обработку дополнительного количества металлов взамен прокорродировавшего; 14 - на осуществление контроля коррозии; 15 - на поддержание коррозионной защиты в период эксплуатации основных фондов.
...
Рнс. 17. Технические аспекты коррозии: 1 - безвозвратные потерн металлов в результате коррозии; 2 - невозможность освоения новых эффективных технологических процессов из-за отсутствия достаточно коррозионностойких материалов для нх аппаратурного оформления; 3 - потерн продукции в результате сквозных коррозионных поражений стенок; 4 - брак н снижение качества продукции в результате загрязнения её продуктами коррозии; 5 - потери мощности оборудования в результате коррозии; 6 - простои оборудования по причине коррозионных разрушений; 7 -дополнительный расход металла с учетом коррознн (припуск по толщине); 8 - преждевременный выход оборудования из строя по причине коррознн; затраты: 9 - энергии, 10 - сырья и материалов;1П - трудозатраты; 12 - на замену и ремонт прокорро-днровавшего оборудования, коммуникаций, зданий; 13 - на добычу руды, получение и обработку дополнительного количества металлов взамен прокорродировавшего; 14 - на осуществление контроля коррозии; 15 - на поддержание коррозионной защиты в период эксплуатации основных фондов.
...
Рнс. 17. Технические аспекты коррозии: 1 - безвозвратные потерн металлов в результате коррозии; 2 - невозможность освоения новых эффективных технологических процессов из-за отсутствия достаточно коррозионностойких материалов для нх аппаратурного оформления; 3 - потерн продукции в результате сквозных коррозионных поражений стенок; 4 - брак н снижение качества продукции в результате загрязнения её продуктами коррозии; 5 - потери мощности оборудования в результате коррозии; 6 - простои оборудования по причине коррозионных разрушений; 7 -дополнительный расход металла с учетом коррознн (припуск по толщине); 8 - преждевременный выход оборудования из строя по причине коррознн; затраты: 9 - энергии, 10 - сырья и материалов;1П - трудозатраты; 12 - на замену и ремонт прокорро-днровавшего оборудования, коммуникаций, зданий; 13 - на добычу руды, получение и обработку дополнительного количества металлов взамен прокорродировавшего; 14 - на осуществление контроля коррозии; 15 - на поддержание коррозионной защиты в период эксплуатации основных фондов.
...
Рнс. 17. Технические аспекты коррозии: 1 - безвозвратные потерн металлов в результате коррозии; 2 - невозможность освоения новых эффективных технологических процессов из-за отсутствия достаточно коррозионностойких материалов для нх аппаратурного оформления; 3 - потерн продукции в результате сквозных коррозионных поражений стенок; 4 - брак н снижение качества продукции в результате загрязнения её продуктами коррозии; 5 - потери мощности оборудования в результате коррозии; 6 - простои оборудования по причине коррозионных разрушений; 7 -дополнительный расход металла с учетом коррознн (припуск по толщине); 8 - преждевременный выход оборудования из строя по причине коррознн; затраты: 9 - энергии, 10 - сырья и материалов;1П - трудозатраты; 12 - на замену и ремонт прокорро-днровавшего оборудования, коммуникаций, зданий; 13 - на добычу руды, получение и обработку дополнительного количества металлов взамен прокорродировавшего; 14 - на осуществление контроля коррозии; 15 - на поддержание коррозионной защиты в период эксплуатации основных фондов.
...
Рнс. 17. Технические аспекты коррозии: 1 - безвозвратные потерн металлов в результате коррозии; 2 - невозможность освоения новых эффективных технологических процессов из-за отсутствия достаточно коррозионностойких материалов для нх аппаратурного оформления; 3 - потерн продукции в результате сквозных коррозионных поражений стенок; 4 - брак н снижение качества продукции в результате загрязнения её продуктами коррозии; 5 - потери мощности оборудования в результате коррозии; 6 - простои оборудования по причине коррозионных разрушений; 7 -дополнительный расход металла с учетом коррознн (припуск по толщине); 8 - преждевременный выход оборудования из строя по причине коррознн; затраты: 9 - энергии, 10 - сырья и материалов;1П - трудозатраты; 12 - на замену и ремонт прокорро-днровавшего оборудования, коммуникаций, зданий; 13 - на добычу руды, получение и обработку дополнительного количества металлов взамен прокорродировавшего; 14 - на осуществление контроля коррозии; 15 - на поддержание коррозионной защиты в период эксплуатации основных фондов.
...
Рис. 19. Экологические аспекты коррозии металлов: I - истощение в природе запасов; 2 - металлических руд, 3 - нефти 4 - угля, 5 - воды, 6 - других полезных ископаемых вследствие расхода их на получение металла взамен безвозвратно распыленного в виде продуктов коррозии; 7 - неизбежные загрязнения: 8 - атмосферы, 9 - природных вод, 10 - почвы, И - продуктами коррозии, 12 - при добыче руд, получении и обработке дополнительного количества металлов взамен безвозвратно потерянных из-за коррозии, 13 -при коррозионных повреждениях технологического оборудования и коммуникация, 14 - при проведении противокоррозионной защиты, 15 -безвозвратное распыление металла в виде продуктов коррозии
...
Рис. 19. Экологические аспекты коррозии металлов: I - истощение в природе запасов; 2 - металлических руд, 3 - нефти 4 - угля, 5 - воды, 6 - других полезных ископаемых вследствие расхода их на получение металла взамен безвозвратно распыленного в виде продуктов коррозии; 7 - неизбежные загрязнения: 8 - атмосферы, 9 - природных вод, 10 - почвы, И - продуктами коррозии, 12 - при добыче руд, получении и обработке дополнительного количества металлов взамен безвозвратно потерянных из-за коррозии, 13 -при коррозионных повреждениях технологического оборудования и коммуникация, 14 - при проведении противокоррозионной защиты, 15 -безвозвратное распыление металла в виде продуктов коррозии
...
Рис. 19. Экологические аспекты коррозии металлов: I - истощение в природе запасов; 2 - металлических руд, 3 - нефти 4 - угля, 5 - воды, 6 - других полезных ископаемых вследствие расхода их на получение металла взамен безвозвратно распыленного в виде продуктов коррозии; 7 - неизбежные загрязнения: 8 - атмосферы, 9 - природных вод, 10 - почвы, И - продуктами коррозии, 12 - при добыче руд, получении и обработке дополнительного количества металлов взамен безвозвратно потерянных из-за коррозии, 13 -при коррозионных повреждениях технологического оборудования и коммуникация, 14 - при проведении противокоррозионной защиты, 15 -безвозвратное распыление металла в виде продуктов коррозии
...
Рис. 19. Экологические аспекты коррозии металлов: I - истощение в природе запасов; 2 - металлических руд, 3 - нефти 4 - угля, 5 - воды, 6 - других полезных ископаемых вследствие расхода их на получение металла взамен безвозвратно распыленного в виде продуктов коррозии; 7 - неизбежные загрязнения: 8 - атмосферы, 9 - природных вод, 10 - почвы, И - продуктами коррозии, 12 - при добыче руд, получении и обработке дополнительного количества металлов взамен безвозвратно потерянных из-за коррозии, 13 -при коррозионных повреждениях технологического оборудования и коммуникация, 14 - при проведении противокоррозионной защиты, 15 -безвозвратное распыление металла в виде продуктов коррозии
...
Рис. 19. Экологические аспекты коррозии металлов: I - истощение в природе запасов; 2 - металлических руд, 3 - нефти 4 - угля, 5 - воды, 6 - других полезных ископаемых вследствие расхода их на получение металла взамен безвозвратно распыленного в виде продуктов коррозии; 7 - неизбежные загрязнения: 8 - атмосферы, 9 - природных вод, 10 - почвы, И - продуктами коррозии, 12 - при добыче руд, получении и обработке дополнительного количества металлов взамен безвозвратно потерянных из-за коррозии, 13 -при коррозионных повреждениях технологического оборудования и коммуникация, 14 - при проведении противокоррозионной защиты, 15 -безвозвратное распыление металла в виде продуктов коррозии
...
Рис. 19. Экологические аспекты коррозии металлов: I - истощение в природе запасов; 2 - металлических руд, 3 - нефти 4 - угля, 5 - воды, 6 - других полезных ископаемых вследствие расхода их на получение металла взамен безвозвратно распыленного в виде продуктов коррозии; 7 - неизбежные загрязнения: 8 - атмосферы, 9 - природных вод, 10 - почвы, И - продуктами коррозии, 12 - при добыче руд, получении и обработке дополнительного количества металлов взамен безвозвратно потерянных из-за коррозии, 13 -при коррозионных повреждениях технологического оборудования и коммуникация, 14 - при проведении противокоррозионной защиты, 15 -безвозвратное распыление металла в виде продуктов коррозии
...
Рис. 20. Социальные аспекты коррозии: 1 - аварии по причине коррозии, в том числе о человеческими жертвами; 2 - малопрестижный, трудоемкий, ручной, связанный с использованием токсичных веществ труд по нанесению и восстановлении защитных покрытий, ремонту прокорродировавших оборудования, конструкций, коммуникаций; 3 - создание (в результате коррозии технологического оборудования, конструкций, коммуникаций) некомфортных условии труда работающих, связанных с опасностью отравлений и профзаболеваний.
...
Рис. 21. Оптимизация противокоррозионной техники: 3 - ущерб от коррозии; Зщ - затраты на защиту, П - прямые потери от коррозии; К - косвенные потери от коррозии; К0 - ущерб от коррозии в исходном состоянии (при 3щ=0); К, - Уровень минимально возможных прямых и косвенных потерь; кривые: 1 - общий закон изменения эффективности технических систем; 2 - затраты на защиту, 3 - ущерб от коррозии
...
Рис. 20. Социальные аспекты коррозии: 1 - аварии по причине коррозии, в том числе о человеческими жертвами; 2 - малопрестижный, трудоемкий, ручной, связанный с использованием токсичных веществ труд по нанесению и восстановлении защитных покрытий, ремонту прокорродировавших оборудования, конструкций, коммуникаций; 3 - создание (в результате коррозии технологического оборудования, конструкций, коммуникаций) некомфортных условии труда работающих, связанных с опасностью отравлений и профзаболеваний.
...
Рис. 21. Оптимизация противокоррозионной техники: 3 - ущерб от коррозии; Зщ - затраты на защиту, П - прямые потери от коррозии; К - косвенные потери от коррозии; К0 - ущерб от коррозии в исходном состоянии (при 3щ=0); К, - Уровень минимально возможных прямых и косвенных потерь; кривые: 1 - общий закон изменения эффективности технических систем; 2 - затраты на защиту, 3 - ущерб от коррозии
...
Рис. 20. Социальные аспекты коррозии: 1 - аварии по причине коррозии, в том числе о человеческими жертвами; 2 - малопрестижный, трудоемкий, ручной, связанный с использованием токсичных веществ труд по нанесению и восстановлении защитных покрытий, ремонту прокорродировавших оборудования, конструкций, коммуникаций; 3 - создание (в результате коррозии технологического оборудования, конструкций, коммуникаций) некомфортных условии труда работающих, связанных с опасностью отравлений и профзаболеваний.
...
Рис. 21. Оптимизация противокоррозионной техники: 3 - ущерб от коррозии; Зщ - затраты на защиту, П - прямые потери от коррозии; К - косвенные потери от коррозии; К0 - ущерб от коррозии в исходном состоянии (при 3щ=0); К, - Уровень минимально возможных прямых и косвенных потерь; кривые: 1 - общий закон изменения эффективности технических систем; 2 - затраты на защиту, 3 - ущерб от коррозии
...
Рис. 20. Социальные аспекты коррозии: 1 - аварии по причине коррозии, в том числе о человеческими жертвами; 2 - малопрестижный, трудоемкий, ручной, связанный с использованием токсичных веществ труд по нанесению и восстановлении защитных покрытий, ремонту прокорродировавших оборудования, конструкций, коммуникаций; 3 - создание (в результате коррозии технологического оборудования, конструкций, коммуникаций) некомфортных условии труда работающих, связанных с опасностью отравлений и профзаболеваний.
...
Рис. 21. Оптимизация противокоррозионной техники: 3 - ущерб от коррозии; Зщ - затраты на защиту, П - прямые потери от коррозии; К - косвенные потери от коррозии; К0 - ущерб от коррозии в исходном состоянии (при 3щ=0); К, - Уровень минимально возможных прямых и косвенных потерь; кривые: 1 - общий закон изменения эффективности технических систем; 2 - затраты на защиту, 3 - ущерб от коррозии
...
Рис. 20. Социальные аспекты коррозии: 1 - аварии по причине коррозии, в том числе о человеческими жертвами; 2 - малопрестижный, трудоемкий, ручной, связанный с использованием токсичных веществ труд по нанесению и восстановлении защитных покрытий, ремонту прокорродировавших оборудования, конструкций, коммуникаций; 3 - создание (в результате коррозии технологического оборудования, конструкций, коммуникаций) некомфортных условии труда работающих, связанных с опасностью отравлений и профзаболеваний.
...
Металлы и их сплавы, углеродные материалы, часть полимеров, материалов силикатной промышленности - это кристаллические вещества, для них характерно правильное, периодическое расположение атомов в пространстве. В кристалле атомы расположены в строго определенном порядке и образуют, так называемую, «пространственную решетку». Расположение атомов в кристалле условно можно изображать в виде, так называемых, «элементарных кристаллических ячеек», многократным повторением которых можно воспроизвести пространственную кристаллическую решетку. Расстояние между атомами в кристаллической решетке называют «параметрами решетки» или «ребрами» и обозначают а, Ь, с (рис. 22). Углы между направлениями пространственных осей в решетке обозначают а,
...
правлениям. В технике анизотропия особенно важна при использовании монокристаллов. Материалы, затвердевшие в обычных условиях, состоят не из одного кристалла, а из множества маленьких кристаллов (кристаллитов), различно ориентированных по отношению друг к другу. Поэтому свойства такого материала приблизительно одинаковы во всех направлениях, такое явление принято называть квазиизотропностью.
...
Металлы легко вступают во взаимодействие с неметаллами, отдавая валентные электроны, так как у металлов все валентные электроны непрочно связаны с ядром и количество их невелико.
...
Эти же свойства металла лежат и в основе электропроводности. Электроны, заряженные отрицательно, создают ничтожную разность потенциалов, что обеспечивает их перемещение к положительно заряженному полюсу и тем самым - появление электрического тока. Слабая связь валентных электронов с ядром определяет физические и химические свойства металлов. Металлы, как правило, хорошо проводят электричество и теплоту, обладают характерным металлическим блеском, непрозрачны, пластичны. Такими же свойствами обладают и металлические сплавы—более сложные вещества, состоящие из нескольких элементов, как металлов, так и неметаллов. Все металлы условно подразделяют на черные и цветные.
...
Для металлов характерным свойством является анизотропия, т. е. неодинаковость свойства кристалла в разных кристаллографических направлениях. Объясняется это тем, что кристаллические плоскости а и б (рис. 26), например, в кубической объемноцентрированной решетке заполнены атомами с различной плотностью. К черным металлам относят железо и сплавы на основе железа. К цветным металлам относят медь, никель, цинк, свинец, алюминий, магний, титан и др. Расположение атомов в кристалле условно можно изображать различными схемами, но чаще всего в виде пространственных, так называемых, «элементарных кристаллических ячеек», многократным повторением которых можно воспроизвести пространственную кристаллическую решетку. Расстояние между атомами в кристаллической решетке называют параметрами решетки и обозначают а и с (рис. 24,25). Они измеряются в ангстремах Á (1Á—10 "8 см). Простейшей элементарной кристаллической решеткой является простая кубическая решетка с параметром а (рис. 24). Для металлов наиболее распространены типы кристаллических решеток (рис. 27, а - в): а — кубическая объемноцентрированная, которую имеют W, Мо, V, Сг, Fea; б — кубическая гранецентрированная, которую имеют Pb, у - Fe, Al, Cu, Ni;
...
правлениям. В технике анизотропия особенно важна при использовании монокристаллов. Материалы, затвердевшие в обычных условиях, состоят не из одного кристалла, а из множества маленьких кристаллов (кристаллитов), различно ориентированных по отношению друг к другу. Поэтому свойства такого материала приблизительно одинаковы во всех направлениях, такое явление принято называть квазиизотропностью.
...
Металлы легко вступают во взаимодействие с неметаллами, отдавая валентные электроны, так как у металлов все валентные электроны непрочно связаны с ядром и количество их невелико.
...
Эти же свойства металла лежат и в основе электропроводности. Электроны, заряженные отрицательно, создают ничтожную разность потенциалов, что обеспечивает их перемещение к положительно заряженному полюсу и тем самым - появление электрического тока. Слабая связь валентных электронов с ядром определяет физические и химические свойства металлов. Металлы, как правило, хорошо проводят электричество и теплоту, обладают характерным металлическим блеском, непрозрачны, пластичны. Такими же свойствами обладают и металлические сплавы—более сложные вещества, состоящие из нескольких элементов, как металлов, так и неметаллов. Все металлы условно подразделяют на черные и цветные.
...
Для металлов характерным свойством является анизотропия, т. е. неодинаковость свойства кристалла в разных кристаллографических направлениях. Объясняется это тем, что кристаллические плоскости а и б (рис. 26), например, в кубической объемноцентрированной решетке заполнены атомами с различной плотностью. К черным металлам относят железо и сплавы на основе железа. К цветным металлам относят медь, никель, цинк, свинец, алюминий, магний, титан и др. Расположение атомов в кристалле условно можно изображать различными схемами, но чаще всего в виде пространственных, так называемых, «элементарных кристаллических ячеек», многократным повторением которых можно воспроизвести пространственную кристаллическую решетку. Расстояние между атомами в кристаллической решетке называют параметрами решетки и обозначают а и с (рис. 24,25). Они измеряются в ангстремах Á (1Á—10 "8 см). Простейшей элементарной кристаллической решеткой является простая кубическая решетка с параметром а (рис. 24). Для металлов наиболее распространены типы кристаллических решеток (рис. 27, а - в): а — кубическая объемноцентрированная, которую имеют W, Мо, V, Сг, Fea; б — кубическая гранецентрированная, которую имеют Pb, у - Fe, Al, Cu, Ni;
...
правлениям. В технике анизотропия особенно важна при использовании монокристаллов. Материалы, затвердевшие в обычных условиях, состоят не из одного кристалла, а из множества маленьких кристаллов (кристаллитов), различно ориентированных по отношению друг к другу. Поэтому свойства такого материала приблизительно одинаковы во всех направлениях, такое явление принято называть квазиизотропностью.
...
Рис. 22 Параметры элементарной кристаллической ячейки
...
Рис. 27. Элементарные кристаллические решетки чистых металлов: а - объемно-центрированная; б - гранецен грированная; в - гексагональная плотноупакованная
...
Рис. 27. Элементарные кристаллические решетки чистых металлов: а - объемно-центрированная; б - гранецен грированная; в - гексагональная плотноупакованная
...
Рис. 27. Элементарные кристаллические решетки чистых металлов: а - объемно-центрированная; б - гранецен грированная; в - гексагональная плотноупакованная
...
Рис. 27. Элементарные кристаллические решетки чистых металлов: а - объемно-центрированная; б - гранецен грированная; в - гексагональная плотноупакованная
...
Рис. 26. Кристаллические плоскости в кубической объемноцеытрированной решетке
...
Линейные дефекты являются другим важнейшим видом несовершенства кристаллической решетки, когда в результате сдвига на одно межатомное расстояние одной части решетки относительно другой (вдоль какой-либо плоскости), число рядов атомов в верхней части решетки на один больше, чем в нижней. В данном случае в верхней части решетки появляется как бы лишняя атомная полуплоскость (экстра-плоскость). Край экстраплоскости, перпендикулярный направлению сдвига, называется краевой или линейной дислокацией (рис. 28), длина которой может достигать многих тысяч межатомных расстояний. Ширина дислокации мала и составляет несколько атомных расстояний. Кристаллическая решетка в зоне дислокаций упруго искажена, поскольку атомы в этой зоне смещены относительно их равновесного состояния. Для дислокаций характерна их легкая подвижность. Это объясняется тем, что атомы, образующие дислокацию, стремятся переместиться в равновесное состояние. Дислокации образуются в процессе кристаллизации металлов, а также при пластической деформации, термической обработке и других процессах.
...
Поверхностные дефекты представляют собой границы раздела между отдельными кристаллами. На границе раздела атомы расположены менее правильно, чем в его объеме. Кроме того, по границам раздела скапливаются дислокации и вакансии, а также концентрируются примеси, что еще больше нарушает порядок расположения атомов. При этом сами кристаллы разори-ентированы, т. е. могут быть повернуты относительно друг друга на десятки градусов. Дефект упаковки - нарушение нормального порядка чередования атомных слоев атомной плоскости. Прочность металла может либо увеличиваться вследствие искажений кристаллической решетки вблизи границ, либо уменьшаться из-за наличия примесей и концентрации дефектов. Дефекты в кристаллах существенно влияют на свойства металлов. На основе теории дислокаций объяснена связь между пластичностью стали и плотностью дислокаций (рис. 39) и выработаны промышленные приемы упрочнения железо - углеродных сплавов.
...
Переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называют кристаллизацией (рис. 33). Процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, поэтому кривые охлаждения строятся в координатах «температура - время» (рис 34, 40). Теоретический, т.е. идеальный, процесс кристаллизации металла без переохлаждения протекает при температуре Тя. При достижении идеальной температуры затвердевания Те падение температуры прекращается, так как перегруппировка атомов при формировании кристаллической решетки идет с выделением тепла (за счет скрытой теплоты кристаллизации). Каждый чистый металл (не сплав) кри-
...
Линейные дефекты являются другим важнейшим видом несовершенства кристаллической решетки, когда в результате сдвига на одно межатомное расстояние одной части решетки относительно другой (вдоль какой-либо плоскости), число рядов атомов в верхней части решетки на один больше, чем в нижней. В данном случае в верхней части решетки появляется как бы лишняя атомная полуплоскость (экстра-плоскость). Край экстраплоскости, перпендикулярный направлению сдвига, называется краевой или линейной дислокацией (рис. 28), длина которой может достигать многих тысяч межатомных расстояний. Ширина дислокации мала и составляет несколько атомных расстояний. Кристаллическая решетка в зоне дислокаций упруго искажена, поскольку атомы в этой зоне смещены относительно их равновесного состояния. Для дислокаций характерна их легкая подвижность. Это объясняется тем, что атомы, образующие дислокацию, стремятся переместиться в равновесное состояние. Дислокации образуются в процессе кристаллизации металлов, а также при пластической деформации, термической обработке и других процессах.
...
Поверхностные дефекты представляют собой границы раздела между отдельными кристаллами. На границе раздела атомы расположены менее правильно, чем в его объеме. Кроме того, по границам раздела скапливаются дислокации и вакансии, а также концентрируются примеси, что еще больше нарушает порядок расположения атомов. При этом сами кристаллы разори-ентированы, т. е. могут быть повернуты относительно друг друга на десятки градусов. Дефект упаковки - нарушение нормального порядка чередования атомных слоев атомной плоскости. Прочность металла может либо увеличиваться вследствие искажений кристаллической решетки вблизи границ, либо уменьшаться из-за наличия примесей и концентрации дефектов. Дефекты в кристаллах существенно влияют на свойства металлов. На основе теории дислокаций объяснена связь между пластичностью стали и плотностью дислокаций (рис. 39) и выработаны промышленные приемы упрочнения железо - углеродных сплавов.
...
Переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называют кристаллизацией (рис. 33). Процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, поэтому кривые охлаждения строятся в координатах «температура - время» (рис 34, 40). Теоретический, т.е. идеальный, процесс кристаллизации металла без переохлаждения протекает при температуре Тя. При достижении идеальной температуры затвердевания Те падение температуры прекращается, так как перегруппировка атомов при формировании кристаллической решетки идет с выделением тепла (за счет скрытой теплоты кристаллизации). Каждый чистый металл (не сплав) кри-
...
сталлизуется при строго индивидуальной постоянной температуре. По окончании затвердевания металла температура его снова понижается.
...
Практически кристаллизация протекает при более низкой температуре, т.е. при переохлаждении металла до температур Тп, Тп^ Тпг, (например, рис. 34, кривые 1, 2). Степень переохлаждения (ДТ = Те - Тп) зависит от природы и чистоты металла, а также - от скорости охлаждения. Чем чище жидкий металл, тем он более склонен к переохлаждению. При увеличении скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает, а зерна металла становятся мельче, что улучшает его качество. Для большинства металлов степень переохлаждения при кристаллизации в производственных условиях составляет от 10 до 30°С. При больших скоростях охлаждения она может достигать сотен градусов.
...
Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: зарождения кристаллов (зародышей, или центров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров. При переохлаждении сплава ниже Тп на многих участках жидкого металла образуются способные к росту кристаллические зародыши. Сначала образовавшиеся кристаллы растут свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму (рис.35, в, г, д). При соприкосновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается. Рост кристалла продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидкого металла. В результате кристаллы, имевшие сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают неправильную форму, их называют кристаллитами или зернами (рис 35, е).
...
Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно металла. Величина зерен, образующихся при кристаллизации, зависит от количества самопроизвольно зарождающихся центров кристаллизации и от количества нерастворимых примесей, всегда имеющихся в жидком металле. Такие нерастворимые примеси являются готовыми центрами кристаллизации. Ими являются оксиды (например, А1гОз), нитриды, сульфиды и другие соединения. Центрами кристаллизации в данном металле или сплаве могут быть только такие твердые частицы, которые по размеру соизмеримы с атомами основного металла. Кристаллическая решетка таких твердых частиц должна быть близка по своему строению и параметрам решетке кристаллизующегося металла. Чем больше таких частиц, тем мельче будут зерна закристаллизовавшегося металла. Чем выше скорость охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации и, следовательно, мельче зерно металла.
...
Чтобы получить мелкое зерно, создают искусственные центры кристаллизации. Для этого в расплавленный металл (расплав) вводят специальные вещества - модификаторы. Так, при модифицировании магниевых сплавов зерно уменьшается от 0,2—0,3 до 0,01-0,02 мм, т.е. в 15-20 раз. Модифицирование отливок проводят и введением в расплав добавок, образующих тугоплавкие соединения (карбиды, оксиды). При модифицировании, например, стали применяют алюминий, титан, ванадий, а для модифицирования алюминиевых сплавов - марганец, титан, ванадий. Иногда в качестве модификаторов применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), Они растворяются в жидком металле. Эти модификаторы осаждаются на поверхности растущих кристаллов, образуя очень тонкий слой, который препятствует дальнейшему росту кристаллов, придавая металлу мелкозернистое строение.
...
сталлизуется при строго индивидуальной постоянной температуре. По окончании затвердевания металла температура его снова понижается.
...
Практически кристаллизация протекает при более низкой температуре, т.е. при переохлаждении металла до температур Тп, Тп^ Тпг, (например, рис. 34, кривые 1, 2). Степень переохлаждения (ДТ = Те - Тп) зависит от природы и чистоты металла, а также - от скорости охлаждения. Чем чище жидкий металл, тем он более склонен к переохлаждению. При увеличении скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает, а зерна металла становятся мельче, что улучшает его качество. Для большинства металлов степень переохлаждения при кристаллизации в производственных условиях составляет от 10 до 30°С. При больших скоростях охлаждения она может достигать сотен градусов.
...
Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: зарождения кристаллов (зародышей, или центров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров. При переохлаждении сплава ниже Тп на многих участках жидкого металла образуются способные к росту кристаллические зародыши. Сначала образовавшиеся кристаллы растут свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму (рис.35, в, г, д). При соприкосновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается. Рост кристалла продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидкого металла. В результате кристаллы, имевшие сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают неправильную форму, их называют кристаллитами или зернами (рис 35, е).
...
Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно металла. Величина зерен, образующихся при кристаллизации, зависит от количества самопроизвольно зарождающихся центров кристаллизации и от количества нерастворимых примесей, всегда имеющихся в жидком металле. Такие нерастворимые примеси являются готовыми центрами кристаллизации. Ими являются оксиды (например, А1гОз), нитриды, сульфиды и другие соединения. Центрами кристаллизации в данном металле или сплаве могут быть только такие твердые частицы, которые по размеру соизмеримы с атомами основного металла. Кристаллическая решетка таких твердых частиц должна быть близка по своему строению и параметрам решетке кристаллизующегося металла. Чем больше таких частиц, тем мельче будут зерна закристаллизовавшегося металла. Чем выше скорость охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации и, следовательно, мельче зерно металла.
...
Чтобы получить мелкое зерно, создают искусственные центры кристаллизации. Для этого в расплавленный металл (расплав) вводят специальные вещества - модификаторы. Так, при модифицировании магниевых сплавов зерно уменьшается от 0,2—0,3 до 0,01-0,02 мм, т.е. в 15-20 раз. Модифицирование отливок проводят и введением в расплав добавок, образующих тугоплавкие соединения (карбиды, оксиды). При модифицировании, например, стали применяют алюминий, титан, ванадий, а для модифицирования алюминиевых сплавов - марганец, титан, ванадий. Иногда в качестве модификаторов применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), Они растворяются в жидком металле. Эти модификаторы осаждаются на поверхности растущих кристаллов, образуя очень тонкий слой, который препятствует дальнейшему росту кристаллов, придавая металлу мелкозернистое строение.
...
сталлизуется при строго индивидуальной постоянной температуре. По окончании затвердевания металла температура его снова понижается.
...
Рис. 29. Схема образования (а) и миграции (б, в) вакансии
...
Рис. 32. Влияние плотности дислокаций на прочностные свойства материалов: 1 - теоретическая прочность железа (20 ООО МПа), 2 - монокристалл (14 ООО МПа), 3 - отожженый металл (250 - 300 МПа), а - закаленная сталь, б - сталь после термической обработки, в - мартенситостареющая сталь
...
Рис. 32. Влияние плотности дислокаций на прочностные свойства материалов: 1 - теоретическая прочность железа (20 ООО МПа), 2 - монокристалл (14 ООО МПа), 3 - отожженый металл (250 - 300 МПа), а - закаленная сталь, б - сталь после термической обработки, в - мартенситостареющая сталь
...
Рис. 32. Влияние плотности дислокаций на прочностные свойства материалов: 1 - теоретическая прочность железа (20 ООО МПа), 2 - монокристалл (14 ООО МПа), 3 - отожженый металл (250 - 300 МПа), а - закаленная сталь, б - сталь после термической обработки, в - мартенситостареющая сталь
...
Рис. 32. Влияние плотности дислокаций на прочностные свойства материалов: 1 - теоретическая прочность железа (20 ООО МПа), 2 - монокристалл (14 ООО МПа), 3 - отожженый металл (250 - 300 МПа), а - закаленная сталь, б - сталь после термической обработки, в - мартенситостареющая сталь
...
Рис 33. Зависимость потенциальной энергии твёрдого и жидкого состояния вещества от температуры
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Рис 35. Этапы процесса кристаллизации (а - е): а - жидкое состояние с образованием неустойчивых группировок атомов (зародышей, или центров кристаллизации); е - твердое закристаллизованное состояние
...
Форма растущих кристаллов определяется не только условиями их касания друг с другом, но и составом сплава, наличием примесей и режимом охлаждения. Обычно механизм образования кристаллов носит дендритный (древовидный) характер (рис. 36). Дендритная кристаллизация характеризуется тем, что рост зародышей происходит с неравномерной скоростью. После образования зародышей их развитие идет в тех плоскостях и направлениях решетки, имеющих наибольшую плотность упаковки атомов и минимальное расстояние между ними. В этих направлениях образуются длинные ветви будущего кристалла - так называемые оси первого порядка. В дальнейшем от осей первого порядка начинают расти новые оси — оси второго порядка, от осей второго порядка - оси третьего порядка и т.д. По мере кристаллизации образуются оси более высокого порядка, которые постепенно заполняют все промежутки, ранее занятые жидким металлом.
...
Реальный процесс получения стального слитка. Стальные слитки получают охлаждением в металлических формах (изложницах) или на установках непрерывной разливки. В изложнице сталь не может затвердеть одновременно во всем объеме из-за невозможности создания равномерной скорости отвода тепла. Поэтому процесс кристаллизации стали начинается у холодных стенок и дна изложницы, а затем распространяется внутрь жидкого металла.
...
Металлические формы (изложницы). При соприкосновении жидкого металла со стенками изложницы (рис. 37) в начальный момент образуется зона (2) мелких равноосных кристаллов. Так как объем твердого металла меньше жидкого, между стенкой изложницы и застывшим металлом образуется воздушная прослойка и сама стенка нагревается от соприкосновения с металлом. Поэтому скорость охлаждения металла снижается, и кристаллы растут в направлении отвода теплоты. При этом образуется зона 3, состоящая из древовидных или столбчатых кристаллов. Во внутренней зоне слитка (4) образуются равноосные, неориентированные кристаллы больших размеров в результате замедленного охлаждения. В верхней части слитка, которая затвердевает в последнюю очередь, образуется усадочная раковина 6 вслед-
...
Форма растущих кристаллов определяется не только условиями их касания друг с другом, но и составом сплава, наличием примесей и режимом охлаждения. Обычно механизм образования кристаллов носит дендритный (древовидный) характер (рис. 36). Дендритная кристаллизация характеризуется тем, что рост зародышей происходит с неравномерной скоростью. После образования зародышей их развитие идет в тех плоскостях и направлениях решетки, имеющих наибольшую плотность упаковки атомов и минимальное расстояние между ними. В этих направлениях образуются длинные ветви будущего кристалла - так называемые оси первого порядка. В дальнейшем от осей первого порядка начинают расти новые оси — оси второго порядка, от осей второго порядка - оси третьего порядка и т.д. По мере кристаллизации образуются оси более высокого порядка, которые постепенно заполняют все промежутки, ранее занятые жидким металлом.
...
Реальный процесс получения стального слитка. Стальные слитки получают охлаждением в металлических формах (изложницах) или на установках непрерывной разливки. В изложнице сталь не может затвердеть одновременно во всем объеме из-за невозможности создания равномерной скорости отвода тепла. Поэтому процесс кристаллизации стали начинается у холодных стенок и дна изложницы, а затем распространяется внутрь жидкого металла.
...
ствие уменьшения объема металла при охлаждении. Под усадочной раковиной металл в зоне 5 получается рыхлым из-за большого количества усадочных пор. Для получения изделий используют только часть слитка, удаляя усадочную раковину и рыхлый металл слитка для последующего переплава. Слиток имеет неоднородный химический состав, который тем больше, чем крупнее слиток. Например, в стальном слитке концентрация серы и фосфора увеличивается от поверхности к центру и снизу вверх. Химическую неоднородность по отдельным зонам слитка называют зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойства металла и, в отличие от внутрикристаллической ликвации, не устраняется термической обработкой. Верхняя и нижняя часть слитка (около 20-25% от массы отливки) отрезается и идет в переплав.
...
Устройство непрерывной разливки стали (рис. 38) во многом снимает недостатки получения слитка в металлической изложнице. Жидкую сталь из ковша (1) через промежуточное разливное устройство (2) непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток (4). Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку, образующую его дно. Жидкий металл попадая в кристаллизатор на затравку, охлаждается и затвердевает, образуя корку. Затравка тянущими валиками (5) вытягивается из кристаллизатора вместе с затвердевающим слитком с полужидкой сердцевиной. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора (порядка 1 м в минуту) регулируется и зависит от его сечения. На выходе из кристаллизатора (3) слиток охлаждается водой в зоне вторичной кристаллизации при помощи разбрызгивающих форсунок (6). Отсюда слиток (полностью затвердевший) попадает в зону резки, где разрезается с помощью газового резака на заготовки требуемой длины.
...
Для предотвращения приваривания слитка к стенкам кристаллизатора он совершает возвратно-поступательные движения с шагом 10-50 мм и частотой 10-100 циклов в минуту. Вследствие направленного затвердевания и непрерывного питания при усадке в слитках отсутствуют усадочные раковины. Они имеют качественную поверхность, плотное строение и мелкозернистую структуру. Выход годных заготовок достигает 96-98% от массы разливаемой стали
...
ствие уменьшения объема металла при охлаждении. Под усадочной раковиной металл в зоне 5 получается рыхлым из-за большого количества усадочных пор. Для получения изделий используют только часть слитка, удаляя усадочную раковину и рыхлый металл слитка для последующего переплава. Слиток имеет неоднородный химический состав, который тем больше, чем крупнее слиток. Например, в стальном слитке концентрация серы и фосфора увеличивается от поверхности к центру и снизу вверх. Химическую неоднородность по отдельным зонам слитка называют зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойства металла и, в отличие от внутрикристаллической ликвации, не устраняется термической обработкой. Верхняя и нижняя часть слитка (около 20-25% от массы отливки) отрезается и идет в переплав.
...
Устройство непрерывной разливки стали (рис. 38) во многом снимает недостатки получения слитка в металлической изложнице. Жидкую сталь из ковша (1) через промежуточное разливное устройство (2) непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток (4). Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку, образующую его дно. Жидкий металл попадая в кристаллизатор на затравку, охлаждается и затвердевает, образуя корку. Затравка тянущими валиками (5) вытягивается из кристаллизатора вместе с затвердевающим слитком с полужидкой сердцевиной. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора (порядка 1 м в минуту) регулируется и зависит от его сечения. На выходе из кристаллизатора (3) слиток охлаждается водой в зоне вторичной кристаллизации при помощи разбрызгивающих форсунок (6). Отсюда слиток (полностью затвердевший) попадает в зону резки, где разрезается с помощью газового резака на заготовки требуемой длины.
...
Для предотвращения приваривания слитка к стенкам кристаллизатора он совершает возвратно-поступательные движения с шагом 10-50 мм и частотой 10-100 циклов в минуту. Вследствие направленного затвердевания и непрерывного питания при усадке в слитках отсутствуют усадочные раковины. Они имеют качественную поверхность, плотное строение и мелкозернистую структуру. Выход годных заготовок достигает 96-98% от массы разливаемой стали
...
Фаза - однородная часть системы, имеющая одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделенная от остальных частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяются скачкообразно.
...
Система - совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (давлении, температуре). Например, однородная жидкость (расплавленный металл) является однофазной системой, при кристаллизации чистого металла система состоит из двух фаз: жидкой (расплавленный металл) и твердой (зерна закристаллизовавшегося металла). Другой пример: механическая смесь двух видов кристаллов образует двухфазную систему, так как каждый кристалл отличен по составу или строению и отделен один от другого поверхностью раздела. Сплав называют однородным (гомогенным), если его структура однофазна, и разнородным (гетерогенным), если его структура состоит из нескольких фаз.
...
Структура сплава - видимое в микроскоп взаимное расположение фаз, их форма и размеры. Компоненты в сплавах могут составлять жидкие и твердые растворы, химические соединения и механические смеси (рис. 41).
...
Однородные жидкие растворы (рис. 41, а) характерны почти для всех металлов, растворяющихся друг в друге в жидком состоянии в любых соотношениях. В однородном жидком растворе атомы 1 растворимого металла (компонента) А равномерно распределены среди атомов металла В — растворителя. Лишь немногие металлы растворяются в жидком состоянии ограниченно. И только очень немногие металлы совсем не растворяются друг в друге в жидком состоянии из-за большой разницы в размерах своих атомов. В процессе кристаллизации и затвердевания сплавов взаимодействие компонентов может быть различным.
...
Твердые растворы (рис. 41,6) образуются в результате перехода в твердое состояние однородных жидких растворов. Отличительная характеристика твердого раствора: одно из веществ, входящих в состав сплава, сохраняет присущую ему кристаллическую решетку (рис. 42), а другое в виде отдельных атомов распределяется в кристаллической решетке первого вещества. Твердые растворы бывают двух типов: твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. Независимо от типа твердые растворы однофазны.
...
В твердых растворах замещения часть атомов в кристаллической решетке одного из компонентов замещена атомами другого (рис. 43). Твердые растворы замещения образуются, например, в сплавах железа с хромом, никелем и с другими элементами. Твердые растворы замещения называют неупорядоченными твердыми растворами, так как атомы растворимого элемента могут замещать атомы растворителя в любых узлах решетки.
...
В твердых растворах внедрения атомы растворенного компонента внедряются в межатомное пространство кристаллической решетки другого
...
Фаза - однородная часть системы, имеющая одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделенная от остальных частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяются скачкообразно.
...
Система - совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (давлении, температуре). Например, однородная жидкость (расплавленный металл) является однофазной системой, при кристаллизации чистого металла система состоит из двух фаз: жидкой (расплавленный металл) и твердой (зерна закристаллизовавшегося металла). Другой пример: механическая смесь двух видов кристаллов образует двухфазную систему, так как каждый кристалл отличен по составу или строению и отделен один от другого поверхностью раздела. Сплав называют однородным (гомогенным), если его структура однофазна, и разнородным (гетерогенным), если его структура состоит из нескольких фаз.
...
Структура сплава - видимое в микроскоп взаимное расположение фаз, их форма и размеры. Компоненты в сплавах могут составлять жидкие и твердые растворы, химические соединения и механические смеси (рис. 41).
...
Однородные жидкие растворы (рис. 41, а) характерны почти для всех металлов, растворяющихся друг в друге в жидком состоянии в любых соотношениях. В однородном жидком растворе атомы 1 растворимого металла (компонента) А равномерно распределены среди атомов металла В — растворителя. Лишь немногие металлы растворяются в жидком состоянии ограниченно. И только очень немногие металлы совсем не растворяются друг в друге в жидком состоянии из-за большой разницы в размерах своих атомов. В процессе кристаллизации и затвердевания сплавов взаимодействие компонентов может быть различным.
...
компонента-растворителя (рис. 44). Твердые растворы внедрения образуются, например, в сплавах железа с водородом, бором, азотом.
...
Твердые растворы замещения (рис. 43) образуются в тех случаях, когда растворяемое вещество и растворитель имеют одинаковую решетку, причем размеры их атомов мало отличаются друг от друга (не более 15%). Размеры атомов растворяемого вещества влияют на параметр решетки, увеличивая ее, если диаметр атома больше, или уменьшая ее, если он меньше. Атомы растворяемого вещества могут занимать в кристаллической решетке растворителя строго определенное положение (упорядоченные твердые растворы) или располагаться в произвольном порядке (неупорядоченные твердые растворы).
...
При образовании твердых растворов внедрения (рис. 44) атомы растворенного элемента внедряются в решетку растворителя в промежутках между атомами растворителя. Это возможно только в том случае, когда атомы растворяемого элемента по размерам невелики, т. е. когда отношение диаметра атома растворяемого элемента к диаметру атома растворителя меньше 0,59. Как правило, твердые растворы внедрения образуются с неметаллами, причем параметры кристаллической решётки всегда увеличиваются.
...
Промежуточные фазы - сложные кристаллические фазы, не относящиеся к твердым растворам. Отличительная черта промежуточных фаз: их кристаллическая структура отлична от структур составляющих их компонентов. Структуры вычитания, или твердые растворы вычитания (рис. 45) могут образовываться только в сплавах, содержащих химические соединения, когда избыточные атомы одного из компонентов занимают строго определенное положение в кристаллической решетке, а места, которые должны быть заняты атомами другого компонента, остаются частично свободными, например в решетках карбидов Т1С, \УС (места, принадлежащие углероду, остаются свободными). Растворы вычитания часто встречаются в полупроводниковых соединениях.
...
Помимо указанных типов сплавов металлы образуют электронные соединения и фазы внедрения. Электронные, соединения характеризуются определенным соотношением числа валентных электронов к общему числу атомов в химическом соединении, например, в соединении Си Znз указанное отношение будет равно 7/4. Каждому такому соотношению соответствует определенная кристаллическая решетка, например, отношению 3/2 — решетка гранецентрированного куба; 21/13 —сложная кубическая решетка; 7/4 — гексагональная плотноупакованная решетка. Сплавы меди с цинком, меди с оловом, меди с кремнием, железа с алюминием и т. д. содержат в своем составе электронные соединения. Фазы внедрения могут образовывать атомы железа, хрома, вольфрама, молибдена с элементами, имеющими малый атомный диаметр, например водородом, углеродом, азотом, бором. Они имеют свою кристаллическую решетку, отличающуюся от решеток обоих фаз. Фазы внедрения могут быть трех типов: МеХ (ШС, УС, ™ и др.); Ме2Х (\¥2С, Ре2Ы и др.); Ме4Х (Ре4С и др.).
...
компонента-растворителя (рис. 44). Твердые растворы внедрения образуются, например, в сплавах железа с водородом, бором, азотом.
...
Твердые растворы замещения (рис. 43) образуются в тех случаях, когда растворяемое вещество и растворитель имеют одинаковую решетку, причем размеры их атомов мало отличаются друг от друга (не более 15%). Размеры атомов растворяемого вещества влияют на параметр решетки, увеличивая ее, если диаметр атома больше, или уменьшая ее, если он меньше. Атомы растворяемого вещества могут занимать в кристаллической решетке растворителя строго определенное положение (упорядоченные твердые растворы) или располагаться в произвольном порядке (неупорядоченные твердые растворы).
...
При образовании твердых растворов внедрения (рис. 44) атомы растворенного элемента внедряются в решетку растворителя в промежутках между атомами растворителя. Это возможно только в том случае, когда атомы растворяемого элемента по размерам невелики, т. е. когда отношение диаметра атома растворяемого элемента к диаметру атома растворителя меньше 0,59. Как правило, твердые растворы внедрения образуются с неметаллами, причем параметры кристаллической решётки всегда увеличиваются.
...
Промежуточные фазы - сложные кристаллические фазы, не относящиеся к твердым растворам. Отличительная черта промежуточных фаз: их кристаллическая структура отлична от структур составляющих их компонентов. Структуры вычитания, или твердые растворы вычитания (рис. 45) могут образовываться только в сплавах, содержащих химические соединения, когда избыточные атомы одного из компонентов занимают строго определенное положение в кристаллической решетке, а места, которые должны быть заняты атомами другого компонента, остаются частично свободными, например в решетках карбидов Т1С, \УС (места, принадлежащие углероду, остаются свободными). Растворы вычитания часто встречаются в полупроводниковых соединениях.
...
Помимо указанных типов сплавов металлы образуют электронные соединения и фазы внедрения. Электронные, соединения характеризуются определенным соотношением числа валентных электронов к общему числу атомов в химическом соединении, например, в соединении Си Znз указанное отношение будет равно 7/4. Каждому такому соотношению соответствует определенная кристаллическая решетка, например, отношению 3/2 — решетка гранецентрированного куба; 21/13 —сложная кубическая решетка; 7/4 — гексагональная плотноупакованная решетка. Сплавы меди с цинком, меди с оловом, меди с кремнием, железа с алюминием и т. д. содержат в своем составе электронные соединения. Фазы внедрения могут образовывать атомы железа, хрома, вольфрама, молибдена с элементами, имеющими малый атомный диаметр, например водородом, углеродом, азотом, бором. Они имеют свою кристаллическую решетку, отличающуюся от решеток обоих фаз. Фазы внедрения могут быть трех типов: МеХ (ШС, УС, ™ и др.); Ме2Х (\¥2С, Ре2Ы и др.); Ме4Х (Ре4С и др.).
...
компонента-растворителя (рис. 44). Твердые растворы внедрения образуются, например, в сплавах железа с водородом, бором, азотом.
...
Химическое соединение (рис. 41, в) образуется при сплавлении различных металлов или металла с неметаллом. Соотношение чисел атомов элементов химического соединения может быть выражено формулой вида АпВт. Химическое соединение — однородное кристаллическое тело, имеет кристаллическую решетку с упорядоченным расположением атомов, которая отлична от решеток элементов, образующих это соединение. Химические соединения, подобно чистым металлам, имеют постоянную температуру плавления и, как правило, обладают большой твердостью и значительной хрупкостью.
...
Механическая смесь (рис. 41, г) двух компонентов А и В образуется тогда, когда при кристаллизации компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. Механическая смесь может состоять из зерен двух насыщенных твердых растворов или зерен твердого раствора и химического соединения. В этом случае сплав состоит из кристаллов А и В, которые выявляются на микроструктуре. Температуры, при которых изменяется строение металлов и сплавов, принято называть «критические точки». При плавлении и затвердевании чистые металлы имеют одну критическую точку, а сплавы - две. В интервале между этими точками в сплавах существуют две фазы - жидкий сплав и кристаллы.
...
Диаграмма состояния. Состояние сплава в зависимости от концентрации и температуры изображают графически. Такое изображение состояния сплава получило название диаграмм состояния. Диаграмма состояния показывает устойчивое состояние системы (совокупность фаз, находящихся в равновесии), то есть она является диаграммой равновесия фаз, существующих при данных условиях. Состояние сплава, изображенного на диаграмме, относится к равновесным условиям без учета перегрева или переохлаждения, чего в действительности быть не может. Следовательно, рассматриваемые диаграммы состояния представляют собой теоретический случай.
...
Правило фаз Гиббса - математическое описание общих закономерностей существования устойчивых фаз, отвечающих условиям равновесия. Оно устанавливает количественную зависимость между степенью свободы системы С, количеством фаз Ф и компонентов К.
...
Число степеней свободы системы - число факторов (температура, концентрация, давление), которые можно изменять без изменения числа фаз в системе. Математическое выражение правила фаз можно записать в следующем виде:
...
Химическое соединение (рис. 41, в) образуется при сплавлении различных металлов или металла с неметаллом. Соотношение чисел атомов элементов химического соединения может быть выражено формулой вида АпВт. Химическое соединение — однородное кристаллическое тело, имеет кристаллическую решетку с упорядоченным расположением атомов, которая отлична от решеток элементов, образующих это соединение. Химические соединения, подобно чистым металлам, имеют постоянную температуру плавления и, как правило, обладают большой твердостью и значительной хрупкостью.
...
Механическая смесь (рис. 41, г) двух компонентов А и В образуется тогда, когда при кристаллизации компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. Механическая смесь может состоять из зерен двух насыщенных твердых растворов или зерен твердого раствора и химического соединения. В этом случае сплав состоит из кристаллов А и В, которые выявляются на микроструктуре. Температуры, при которых изменяется строение металлов и сплавов, принято называть «критические точки». При плавлении и затвердевании чистые металлы имеют одну критическую точку, а сплавы - две. В интервале между этими точками в сплавах существуют две фазы - жидкий сплав и кристаллы.
...
Диаграмма состояния. Состояние сплава в зависимости от концентрации и температуры изображают графически. Такое изображение состояния сплава получило название диаграмм состояния. Диаграмма состояния показывает устойчивое состояние системы (совокупность фаз, находящихся в равновесии), то есть она является диаграммой равновесия фаз, существующих при данных условиях. Состояние сплава, изображенного на диаграмме, относится к равновесным условиям без учета перегрева или переохлаждения, чего в действительности быть не может. Следовательно, рассматриваемые диаграммы состояния представляют собой теоретический случай.
...
Правило фаз Гиббса - математическое описание общих закономерностей существования устойчивых фаз, отвечающих условиям равновесия. Оно устанавливает количественную зависимость между степенью свободы системы С, количеством фаз Ф и компонентов К.
...
Число степеней свободы системы - число факторов (температура, концентрация, давление), которые можно изменять без изменения числа фаз в системе. Математическое выражение правила фаз можно записать в следующем виде:
...
т. е. число степеней свободы равновесной системы, на которую влияют температура и давление, равно числу независимых компонентов системы, минус число фаз, плюс два. Давление при равновесии не оказывает влияния на процессы превращения в сплавах, поэтому при изучении систем под атмосферным давлением можно пользоваться правилом фаз в следующем виде:
...
Рассмотрим применение правила фаз для некоторых систем. Например, есть однокомпонентная система (К>1) в расплавленном состоянии (Ф=1). Требуется определить число степеней свободы:
...
С=К—Ф+1И—1+1- 1. Таким образом, для металла в жидком состоянии число степеней свободы равно единице, а это означает, что изменять можно только температуру расплава, чтобы при этом не изменить агрегатное состояние системы.
...
При кристаллизации металла число фаз равно двум (жидкая и твердая), а число степеней свободы будет равно нулю (С=1—2+1=0). Это значит, что нельзя менять температуру и концентрацию системы без нарушения равновесия и изменения числа фаз до тех пор, пока не пропадет одна из фаз и система не превратится в однофазную.
...
Диаграммы состояния показывают изменение состояния сплавов от температуры и концентрации при постоянном давлении. Для двухкомпо-нентной системы по оси абсцисс откладывают концентрацию, равную для обоих компонентов 100%, а по оси ординат — температуру. Их строят по данным термического анализа, т. е. сначала строятся кривые охлаждения в координатах «температура — время», по которым определяют температуры превращений по остановкам и перегибам на этих кривых. Кривые охлаждения строятся для нескольких составов сплава. Зная температуры кристаллизации двух компонентов, остановки температур и перегибы на кривых температура — время, строится диаграмма состояния двухкомпонентного сплава «температура — состав» (рис. 46-68).
...
Построение кривых охлаждения. Термический метод анализа. Для определения температуры плавления металла или сплава, выяснения процессов кристаллизации применяют термический метод анализа. В огнеупорный тигель 5 (рис. 39), содержащий расплавленный металл 4, погружают термопару 3 (две сваренные с одного конца проволоки из разных металлов), свободные концы которой присоединяют к гальванометру 2. При нагревании сваренного конца термопары, т. е. при разнице температур горячего спая и двух холодных концов, в ней возникает термо-э.д.с, ток которой пропорционален температуре металла, и стрелка гальванометра, отклоняясь, будет показывать температуру металла по градуированной шкале 1 гальванометра. Если охлаждать расплавленный металл и измерять по гальванометру температуру, записывая её изменение через определенные промежутки вре-
...
т. е. число степеней свободы равновесной системы, на которую влияют температура и давление, равно числу независимых компонентов системы, минус число фаз, плюс два. Давление при равновесии не оказывает влияния на процессы превращения в сплавах, поэтому при изучении систем под атмосферным давлением можно пользоваться правилом фаз в следующем виде:
...
Рассмотрим применение правила фаз для некоторых систем. Например, есть однокомпонентная система (К>1) в расплавленном состоянии (Ф=1). Требуется определить число степеней свободы:
...
С=К—Ф+1И—1+1- 1. Таким образом, для металла в жидком состоянии число степеней свободы равно единице, а это означает, что изменять можно только температуру расплава, чтобы при этом не изменить агрегатное состояние системы.
...
При кристаллизации металла число фаз равно двум (жидкая и твердая), а число степеней свободы будет равно нулю (С=1—2+1=0). Это значит, что нельзя менять температуру и концентрацию системы без нарушения равновесия и изменения числа фаз до тех пор, пока не пропадет одна из фаз и система не превратится в однофазную.
...
Диаграммы состояния показывают изменение состояния сплавов от температуры и концентрации при постоянном давлении. Для двухкомпо-нентной системы по оси абсцисс откладывают концентрацию, равную для обоих компонентов 100%, а по оси ординат — температуру. Их строят по данным термического анализа, т. е. сначала строятся кривые охлаждения в координатах «температура — время», по которым определяют температуры превращений по остановкам и перегибам на этих кривых. Кривые охлаждения строятся для нескольких составов сплава. Зная температуры кристаллизации двух компонентов, остановки температур и перегибы на кривых температура — время, строится диаграмма состояния двухкомпонентного сплава «температура — состав» (рис. 46-68).
...
Построение кривых охлаждения. Термический метод анализа.
...
Металлы в зависимости от условий (температуры, давления) могут находиться в трех состояниях: газообразном, жидком и твердом. Химически чистые металлы при нагревании переходят в жидкое состояние при строго определенной температуре, называемой температурой плавления, а из жидкого — в газообразное (парообразное) при температуре, называемой температурой кипения.
...
Как было показано выше, образование кристаллической решетки происходит при переходе металла из жидкого состояния в твердое. В идеальных условиях в результате такого перехода атомы располагаются по геометрически правильной схеме, на определенном расстоянии друг от друга, образуя кристаллическую решетку. Например, очень медленным охлаждением при кристаллизации (или другими методами) можно получать монокристаллы (единичные кристаллы) массой до 200 г и более, которые применяются в полупроводниковой и других отраслях техники.
...
В сплавах типа механической смеси свойства (твердость, электропроводность и т. д.) изменяются в зависимости от состава линейно.
...
В сплавах твердого раствора свойства изменяются в зависимости от состава по определенным зависимостям, например, твердость НВ и температурный коэффициент электропроводности р при возрастании концентрации компонента В (рис. 69, а) вначале растут, а затем падают.
...
В сплавах типа химического соединения свойства (рис. 69, в) выражаются ломаными линиями, и в точке, отвечающей химическому соединению, наблюдается максимум (для твердости) или минимум (для электропроводности).
...
Из рис. 69 видно, что механические (твердость) и физические (температурный коэффициент электропроводности) свойства зависят от структуры сплава. По этим диаграммам можно определять и технологические свойства сплавов, что облегчает выбор материала для изготовления изделий.
...
Металлы в зависимости от условий (температуры, давления) могут находиться в трех состояниях: газообразном, жидком и твердом. Химически чистые металлы при нагревании переходят в жидкое состояние при строго определенной температуре, называемой температурой плавления, а из жидкого — в газообразное (парообразное) при температуре, называемой температурой кипения.
...
Рис. 36. Реализация дендритного механизма образования кристаллов: 1, 2, 3 - соответственно оси первого. ИТПППГП И ТПРТКРГО
...
Рис.37. Схема образования слитка спокойной стали в металлической изложнице: а - расположение дендритов в наружных частях слитка, б - строение слитка; 1 -стенки изложницы, 2 - мелкие равноосные кристаллы, 3 - древовидные кристаллы, 4- равноосные крупные неориентированные кристаллы, 5 - рыхлый усадочный слой, 6-усадочная раковина
...
Рис. 36. Реализация дендритного механизма образования кристаллов: 1, 2, 3 - соответственно оси первого. ИТПППГП И ТПРТКРГО
...
Рис.37. Схема образования слитка спокойной стали в металлической изложнице: а - расположение дендритов в наружных частях слитка, б - строение слитка; 1 -стенки изложницы, 2 - мелкие равноосные кристаллы, 3 - древовидные кристаллы, 4- равноосные крупные неориентированные кристаллы, 5 - рыхлый усадочный слой, 6-усадочная раковина
...
Рис. 36. Реализация дендритного механизма образования кристаллов: 1, 2, 3 - соответственно оси первого. ИТПППГП И ТПРТКРГО
...
Рис. 36. Реализация дендритного механизма образования кристаллов: 1, 2, 3 - соответственно оси перво
...
Рис. 38. Схема устройства непрерывной разливки стали: 1 - разливной ковш; 2 - промежуточная емкость; 3 - первичный водоохлажлаемый кристаллизатор с ложным дном в виде затравки - 4; 5 - натяжные ролики; 6 -разбрызгивающие воду форсунки зоны вторичной кристаллизации; 7 - ацетиленовый резак; ЗОНЫ: 1 - разливки; II - первичной кристаллизации; III -вторичной кристаллизации; IV - резки
...
Рис. 38. Схема устройства непрерывной разливки стали: 1 - разливной ковш; 2 - промежуточная емкость; 3 - первичный водоохлажлаемый кристаллизатор с ложным дном в виде затравки - 4; 5 - натяжные ролики; 6 -разбрызгивающие воду форсунки зоны вторичной кристаллизации; 7 - ацетиленовый резак; ЗОНЫ: 1 - разливки; II - первичной кристаллизации; III -вторичной кристаллизации; IV - резки
...
Рис. 38. Схема устройства непрерывной разливки стали: 1 - разливной ковш; 2 - промежуточная емкость; 3 - первичный водоохлажлаемый кристаллизатор с ложным дном в виде затравки - 4; 5 - натяжные ролики; 6 -разбрызгивающие воду форсунки зоны вторичной кристаллизации; 7 - ацетиленовый резак; ЗОНЫ: 1 - разливки; II - первичной кристаллизации; III -вторичной кристаллизации; IV - резки
...
Рис. 38. Схема устройства непрерывной разливки стали: 1 - разливной ковш; 2 - промежуточная емкость; 3 - первичный водоохлажлаемый кристаллизатор с ложным дном в виде затравки - 4; 5 - натяжные ролики; 6 -разбрызгивающие воду форсунки зоны вторичной кристаллизации; 7 - ацетиленовый резак; ЗОНЫ: 1 - разливки; II - первичной кристаллизации; III -вторичной кристаллизации; IV - резки
...
Рис. 38. Схема устройства непрерывной разливки стали: 1 - разливной ковш; 2 - промежуточная емкость; 3 - первичный водоохлажлаемый кристаллизатор с ложным дном в виде затравки - 4; 5 - натяжные ролики; 6 -разбрызгивающие воду форсунки зоны вторичной кристаллизации; 7 - ацетиленовый резак; ЗОНЫ: 1 - разливки; II - первичной кристаллизации; III -вторичной кристаллизации; IV - резки
...
Рис. 38. Схема устройства непрерывной разливки стали: 1 - разливной ковш; 2 - промежуточная емкость; 3 - первичный водоохлажлаемый кристаллизатор с ложным дном в виде затравки - 4; 5 - натяжные ролики; 6 -разбрызгивающие воду форсунки зоны вторичной кристаллизации; 7 - ацетиленовый резак; ЗОНЫ: 1 - разливки; II - первичной кристаллизации; III -вторичной кристаллизации; IV - резки
...
Рис. 41. Строение и структура элементарных ячеек различных биметаллических сплавов с компонентами А и В: 1 - атомы металла А; 2 - атомы металла В; 3 - твердый раствор замещения; 4-твердый раствор внедрения
...
Рис. 41. Строение и структура элементарных ячеек различных биметаллических сплавов с компонентами А и В: 1 - атомы металла А; 2 - атомы металла В; 3 - твердый раствор замещения; 4-твердый раствор внедрения
...
Рис. 41. Строение и структура элементарных ячеек различных биметаллических сплавов с компонентами А и В: 1 - атомы металла А; 2 - атомы металла В; 3 - твердый раствор замещения; 4-твердый раствор внедрения
...
Рис. 39. Схема определения температуры плавления металла
...
Рис. 42. Кристаллическая структура чистого компонента А
...
Рис. 44. Структура твердого раствора внедрения компонента В в кристаллической решетке компонента А
...
Рис. 46. Кривые охлаждения и диаграмма состояния системы с простои эвтектикой (и треугольником Таммана для определения положения точки эвтектики)
...
Рис. 46. Кривые охлаждения и диаграмма состояния системы с простои эвтектикой (и треугольником Таммана для определения положения точки эвтектики)
...
Рис. 46. Кривые охлаждения и диаграмма состояния системы с простои эвтектикой (и треугольником Таммана для определения положения точки эвтектики)
...
Рис. 46. Кривые охлаждения и диаграмма состояния системы с простои эвтектикой (и треугольником Таммана для определения положения точки эвтектики)
...
Рис. 46. Кривые охлаждения и диаграмма состояния системы с простои эвтектикой (и треугольником Таммана для определения положения точки эвтектики)
...

Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.
Металловедение для сварщиков (сварка сталей)
Машиностроение. Энциклопедия Оборудование для сварки
Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»
Необычные свойства обычных металлов
Физические методы исследования металлов и сплавов
Ручная дуговая сварка

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»