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材料科学。 备忘单：简而言之，最重要的
目录
1.材料科学学科； 现代材料分类，材料科学发展的主要阶段 材料科学根据环境影响研究材料的组成、结构、性质和行为。 影响可以是热的、电的、磁的等。结构或结构的任何部件都受到来自其他部件和来自外部环境的载荷。 材料分类：金属、非金属和复合材料。 金属材料分为有色金属、粉末材料。 非金属材料：橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、玻璃陶瓷。 复合材料是复合材料，包括两种或多种材料（玻璃纤维）。 根据半成品的类型，材料有一个分类：片材、粉末、颗粒、纤维、型材等。 制作材料的技术是按结构分类的基础。 金属材料根据其所含的成分分为几组。 黑色冶金材料：钢、铸铁、铁合金、以铁为主要成分的合金。 有色冶金材料：铝、铜、锌、铅、镍、锡。 现代技术的基础是由金属和金属合金组成的。 今天，就应用而言，金属是用途最广泛的材料类别。 为了提高产品的质量和可靠性，需要新材料。 复合、聚合物、粉末材料被用来解决这些问题。 金属是具有延展性、光泽、导电性和导热性的物质。 在工程中，所有金属材料都称为金属，分为两组。 贱金属——含有少量其他金属杂质的金属。 复合金属 - 以简单金属为基础与其他元素组合而成的金属。 元素周期表中四分之三的元素是金属。 材料科学或材料科学自古就有发展。 材料科学发展的第一阶段始于陶瓷的专业制造。 M.V. 对俄罗斯材料科学的发展做出了特殊贡献。 罗蒙诺索夫 (1711-1765) 和 D.I. 门捷列夫 (1834-1907)。 罗蒙诺索夫开设了物理化学和化学原子学课程，证实了物质的原子和分子结构理论。 门捷列夫被认为是元素周期表的发明者。 两位科学家都非常关注玻璃生产问题。 在 XNUMX 世纪F.Yu 为材料科学的发展做出了贡献。 莱文森-莱辛，E.S. 弗吉尼亚州费多罗夫奥布鲁切夫，人工智能弗斯曼，N.N. 贝卢布斯基。 正在生产新材料：波特兰水泥、新石膏、水泥混凝土、聚合材料等。 在机械工程中，金属和金属合金被广泛使用，这就是为什么金属科学是材料科学的重要组成部分。 金属科学作为一门科学出现在 XNUMX 世纪的俄罗斯；它是开发新的最佳工艺流程的科学基础：热处理、铸造、轧制、冲压、焊接。 其他材料所没有的高强度和硬度与良好的延展性、韧性和机械加工性的结合，是在所有技术领域使用金属作为主要结构材料的原因。 俄罗斯杰出科学家 P.P. 首次确立了钢的结构与其特性之间存在联系。 阿诺索夫 (1799-1851)，他揭示了东方古代大师制造和获得用于生产刀片的锦缎钢的长期失传的秘密。 阿诺索夫的大马士革钢享誉世界，甚至远销国外。 由这种钢制成的刀片以高硬度和韧性而著称。 PP 阿诺索夫被认为是生产优质钢的“开创者”，他是第一个用显微镜确定钢结构的人，并开创了合金结构与性能之间规律关系的研究。 科学冶金学创始人 D.K. Chernov (1839-1921)，他在 1868 年发现了钢中的相变。 D.K.的发现切尔诺夫临界点 a 和 b（根据现代名称 A1 和 A3）彻底改变了对金属合金性质的认识，使解释钢热处理过程中发生的许多“神秘”现象成为可能。 N.S.对金属科学的发展做出了巨大贡献。 库尔纳科夫，A.A. 北卡罗来纳州拜科夫古德佐夫，A.A. Bochnar, G.V. 库尔久莫夫，S.S. Shteyiberg，AP Gulyaev，以及其他苏联科学家。 Osmond（法国）、Seitz、Bein 和 Meil（美国）、Tammann 和 Hahnemann（德国）的作品对金属科学和热处理的发展具有重要意义。 XNUMX世纪，材料科学的理论和实践取得了重大成就，创造了工具用高强度材料，开发了复合材料，发现和利用了半导体的特性，热强化和化学强化零件的方法——热处理得到改善。 2.金属的晶粒结构。 晶粒和亚晶粒边界 金属是多晶体，它们由小晶体组成。 它们具有金属特性，占所有化学元素的 50%。 金属及其合金的结构是结晶的。 在结晶过程中，晶体获得不规则的形状。 它们被称为谷物。 每个晶粒都有自己的晶格取向，与相邻晶粒的取向不同。 金属的晶粒尺寸会影响其机械性能。 如果金属具有细晶粒，这些性能、韧性和塑性会高得多。 晶界称为晶界，可以是： 旋转轴与边界位于同一平面时倾斜； 与垂直于平面的轴扭曲。 这样一块金属就是多晶。 晶界由相邻晶体之间的接触点决定。 晶粒的大小、结构和结构性质可以从金属的断裂处来判断。 在多晶材料中，晶粒尺寸为 1 至 1000 微米。 颗粒是无方向的，一个相对于另一个旋转了几十度。 边界是金属的主要缺陷。 在晶粒之间的边界处，原子没有正确的排列。 有一个几个原子直径宽的过渡区域，其中一个晶粒的晶格以不同的取向进入另一个晶粒的晶格。 过渡层（边界）的结构有助于其中位错的积累，因为当通过边界时，滑移面和 Burgers 矢量都不会保持不变。 违反正确排列会导致在晶界处降低表面能的那些杂质的浓度增加。 在晶粒内部，正确的晶体结构受到干扰。 亚晶粒的边界较少受到干扰。 所有金属都具有共同的特性：延展性、高导热性和导电性、特定的金属光泽、电阻随温度升高而增加。 单晶是从液态熔体中生长出来的，它是单晶。 单晶的尺寸很小，它们在实验室中用于研究任何物质的性质。 在最普通条件下获得的金属和合金由大量晶体组成，它们具有多晶结构。 使用 X 射线衍射分析和电子显微镜对金属结构的研究可以确定晶粒的内部晶体结构是不正确的。 在真实金属的晶格中，存在各种缺陷（缺陷），它们会破坏原子之间的键并影响金属的性能。 所有晶格缺陷都是晶格中原子堆叠的破坏。 晶格中原子的排列可以是一个中心立方体（b-和 c-铁、b-钛、铬、钼、钨、钒），一个面居中的立方体（r-铁、铝、铜、镍、铅、c-钴）或六方，或以电池的形式（镁、锌）。 多晶中的晶粒不是整体的，而是由单独的亚晶粒组成，这些亚晶粒彼此相对旋转一个小角度。 亚晶粒是包含少量位错或根本不包含位错的多面体。 亚晶的主要特征：类型、位置、结构、位错密度。 许多位错是由于机械剪切而形成的。 金属中亚晶粒和晶粒的边界分为低角和高角。 在亚晶粒之间观察到低角度边界并具有位错结构。 低角度边界可以用一系列平行的边缘位错来表示。 具有低角位错的亚晶粒的形成称为多边形化。 高角度边界的结构更复杂。 次边界是由某些位错系统形成的。 根据什么材料和环境对它的影响，定位位错的位置。 如果金属稍微变形，那么滑移面就是位错聚集的地方。 然而，如果铝和铁等金属受到严重变形，那么位错就会以复杂丛的形式出现：空间、网络。 亚晶粒以15-300的角度相对于彼此错向排列的结构是块状或镶嵌状的。 金属中位错的密度随着亚晶粒的取向差角的增加和尺寸的减小而增加。 位于晶界的原子和晶体表面的原子，由于原子间相互作用的未补偿力，与亚晶体积中的原子相比具有更高的势能。 位错的存在会影响金属的强度特性。 根据理论计算，纯金属的弹性极限比真实的高1000倍，钢的弹性极限高100倍。 3.光学显微镜； 微观结构的定量特征 研究合金内部结构的方法多种多样，其中大部分是基于物理原理的。 金属结构的研究始于科学和工业实验室中简单而常用的方法——光学显微镜（金相方法）。 P.P. 首次使用显微镜对金属进行了研究。 阿诺索夫。 他从事锦缎钢的研究。 光学显微镜用于研究晶粒的尺寸、形状、排列、晶体结构中的缺陷（孪晶、位错），还用于预测金属在操作条件下的行为。 所有金属都是不透明的物质（可见光）。 在特制的显微切片上研究晶体的形状、大小和位置。 在这种情况下，在研究人员感兴趣的平面上进行金属切割，然后对生成的平面进行研磨和抛光。 您可以同时进行粗磨和细磨，以消除截面表面的不平整。 在抛光之前进行研磨。 为了获得平坦的表面，需要在更换磨料时将样品的运动方向改变 90°。 研磨应继续进行，直到前次操作的风险消失。 根据磨削结果，表面粗糙度应小于0,08微米。 进行抛光以获得样品的镜面。 抛光可以是机械的、电化学的和化学机械的。 使用带有旋转轮的机器进行机械研磨，该旋转轮上覆盖有抛光材料。 磨料颗粒应用于这种材料。 化学机械抛光是使用磨粒和化学元素进行的。 电化学抛光在电解质浴中进行。 电流用于平滑表面。 在机械研磨和抛光过程中，样品表面会发生塑性变形。 根据材料的硬度，表面变形的深度可达 25 微米。 研磨抛光后，将处理后的样品浸入水中，然后浸入酒精中，然后用滤纸干燥。 为了揭示结构，需要创建浮雕或将结构部件涂上不同的颜色，这是通过化学蚀刻实现的。 蚀刻时，酸作用于晶界，因为有结构缺陷的地方，会在蚀刻断面成为凹陷； 落在它们上的光会被散射，在显微镜的视野中它们会显得很暗，而颗粒的主体则是亮的。 为了检查金属微观结构研究中的显微切片，使用特殊的显微镜，其中来自光源的光束从切片反射，穿过物镜和目镜，并提供适当的放大倍数。 显微镜的总放大倍数等于物镜和目镜放大倍数的乘积。 在抛光后的显微切片上的显微镜下，可以看到微裂纹和非金属夹杂物（铸铁中的石墨、氧化物）。 为了揭示金属的微观结构，对薄片的表面进行蚀刻，即用特殊试剂处理，其成分取决于金属的成分。 在蚀刻过程中对微结构的检测是基于不同相被不同地蚀刻和不同颜色的事实。 由于蚀刻纯金属的显微切片，可以揭示单个晶粒的形状和大小。 微观分析可以确定晶粒的尺寸、形状和取向、单个相和结构成分，以及金属和合金内部结构的变化，具体取决于它们的生产和加工条件。 为了检查结构的细节，使用电子显微镜，其中图像是使用快速飞行的电子流形成的。 研究结构有直接和间接的方法。 间接方法基于一种特殊技术，用于制备反映蚀刻部分浮雕的薄膜印模。 通过检查得到的复制品，可以观察到结构的细节，它们的最小尺寸为 2-5 nm。 直接方法可以使用高分辨率电子显微镜（显微镜 UEMV-300、UEMV-100A、UEMV-100V）研究厚度达 100 nm 的薄金属箔。 光学显微镜不是可以检测任何尺寸晶体的设备。 定量金相学面临一定的困难。 因此，通过研究其二维截面来确定三维对象的定量参数的问题可以通过多种方式解决。 采用比较法和穿过晶粒的段平均长度的方法，确定了金属晶粒的尺寸。 今天，使用了一种用于研究金属显微切片的自动化系统，其中包括使用显微镜、摄像机、视频爆破器和个人计算机。 4. 单元格； 协调号码； 同义词 晶体方向和晶面、各向异性； 晶面距离 晶格是原子的有序排列。 晶体的晶胞是晶体完全保留其所有特性的最小体积。 晶格中的原子排列不同。 晶胞在三个维度上重复自身并形成晶格。 晶体的结构由晶胞中原子的位置决定。 配位数——与配合物中中心离子成键的中性分子和离子的总数。 1.第四组元素具有共价饱和定向键，每个原子有四个邻居。 最近邻居的数量就是协调数。 基本晶格是一个四面体，中心有一个原子，顶点有四个原子。 2、形成离子键时，由于离子键不饱和，晶格更加致密，配位数达到6。 示例：NaCl 的晶格是一个原始立方体，其顶点有氯离子和钠离子。 3. 金属键使晶格更致密。 配位数达到8和12的值。金属材料中形成三种晶格：体心立方（bcc）、面心立方（fcc）和密排六方（HP）。 Syngony - 基于具有相同坐标轴系统的基本单元对称性的晶体划分之一。 Syngony 表征三维结构的对称性，在三个方向上具有平移对称性。 七个轴向系统的区别取决于在结晶轴上截断的片段的长度和这些轴的相对位置。 1. 立方同调。 三个相等的轴以直角相交。 2. 四边形同调。 两条相同长度的轴相交成直角，第三条轴垂直于它们，在其上截断的线段长度不同。 3.菱形同调。 三个不同长度的轴以直角相交。 4. 单斜同调。 两条不同长度的轴以斜角相交，第三条轴与它们成直角。 5. 三斜同调。 三个不同长度的轴以斜角相交。 6.三角同调。 等长轴的三段在一个平面上以 60°C 的夹角相交，第三轴垂直于该平面，在其上截断的段长度不同。 7.六边形同调。 轴的位置类似于它们在三角共生关系中的位置。 晶格中原子排列的有序性使得可以挑选出单独的结晶方向和平面。 晶体学方向 - 来自任何参考点的直接射线，原子沿着该参考点定位。 参考点是立方体的顶点。 晶体方向 - 立方体面的边缘和对角线。 可能还有其他方向。 晶面是原子所在的平面。 晶体学方向和平面的特征是米勒指数，它决定了它们的不同位置。 相同构造的晶格中的平行平面具有相同的指数。 为了从简单整数中获得索引，可以平行移动平面。 晶格的任何节点相对于任意选择的原点的位置是通过设置坐标 x、y、z 来确定的。 对于一个基本单元，这些坐标分别等于晶格参数 a、b、c。 要确定索引，请找到最接近参考点的原子的坐标，位于该方向，以晶格参数表示。 沿不同结晶方向的金属的所有物理特性，包括强度特性，都取决于位于上述方向的原子数。 在不同方向的晶格中存在不同数量的原子。 在结晶物质中，应观察到各向异性，即沿不同方向的不相等性质。 各向异性——晶体中原子有序排列的结果，在单晶体中表现出来。 真正的金属是多晶体，包括许多通过晶体方向和平面相互任意定向的晶粒。 当测试沿不同晶体方向切割的样品时，观察到机械性能的各向异性。 真实金属具有平均各向同性，称为准各向同性或拟各向同性体 Interplanar distance - 分离平行和等距节点平面的最短距离。 5、晶体结构缺陷的分类。 点缺陷，它们的浓度对温度的依赖性。 刃位错和螺位错 单晶可以从液态熔体中生长出来。 单晶是由单晶制成的一块金属。 在正常条件下获得的金属和合金由大量晶体组成并具有多晶结构。 这些晶体被称为晶粒，它们的形状不规则。 每个晶粒都有自己的晶格取向，并且与相邻晶粒的取向不同。 晶粒的内部晶体结构不正确。 金属晶格中存在缺陷（缺陷），这些缺陷会破坏原子之间的键并影响金属的性能。 所有晶格缺陷都是晶格中原子堆叠的破坏。 表面缺陷是金属晶粒的边界。 区分以下结构缺陷：晶格缺陷、点缺陷、小缺陷、线性缺陷、平面缺陷。 晶体缺陷会显着改变金属的物理、机械、化学和工艺性能。 点缺陷包括空位（空位）、外来间隙原子。 温度越高，缺陷越多。 杂质原子是晶体结构中最常见的缺陷之一（空位、位错原子）。 空位是晶格的空结点，它是由于各种原因而形成的。 空位的来源是晶界，其中原子的正确排列被破坏。 空位的数量及其浓度取决于加工温度。 空位的数量随着温度的升高而增加。 在晶体中移动时会遇到单个空位并组合成对，形成双空位，同时它们的总表面积减小，成对空位的稳定性增加，并且有可能形成三空位和整个链。 位错原子是离开晶格节点并在空隙中占据位置的原子。 指点缺陷。 杂质原子在晶格中占据主要原子的位置或被引入晶胞中（一种点缺陷）。 如果空位、位错原子和杂质原子周围晶体结构的正确性被破坏，那么各个方向原子力场的平衡也被破坏。 所有的变化都不过是几个原子直径。 点缺陷相互作用。 点缺陷和线缺陷（位错）之间存在相互作用。 线性缺陷在两个维度上很小，在第三个维度上它们更大，这可以与晶体的长度相称。 线性缺陷包括空位链、间隙原子和位错。 位错可以在一个方向上相当延伸，并且在相反方向上具有很小的延伸。 金属的强度和延展性直接取决于位错的存在。 线性缺陷——位错，它们是晶格中一种特殊的缺陷。 位错结构的一个特征是位错的密度。 目前，已知各种位错形成机制。 在晶粒的生长过程中，在亚晶粒的形成过程中，可能会出现位错。 已通过实验确定晶粒和块的边界具有高密度的位错。 在熔体结晶过程中，当核生长并在其表面形成螺型位错时，在能量上是有利的。 促进位错的形成和杂质的偏析。 在凝固的金属中，由于空位的积累而产生位错。 外平面边缘周围的晶体缺陷区域称为边缘（线性）位错。 边缘位错代表晶格中围绕外平面边缘的弹性应力场的快速衰减，这是由于在该边缘之上晶格参数被稍微压缩，而在该边缘之下晶格参数分别被拉伸的事实引起的。 在一维中，位错的长度具有宏观特征（位错只能在晶体边界处断裂——它是剪切带的边界）。 刃位错的运动是保守的。 如果外平面在晶体的上部，则位错称为正位错； 如果外平面在晶体的下部，则称为负。 如果晶体的两个部分向空位堆积平面移动，则会形成螺旋位错。 如果螺旋位错是通过顺时针旋转形成的，则称为右位错，如果逆时针旋转则称为左位错。 空位和间隙原子不流向螺旋位错。 部分位错和混合位错的形成也是可能的。 位错的形成增加了晶体的能量。 位错有助于增加金属的内应力。 使用偏振光可以揭示位错周围产生的应力场。 6.金属中的扩散 扩散是由于扩散粒子的随机热运动而引起的物质转移。 当气体扩散时，其分子在与其他分子碰撞时会改变其运动方向。固体中扩散过程中的主要运动类型是原子从晶格位置到相邻位置或空位的随机周期性跳跃。 扩散过程的发展导致了扩散层的形成，扩散层被理解为接近饱和表面的零件材料的一层，在化学成分、结构和性能上都与最初的不同。 任何原子的扩散运动都是随机游走，因为振荡幅度很大，它不依赖于其他原子的运动，也不依赖于该原子的先前运动。 平衡位置周围原子的与温度无关的振动通常以~10的频率发生13 с-1 确定扩散机制的问题非常复杂。 Ya.I 的作品在解决这个问题中发挥了重要作用。 Frenkel，揭示了晶格中的缺陷，特别是空位，对原子扩散运动过程的巨大影响。 最困难的是扩散的简单交换机制，最有可能的是空位机制。 每个扩散机制对应于一定的活化能Q，即原子从一个位置移动到另一个位置时必须克服的能垒值。 拥挤扩散机制下的运动类似于波的传播：每个原子发生少量位移，并且扰动快速传播。 对于扩散来说，空位及其关联（双空位、空位-杂质原子复合物）以及作为其来源的缺陷（线性和表面）非常重要。 置换固溶体中自扩散和扩散的主要机制是空位机制。 在间隙固溶体中，小杂质原子运动的主要机制是间隙。 如果将两个连接良好的纯金属 A 和 B 长时间退火，则会观察到金属的相互渗透和由惰性标记（氧化物颗粒或钨丝）标记的初始界面移动值 Δx，这与退火时间的平方根成正比。 如果 DА > DВ，然后组分 A 以比 B 更快地渗入 B 中的速度渗入 A，因此样品的 B 部分体积增加。 扩散金属化是金属或准金属使产品表面扩散饱和的过程。 扩散饱和在粉末混合物、气态介质或熔融金属（如果金属具有低熔点）中进行。 硼化-金属和合金表面的扩散饱和硼以增加硬度、耐腐蚀性、耐磨性是通过在熔融硼盐中电解来进行的。 渗硼提供了特别高的表面硬度、耐磨性，增加了耐腐蚀性和耐热性。 硼钢在盐酸、硫酸和磷酸的水溶液中具有很高的耐腐蚀性。 渗硼用于在腐蚀性环境中（在化学工程中）在摩擦条件下运行的铸铁和钢部件。 镀铬 - 在 1 ... 49 °C 的温度下，在铬或铬铁的粉末混合物中添加铬铵 (1000%) 和氧化铝 (1050%)，进行铬的扩散饱和，暴露量为 6 ... 12 小时 镀铬用于在蒸汽-水和腐蚀性环境中工作的部件（配件、阀门）。 低碳钢产品镀铬时，硬度增加，耐蚀性好。 渗铝是在铝粉混合物或熔融铝中进行的表面层被铝扩散饱和的过程。 目标是获得钢零件表面的高耐热性。 渗铝在固体和液体介质中进行。 硅化——硅的扩散饱和是在气态气氛中进行的。 钢件的硅饱和层硬度不是很高，但在海水、硝酸、盐酸和硫酸中具有很高的耐腐蚀性和耐磨性。 硅化部件用于化学、纸浆、造纸和石油工业。 为了提高耐热性，对耐热性高的钼钨合金制品进行渗硅处理。 在材料科学中，正在发展宏观和微观扩散理论。 在宏观理论中，强调形式主义，即热力学力和参数。 微观理论使用基于原子跳跃理论的机制。 7. 第一类和第二类相变 液态组分（组分 A）可无限溶解，固态组分（组分 B）不形成化合物且不溶。 状态图表示合金-温度坐标中的曲线图，它反映了合金组分在不同温度下热力学平衡条件下相互作用形成的产物。 这些物质根据温度和组成具有一定的聚集状态、特定的结构性质和特定的性质，它们被称为相。 相是合金的均质部分，具有相同的成分、结构和性能。 液相是熔融组分的溶液。 固相是具有一定形状、大小、成分、特定结构和性质的颗粒。 这些是固溶体、化合物，以及不与其他成分形成固溶体或化合物的纯成分颗粒。 显示合金极限状态的状态图可以分为多个区域。 单独的区域由一相组成，有些由两相组成，它们具有不同的成分、结构和性能。 状态图包含创建和加工合金所需的信息。 第一类状态图。 分段规则。 该图涵盖了其成分形成其几乎纯晶粒的混合物且互溶度可忽略不计的合金。 图中合金的相结构取决于温度。 随着组分彼此之间的热力学作用，它们转变为液态的温度降低。 在最低温度下熔化的两种成分的合金称为共晶合金或共晶合金。 共晶是两种成分的同时结晶的小晶粒的均匀混合物。 两种组分同时熔化的温度称为共晶温度。 合金在结晶过程中从液态到固态的转变发生在液相线和共晶温度之间的温度范围内，共晶温度对应于固相线。 合金在结晶过程中的所有量变都服从分段规律。 根据成分的不同，所有合金都分为亚共晶和过共晶。 亚共晶合金的成分 A 超过 (100-Ve)%。 在它们中，它是一个冗余组件。 在过共晶合金中，组分 B 是多余的（其含量超过 Be）。 根据与共晶温度有关的分段规则计算每个结构组分的量。 第二种状态图。 树枝状偏析。 具有相同类型的晶格和相似的外层电子壳层结构的组分彼此之间的无限溶解度，得到第二类图。 图中有三个阶段区域： 1. 液相线 ADB 上方是液相 G 的区域。 2、在其下方，直至固相线ADB，有一个两相区b+G。b相是组分A和B的固溶体，晶粒具有单晶格。 但是，对于不同成分的合金，晶格的晶胞中组分A和B的原子数是不同的。 3. 位于固相线下方的区域为单相（b 相）。 与实际上纯成分的晶粒混合物的合金不同，相图上的每个凝固合金都代表一组外观上彼此没有区别的相晶粒。 在合金在结晶过程中加速冷却的情况下，扩散过程没有时间完成，并且每个晶粒的中心部分富含更难熔的成分，而外围部分富含易熔成分(A)。 这种现象称为枝晶偏析，它会降低合金的强度性能。 由于合金的缓慢冷却确保了其平衡结晶，因此可以预防这种情况。 如果发生枝晶偏析，可通过合金的延长扩散退火消除。 在这种情况下发生的扩散过程使晶粒中的化学成分均衡。 在金属材料的塑性变形过程中，外力必须克服位错运动的阻力，这由 Peierls-Nabarro 力的值决定。 该力取决于合金晶格中原子间相互作用的强度。 固溶体晶格中可溶组分的原子与溶剂组分的原子形成比两种纯组分的晶格中更强的金属键。 因此，随着溶解在其中的另一种组分含量的增加，固溶体的塑性变形阻力应该按照曲线规律增加。 8. 金属的熔化和熔体的结构 熔化是金属从固态转变为液态熔融状态的物理过程。 熔化是结晶的逆过程，发生在高于平衡的温度下，即过热期间。 由于液态金属比固态金属具有更多的内能，因此在结晶过程中会释放热量。 热量Q与结晶温度Tk之间存在一定的关系。 金属熔化过程中的过热程度不超过几度。 在液态时，物质的原子由于热运动而随机运动，在液态中存在体积很小的原子团，原子团内的原子排列类似于晶格中的排列。 这些分组不稳定，它们溶解并重新出现在液体中。 当液体过冷时，一些大基团变得稳定并能够生长。 这些稳定的原子团称为结晶中心（原子核）。 为了实施熔化过程，有必要在平衡温度以上有一些过热，即热力学势。 高于平衡温度，液态金属更稳定，它的自由能供应更小。 低于这个温度，固体金属更稳定。 在平衡温度下，液态和固态的自由能是相同的，因此，在这个温度下，两相（液态和固态）可以同时共存，而且可以无限长地共存。 平衡温度与熔点 Tm 非常接近，通常与之比较。 冷却后，从液态到固态的转变伴随着晶格的形成，即结晶。 为了诱导结晶，液态金属必须过冷到低于其熔点的温度。 温度接近熔点的液体称为熔体。 熔体是金属的、离子的、半导体的、有机的和高分子聚合物。 根据形成熔体的化合物，盐、氧化物、氧化物-硅酸盐和其他熔体被隔离。 大多数熔体含有斜面体颗粒。 在熔化过程中，熔体中的化学键发生改变。 在半导体中，观察到金属导电性的形成；在某些卤化物中，由于形成具有分子组成的熔体，而不是离子导电性，导电性会降低。 温度水平也会影响熔体中的粘合类型。 平均配位数和原子间距离也是熔体的特征。 在熔化金属的过程中，配位数减少约10-15%。 同时，原子间距离保持不变。 当半导体熔化时，它们的配位数增加了 1,5 倍，原子之间的距离也增加了。 多组分熔体的特点是非平衡、亚稳态，这与初始固相的结构有关。 在许多情况下，熔体在温度变化过程中的特性存在滞后（滞后）。 熔体的性质和结构受以下因素影响：温度、保温时间、温度波动率、制造容器的材料以及杂质的存在。 熔体的组成以其复杂性而著称。 离子熔体可以包含简单或复杂的离子、未解离的和聚合的分子，以及自由体积。 硅酸盐熔体可能包含孤立的硅氧四面体和它们形成的链、环、网络和框架。 熔体结构的明确模型相当难以形成，因为熔体包含不同类型的粒子和键。 模型的主要功能是熔体性质的定义和解释，以及性质的计算。 冶金领域的熔体分为中间产品、副产品和最终产品。 使用熔体作为电解质，在冶金中生产和精炼金属，以及应用涂层。 许多合金以熔体形式形成。 单晶和外延膜是从熔体中生长出来的。 通常使用金属、盐和氧化物熔体作为催化剂。 盐熔体用于退火和硬化浴、高温燃料电池、作为热载体、焊接金属过程中的助熔剂、无机和有机合成中的反应介质，以及吸收剂、萃取剂等。用于获得硅酸盐、氟化物等特殊叠层和非晶态金属。 9、金属结晶； 晶体成核，关键胚芽； 晶体的均匀和非均匀成核； 晶体生长。 曲线塔曼 结晶是金属从液态转变为固态并形成晶体结构的过程。 在自然界中，所有自发的转变，结晶和熔化，都是由于新条件下的新状态在能量上更稳定，能量储备更小。 金属从液态或气态转变为固态并形成晶体结构的过程称为初次结晶。 固体结晶物质中形成新晶体的现象称为二次结晶。 结晶过程由晶体成核和生长两个同时发生的过程组成。 晶体可以自发成核 - 自发结晶或在现有的现成结晶中心上生长 - 非自发结晶。 您可以使用计时器和热电高温计来追踪金属结晶的过程。 将两端焊接的两根异种电线浸入熔融金属中，产生的热电流与金属的温度成正比，毫伏表指针发生偏差，以特殊的刻度指示温度。 及时记录高温计读数，并根据获得的数据，在温度-时间坐标中建立冷却曲线。 临界点是与金属中任何转变相对应的温度。 冷却后，从液态到固态的转变伴随着晶格的形成，即结晶。 为了诱导结晶，液态金属必须过冷到低于其熔点的温度。 在金属的凝固和同素异形转变过程中，首先形成结晶中心，原子围绕其聚集，形成相应的晶格。 结晶过程包括两个阶段：结晶中心的形成和晶体的生长。 在每一个出现的晶体中，晶面都是随机取向的，此外，在初级结晶过程中，晶体可以旋转，因为它们被液体包围。 相邻的晶体彼此相向生长，它们的碰撞点定义了微晶（晶粒）的边界。 无定形物质具有平滑的冷却曲线，没有区域和壁架：很明显，这些物质不能具有同素异形体。 金属结晶的机理是随着液态金属坩埚内温度的相应降低，小晶体开始形成，称为结晶中心或晶核。 为了开始液态金属晶体的生长，金属的自由能是必要的 减少了。 如果由于原子核的形成，金属的自由能增加，那么原子核就会溶解。 胚芽能够生长的最小尺寸称为胚芽的临界尺寸，这样的胚芽称为稳定的。 过冷度越大，金属的自由能越低，原子核的临界尺寸就越小。 晶体开始在形成的中心周围生长。 随着晶体在仍处于液态的金属中生长，新的结晶中心不断出现。 每个正在生长的新晶体在空间中随机排列。 不规则形状的晶体称为晶粒或晶体。 由大量晶粒组成的固体，包括金属，称为多晶。 D.V. 切尔诺夫确定结晶过程由两个基本过程组成：结晶中心的成核和晶体从这些中心生长。 很久以后，Tamman 研究结晶过程，确定了结晶中心的数量和晶体生长速率对过冷度的依赖性。 虽然形成的晶体自由生长，但它们或多或少具有规则的几何形状。 然而，当生长的晶体发生碰撞时，它们的规则形状就会被破坏，因为在这些区域中面的生长会停止。 在可以自由获取“喂养”流体的方向上继续增长。 结果，最初具有几何规则形状的生长晶体在凝固后获得不规则的外部形状，因此被称为微晶或晶粒。 原子核的生长是原子从过冷液体转变为晶体的结果。 晶体分层生长，每一层都有一个原子的厚度。 晶体生长有两个基本过程。 二维胚胎的形成。 通过提供来自过冷液体的原子来生长二维原子核。 在平面上形成二维原子核后，新层的进一步生长相对容易进行，因为出现了便于固定从液体中穿过的原子的区域。 结晶过程中形成的晶粒的大小不仅取决于自发产生的结晶中心的数量，还取决于液态金属中始终存在的不溶性杂质颗粒的数量，这些杂质起到现成的结晶中心的作用。 10. 锭结构和非晶合金 1878 年，D.K. 首次给出了钢锭的结构。 切尔诺夫。 铸锭的结构由三个主要区域组成。 第一个区域是外部细粒地壳，由无方向性的小晶体 - 树突组成。 第二个晶锭区是柱状晶区。 地壳本身形成后，排热的条件 变化时，温度梯度减小，钢的过冷程度减小。 铸锭的第三区是等轴晶区。 在金属凝固过程中形成的晶体具有不同的形状，具体取决于冷却速度、杂质的性质和数量。 更常见的是，在结晶过程中，会形成分枝（树状）晶体，因其形状类似于树的形状而被称为枝晶。 这种晶体形式的解释是，液态金属中出现的原子核以原子之间距离最小的方向生长。 这就是一阶轴的形成方式。 在一级轴伸长的同时，二级轴在垂直于它们的边缘上以一定角度成核和生长，三级轴已经从中生长，最终形成枝晶形式的晶体。 对薄片进行特殊蚀刻后，枝晶结构显露出来，因为枝晶分支之间的所有间隙都被填满，通常只有枝晶的连接处以晶界的形式可见。 由于该过程后期阶段粒子的碰撞和吸积，枝晶的正确形状被扭曲。 树枝状结构是铸造金属（合金）宏观和微观结构的特征。 与模具的冷壁接触，形成小等轴晶体区域。 固态金属的体积小于液态，因此，模具壁与凝固金属之间会出现气隙； 墙壁本身会因与金属接触而发热。 结果，金属的冷却速率降低，晶体的生长具有方向性——它们从模具壁向散热方向的中心生长，并形成柱状晶体区域。 这种由锭厚度的长晶体萌发的现象称为转晶。 由此产生的区域减慢了向外部的热传递，冷却速率降低并形成了大的未取向晶体的区域。 液态金属中含有一定量的溶解气体，因此，在铸锭的体积中，当冷却时，对于有过冷倾向的金属，只有结晶中心数和晶体生长曲线的上升分支率被发现。 结晶过程中形成的晶粒的大小不仅取决于自发产生的结晶中心的数量，还取决于液态金属中始终存在的不溶性杂质颗粒的数量，这些杂质起到现成的结晶中心的作用。 这种颗粒可以是氧化物、氮化物、硫化物。 金属或合金中的结晶中心可以是与基体金属原子大小相差很小的固体颗粒，它们的晶格在结构和参数上应与结晶金属的晶格相近。 发生液态金属结晶的模具和其他形式的壁具有不规则性和粗糙度。 这些不规则性通过增加结晶速率来影响结晶过程。 如果钢没有充分脱氧（所谓的沸腾钢），那么整个钢锭体积中都会形成气泡。 如果钢经过良好的脱氧（安静钢），则将其浇铸到具有绝缘有利可图的延伸的模具中。 在这个地方，液态金属的最后部分将结晶。 这是气体会聚集的地方。 这会产生一个大空隙，称为缩孔。 在缩孔附近，金属会变得不那么致密、松散。 因此，在轧制镇静钢锭后，将锭的上部（有利润的）部分（大约为锭长的 15-20%）切掉。 在轧制过程中，铸造金属的初晶形状发生变化。 枝晶发生变形，沿金属流动方向拉伸，变成纤维。 晶体接头的强度较低，因此，沿着纤维，变形钢的强度和韧性大于横向。 非晶合金通常在拉伸时很脆，但在弯曲和压缩时相对易延展，并且可以进行冷轧。 软磁非晶合金分为三组。 1.基于铁（Fe81Si3 5B13 5C2) 具有高磁感应强度和低矫顽力。 2. 基于钴（CO66Fe4（钼、硅、乙）30具有相对较低的饱和感应，但具有较高的机械性能、较低的矫顽力和较高的磁导率。 3.铁镍合金（Fe40Ni40P14B6) 具有比铁合金平均的磁感应强度和更低的矫顽力。 软磁非晶合金用于电气工程和电子工业。 11.金属的改性。 拉伸、压缩、弯曲、硬度、冲击强度的标准测试 可以将改性剂添加到液态金属中，以便在铸件中获得所需的金属结构。 这就是修改过程。 根据对结晶过程的影响机理，改性剂可分为两类： 1) 改性剂，它们是额外的结晶中心； 2）改性剂——表面活性剂。 这些改性剂溶解在液态金属中。 结晶过程取决于可用的结晶中心。 这些中心是由杂质形成的难熔非金属夹杂物、氧化物、金属间化合物的颗粒。 在结晶过程开始时，中心处于液态金属中并具有固体夹杂物的形式。 在结晶过程中，金属原子沉积在活化的杂质表面上。 这种结晶称为异质结晶，其中结晶器的壁起核的作用。 凝固后，现成的结晶中心的存在导致晶体尺寸减小。 当观察到杂质相与贱金属的结构和尺寸对应时，结构细化的效果会增加，这有助于它们的晶格的共轭。 液态金属含有溶解的杂质，导致结构细化。 被吸附后，它们降低了液固界面的表面张力和晶体的线性生长速率。 组织的细化有助于金属机械性能的提高。 为了细化合金的结构，需要使用一种技术操作——变质。 该操作包括在浇注之前将特殊添加剂-改性剂引入到液态合金中。 为此，使用表面活性剂以及形成耐火细颗粒的元素。 合金中添加了改性剂。 浇注前液态金属温度的升高导致结晶过程中晶粒粗化，相反，由于金属冷却，晶粒尺寸减小。 在存在与基底金属形成相以及结构和尺寸对应的改性剂的情况下，冷却是有效的。 标准测试 静态拉伸试验是金属机械试验的一种方法。 对于静态试验，制成被测金属的圆形试样或片材的扁平试样。 样品由工作部件和头部组成，设计用于固定在拉伸试验机的夹具中。 样本量是标准化的。 拉伸时，试样伸长。 一些金属合金的线膨胀系数接近于零（用于制造精密仪器、无线电管）。 将标准尺寸的圆形或扁平样品安装在拉力试验机的夹具中，并增加负载，监测其长度的变化。 机器的书写装置记录拉伸图，它决定了机械性能。 硬度 - 材料抵抗接触变形的性能，材料抵抗渗透到固体物体（压头）表面的能力。 压头 - 圆锥形金刚石尖端。 硬度测试是最容易实现的机械测试类型。 硬度测试可以快速进行，不需要复杂的样品，它们可以让您判断金属的其他机械性能（例如，拉伸强度）。 硬尖压痕方法很常见。 用洛氏法测定硬度。 将一个角度为 120° 的钢或金刚石锥体或直径为 1,59 mm 的钢硬球压入试样表面，从穿透到表面的深度估算材料的硬度。 洛氏硬度计上贴有三个标尺： A（黑色）——用金刚石锥进行测试，硬度用 HRA 表示； B（红色）——用球进行试验，硬度用H13B表示； C（黑色）——用钢锥进行测试，硬度以HRC表示。 用维氏法测定硬度。 将四面体金刚石金字塔压入样品表面，沿压印对角线测定硬度。 维氏法可以测量软硬金属和合金的硬度以及薄表面层的硬度。 冲击测试测量金属抵抗机器部件在运行期间承受的冲击载荷的能力。 冲击试验是在称为摆锤冲击试验机的仪器上对标准形状的试样进行的。 冲击强度——试样冲击断裂所花费的功，与缺口处的横截面积有关。 进行冲击测试以评估材料脆性断裂的倾向。 弯曲是一种比张力更柔软的加载方式。 对低塑性材料进行弯曲测试。 对大长度、圆柱形或矩形的样品进行测试。 它们安装在两个支架上。 确定的特性是抗拉强度和挠度。 12. 固态相变 相是系统的均质部分，通过界面与系统的另一部分（相）隔开，通过该界面时化学成分或结构会发生突变。 在纯金属的结晶过程中，系统中有两个阶段：液体（熔融金属）和固体（凝固的金属颗粒）。 在硬质合金中，相可以是纯金属晶粒、固溶体晶粒和化合物晶粒。 许多液态金属以任何比例溶解成另一种。 作为溶解的结果，形成均匀的液体溶液，其中一种金属的原子在另一种金属的原子中均匀分布。 由于这种相互作用，实际上，为了使合金中的物质均匀分布，它们求助于它们的熔化。 一些原子大小差异很大的金属在液态下不溶解，而另一些金属在液态下溶解的程度有限。 在凝固过程中合金的形成过程中，成分的各种相互作用是可能的。 如果在结晶过程中均质原子之间的相互作用力大于异质原子之间的相互作用力，则在结晶后形成由纯金属晶粒组成的机械混合物。 在这种情况下，硬质合金中会出现一种纯金属的晶粒和紧邻它们的另一种纯金属的晶粒。 当合金中所含金属的性质存在很大差异时，就会发生这种形式的相互作用。 构成合金的物质之间的另一种相互作用形式是形成固溶体。 固溶体是其中组分之间的比率可以改变的固相。 在固溶体中，就像在纯金属中一样，空间中的原子规则排列并形成晶格。 这就是它们与液体溶液的区别。 在固溶体中，组成合金的一种物质保留其晶格，而失去晶体结构的第二种物质以单个原子的形式分布在第一种物质的晶格中。 第一种物质是溶剂，第二种物质是可溶的。 根据可溶元素原子分布的性质，可以区分填隙固溶体、取代固溶体和减法固溶体； 无论固溶体的类型如何，它们的共同点是它们都是单相并且以一定浓度范围存在。 固溶体的特征是金属类型的键。 一些类金属（氢、氮、碳、硼）与金属形成间隙固溶体，具有最小的原子尺寸。 但即使对于这些元素，原子的尺寸也略超过金属晶格中原子间间隙尺寸的12b，因此，当形成间隙固溶体时，晶格会扭曲并在其中产生应力。 在这种情况下，填隙固溶体的浓度不能太高。 它很少超过1-2%。 在替代固溶体中，可溶元素的原子取代了基体金属的原子。 外来原子可以取代溶剂中任意位置的原子，因此这种溶液称为无序固溶体。 可溶元素的原子尺寸总是与溶剂原子的尺寸不同（它们更大或更小），因此，当形成取代固溶体时，溶剂金属的晶格被扭曲，但不失去其基本结构。 替代固溶体可以是有限的，也可以是无限的。 无限溶解度的条件之一是尺寸因素。 原子半径差异越大，溶解度越低。 随着取代固溶体中温度的降低，会发生原子重新分布的过程，因此溶解元素的原子将占据溶剂晶格中严格定义的位置。 这样的固溶体称为有序固溶体，它们的结构称为上层建筑。 有些元素会根据外部条件（温度和压力）的变化改变其晶体结构。 在固态下，锂和钼具有体心立方晶格； 铝、银、金、铂 - 面心晶系，以及镁、锆 - 六方晶系。 当温度发生变化时，结果可能是，对于同一种金属，不同的晶格会比处于不同温度的晶格更稳定。 这种现象称为多态性。 每种类型的晶格代表同素异形变体或变体。 在金属的多晶型转变中，温度是最重要的。 一种同素异形体向另一种同素异形体的转变发生在恒定温度下，称为多晶型转变温度，并伴随着热效应，类似于熔化-凝固或蒸发-冷凝现象。 这是由于晶格的重排需要花费一定的能量。 13.金属的弹性和塑性变形 变形是身体形状和大小的变化，变形可能是由于外力的影响，以及身体发生的其他物理和机械过程。 变形包括剪切、压缩、拉伸、弯曲和扭转等现象。 弹性变形是载荷去除后消失的变形。 弹性变形不会引起金属性能和结构的残余变化； 在外加载荷的作用下，原子发生了微不足道的可逆位移。 当单晶被拉伸时，原子之间的距离增加，当被压缩时，原子彼此靠近。 当原子从平衡位置位移时，吸引力和静电排斥力的平衡被破坏。 去除负载后，位移的原子由于吸引力或排斥力的作用，恢复到原来的平衡状态，晶体恢复到原来的尺寸和形状。 变形可以是弹性的，在负载移除后消失，而塑性变形，在负载移除后仍然存在。 最小的应力引起变形，初始变形总是弹性的，它们的大小直接取决于应力。 主要机械性能是强度、塑性、弹性。 可塑性很重要，它决定了通过各种压力处理方法制造产品的可能性。 这些方法基于金属的塑性变形。 具有增加可塑性的材料对应力集中的敏感性较低。 为此，我们对各种金属和合金进行了比较评估，以及它们在产品制造过程中的质量控制。 金属变形的物理性质 在应力的作用下，身体的形状和大小发生变化。 当拉伸、压缩的外力作用于身体时，以及由于相变和与体积变化相关的一些其他物理化学过程的结果，就会产生应力。 处于受力状态的金属，在任何一种应力作用下，总是会经历法向应力和切向应力，在应力作用下的变形可以是弹性的，也可以是塑性的。 塑性在剪切应力的作用下发生。 弹性 - 这是一种变形，在引起应力的作用终止后，它会完全消失。 在弹性变形过程中，金属晶格中原子之间的距离发生变化。 随着原子间距离的增加，原子的相互吸引力增加。 当在这些力的作用下消除应力时，原子会回到原来的位置。 晶格扭曲消失，身体完全恢复了它的形状和尺寸。 如果法向应力达到原子间键合力的值，那么就会因分离而发生脆性断裂。 弹性变形是由小的切向应力引起的。 塑性变形是在引起它的应力作用终止后剩余的变形。 在金属晶格的塑性变形过程中，在切向应力的作用下，原子发生了不可逆的位移。 在低电压下，原子会稍微移位，并且在消除应力后，它们会返回到原来的位置。 随着剪切应力的增加，观察到晶格参数引起的原子不可逆位移，即发生塑性变形。 随着剪切应力的增加超过一定值，变形变得不可逆。 当负载被移除时，变形的弹性分量被消除。 部分变形（称为塑性）仍然存在。 在塑性变形过程中，金属的结构及其性能发生不可逆的变化。 塑性变形是通过滑动和孪晶进行的。 在晶格中滑动沿着原子密集堆积的平面和方向进行，其中剪切阻力最低。 这可以通过相邻原子平面之间的距离最大，即它们之间的连接最小的事实来解释。 滑动平面和位于这些平面内的滑动方向形成一个滑动系统。 在金属中，一个或多个滑移系统可以同时起作用。 具有立方晶格（fcc 和 bcc）的金属具有很高的可塑性，它们的滑动发生在多个方向上。 滑动过程不应表示为晶体的一部分相对于另一部分的同时移动，它是由于晶体中位错的移动而进行的。 滑移面MM中的位错通过晶体的位移导致晶体的相应部分位移一个晶面间距，在晶体表面的右侧形成台阶。 14. 断裂类型：韧性断裂和脆性断裂的概念 疲劳是金属在重复载荷作用下的破坏。 它发生在自动化的春天。 大多数零件故障是由材料疲劳引起的。 在应力小于材料屈服强度的情况下工作的零件会发生疲劳失效。 当达到足够高的应力时，弹塑性变形会导致主体的破坏。 破坏过程包括几个阶段：微裂纹的产生、宏观裂纹的形成以及宏观裂纹在整个车身部分的传播。 一般来说，韧性断裂和脆性断裂是有区别的。 破坏的类型取决于许多因素：金属的成分、其结构状态、加载条件和温度。 断裂的类型是韧性的还是脆性的，是通过研究断裂来确定的。 脆性断裂的特征是溪流断裂。 韧性断裂在剪应力作用下发生剪切，并伴有显着的塑性变形。 韧性断裂的特征是零件或样品的纤维状（无光泽）断裂。 在正常拉伸应力的作用下发生脆性断裂，导致身体的一个部分与另一部分分离，而没有明显的宏观塑性变形痕迹。 脆性断裂的特征是晶态（光亮）断裂。 脆性断裂之前是塑性变形，直到达到临界尺寸裂纹，然后是脆性无位错断裂。 脆性断裂是一个自发过程。 韧性和脆性断裂中微裂纹的产生是由于位错在晶界或其他障碍物（非金属夹杂物、碳化物颗粒、相间边界）前面的积累而产生的，从而导致应力集中。 在分析微观结构时，区分穿晶（沿着晶粒主体）和晶间（沿着晶界）破坏。 在结构和机器的运行条件下，金属的破坏不仅可以是延性破坏，也可以是脆性破坏，也可以是混合破坏——延性-脆性破坏。 在疲劳和单一载荷下，材料的破坏方式不同。 断裂的特征是在断裂中没有塑性变形的外部迹象，即通常疲劳断裂具有脆性断裂的特征。 然而，在加载样品的横截面的微体积和薄层中，可能存在导致裂纹产生的塑性变形。 这些裂缝逐渐发展和扩大，最终导致材料的破坏。 在疲劳载荷的情况下，由位错运动引起的塑性变形的开始可能在屈服点以下的应力下。 随着加载循环次数的增加，位错的密度增加，主要是在表面层中。 表面的细滑移线变成特征条纹，其轮廓以凸起和凹陷的形式呈现。 根据测试时间，空腔的深度可以达到 10-30 µm。 在稳定滑移带的形成过程中，高低位错密度区域交替出现。 疲劳裂纹起源于表面凹陷。 形成突起和空腔的可能机制之一与螺旋位错的圆周运动有关。 螺旋位错在横向滑移的帮助下沿闭合轮廓从一个平面移动到另一个平面。 结果，位错到达表面，在其上形成突起和凹陷。 由于空位的涌入以及随后微孔的形成和聚结，在循环载荷下的微裂纹在测试的初始阶段成核。 样品中会形成大量微裂纹。 但在未来，并不是所有的微裂纹都会出现，而只会出现那些具有最尖峰并且与作用应力相关的位置最有利的微裂纹。 在样品横截面上传播的最长、最尖锐和最深的裂纹会导致样品的最终破坏：裂纹逐渐扩大的区域和最终断裂区域的存在是样品疲劳断裂的典型特征。 在逐渐扩大的裂缝区域，观察到曲线形式的条纹。 条带是由于底部金属硬化和前部膨胀而导致裂纹运动的抽搐和延迟而形成的。 循环载荷下的破坏过程受到应力集中器的显着影响。 应力集中器可以是建设性的（从截面到截面的急剧过渡）、技术性的（划痕、裂缝、来自刀具的风险）、冶金学（孔、壳）。 无论其来源如何，应力集中器在一定程度上降低了相同水平的交替应力下的耐力极限。 为了评估应力集中器对疲劳的影响，在对称应力循环下测试了光滑和缺口试样。 样品上的切口以尖锐的圆形底切的形式制成。 15、导体材料的电性能 纯金属和金属合金用作导体材料。 除汞外，纯金属具有最高的电导率。 缠绕、安装、安装电缆和电线均由铜和铝制成。 铝属于轻金属族。 其密度为2,7克/立方厘米。 铝的可用性、高导电性和耐大气腐蚀性使得铝在电气工程中得到广泛应用。 铝的缺点是机械拉伸强度低，并且即使是硬拉铝，其柔软度也会增加。 铝是一种银色或银白色金属。 其熔点为3-658℃。 由于铝在短时间内被一层薄薄的氧化膜覆盖，裸铝线可以工作很长时间。 这可作为氧气保护。 铝线上的氧化膜具有很大的电阻，因此在铝线的连接处会形成很大的瞬态电阻。 使用凡士林清洁接头以防止氧气对铝的影响。 当用机械方式（螺栓连接）获得的其他金属（铜、铁）的其他电线润湿铝线的接头时，会形成具有一定电动势的电偶。 在这种情况下，铝线会在局部电流的影响下被破坏。 为了防止在潮湿的气氛中形成电化蒸气，必须通过涂漆和其他方法小心地保护与其他金属制成的其他电线的连接处免受潮。 氮氧化物 (NO)、氯 (Cl)、二氧化硫 (SCy、盐酸和硫酸和其他试剂) 会直接腐蚀铝。可靠的电线相互连接，以及与其他金属的电线，使用冷焊或热焊。铝的化学纯度越高，其抗腐蚀能力就越好。因此，纯金属含量为 99,5% 的最纯铝用于制造电容器中的电极，用于制造铝0,05-0,08毫米小直径的箔和绕组线使用导电铝，至少含有99,7%的纯金属铝用于制造电线 纯金属含量至少为 99,5%。 铝线是通过拉拔和轧制生产的。 铝线分为三种：AM（软退火）、APT（半硬）和AT（硬未退火）。 生产的线材直径为 0,08 至 10 毫米。 半导体构成了广阔的材料领域，这些材料的电气和物理特性各不相同，化学成分也多种多样，这决定了它们在技术用途中的各种用途。 根据其化学性质，半导体可分为以下四大类。 1.由一种元素的原子和分子构成的晶体半导体材料。 2.氧化物晶体半导体材料，即由金属氧化物制成的材料。 3. 基于元素周期表中第三和第五族原子化合物的晶体半导体材料。 4.基于硫、硒、铜、铅化合物的晶体半导体材料——它们被称为硫化物、硒化物。 碳化硅属于第一类半导体材料，是最常见的单晶材料。 这种半导体材料是许多小晶体的混合物，它们随机焊接在一起。 当石墨和硅结合时，碳化硅在高温下形成。 它用于光电池、二极管。 提高绝缘工作温度的可能性对于实践非常重要。 在电机和设备中，通常受电绝缘材料精确限制的加热增加使得可以在相同尺寸的情况下获得更多功率，或者在保持功率的同时降低产品的尺寸和成本。 GOST 规定将电机、变压器和设备的电绝缘材料分为耐热等级，当这些材料用于在正常工作条件下长时间工作的通用电气设备中时，最高允许工作温度是固定的此类电气设备的条件。 在这些温度下，保证了电气设备的合理使用寿命。 Y 类包括基于纤维素和丝绸的纤维材料（纱线、织物、胶带、纸张、纸板、木材等），除非它们被浸渍并浸入液体电绝缘层中。 16. 确定电性能的方法 高导电率金属（铜、铝）用于电气工程，用于安装电源线，高电阻合金用于白炽电加热器。 电介质的热性能：耐热性、耐寒性、导热性、热膨胀性。 耐热性——电绝缘材料及制品在一段时间内承受高温而不对其造成损害的能力。 无机电介质的耐热性由电性能开始发生显着变化决定。 有机电介质的耐热性取决于机械拉伸或弯曲变形的发生、加热时针在压力下浸入材料中的情况以及电气特性。 绝缘的热老化是绝缘质量的恶化，由长时间暴露在高温下决定。 老化率受电机绝缘和其他电气绝缘结构工作温度的影响。 老化速度还受气压或氧气浓度的变化、臭氧的存在、减缓或加速老化的化学试剂的影响。 暴露于紫外线、暴露于电场、机械应力会加速热老化。 GOST 规定将电机、变压器和设备的电绝缘材料分为耐热等级。 在可接受的温度下，确保电气设备的合理使用寿命。 Y 类：未浸渍或浸没在液体电绝缘层中的纤维素和丝基纤维材料。 A 类：与浸渍清漆一起工作并浸入液体电绝缘材料中的有机纤维材料，即免受大气氧气的影响。 E 类：含有机填料和热固性粘合剂的塑料，如酚醛树脂和类似树脂，聚氨酯漆包线绝缘和环氧树脂清漆。 Y、A、E 类包括纯有机电绝缘材料。 介电强度由与击穿部位的介电电流相关的击穿电压决定。 液体电介质的击穿是电离热过程的结果。 主要的故障因素是外来杂质的存在。 杂质的存在使得很难为这些物质建立分解理论。 因此，电击穿理论的思想适用于最大限度地去除杂质的液体。 在高电场强度下，电子可以从电极的金属中射出，液体本身的分子会因带电粒子的撞击而被破坏。 在这种情况下，与气态电介质相比，液态电介质的介电强度更大，这可以通过显着更短的电子平均自由程来解释。 含有气体夹杂物的液体的分解可以通过液体的局部过热来解释（由于相对容易电离的气泡中释放的能量），这导致在电极之间形成气体通道。 液体电介质中水的存在会降低其介电强度。 常温下的水以微小液滴的形式包含在电介质中。 在电场的影响下，液滴被极化并在电极之间形成导电性增加的链，沿着这些链发生电击穿。 观察到含水液体电介质的电气强度对温度的特殊依赖性。 随着温度的升高，水进入分子溶液状态，对电气强度几乎没有影响。 液体电介质的电气强度增加到某个最大值。 液体沸腾现象解释了电气强度的进一步下降。 变压器油在低温下电气强度的增加与油的粘度增加和冰的介电常数值低于水有关。 固体夹杂物（烟灰、纤维）会扭曲液体内部的电场，也会导致介电液体的电气强度降低。 从杂质中纯化液体电介质显着提高了介电强度。 例如，未精炼的变压器油的电气强度约为 4 MV/m； 彻底清洗后，上升到20-25 MV / m。 液体电介质以及气体的击穿均受电极形状的影响：随着电场不均匀程度的增加，相同距离下的击穿电压降低。 在不均匀电场以及气体中，可能会出现不完全击穿——电晕。 液体电介质中的长期电晕是不可接受的，因为它会导致液体分解。 电流的频率影响介电强度。 17、金属和合金的热容量和导热率 热容是物质受热时吸收热量的能力。 其特征是比热容——单位质量加热XNUMX度时吸收的能量。 金属中出现裂纹的可能性取决于热导率的大小。 如果导热率低，则开裂的风险会增加。 因此，合金钢的导热率比铜和铝低五倍。 热容量的大小影响将坯料加热到一定温度所消耗的燃料水平。 对于金属合金，比热容在100-2000 J/(kg * K)的范围内。 对于大多数金属，热容量为300-400 J /（kg * K）。 金属材料的热容量随着温度的升高而增加。 聚合物材料的比热容通常为 1000 J/(kg·K) 或更高。 材料的电性能的特点是存在电子或离子的电荷载流子，以及它们在电场作用下的运动自由度。 共价键和离子键的高能量赋予具有这些类型键的材料介电特性。 它们的弱导电性是由于杂质的影响，在水分的影响下，与杂质形成导电溶液，这些材料的导电性增加。 具有不同类型键的材料具有不同的电阻温度系数：对于金属，电阻温度系数为正，对于具有共价键和离子键的材料，电阻温度系数为负。 当金属被加热时，电荷载流子（电子）的浓度不会增加，并且由于原子振动幅度的增加而导致其运动的阻力增加。 在具有共价键或离子键的材料中，当加热时，载流子的浓度会增加很多，从而抵消了原子振动增加带来的干扰效应。 热导率是热能在固体、液体和气体中的传递，具有宏观的粒子不动性。 热传递发生从较热的粒子到较冷的粒子，并遵守傅立叶定律。 热导率取决于材料的原子间键的类型、温度、化学成分和结构。 固体中的热量通过电子和声子传递。 传热机制主要取决于键的类型：在金属中，热量通过电子传递；在金属中，热量通过电子传递。 在具有共价或离子型键-声子的材料中。 金刚石是导热性最强的。 在半导体中，在载流子浓度非常低的情况下，热导率主要由声子实现。 晶体越完美，其导热率越高。 单晶的导热性能比多晶好，因为晶界和晶体结构中的其他缺陷会散射声子并增加电阻。 晶格创建了一个周期性的能量空间，与非晶态相比，在该空间中电子或声子的热传递更加容易。 金属含有的杂质越多，晶粒越细，晶格越扭曲，导热系数就越低。 晶粒尺寸越大，导热系数越高。 与合金的基础纯金属相比，掺杂会导致固溶体晶格变形，并降低热导率。 代表多相（共晶、共析物）分散混合物的结构成分会降低导热率。 相颗粒分布均匀的结构具有比合金基体更低的导热率。 这种结构的限制类型是多孔材料。 与固体相比，气体是绝热体。 石墨具有高导热性。 当热量平行于基面的碳原子层传递时，石墨的热导率超过铜的热导率2倍以上 灰口铸铁中的支化石墨板具有单晶结构，因此具有高导热性。 具有相同石墨体积分数的球墨铸铁的球墨铸铁的热导率为 25...40 W/m*K，几乎是灰铸铁的一半。 加热时，不同等级钢的热导率会收敛。 玻璃具有低导热性。 聚合物材料导热性差；大多数热塑性塑料的导热率不超过 1,5 W/(mOK)。 如果金属的电子热导率为 le，则热导率可以与电导率相同的方式变化。 然后，合金的化学和相组成和结构发生的任何变化都会影响热导率和电导率（根据 Wiedemann-Franz 规则）。 随着合金的成分远离纯成分，热导率降低。 例外情况是，例如，铜镍合金，其中会出现相反的现象。 18. 膨胀法。 金属和合金的磁性。 测定方法 膨胀测量学——物理学的一个分支； 主要任务：研究外部条件（温度、压力、电场、磁场、电离辐射）对物体尺寸的影响。 主要研究主题：物体的热膨胀和由此产生的异常。 膨胀法。 当金属和合金受热时，物体的体积和线性尺寸会发生变化——热膨胀。 如果这些变化只是由于温度升高导致原子振动能量增加所致，那么当温度恢复到之前的水平时，物体的原始尺寸也会恢复。 如果在加热（或冷却）过程中体内发生相变，那么尺寸的变化可能是不可逆的。 通过特殊设备——膨胀计来研究与加热和冷却相关的物体尺寸的变化。 膨胀法是确定金属和合金的临界点、研究固溶体分解过程、确定硬化相存在的温度区间的方法。 这些仪器的优点是灵敏度高且读数不受温度变化率的影响。 电测量方法的高灵敏度被广泛用于研究金属和合金中发生的相变、精细结构缺陷等其他研究方法无法研究的现象。 使用各种桥式电路以及补偿方法测量电阻。 各种磁分析方法用于研究与从顺磁状态到铁磁状态（或反之亦然）的转变相关的过程，并且可以量化这些过程。 磁分析广泛用于解决实际冶金问题，例如研究热处理、变形和合金化对结构的影响。 也可以使用磁分析来解决一些更复杂的物理冶金问题。 内摩擦法是基于对固体内部机械振动的不可逆能量损失的研究。 使用这种方法，即使在没有其他方法适用的低温下，也可以高精度计算扩散系数； 确定固溶体浓度的变化； 杂质分布； 获取有关位错结构中的相和多晶型转变和变化的信息。 硬磁钢和合金用于制造永磁体。 对于永磁体，使用含 1% C、与铬 (3%) EX3 合金化以及同时与铬和钴合金化的 EX5K5、EX9K15M2 高碳钢。 合金元素增加矫顽力和磁能。 铝镍钴合金广泛用于工业。 合金坚硬、易碎且不可变形，因此磁铁是由它们通过铸造制成的，然后进行研磨。 材料分为抗磁体、顺磁体和铁磁体，这取决于它们的磁化率程度和符号。 抗磁体具有负磁化率。 它们的磁化方向与施加的磁场相反。 这导致该领域的弱化。 半导体（Si、Ge）、电介质（聚合物）、一些非过渡金属（Be、Cu、Ag、Pb）是抗磁体。 顺磁体具有低磁化，这是在外场的影响下发生的。 顺磁体是 K、Na、Al 和过渡金属 Mo、W、Ti。 铁磁体的特点是磁化率高。 其中包括：铁、钴、镍和钆。 特性：剩余感应Vg、矫顽力Hc和磁导率m = V/N。 残余感应 - 磁感应，由于其磁化和进一步退磁而保留在样品中。 矫顽力 - 施加于样品以使其退磁的相反符号的磁场强度。 磁导率是磁化强度的主要特征。 确定了初级磁化曲线 B = f(H) 的斜角的正切后，就可以计算出磁导率。 YUNDK15 合金含有 18-19% 的镍、8.5-9.5% 的铝、14-15% 的钴和 3-4% 的铜。 软磁钢（电工钢）（1212、1311、1511、2011、2013、2211、2312、2412、3415、3416、79NM、81NMA）用于制造直流和交流磁路。 用于制造直流电机的电枢和磁极、异步电机的转子和定子等。 电气工程、仪器制造、造船和特殊技术领域需要使用顺磁钢（17Kh18N9、12Kh18N10T、55G9N9Kh3、40G14N9F2、40Kh14N9Kh3YuF2等）。 这些钢的缺点是它们的屈服强度低（150-350 MPa），这使得它们难以用于高负载的机器零件。 19、产品运行中机械物理性能的价值 作为材料质量指标的特性 金属的性质分为物理性质、化学性质、机械性质和工艺性质。 物理性质包括：颜色、比重、可熔性、导电性、磁性、导热性、热容量、加热时的膨胀性。 具有化学-氧化性、溶解性和耐腐蚀性。 机械性——强度、硬度、弹性、粘度、可塑性。 对技术——淬透性、流动性、延展性、焊接性、机械加工性。 金属的强度是指其抵抗外力作用而不塌陷的能力。 硬度是一个物体抵抗另一个更坚固的物体渗透到它内部的能力。 弹性 - 金属在导致形状变化（变形）的外力作用终止后恢复其形状的特性。 粘度是金属抵抗快速增加（冲击）外力的能力。 粘度是与脆性相反的性质。 塑性是金属在外力作用下变形而不破坏并在外力停止后保持新形状的性质。 可塑性是弹性的相反性质。 现代金属测试方法有机械测试、化学分析、光谱分析、金相和 X 射线分析、技术样品、探伤。 这些测试提供了一个了解金属性质、结构、成分和特性以及确定成品质量的机会。 机械测试在工业中至关重要。 机器、机构和结构的细节在负载下工作。 零件上的载荷有多种类型：一些零件承受着不断作用在一个方向上的力，另一些零件受到冲击，而在另一些零件上，力的大小和方向或多或少经常发生变化。 机器的某些部件在腐蚀作用下承受高温负载； 这些部件在困难的条件下工作。 据此，已经开发了各种测试金属的方法，借助这些方法可以确定机械性能。 最常见的测试是静态拉伸、动态和硬度测试。 静态测试是指被测金属受到恒定力或非常缓慢增加的力的测试。 动态测试是这样的测试，其中被测试的金属受到快速增加的冲击或力。 此外，在某些情况下，还会进行疲劳、蠕变和磨损测试，从而更全面地了解金属的特性。 机械性能是足够的强度。 与其他材料相比，金属具有更高的强度，因此机器、机构和结构的负载部件通常由金属制成。 对于弹簧和弹簧的制造，使用具有高弹性的特殊钢和合金。 金属的可塑性使其可以通过压力（锻造、轧制）进行加工。 物理性质。 在飞机、汽车和轨道车结构中，零件的重量通常是最重要的特性，因此铝和镁合金在这里特别有用。 某些铝合金的比强度高于低碳钢。 可熔性用于通过将熔融金属倒入模具中来制造铸件。 低熔点金属（铅）用作钢的硬化介质。 一些复杂合金的熔点低，在热水中熔化。 这种合金用于铸造印刷矩阵，用于防火设备。 具有高导电性的金属用于电气工程，用于建造电力线，以及用于白炽电加热器的高电阻合金。 金属的磁性在电气工程（电动机、变压器）、电气仪器（电话和电报机）中起着主要作用。 金属的导热性使其能够产生均匀的加热，用于压力处理、热处理； 它提供了焊接金属及其焊接的可能性。 化学性质。 耐腐蚀性对于在高度氧化环境中运行的产品（炉篦、化工机械零件）尤为重要。 为了达到高耐腐蚀性，生产特殊的不锈钢、耐酸和耐热钢，产品也使用保护涂层。 20. 金属合金中的相类型。 相位规则； 杠杆法则 状态图是所研究系统的任何合金状态的图形表示，具体取决于其浓度和温度。 任何合金的研究都是从构建和分析相应系统的状态图开始的。 状态图使研究合金的相和结构成分成为可能。 使用状态图，可以确定热处理的可能性及其模式、铸造温度、热塑性变形。 在任何系统中，处于平衡状态的相数取决于内部和外部条件。 系统中发生的一切变化的规律都服从于一般的平衡定律，称为相位定律或吉布斯定律。 相规则表达了系统的自由度数 C（方差）、分量数 K 和系统处于平衡状态的相数 Ф 之间的关系。 自由度称为独立热力学参数，可以给定任意（在一定区间内）值，使相态不改变（旧相不消失，新相不出现）。 通常，金属和合金的所有转变都发生在恒定的大气压力下。 那么相位法则写为：C→K-F+1。 相位规则方程允许您纠正构造状态图的正确性。 相是系统的均质部分，通过界面与系统的其他部分（相）隔开，当通过该界面时，物质的化学成分或结构会发生突变。 均相液体是单相系统，两种晶体的机械混合物是两相系统，因为每种晶体在组成或结构上都不同于另一种，并且它们通过界面彼此分开。 组件是构成系统的物质。 状态图的构建是通过各种实验方法进行的。 经常使用热分析。 该体系选用了几种不同成分质量比的合金。 将合金放入耐火坩埚中并在炉中加热。 合金熔化后，将装有合金的坩埚缓慢冷却，冷却速率固定。 根据获得的数据，在时间-温度坐标中建立热曲线。 作为测量的结果，获得了一系列冷却曲线，在该曲线上在相变温度处观察到拐点和温度停止点。 与非相变相对应的温度称为临界点。 对应于结晶开始的点称为液相线点，对应于结晶结束的点称为固相线点。 根据所研究系统的各种合金获得的冷却曲线，在坐标中构建相图； 沿横坐标轴-组分浓度，沿纵坐标轴-温度。 在结晶过程中，相的浓度和各相的量都发生了变化。 在图中的任何一点，当合金中同时存在两相时，可以确定两相的数量及其浓度。 为此，使用杠杆规则或分段规则。 分段规则。 该图涵盖了其成分形成其几乎纯晶粒的混合物且互溶度可忽略不计的合金。 横坐标表示合金中组分B的百分比。 图中合金的相结构取决于温度。 随着组分彼此之间的热力学作用，它们转变为液态的温度降低，在为每对组分确定的组成处达到某个最小值。 合金的成分可以通过将点 C 投影到横坐标轴（点 Ve）上来确定。 在最低温度下熔化的两种成分的合金称为共晶或共晶。 共晶是两种成分的同时结晶的小晶粒的均匀混合物。 两种组分同时熔化或结晶的温度称为共晶温度。 在结晶过程中，给定组分系统的合金的定量变化遵循分段规则。 为了确定相中组分的浓度，一条水平线穿过一个表征合金状态的给定点，直到它与限制该区域的线相交； 交点在浓度轴上的投影显示了相的组成。 通过给定点画一条水平线，您可以确定相的数量比。 给定点和确定相组成的点之间的这条线段与这些相的数量成反比。 双状态图中的分段规则仅用于两相区域。 在单相区，只有一相； 该区域内的任何点都代表了它的集中度。 21、置换和插入的固溶体； 中间阶段； 上层建筑 固溶体是其中一个合金组分保持其晶格，而其他组分的原子位于第一个组分的晶格中，改变其尺寸（周期）的相。 由两种成分组成的固溶体具有一种晶格并代表一种相。 区分置换固溶体和间隙固溶体。 当形成置换固溶体时，溶解组分的原子取代了其晶格中溶剂的一些原子。 在纯金属结晶过程中，系统中有两个相：液体（熔融金属）和固体（凝固金属晶粒）。 在硬质合金中，相是纯金属晶粒、固溶体晶粒和化合物晶粒。 所有液态金属以任何比例溶解到另一种中。 作为溶解的结果，形成均匀的液体溶液，其中一种金属的原子在另一种金属的原子中均匀分布。 一些原子大小变化很大的金属在液态下不溶解，很少有金属在有限程度上以液态溶解。 在凝固过程中合金的形成过程中，成分的各种相互作用是可能的。 如果在结晶过程中均质原子之间的相互作用力大于异质原子之间的相互作用力，则在结晶后形成由纯金属晶粒组成的机械混合物。 在这种情况下，硬质合金中会出现一种纯金属的晶粒和紧邻它们的另一种纯金属的晶粒。 当合金中所含金属的性质存在很大差异时，就会发生这种形式的相互作用。 构成合金的物质之间的另一种相互作用形式是形成固溶体。 固溶体是其中组分之间的比例可以改变的固相。 在固溶体以及纯金属中，空间中的原子规则排列，形成晶格。 这就是它们与液体溶液的区别。 在固溶体中，组成合金的一种物质保留其晶格，而第二种物质失去了其晶体结构，以单个原子的形式分布在第一种物质的晶格中。 第一种物质是溶剂，第二种物质是可溶的。 取决于性质 可溶性元素的原子分布区分了间隙、取代和减去的固溶体。 不管固溶体的类型如何，它们的共同点是它们都是单相的并且以一定的浓度存在。 固溶体的特征是金属键。 在间隙固溶体中，可溶性元素的原子分布在溶剂金属的晶格中，占据其原子之间的位置。 早些时候注意到，在金属中，晶格中的原子彼此靠近，它们之间的空隙很小。 只有尺寸非常小的原子才能容纳在这样的空隙中。 一些准金属——氢、氮、碳、硼——具有最小尺寸的原子，它们与金属形成间隙固溶体。 但即使在这些元素中，原子的大小也有些超过金属晶格中原子间隙的大小，因此，当形成间隙固溶体时，晶格会发生变形并在其中产生应力。 在这种情况下，间隙固溶体的浓度不能很高：很少超过 1-2%。 在置换固溶体中，可溶性元素的原子代替了贱金属的原子。 外来原子可以在任何地方取代溶剂的原子，所以这种溶液称为无序固溶体。 可溶性元素的原子大小与溶剂原子的大小不同（或大或小），因此，当形成置换固溶体时，溶剂金属的晶格会发生轻微变形，但不会失去其基本结构. 替代固溶体可以是有限的，也可以是无限的。 无限溶解度的条件之一是尺寸因素：原子半径差异越大，溶解度越小。 随着取代固溶体中温度的降低，会发生原子重新分布的过程，因此溶解元素的原子将占据溶剂晶格中严格定义的位置。 这样的固溶体称为有序固溶体，它们的结构称为上层建筑。 无序状态到有序状态的转变温度称为库尔纳科夫点。 有序固溶体的特点是硬度更高、塑性和电阻更低。 它们可以被认为是固溶体和化合物之间的中间相。 22.液态和固态溶解度无限的体系； 共晶、包晶和单晶系统。 具有成分多态性和共析变换的系统 当两种组分具有相同的晶格并且组分的原子直径在尺寸上几乎没有差异时，固态的完全互溶性是可能的。 这种图具有简单的形式，由两条在纯组分 A 和 B 的结晶点处相交的液相线和固相线组成。所有合金都在一定的温度范围内（C = 1）凝固。 如果结晶过程在加速冷却的条件下进行，这通常发生在铸件和铸锭的生产过程中，那么在高于 t 的温度下析出的晶体成分的扩散均匀化3，没有时间发生，因此不仅在单个晶体中而且在每个晶体中都获得了不均匀的成分。 晶体的内部会富含耐火成分B，而外部则富含成分A。这种化学成分不均匀的现象称为 铸锭表面的第一个晶体将富集 B 组分，而在铸锭中间形成的最后一个晶体将富集 A 组分。结果，铸锭中出现宏观偏析。 偏析起到负面作用，尤其是在有害杂质分布不均的情况下。 有害杂质含量的增加会导致零件过早损坏。 有了相图，就可以追踪任何合金的相变，并指示在任何温度下相的组成和数量比。 这是通过两个简单的规则完成的。 随着温度的降低，析出晶体的化学成分沿固相线从 xе 最多 xс. 同时，液相的组成沿液相线从 xс 最多 xi 这为制定确定相组成的规则（浓度规则）和相的数量比（片段规则）提供了依据。 成分：A和B； 相：W，α，β，其中α是组分B的原子在组分A的晶格中的固溶体，β是组分A的原子在组分B的晶格中的固溶体。 根据这三个阶段的相互作用，两种类型的图表是可能的：共晶图表和包晶图表。 共晶状态图。 ALL线是液相线，EVSKE线是固相线。 VM 和 CG 线显示了组分的极限溶解度。 与前面的情况一样，任何合金的结晶过程都可以使用相规则和段规则来遵循。 系统是一组在一定外部条件（温度和压力）下处于平衡状态的固态或液态相。 不同的同素异形体通常由希腊字母 α、β、γ 的字母表示，它们作为索引添加到表示元素的符号中。 在最低温度下稳定的同素异形体用字母α表示，它在较高温度下存在，β，然后是γ。 由压力变化引起的同素异形转变的一个例子是碳晶体结构的改变，它可以以石墨和金刚石的形式存在。 多态性具有重要的实际意义。 利用这种现象，可以通过热处理强化或软化合金。 具有重要实际意义的是其中一种或两种组分具有多晶型转变的合金。 在这些合金中，作为热处理的结果，可以获得具有新性能的结构的亚稳态。 该体系所有合金在一定温度范围内结晶后，形成固溶体γ，当温度降至t以下时，固溶体γ3 经历共析转变 γC → 一个E +β 所得两种固相的混合物称为共析体。 由于各组分在固溶体α和β中的溶解度不同，进一步冷却后固溶体β二次沉淀II 和αII. 有些元素会根据外部条件（温度和压力）的变化来改变其晶体结构，即晶格类型。 物质以各种晶体形式存在，取决于外部条件，是由其倾向于自由能供应较少的状态决定的。 这种现象称为多态性或同素异形性。 每种类型的晶格代表同素异形变体或变体。 每种修饰都有其稳定的温度范围。 在金属的多晶型转变中，温度是最重要的。 一种同素异形体向另一种同素异形体的转变发生在一个恒定温度下，称为多晶型转变温度，并且伴随着热效应，类似于熔融-固化或蒸发-冷凝现象。 这是由于晶格的重排需要花费一定的能量。 原子体积以及相应的各种修饰的总能量通常差别不大，但也有例外。 23. 三重共晶体系，固态成分几乎完全不溶解； 等温和多温部分 二元合金的状态图建立在平面上：沿横坐标轴绘制成分浓度，沿纵坐标轴绘制三元合金的温度。 更常见的是空间图像。 一个等边三角形，称为集中三角形，被用作图表的基础。 温度沿垂直于浓度三角形平面的轴绘制。 三角形的顶点对应于所研究系统的纯组分 A、B 和 C 对应的浓度。 在三角形的边上，绘制了相应的两个组分的浓度：A-B、B-C、C-A。 三角形内的每个点对应于某些特定三元合金的成分。 合金的成分是根据众所周知的等边三角形定理确定的，从位于三角形内部的任何点 K 到其两侧的三个垂线之和等于三角形的高度。 三角形的高度取为 100%，则垂线 Ka、Kc 和 Kb 将表征三元合金各个组分的浓度。 各分量的量由降低到对侧的垂线的值决定，即分量C的量由垂线Kc、分量A-Ka、分量B-Kb确定。 更常见的是，合金的成分不是由垂线的值决定的，而是由平行于三角形边的线在三角形边上截断的线段的值决定的，即沿着段Aa、Be和CJ。段Ad对应组分B、段Be-组分C.和段C^组分A的浓度。浓度按顺时针方向确定，但也可以按顺时针方向确定相反的方向。 三元合金中组分的相互作用类似于双元合金：可以形成机械混合物、固溶体和化合物：可以发生共晶和包晶反应、可以进行多晶型转变。 不同之处在于，在二元系统中，变换由线和点表示，而在三元系统中，变换由平面和线表示。 例如，不是液相线，而是液相线面（或固相线面），不是共晶线，而是共晶面。 双共晶的组成不是由点决定，而是由线决定。 并且只有三重共晶通过点投影在三角形平面上。 所有这一切都可以通过研究三种成分的合金状态的两个典型图来追踪。 与双图不同，三元图可以对实际技术合金进行相和结构分析，通常是三组分或更多组分。 三元系统的模型是一个位于等边三角形上的三面棱柱。 棱镜的上部是液相面。 在三元系统中，所有三种组分在液态和固态下都无限溶解，液相线表面具有最简单的形式 - 它是从三个侧面切割的扁豆颗粒的表面。 在所有其他情况下，该表面都是复杂的，由多个相交表面组成，因此三元系统的研究存在一定的方法学困难。 三面棱柱的底面是一个等边三角形，其上用二元系统状态图的侧面标记浓度，高度为温度。 选择等边三角形的原因在于，在该三角形中，所有组分的浓度可以以相同的比例显示。 该三角形的顶点是合金的成分 A、B 和 C，即分别为 100% A、100% B 和 100% C。 二元合金的浓度标注在三角形的各边上，三元合金的浓度表示为三角形区域内的点。 有多种方法可以确定任何三元合金的浓度。 要确定 A 成分的百分比，需要从 K 点画一条与三角形的对边 (BC) 平行的直线，直到它与该边（即 A 成分的比例）相交。 求 B 成分的百分比，需要从K点平行于对边（AC）画一条直线，直到与AB边相交——B分量的比例。同理，可以设置C分量的百分比。请记住，总浓度A+B+C≥100%。 为了解释三元系统中的相变，使用了垂直（多热）和水平（等温）截面。 每个水平部分都表征了所选温度下的平衡状态，可用于定量计算。 表示相平衡组成的点位于剖面上。 垂直部分显示了在一定范围的组分浓度下，合金在加热或冷却过程中的相变顺序。 没有关于这些横截面上相的平衡组成的信息。 24.杠杆的法则和三角形的重心 使用相图，不仅可以确定任何温度下的相数，还可以确定它们的组成和数量比。 为此，请应用分段规则（杠杆规则）。 该规则可用于合金处于两相状态的图表。 分段的第一条规则是确定相的组成。 图中合金的相结构取决于温度。 随着组分彼此之间的热力学作用，它们转变为液态的温度降低，在为每对组分确定的组成处达到某个最小值。 合金的成分可以通过将点 C 投影到 x 轴（点 B 3）上来确定。 在最低温度下熔化的两种成分的合金称为共晶或共晶。 共晶是两种成分的同时结晶的小晶粒的均匀混合物。 两种组分同时熔化的温度称为共晶温度。 在状态图上，合金处于液态时的温度位于 DIA 线上，称为液相线。 在结晶过程中合金从液态到固态的转变发生在位于液相线和共晶温度之间的温度范围内，这对应于 DCE 固相线。 在这种情况下，随着温度的降低，各合金中的成分，其量超过共晶浓度的成分首先进入固相。 在亚共晶合金中，两相区ACD包含过量组分A和液相G，而在过共晶区BSE中分别有固相B和液相液相。 在这两种情况下，G 相都是两种组分的液体溶液。 随着温度的降低和接近，非晶相的成分接近于共晶，此时合金与共晶的成分差异越小，其液相线越低，其中凝固的共晶越多。 在结晶过程中，给定组分系统的合金的定量变化遵循分段规则。 属性所依赖的每个结构成分的量可以通过与共晶温度相关的片段规则来计算。 在评估强度性能时，应牢记以共晶为代表的合金部分比以过量相的较大晶粒为代表的部分具有更高的强度。 确定合金在 n 点在不同温度下的相组成。为此，通过点 n，它表征了该合金在温度 t 下的状态n，有必要画一条水平线（konoda），直到它与界定这个两相区域的状态图的线相交。 交点 l2 和2 投影到浓度轴上。 点投影 l2 l 点2 将显示液相的组成，以及点 s2 - 点 s2 - 固相。 为了确定任何温度下相的组成，需要通过该点绘制圆锥曲线，并将与液相线和固相线的交点投影到浓度轴上。 液相的成分沿着液相线变化，固相的成分沿着固相线变化。 在低于固相线的温度下，所考虑系统的所有合金的相组成均由两种成分的晶粒组成：A+B。 任何合金中都存在构成共晶的小晶粒 A 和 B，而在亚共晶和过共晶合金中则分别存在过量相的大晶粒 - 组分 A 或 B。 使用分段规则的第二个位置，确定任何温度下相的数量比。 相的数量（质量）与传导的conode的段成反比。 分段规则（杠杆）允许您确定处于结晶区间的合金的固相和液相的成分和数量。 从状态图中，人们不仅可以确定特定合金在给定温度下的相数，还可以确定每个相的相对量。 为了确定相数，例如，含有72％Sb的合金Pb-Sb，在给定温度下，需要从浓度轴上对应于72％Sb含量的点绘制垂线，以及对应于给定温度t的水平线屁股. 由于线相交，我们得到点 K。我们继续通过点 K 的水平线，直到它与图中的线相交，我们得到点 l 和 S。点 l 对应于液相的液相合金（位于液相线），纯锑的温度）。 杠杆规则。 1、固相量等于与液相相邻的臂长与整个杠杆长度之比。 2、液相的量等于与固相相邻的臂的长度与整个杠杆长度的比值。 25. 机械和物理性能对各种系统组成的依赖性 属性是一种材料的定量或定性特征，它决定了它与其他材料的共性或差异。 主要有三组特性：操作性、技术性和成本，它们是材料选择的基础，决定了其使用的技术和经济可行性。 性能属性是最重要的。 机器和产品的许多部件的性能提供了一定程度的机械性能。 机械性能表征材料在外部载荷作用下的行为。 由于机械零件的载荷条件极其多样，机械性能包括一大组指标。 一组单独的机器零件的性能不仅取决于机械性能，还取决于对化学活性工作环境作用的抵抗力。 如果这种影响变得显着，那么材料的物理化学特性——耐热性和耐腐蚀性——就变得决定性的。 机械性能表征材料对变形、破坏的抵抗力，或其在破坏过程中的行为特征。 这组特性包括强度、刚度（弹性）、塑性、硬度和粘度的指标。 此类指标的主要组是机械性能的标准特性，它们是在实验室条件下对标准尺寸的样品确定的。 在此类测试中获得的机械性能指标评估材料在外部负载下的行为，而不考虑零件的设计及其操作条件。 此外，还确定了结构强度指标，这些指标与特定产品的使用性能具有最大的相关性，并评估材料在工作条件下的性能。 材料的机械性能表征了它们在机械负载影响下运行的产品中使用的可能性。 此类性能的主要指标是强度参数、硬度和摩擦学特性。 它们不是材料的“纯”常数，但它们在很大程度上取决于样品表面的形状、尺寸和状态，以及测试模式，主要是加载速率、温度、接触介质和其他因素。 金属的高硬度在切削产品的制造中很重要。 大多数情况下，工具钢用于此类产品。 强度 - 材料抵抗破坏的特性，以及在外部载荷影响下不可逆的形状变化。 这是由于构成材料的原子粒子的相互作用力。 如果我们忽略周围原子的影响，两个相邻原子相互作用的强度取决于它们之间的距离。 变形是材料中颗粒相对排列的变化。 其最简单的类型是：拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切。 变形——由于变形而导致样品或其部件的形状和尺寸发生变化。 比例极限是应力和应变之间的线性关系的偏差达到规范规定的某个值时的应力。 使用材料时要考虑的重要材料物理特性是密度、热容、导热率、热膨胀和导电率。 铁、镍、钴及其合金以及铁氧体的特殊磁性，使它们成为一组具有特殊价值的材料 - 铁磁体和亚铁磁体。 物理性质由原子间键的类型和材料的化学成分、温度和压力决定。 对于大多数材料加工过程，压力不超过 500 MPa。 这种压力实际上不会影响物理特性的值。 存在依赖于和独立于材料结构的物理特性。 后者的数值仅由材料的化学成分和温度决定。 金属的物理性质——颜色、密度、熔点、导热性和导电性、磁化能力等。例如，铜是红色金属，断口呈粉红色； 银白色铝； 铅是浅灰色的。 物理性质的一个重要特征是导电性。 铜的导电率仅次于银。 铝的密度较低，因此由铝及其合金制成的零件广泛应用于汽车和拖拉机制造中。 铜和铝具有高导电性，用于制造导体（变压器绕组、电源线）。 产品或零件的重量也起着重要作用并充当主要特征。 26. 根据状态图分析选择特定用途的合金 纯金属用于电气和无线电工程（导体、电真空）。 主要的 结构材料为金属合金。 合金是两种或两种以上元素（成分）熔合而成的物质。 主要由金属元素制成并具有金属性能的合金称为金属合金。 伪合金——通过烧结、升华、电解产生的合金。 金属合金可以通过粉末冶金、扩散等方法获得。 金属合金在技术中的主要用途是因为它们比纯金属具有更有价值的机械、物理和技术性能复合物。 合金理论中的主要概念有：系统、成分、相、方差。 系统 - 一组分配用于观察和研究的机构。 在金属科学中，系统是金属和金属合金。 纯金属是一个简单的系统。 合金由两种或多种成分组成，是复杂的系统。 成分被称为构成系统的物质，数量较少。 在金属合金中，成分可以是元素（金属和非金属）和化合物。 相是系统的均质部分，通过界面与系统的另一部分（相）隔开，当通过该界面时，化学成分或结构会发生突变。 例如，在纯金属的结晶过程中，系统中有两相：液态（熔融金属）和固态（固化金属颗粒）。 在硬质合金中，相可以是纯金属晶粒、固溶体晶粒和化合物晶粒。 方差 - 可以随着系统中恒定数量的相而改变的内部和外部因素的数量。 所有液态金属以任何比例溶解到另一种中。 作为溶解的结果，形成均匀的液体溶液，其中一种金属的原子在另一种金属的原子中均匀分布。 由于这种相互作用，在实践中，为了使合金中的物质均匀分布，通常会采用熔化它们的方法。 只有极少数金属，主要是原子大小非常不同的金属，在液态下不溶解。 此外，很少有金属在有限程度上以液态溶解。 在凝固过程中合金的形成过程中，成分的各种相互作用是可能的。 如果在结晶过程中均质原子之间的相互作用力大于异质原子之间的相互作用力，则在结晶后形成由纯金属晶粒组成的机械混合物。 在这种情况下，硬质合金中会出现一种纯金属的晶粒和紧邻它们的另一种纯金属的晶粒。 当合金中所含金属的性质存在很大差异时，就会发生这种形式的相互作用。 构成合金的物质之间的另一种相互作用形式是形成固溶体。 固溶体是其中组分之间的比例可以改变的固相。 在固溶体中，就像在纯金属中一样，空间中的原子规则排列，形成晶格。 这就是它们与液体溶液的区别。 在固溶体中，组成合金的一种物质保留其晶格，而第二种物质失去了其晶体结构，以单个原子的形式分布在第一种物质的晶格中。 第一种物质是溶剂，第二种物质是可溶的。 根据可溶元素原子分布的性质，可以区分间隙固溶体、取代固溶体和减法固溶体。 固溶体还根据组分的溶解程度分为组分溶解度有限和溶解度无限的溶液。 状态图的构建是通过各种实验方法进行的。 最常用的方法是热分析。 该方法的实验实质如下。 该系统的几种合金是根据其成分的不同质量比选择的。 有合金 - 当无法溶解固态成分时形成的机械混合物。 这些成分不能通过化学反应形成化合物。 机械混合物包括具有不同特性和结构的元素。 合金的成分包括形成晶格的成分的晶体。 化合物是由含有不同原子的不同元素形成的合金，它们之间的相互作用力远高于同质原子之间的相互作用力。 27、铁的结构和性能； 亚稳态和稳定的铁碳相图。 碳钢结构的形成。 按结构测定钢中碳含量 铁和碳的合金是最常见的金属材料。 铁碳状态图给出了铁碳合金（钢和铸铁）的结构的概念。 纯铁是一种银光金属，几乎不受氧化影响。 原子序数26，原子量55,85。 从技术上讲，纯铁含有所有杂质的 0,10-0,15%。 铁的性质取决于其纯度。 熔点 - 1539°C，密度 - 7,85 g/cm3. 铁的硬度和强度低，延展性好。 纯铁不如铸铁或钢耐用。 铁与许多元素形成溶液：与金属形成替代溶液，与碳、氮和氢形成间隙溶液。 碳在铁中的溶解度取决于铁的晶型。 当碳溶解在铁中时，会形成固溶体。 铁素体是通过将碳溶解在铁的低温变体中而获得的溶液。 它的特点是硬度低，延展性高。 碳溶解在铁的高温改性中，形成塑性奥氏体。 碳在自然界中以两种变体的形式存在：具有复杂立方晶格的金刚石形式和具有简单六方晶格的石墨形式。 渗碳体是碳含量为 6,67% 的碳化铁。 又脆又硬。 在金属中存在大量硅的情况下，不会发生渗碳体的形成。 在这种情况下，碳转化为石墨（灰铸铁）。 Fe - C（渗碳体）图中的碳含量限制为 6,67%，因为在此浓度下会形成一种化合物 - 碳化铁 (FeзC) 或渗碳体，这是该图的第二个组成部分。 重铁系3C是亚稳态的。 渗碳体而不是石墨的形成使自由能获得较小的增益，但碳化铁的动力学形成更有可能。 A点（1539°C）对应于铁的熔点，D点（1500°C）对应渗碳体的熔点，N点（1392°C）和G点（910°C）对应于多晶型转变。 铁碳合金是钢和铸铁，是机械工程和现代技术中使用的主要材料。 钢是广泛用于制造机器零件、飞机、仪器仪表、各种工具和建筑结构的主要金属材料。 钢的广泛使用是由于机械、物理化学和技术性能的复杂性。 钢结合了高刚性与静态和循环强度。 这些参数是通过改变碳、合金元素的浓度以及热处理和化学热处理技术来改变的。 通过改变化学成分，可以获得具有不同性能的钢，并将其用于许多技术分支和国民经济。 碳钢根据碳含量、用途、质量、脱氧程度和平衡状态的组织进行分类。 根据含碳量，钢分为低碳（<0,3% C）、中碳（0,3-0,7% C）和高碳（> 0,7% C）。 根据用途，钢分为结构钢和工具钢。 结构钢代表最广泛的类别，用于制造建筑结构、机器零件和设备。 这些钢包括胶结钢、改进钢、高强度钢和弹簧钢。 工具钢分为切削用钢、量具用钢、冷、热（最高200℃）变形模具用钢。 钢材按质量分为普通钢、优质钢、优质钢。 钢的质量是由其生产的冶金工艺决定的一组性能。 钢的化学成分、组织和性能的均匀性及其制造性能，在很大程度上取决于气体（氧、氢、氮）和有害杂质——硫、磷的含量。 气体是潜伏性的，难以定量测定杂质，因此，有害杂质含量的标准作为钢材质量分离的主要指标。 普通质量的钢只有碳（最高0,5% C），高质量和高质量——碳和合金。 根据脱氧程度和凝固性质，钢分为平静钢、半平静钢和沸腾钢。 合金钢是由平静的碳钢制成的——平静的、半安静的和沸腾的。 根据平衡状态下的组织，钢分为： 1）亚共析，组织中有铁素体和珠光体； 2) 共析体，其结构由珍珠岩组成； 3）过共析，组织中有珠光体和次生渗碳体。 28. 结构和工具碳钢。 标记、应用 碳素结构钢分为普通优质钢和优质钢。 普通钢种St0、St1、St2、...、St6（数量增加，含碳量增加）。 普通质量的钢，尤其是沸腾的钢，是最便宜的。 由普通质量的钢制成热轧普通钢：梁、棒材、板材、管材。 钢用于焊接和螺栓结构的施工。 随着钢中碳含量的增加，可焊性变差。 碳含量较高的 St5 和 St6 钢用于不进行焊接的建筑结构元件。 优质碳素钢的熔炼是在严格的炉料成分和熔炼和铸造条件下进行的。 优质碳素钢标有数字08、10、15、...、85，以百分之一表示平均碳含量。 低碳钢具有高强度和高延展性。 未经热处理的钢用于轻载零件、关键焊接结构以及通过渗碳硬化的机器零件。 中碳钢（0.3-0.5% C）30、35、...、55在正火、改进和表面硬化后使用。 这些钢具有较高的强度和较低的延展性，它们用于制造不需要淬透性的小型或大型零件。 碳含量高的钢具有高强度和耐磨性。 弹簧和弹簧、锁紧垫圈、轧辊由这些钢制成。 结构强度是确保材料在其工作条件下长期可靠运行的机械性能的综合体。 结构强度是考虑到结构、冶金、技术和操作因素后的结构材料的强度。 考虑四个标准：材料的强度、材料在该结构的操作条件下的可靠性和耐用性。 强度——物体抵抗变形和破坏的能力。 可靠性——产品在规定的时间内执行指定功能并保持其性能的属性。 设计的可靠性是指其在设计情况之外工作的能力。 可靠性的主要指标是材料的粘度裕度，它取决于成分、温度、载荷条件、裂纹扩展过程中吸收的功。 材料的抗脆性断裂是决定结构可靠性的最重要特征。 耐用性 - 产品将性能保持在极限状态（无法进一步操作）的特性。 耐久性取决于其操作条件（这些是摩擦期间的耐磨性和接触强度，材料对在滑动滚动摩擦期间发生的表面磨损的抵抗力）。 工具钢用于制造切削、测量工具和冷热变形模具。 该工具的主要性能是耐磨性和耐热性。 工具的耐磨性需要高的表面硬度，并且钢材必须坚固、坚硬且坚韧以保持工具的形状。 切削刀具可能的加热温度取决于钢的耐热性。 碳素工具钢是最便宜的。 它们主要用于制造低责任切削刀具和规定尺寸的模具设备。 生产高质量（U1435、U74、U7）和高质量（U8A、U9A、U7A）碳钢（GOST 8-9）。 品牌中的字母U表明该钢是碳钢，图中显示的是平均碳含量，以百分之十分之一为单位。 品牌末尾的字母A表明钢材品质优良。 碳钢在退火成粒状珍珠岩后交付。 由于交货状态下的硬度较低（HB 187-217），碳钢具有良好的机械加工和变形性能，这使得可以使用滚花、开槽等高性能刀具制造方法。 钢种U7、U8、U9为簧片在275-350℃进行完全淬火和回火； 由于它们更粘稠，它们被用于生产木工、管道、锻造和压制工具。 过共析钢种 U10、U11、U12 经受不完全硬化。 这些品牌的工具增加了耐磨性和高硬度。 过共析钢用于制造测量工具（量规）、切削工具（锉刀、钻头）以及在低负载下运行的冷镦和拉丝模具。 工具碳钢的缺点是当加热到 200°C 以上时会失去强度（缺乏耐热性）。 由这些钢制成的工具用于以低切削或变形速度加工软材料。 29. 白色、灰色、半边、球墨铸铁和可锻铸铁 微观结构的形成、性质、标记和应用 铸铁是铁和碳的合金。 铸铁含有 2,14% 的碳，是一种比钢便宜的材料。 它具有低熔点和良好的铸造性能。 用铸铁制造比用钢制造更复杂形状的铸件是可能的。 铸铁的铸造组织含有应力集中体，可能是缺陷：气孔、偏析不均匀、微裂纹。 白口铸铁因断口呈哑白色而得名。 该铸铁中的所有碳均以渗碳体的形式处于结合状态。 相变按照状态图进行（Fe - Feз和）。 白口铸铁根据碳含量分为： 亚共晶（珍珠岩 + 莱氏体）； 共晶（莱氏体）； 过共晶（初生渗碳体+莱氏体）。 这些铸铁由于渗碳体含量而具有较高的硬度； 它们非常脆弱，不用于制造机器零件。 白口铸铁铸件用于通过石墨化退火生产球墨铸铁零件。 冷激铸铁的表层（12-30 毫米）为白口铸铁结构，芯部为灰口铸铁。 表面的高硬度使其能够很好地抵抗磨损。 冷硬铁的这些特性用于制造薄板轧机辊、轮、轧机球、闸瓦和其他零件。 白口铸铁根据铁-渗碳体合金系统的状态图结晶。 白口铸铁的成分中含有大量的硬脆渗碳体是这些铸铁难以加工的原因。 它们用于铸造零件并随后退火球墨铸铁，以及铸造轧辊和车轮。 灰口铸铁（技术）得名于断裂类型，呈灰色。 石墨存在于灰口铸铁的组织中。 铸铁的结构由金属基体和石墨组成，其性能取决于这两种成分。 石墨的机械性能低。 随着铁碳合金的缓慢冷却，石墨被释放出来。 在工业中，使用亚共晶灰（铸造）铸铁。 由铁素体和石墨组成的灰口铸铁被称为铁素体，因为它的金属基体是铁素体。 在合金非常缓慢的冷却过程中，所有石墨形式的碳都会释放出来； 如果结晶过程中的冷却速度（一次和二次）增加，则释放的不是石墨，而是渗碳体。 铸铁，含磷高达 1,2%，用于艺术铸造、管道。 灰铸铁打标。 根据GOST，铸件中的铸铁用字母SCh加上两个数字标记：第一个数字表示抗拉强度（σpch) 第二个是伸长率 (σ)，单位为％。 半铸铁由珠光体、莱氏体和片状石墨组成。 结合了两种颜色 - 灰色和白色。 球墨铸铁是石墨为球状的铸铁。 通过改性来提高铸铁的强度和延展性，从而确保生产球状（球状）石墨而不是层状石墨。 球墨表面与体积的关系较小，决定了金属基体的最大连续性和铸铁的强度。 这种形式的石墨是通过将镁 (M) 或铈 (Ce) 添加到液态铸铁中而获得的。 球墨铸铁具有铁素体或珠光体基体。 铁素体铸铁增加了延展性。 根据 GOST，铸铁用数字表示：第一个数字表示抗拉强度（σpch)，第二个是伸长率 (σ)，单位为％。 通过对合金铸铁进行改性可以实现更高的强度。 球墨铸铁代替钢用于制造机器零件、锻造和压制设备，这些设备在轴承中在高压和高压下运行； 曲轴，齿轮，联轴器，而不是球墨铸铁，用于制造后轴汽车。 可锻铸铁——石墨片铸铁，软质和球墨铸铁的代号，由白口铸铁经特殊热处理而得； 它不经过锻造，具有很高的可塑性。 球墨铸铁由钢基组成，并含有石墨形式的碳。 石墨呈圆形的夹杂物形式，相互隔离，与金属基体分离较少，合金具有显着的韧性和塑性。 球墨铸铁的性能取决于石墨夹杂物的大小（这些夹杂物越小，铸铁越强），但它们取决于其金属基体的结构，可以是铁素体、珠光体或混合型。 根据铸铁的成分和热处理方法，可得到两种类型的球墨铸铁：黑心和白心。 可锻铸铁是一种较便宜的材料，具有良好的机械性能，可用于农业工程、汽车工业、汽车制造和机床制造。 30、热处理对提高结构材料质量的作用 获得结构合金必要的机械性能和其他性能的主要先决条件是在其开发和冶炼过程中奠定的。 所需性能的实现是在后续加工阶段进行的，目的是使合金不仅具有图纸规定的形状和尺寸，而且具有合理的内部结构，应将其理解为结构相成分和位错结构，所需性能的复杂性直接取决于它们。 合金加工最重要的阶段是热处理和表面硬化。 热处理可在零件的整个体积内提供给定水平的性能，而表面硬化则仅在零件表面的某些负载最重和磨损严重的区域提供。 热处理的基本规则由 D.K. Chernov 并由 A.A. 补充。 博赫瓦罗夫，G.V. 库尔久莫夫，AP 古利亚耶夫。 热处理被理解为对合金进行加热和冷却的复杂操作，根据一定的制度进行，以改变其结构并获得所需的性能。 热处理的基础是合金的结构相组成和位错结构的变化，这可以通过利用合金中存在同素异形转变或组分随温度而定的有限互溶性等关键因素来实现。 . 旨在显着改变合金的相和位错结构并获得一组最佳操作性能的所有现有类型的热处理都是基于使用上述因素之一。 在没有它们的情况下，热处理只能获得非常有限的结果。 两种最常见的热处理类型。 其中之一是基于合金中由于存在同素异形转变而导致的转变特性的使用，另一个是基于加热和冷却过程中组分彼此之间的可变溶解度。 在这两种情况下，保证预期结果的热处理技术的根本基础是其模式。 它包括以下要素：加热温度、加热到给定温度的速度、在该温度下的保持时间和冷却速度。 热处理可以是初步热处理和最终热处理。 初步热处理用于材料需要为进一步的技术影响（压力、切割等）做好准备的情况。最终热处理用于准备成品材料的性能。 表征热处理模式各元素的具体值取决于被加工合金的化学成分、零件的尺寸以及所执行热处理类型的目的。 通过改变这些值，可以显着改变合金的相和位错结构并赋予其所需的性能。 合金中发生转变的性质以及热处理后获得所需结构的可能性取决于加热温度。 根据合金的化学成分和热处理的目的来选择。 加热速率的选择应确保最小的加热时间损失，同时，其值应排除工件中可能导致零件翘曲和开裂的危险热应力的发生，这是观察到的当加热太快时。 加热速率取决于加工合金的热导率，而热导率又取决于其化学成分。 随着组合物的复杂化，热导率劣化。 因此，将成分不利的合金加热到一定的温度是非常缓慢的，然后是加速的。 零件在达到规定温度后的保温时间应足以使其在最大截面中从表面加热到核心，以及在合金中完全完成具有扩散性质的那些结构相变，它应该在给定的温度下发生。 热处理过程中的冷却速率是该状态的一个非常重要的元素，合金获得的相和位错结构的特征取决于该状态。 合金中发生必要的转变应该足够了，但不能太大，以避免可能导致零件开裂或变形（翘曲）的危险热应力和相应力。 热处理用于改进结构材料，特别是钢。 热处理的时间直接取决于被加工材料和零件的尺寸。 31. 热处理在结构材料毛坯及制品生产技术中的应用 最具特色和研究最充分的工艺是钢的热处理。 该过程基于其中存在同素异形转变，这种转变发生在某些临界温度区域的加热和冷却过程中。 由于同素异形体的存在，钢中的受控结构相过程可提供所需的相和位错结构。 结构强度是确保材料在其工作条件下长期可靠运行的一组特定机械性能。 结构强度是结构材料的强度，考虑到结构、冶金、工艺和操作等因素，这是一个复杂的概念。 据信，至少必须考虑四个标准：结构的刚性、材料的强度、材料在该结构的操作条件下的可靠性和耐久性。 结构刚度。 对于结构的许多动力元件——框架、纵梁、平板、圆柱壳等——决定它们性能的条件是局部或总体刚度（稳定性），由它们的结构形状、应力状态方案等决定作为材料属性。 材料刚度的指标是纵向弹性模量 E（刚度模量）——一种结构不敏感的特性，仅取决于材料的性质。 主要结构材料中，钢的E模量值最高，而镁合金和玻璃纤维的值最低。 然而，当考虑到它们的密度并使用比刚度和稳定性标准时，对这些材料的评估会发生显着变化。 当根据这些标准进行评估时，根据形状和应力状态进行选择，在许多情况下最有利的材料是镁合金和玻璃增强塑料，最不利的是碳钢和合金钢。 强度——身体抵抗变形和破坏的能力。 大多数强度规格是通过静态拉伸试验确定的。 这些特性取决于结构和热处理。 在评估结构材料的实际强度时，应考虑材料的塑性特性、粘度，因为这些指标主要决定脆性断裂的可能性。 这也适用于高强度材料，因为强度高，容易发生脆性断裂。 可靠性——产品执行指定功能的属性，同时在要求的时间段或要求的运行时间内将其性能保持在指定的限度内。 结构的可靠性还在于其在设计情况之外工作的能力，例如承受冲击载荷的能力。 可靠性的主要指标是材料的粘度裕度，它取决于成分、温度（冷脆阈值）、加载条件、裂纹扩展过程中吸收的功。 材料的抗脆性断裂是决定结构可靠性的最重要特征。 耐用性 - 产品将性能保持在极限状态（无法进一步操作）的特性。 结构的耐久性取决于其工作条件。 首先，这些是摩擦期间的耐磨性和接触强度（材料对在滑动滚动摩擦期间发生的表面磨损的抵抗力）。 此外，产品的耐用性取决于耐用极限，而耐用极限又取决于表面状态和材料的耐腐蚀性。 在材料热处理过程中，使用特殊设备：电炉、气焰炉和提升炉、淬火槽、盐浴等。 热处理的主要类型：体积、表面、局部硬化； 正火、均质、再结晶退火、化学热处理和激光热处理； 通过电脉冲场硬化； 应用塑性变形时的热处理，以及冷处理。 结构钢是用于生产各种机器零件和任何结构的钢。 那些用于建造结构或结构的钢材称为建筑钢材。 结构钢包括合金钢和碳钢。 在机械工程中，结构合金钢GOST 4543-71应用广泛，有：铬、锰、铬-硅、铬-硅-锰、铬-镍等。根据技术特性，这些钢分为渗碳钢钢、渗氮用钢、热处理改进钢、空气硬化钢等。 32. 第一类退火。 非平衡结晶 这种类型的热处理适用于任何金属和合金。 它的实施不是由于固态的相变。 第一种退火过程中的加热，增加原子的迁移率，部分或完全消除化学不均匀性，减少内应力，即有助于获得更平衡的状态。 在这种退火过程中，加热温度和在该温度下的保持时间是最重要的，因为正是这些参数决定了消除平衡状态偏差的过程速率。 第一种退火的加热和冷却速度是次要的。 第一种退火有以下几种类型：扩散退火（均质化）用于消除合金结晶过程中发生的化学异质性（树枝状偏析）。 化学成分的排列是由于扩散过程而发生的，扩散过程的速率取决于温度。 再结晶退火是在冷塑性变形（加压冷加工）后进行再结晶退火，以消除加工硬化并获得合金的平衡状态。 由于再结晶，在变形的金属中形成了新的晶粒，消除了应力，恢复了金属的塑性。 退火以减轻锻造、焊接、铸造过程中产生的应力，这些应力会导致翘曲，即形状、尺寸的变化，甚至产品的破坏。 非平衡结晶。 扩散过程进行得很慢，因此，在真正的冷却条件下，每个晶体和不同晶体内部的成分没有时间均衡，不会相同。 如果在冷却过程中可能发生固溶体分解，则状态图显示该过程在最慢冷却时开始。 随着冷却速度的增加，过量相开始析出的温度降低，析出相的量减少，当确定较高的冷却速度时，没有析出的固溶体完全过冷到室温。 通过调节冷却速度，可以实现不同程度的分解，直至完全抑制。 这种过饱和溶液是不稳定的。 如果过冷溶液的原子的热迁移率不足，那么过饱和状态可以无限期地持续下去。 否则，随着时间的推移，过饱和溶液会随着过量相的释放而逐渐分解。 这个过程会随着温度的升高而加速。 在高温下形成的第二相，在固溶体的缓慢冷却或淬火（过饱和）固溶体的高二次加热过程中，不仅尺寸较大，而且与母相的取向无关。 属于旧相的原子层与属于新相晶格的原子层接壤。 对于低温沉淀的情况，新的β相相对于初始β相以某种方式取向，使得原子的边界层平等地属于两个晶格。 这种晶格的接合称为相干的。 在具有相干耦合的界面处，应力出现并保持越大，共轭晶格的结构（在界面平面中）的差异就越大。 如果合金的温度升高，那么由于原子热迁移率的增加和相界处应力的存在，共格键断裂（共格破坏现象），亚稳相进入稳定的β相，β相的层状晶体生长，趋于呈圆形。 当这些过程完成时，结构和相组成将与缓慢冷却的情况相同。 通过快速冷却固定不稳定状态的过程称为淬火，随后逐渐接近平衡状态（通过加热或长时间暴露）的过程称为回火和时效。 通过合金对平衡状态的不同程度的逼近而实现的这种结构的多样化变化导致性能的多样化变化，这就是广泛使用基于非平衡过程的热处理的原因结晶。 合金是由元素周期表中的两种或多种元素组成的物质。 它们是通过烧结或熔合获得的。 成分是形成合金的物质。 相是系统的空间有限且独特的部分，具有自己的晶格和属性。 均质物质有一个相，而异质物质有多个相。 结构 - 金属的结构，其中可以区分各个相、它们的形状、大小和相对位置。 结构影响属性。 平衡状态是在合金中形成了该系统中固有的所有相。 这种状态是通过缓慢冷却来确保的；可以区分相的大小和形状。 非平衡态——相的形成和分离过程还没有结束，它是在快速冷却过程中形成的。 33. 均质化退火，均质化退火过程中结构和性能的变化。 通过多态变换进行硬化。 没有多态转变的硬化 退火 - 钢的加热和缓冷操作，以平衡化学成分，获得平衡结构，释放应力。 退火是为了获得平衡组织，因此，在退火过程中，零件缓慢冷却。 碳钢 - 速率为 200 °C/h，合金钢 - 30-100 °C/h。 扩散（均化）退火用于消除偏析（化学成分的均匀化）。 它基于扩散。 在这种情况下，组合物被整平并且过量的碳化物被溶解。 这种退火是在高温下长时间暴露进行的。 均质化退火适用于合金钢。 这是因为通过间隙法溶解在奥氏体中的碳的扩散速率比通过替代法溶解在奥氏体中的合金元素的扩散速率高几个数量级。 碳钢的均匀化实际上发生在其加热过程中。 均匀化退火方式：加热至1050-1200℃，保温时间8-10小时，均匀化温度要足够高，但不能让晶粒过烧、熔化。 燃烧时，空气中的氧气与金属颗粒结合，形成氧化物壳，将颗粒分开。 金属过热现象无法消除。 烧焦的金属是最终的婚姻。 扩散退火通常会产生粗晶粒，应通过随后的完全退火来纠正。 完全退火与相再结晶和晶粒细化有关。 平衡状态下的钢含有珍珠岩，延展性最强。 完全退火的目的是改善钢材的组织，以便于后续的切削、冲压或淬火加工，在成品零件中获得细晶平衡组织。 完全退火的种类（方法）：片状珠光体（板状渗碳体夹杂物）退火（常温和等温）和粒状珠光体（晶粒状渗碳体夹杂物）退火。 在片状珍珠岩上退火时，工件与炉子一起冷却，通常是部分燃料供应，因此冷却速度在每小时10-20°C的范围内。 退火达到晶粒细化。 由于钢的过热，晶粒的自由生长，在钢的硬化过程中获得了粗晶组织； 这种结构会导致零件的机械性能下降。 通过多态变换进行硬化。 没有多态转变的硬化 硬化是钢获得非平衡组织的热处理，其主要表现为钢硬度的增加。 硬化包括：山梨醇、屈氏体和马氏体的热处理。 硬化产物的不平衡程度随着冷却速度的增加而增加，并从索氏体向马氏体增加。 真正硬化的优点是有可能从马氏体中获得产品，因为随后对具有其他类型热处理无法获得的一组性能的产品进行回火。 真淬火已被广泛用作回火前的预处理。 临界淬火速率很重要。 钢的淬透性取决于它，即硬化到一定深度的能力。 临界硬化率取决于奥氏体的稳定性，这取决于溶解在其中的碳和合金元素的量。 向钢中引入碳和合金元素提高了淬透性，这是使用圆柱形样品根据其中半马氏体层的深度进行评估的。 钢的半马氏体层含有 50% M 和 50% T。 淬火的主要参数是加热温度和冷却速度。 钢的加热温度由状态图确定，冷却速率由奥氏体的等温分解图确定。 加热时间取决于零件的尺寸和钢的热导率，由实验确定。 合金结构钢的目标之一是降低临界淬火速率，并在淬火过程中获得由它们制成的零件的完全淬透性，不仅在水中，而且在较软的冷却介质中。 热应力和相应力的水平以及零件中形成裂纹的可能性取决于冷却介质的锋利程度。 结合上述，当淬火时，优选软淬火介质。 在对高碳钢制成的刀具进行淬火时，为了降低内应力，采用两种环境下的冷却。 对于高碳钢，特别是合金元素含量足够高的钢，M 点低于室温，通常低于 0°C。 在这方面，在常规淬火过程中，大量残余奥氏体保留在其中。 它的存在会降低硬化钢的硬度及其导热性，这对于切削工具来说尤其不利。 随着时间的推移，残余奥氏体发生相变，导致产品尺寸发生变化。 这对于测量工具（订书钉、插头）来说是极其不可接受的。 34. 受压冷热加工后加热过程中金属组织和力学性能的变化 通过压力加工金属是基于它们在某些条件下由于作用在可变形体（工件）上的外力而产生塑性变形的能力。 如果在弹性变形过程中，可变形体在去除外力后完全恢复其原始形状和尺寸，那么在塑性变形过程中，由外力作用引起的形状和尺寸变化在这些力终止后仍然存在。 弹性变形的特征是原子相对于彼此的位移小于原子间距离，并且在去除外力后，原子返回到它们的原始位置。 在塑性变形过程中，原子之间的相对位移值大于原子间距离，在去除外力后，它们并没有回到原来的位置，而是占据了新的平衡位置。 根据变形的温度和速度条件，区分冷变形和热变形。 冷变形的特征是晶粒形状的变化，晶粒在金属流动最强烈的方向上被拉长。 冷变形过程中，形状变化伴随着金属机械和物理化学性能的变化。 这种现象称为硬化（hardening）。 机械性能的变化是在冷塑性变形时，随着其增加，强度特性增加，而塑性特性降低。 金属变得更硬，但延展性较差。 硬化是由于滑移面的旋转、冷变形过程中晶格畸变的增加（晶界处位错的积累）而发生的。 冷变形对金属结构和性能造成的变化不是不可逆的。 例如，可以通过热处理（退火）来消除它们。 在这种情况下，会发生内部重排，其中由于额外的热能增加了原子的迁移率，新晶粒从固体金属的许多中心生长而没有相变，取代了拉长的变形晶粒。 由于在均匀温度场中，晶粒生长速率在所有方向上都是相同的，因此出现的新晶粒而不是变形晶粒在所有方向上具有大致相同的尺寸。 在一定温度下发生的新等轴晶粒而不是变形、拉长晶粒的成核和生长现象称为再结晶。 对于纯金属，重结晶开始于绝对温度等于金属绝对熔点的 0,4 倍。 再结晶以一定的速率进行，变形工件的加热温度越高，再结晶所需的时间越小。 在低于再结晶开始温度的温度下，会发生称为回弹的现象。 当返回（静止）时，变形、拉长的晶粒的形状和尺寸不会改变，但残余应力被部分消除。 这些应力是由于加热或冷却不均匀（铸造和压力处理期间）、塑性变形期间变形分布不均匀而产生的。 残余应力产生相互平衡的力系统，并且位于工件内，不受外力加载。 回复过程中残余应力的消除几乎不会改变金属的机械性能，但会影响其一些物理和化学性能。 热变形是以变形速率与再结晶速率之比为特征的变形，此时再结晶有时间遍及工件的整个体积，且压力处理后的显微组织为等轴状，无硬化痕迹。 为保证热变形的条件，需要提高工件的加热温度，增加其速率（以增加再结晶速率）。 如果变形结束的金属具有未完全再结晶的结构，有硬化痕迹，则这种变形称为不完全热变形。 不完全热变形导致结构不均匀，机械性能和塑性下降。 在热变形中，变形阻力比冷变形时小10倍左右，没有硬化导致变形阻力（屈服强度）在成型过程中略有变化。 这种情况主要解释了热加工用于制造大型零件的事实，因为它需要的变形力较小（设备功率较小）。 在热变形过程中，金属的塑性高于冷变形过程。 可以利用冷变形对金属性能的影响来获得零件的最佳性能性能，通过选择冷热变形的合理组合可以实现对性能在所需方向和所需值的变化的控制，以及零件制造过程中热处理的次数和方式。 35.回归、初级和集体再结晶。 再结晶退火 消耗在塑性变形上的所有能量中约有 10-15% 被金属吸收，并以增加的位移原子势能、应力的形式积聚在金属中。 变形金属处于非平衡、不稳定状态。 向更平衡状态的转变与晶格畸变的减少、应力的消除有关，这由移动原子的可能性决定。 在低温下，原子的流动性很小，在冷硬化状态下可以无限期地存在。 随着温度的升高，原子的扩散增加，金属中的过程开始发展，使其达到更平衡的状态。 这就是回归现象。 返回的第一阶段 - 休息，观察低加热。 静止时，空位数减少，位错密度降低，应力部分释放。 返回的第二个阶段是多边形化，将晶粒划分为多个部分 - 多边形（亚晶粒）。 多边形化是位错滑动和攀爬的结果，结果相同符号的位错形成将晶粒分隔成多边形的“墙”。 在多边形化状态下，晶体比变形晶体具有更少的能量，并且多边形的形成是一个能量上有利的过程。 多边形化开始温度不是恒定的。 多边形化的速度取决于金属的性质、先前变形的程度和杂质的含量。 返回时，没有观察到显着的微观结构变化，金属保持其纤维结构。 在这种情况下，硬度和强度有所降低，延展性增加。 重结晶。 当加热到足够高的温度时，原子的迁移率增加并发生再结晶过程。 再结晶是冷加工金属加热到一定温度时新晶粒形成和生长的过程。 这个过程分两个阶段进行。 有一次再结晶（加工）和集体。 一次再结晶（加工）包括晶核的形成和具有未变形晶格的新平衡晶粒的生长。 新晶粒最有可能出现在块和晶粒的边界处，在晶粒内部滑动包，金属晶格在塑性变形过程中变形最强烈。 新晶粒的数量逐渐增加，最终结构中不再有旧的变形晶粒。 处于不稳定状态的变形金属倾向于以最小的自由能进入稳定状态。 这种状态对应于形成具有未变形晶格的新晶粒的过程。 在晶格最扭曲，因此最不稳定的地方，当加热时，原子移动，晶格恢复，新的平衡晶粒的核出现。 新晶粒的核也可以是晶格畸变最小的体积（块），其中原子从具有畸变晶格的相邻体积中通过。 集体再结晶——再结晶过程的第二阶段是形成新晶粒的生长。 集体再结晶的驱动力是晶粒的表面能。 晶粒长大的原因是，在大量小晶粒存在的情况下，它们的总表面积很大，因此金属具有很大的表面能供应。 随着晶粒的粗化，它们的边界总长度变小，这对应于金属向更平衡状态的转变。 随着再结晶的开始，金属性能发生显着变化，这与硬化期间的性能变化相反。 金属的强度降低。 塑性、粘度、热导率和其他性能增加，在硬化过程中降低。金属的性能受再结晶晶粒尺寸的影响很大。 晶粒尺寸随着保温时间的增加而增加。 在轻微的初步变形后形成最大的晶粒。 这种变形程度称为临界变形。 再结晶退火。 进行这种类型的退火是为了消除冷加工金属的硬化。 加工硬化金属非常硬而脆，其晶格处于非平衡状态，具有大量的过剩自由能储备。 在高度加工硬化的金属中，由于位错在其累积位置的合并，会观察到危险的缺陷 - 裂纹核。 在某些情况下，必须去除硬化。 这需要加热，从而刺激扩散过程。 然而，再结晶退火是更优选的，因为它的实施温度显着降低且持续时间短得多，并且几乎具有相同的结果。 36、第二类退火。 钢的退火和正火； 退火和归一化的模式和目的 退火是钢的加热和缓慢冷却。 第二类退火——改变合金的结构以获得平衡结构； 第二种退火包括完全退火、不完全退火和等温退火。 再结晶退火是基于相再结晶的退火，即第二类退火。 其主要目的是彻底改变相组成。 加热温度和保持时间必须提供所需的结构转变，选择冷却速率使得反向扩散相变有时间发生。 退火后获得均匀的细晶组织，硬度降低，延展性增加，II型退火用作初步热处理和在机床上加工钢件之前。 根据加热温度，可以区分完全退火和不完全退火。 完全退火用于亚共析钢。 产品经过加热以确保完全再结晶，即原始铁素体-珠光体结构转变为奥氏体。 其目的是改善钢材的组织，以便于后续的切削、冲压或淬火加工，以及在成品零件中获得细晶平衡珠光体组织。 不完全退火与相再结晶有关，它是在加压热加工后，当工件具有细晶结构时使用的。 冷却后会得到粗大的组织，由大晶粒的铁素体和珠光体组成。 钢的延展性低。 退火前的热塑性变形促进了粒状渗碳体的产生，其中渗碳体网络被压碎。 具有粒状渗碳体的钢更好地被切削工具加工并且在硬化后获得良好的组织。 为了节省时间，进行等温退火。 在等温退火期间，在保温过程中，温度在产品的横截面上保持平衡。 这有助于更均匀的结构和均匀的性能。 合金钢经受这种退火。 合金钢退火时，不仅加热保温时间增加，冷却时间也增加。 由于合金奥氏体的稳定性更高，高合金钢以低速冷却。 退火后它们的硬度仍然很高，这会损害刀具的切削加工性。 正火是钢的热处理，其中产品被加热到奥氏体状态并在静止空气中冷却。 亚共析钢的正火和完全退火的区别仅在于冷却速度。 作为正火的结果，获得了更精细的共析结构，减少了内部应力，消除了在产品先前加工过程中出现的缺陷。 硬度和强度均高于退火后。 规范化用作改进结构的中间操作。 这种热处理的特点是在静止空气中加热和冷却。 这些特征是由于规范化的特定目标。 对于亚共析钢，尤其是低碳钢，在更短的时间内进行正火，并以更简单的冷却方式获得与退火相同的结果。 与退火相比，空气冷却使奥氏体的过冷度更高，分解产物更分散，产生的位错密度接近 108 cm2，因此，更有利的细晶粒钢组织增加强度特性可以通过归一化获得。 在某些情况下，当产品材料不需要增加强度特性时，正火代替硬化。 对于由低碳钢制成的零件尤其如此，由于硬化的临界速度非常高，因此排除了硬化的使用。 在过共析钢的正火过程中，由于过量（二次）渗碳体与奥氏体的加速分离，珠光体晶粒周围不会形成不希望的渗碳体网络。 在这方面，正常化的目标之一是破坏过共析钢中提到的网络。 钢的再结晶退火（再结晶）发生在500-550℃的温度； 退火以消除内应力 - 在 600-700° 的温度下。 这些类型的退火可以消除铸件中因零件冷却不均匀而产生的内应力，以及在低于临界温度的压力下加工的工件中的内应力。 扩散退火用于在钢中观察到晶内偏析的情况。 奥氏体晶粒中成分的排列是通过固态的碳和其他杂质的扩散以及铁的自扩散来实现的。 结果，钢在成分上变得均匀（均质），因此扩散退火也称为均质化。 均质温度要足够高，但不能烧焦。 37. 钢铁假期。 回火过程中钢的转变，微观结构和性能的变化 回火是加热硬化钢以减少残余应力并赋予产品长期运行所需的一系列机械性能的操作。 回火是通过将硬化为马氏体的零件加热到低于临界温度的温度来进行的。 在这种情况下，根据加热温度，可以获得马氏体、屈氏体或回火索氏体的状态。 这些状态在结构和性质上不同于硬化状态：在硬化过程中，渗碳体（在屈氏体和索氏体中）以细长板的形式获得，如层状珍珠岩。 当你离开它时，它会变成颗粒状或点状，就像颗粒状珍珠岩一样。 在硬化成马氏体的钢回火过程中，其中发生转变，导致马氏体分解并形成平衡的结构相组成。 这些转变的强度和结果取决于回火温度。 根据产品的功能操作目的选择回火温度。 在多年的操作和生产实践过程中，已开发出三大类产品，它们需要“自己的”特定的粘度-强度特性复合物才能成功运行。 第一组：冷冲压用切削量具和模具。 它们的材料需要高硬度和较小的粘度余量。 第二组由弹簧和弹簧组成，其材料需要结合高弹性极限和令人满意的粘度。 第三组包括大多数承受静态载荷，尤其是动态载荷或循环载荷的机器部件。 随着产品的长期运行，它们的材料需要将令人满意的强度性能与最大粘度相结合。 根据加热温度的不同，回火有低温（low）、中温（medium）和高温（high）三种。 点结构的优点是强度和延展性的更有利的结合。 在低温回火（加热至200-300℃）时，马氏体主要残留在钢组织中，此外，碳化铁开始从碳在XNUMX-铁中的固溶体中分离出来，并开始以小团形式聚集。 . 这意味着硬度会略有下降，钢的塑性和延展性会有所提高，同时也会降低零件的内应力。 对于低温回火，零件通常在油浴或盐浴中保存一定时间。 低温回火用于切削、测量工具和齿轮。 通过中高温回火，钢从马氏体状态转变为屈氏体或索氏体状态。 回火程度越高，回火钢的硬度越低，塑性和韧性越大。 通过高温回火，钢获得了机械性能、增加的强度、延展性和韧性的组合，因此，钢在淬火为马氏体后的高温回火被称为锻模、弹簧、弹簧，高温回火对于许多承受高温的零件来说是非常重要的。压力。 对于某些钢种，回火是在正火后进行的。 这是指细晶粒合金亚共析钢（尤其是镍），具有高韧性，因此切削工具的切削性较差。 为了提高机械加工性，钢在高温（高达 950-970°）下进行正火处理，因此它获得了大的结构（这决定了更好的机械加工性），同时提高了硬度（由于低临界速率镍钢的硬化）。 为了降低硬度，这种钢经过高回火处理。 回火的目的不仅仅是消除淬硬钢的内应力。 在低回火时，马氏体部分脱离了使其晶格过饱和的碳原子，回火马氏体是基于碳的过饱和固溶体。 中温（medium）回火在350～450℃的温度下进行。 通过这样的加热，马氏体的分解完成，导致铁素体和渗碳体的形成，其成分和内部组织正常。 由于扩散过程的强度不足，所得相的晶粒尺寸变得非常小。 高温（高）回火在500-650℃进行。 在这种加热条件下，随着扩散过程的增加，形成较大的铁素体和渗碳体晶粒，同时位错密度降低，残余应力完全消除。 马氏体的分解产物，称为回火索氏体，是在高温回火中获得的，对钢具有最高的粘度。 这种复合体非常适合承受动态载荷的机器零件。 由于这个优点，淬火和高回火相结合的热处理一直被称为改进。 38. 钢的化学热处理。 目的、类型和一般模式。 金属和非金属合金的扩散饱和度 化学-热处理（CHT）——结合热和化学作用，使零件表面层的成分、结构和性能在所需方向上发生变化的加工，其中金属材料的表面与相应元素的饱和度（C、T、B、Al、Cr、Si）、T 等）通过其从高温环境中以原子状态扩散而产生。 金属和合金的化学处理，无论是为了表面硬化还是防腐蚀，都可以提高机器零件的可靠性和耐用性。 CTO 包括主要的相互关联的阶段： 1) 饱和介质中活性原子的形成及其向处理金属表面的扩散； 2）饱和表面吸附形成的活性原子； 3）金属内部吸附原子的扩散运动。 扩散过程的发展导致扩散层的形成——扩散层是饱和表面部分的材料，它在化学成分、结构和性能上与最初的材料不同。 扩散层以下不受饱和活性介质作用的部分的材料称为核心。 扩散层的总厚度是从饱和表面到核心的最短距离。 扩散层的有效厚度是饱和面到被测区域的最短距离，它因基本参数设定的极限标称值而异。 扩散层的基本参数是作为根据距饱和表面的距离改变质量的标准的材料参数。 扩散层的过渡区是邻近芯部的扩散层的内部部分，其长度由总厚度与有效厚度之差确定。 XTO 阶段 - 扩散。 在金属中，在置换固溶体形成过程中，扩散主要根据空位机制发生。 在间隙固溶体的形成过程中，实现了沿间隙扩散的机理。 钢的渗碳 - CTO，包括在化油器中加热时钢表面层与碳的扩散饱和，在 930-950°C 进行，当奥氏体稳定时，大量溶解碳。 对于渗碳，使用低碳合金钢。 零件在加工后进行渗碳处理，并留有磨削余量。 灌浆的主要类型是固体和气体。 气体渗碳是比固体渗碳更先进的工艺过程。 在气体渗碳的情况下，可以获得层中给定浓度的碳； 该过程的持续时间减少； 提供了过程全机械化和自动化的可能性； 简化零件的热处理。 热处理是必要的：纠正结构并磨削芯部和胶结层的晶粒； 获得胶结层的高硬度和芯部良好的机械性能。 渗碳后的热处理由两次淬火和回火组成。 这种热处理的缺点是工艺过程复杂，有可能发生氧化和脱碳。 最终操作为160-180℃低温回火，使表层硬化马氏体转变为回火马氏体，缓解应力，提高力学性能。 钢的渗氮 - XTO，包括在适当的介质中加热时，钢的表层用氮扩散饱和。 渗氮钢层的硬度高于渗碳层，加热到高温（450-500℃）时保持不变，而具有马氏体结构的渗碳层硬度保持在200 -225 摄氏度。 氮化通常在 500-600 °C 下进行。 金属和非金属合金的扩散饱和度 渗硼是金属和合金表面用硼饱和，以增加硬度、耐磨性和耐腐蚀性。 渗硼适用于珠光体、铁素体和奥氏体类钢、难熔金属和镍合金。 硅化。 由于硅表面扩散饱和，金属和合金的耐腐蚀性、耐热性、硬度和耐磨性增加。 镀铬——产品表面的铬饱和。 铸铁、各类钢、基于镍、钼、钨、铌、钴和金属陶瓷材料的合金进行扩散镀铬。 镀铬是在 1420 °C 的真空室中进行的。 镀铝是用铝使产品表面扩散饱和的过程，以增加耐热性、耐腐蚀性和耐腐蚀性。 在对钢铁进行镀铝时，观察到铝浓度随层厚逐渐降低。 表面硬化的目的是提高工件表面的硬度、耐磨性和耐久极限。 同时，核心保持粘性，产品感知冲击载荷。 39. 老化。 目的、时效过程中合金组织和性能的变化 回火和时效是改变硬化合金性能的热处理类型。 术语“回火”通常仅适用于那些经过多晶相转变淬火的合金，而术语“时效”则用于没有多晶转变的淬火（在这种淬火后，过饱和固溶体被固定）。 钢回火的目的是改善其性能。 钢回火软化硬化作用，减少或消除残余应力，增加韧性，降低钢的硬度和脆性。 回火是通过将硬化为马氏体的零件加热到低于临界温度的温度来进行的。 与时效后回火相比，强度和硬度增加，延展性降低。 时效过程中的主要过程是过饱和固溶体的分解，这是淬火的结果。 因此，合金的时效与过量相的可变溶解度有关，并且在时效过程中发生硬化是由于过饱和固溶体分解过程中分散的析出物和产生的内应力的结果。 在时效合金中，过饱和固溶体的析出物以以下主要形式出现：薄板状（盘状）、等轴状（通常为球形或立方体）和针状。 对于薄板-透镜形式的沉淀物来说，弹性变形的能量是最小的。 时效的主要目的是增加强度和稳定性能。 自然时效、人工时效和塑性变形后是有区别的。 自然时效是硬化合金的强度自发增加（延展性降低），发生在将其保持在常温下的过程中。 加热合金会增加原子的流动性，从而加快这一过程。 低温下的固溶体通常会分解到区域形成阶段。 这些区域是富含过量成分的分散区域。 它们保留了原始溶液所具有的晶体结构。 这些区域以吉尼尔和普雷斯顿命名。 使用电子显微镜，可以在 Al-Ag 合金中观察到这些区域，它们具有直径约为 10 A 的球形颗粒形式。 Al-Cu spalavs 的波带片厚度<10A。 人工老化是暴露在高温下时发生的强度增加。 如果具有过饱和固溶体结构的硬化合金发生塑性变形，则这会加速时效过程中发生的过程。 这种时效称为变形。 铝合金的热处理由两个循环组成——硬化和时效。 老化涵盖了过饱和固溶体中发生的所有过程——准备释放的过程和释放的过程。 仅发生沉淀过程的转变称为沉淀硬化。 对于实践，潜伏期非常重要——在硬化合金中进行准备过程的时间，硬化合金保持高延展性的时间。 这使得可以在淬火后立即进行冷变形。 如果时效过程中只发生沉淀过程，没有复杂的准备过程，那么这种现象称为沉淀硬化。 合金时效现象的现实意义是非常高的。 因此，时效后，低碳钢由于三元渗碳体和氮化物在铁素体中分散析出，强度增加，延展性降低。 时效是硬化铝合金、一些铜合金以及许多高温合金和其他合金的主要方式。 目前，马氏体时效合金的应用越来越广泛。 如今，人们常常用“低温老化”代替“自然老化”，用“高温老化”代替“人工老化”。 第一种通过时效硬化的金属是铝合金。 硬化是在100°C以上的温度下进行的。 在不同的温度区间观察到分解过程的差异。 因此，为了在合金中获得一组最佳性能，使用复杂的时效，它在低温和高温下以一定的顺序发生。 由饱和固溶体分解过程引起的合金时效是最重要的。 合金冷却后，出现固溶体过饱和状态。 这是因为在高温下杂质和合金成分的溶解度增加了。 40、合金钢的分类和标志。 合金元素对钢相变、显微组织和性能的影响； 合金钢的发展原则 合金钢是指除碳和常规杂质外，还含有其他可改善其性能的元素的钢。 合金钢采用铬、镍、锰、硅、钨、钼、钒、钴、钛、铝、铜等元素。 仅当锰在钢中的含量大于 1% 时才被视为合金成分，而硅 - 当其含量大于 0,8% 时才被视为合金成分。 合金元素被引入钢中，从而改变其机械、物理和化学性能，并且根据钢的用途，向其中引入元素以正确方向改变性能。 许多牌号的合金钢只有经过热处理才能获得较高的物理和机械性能。 按钢中所含合金元素的总量分为低合金（合金元素总含量小于2,5%）、中合金（2,5～10%）和高合金（大于10 %）。 碳钢的缺点是这种钢不具备所需的机械性能组合。 随着碳含量的增加，强度和硬度增加，但同时塑性和韧性急剧下降，脆性增加。 碳钢刀具非常脆，不适合对刀具进行冲击加载操作。 碳钢通常无法满足负责任的机器制造和工具制造的要求。 在这种情况下，有必要使用合金钢。 与碳相关的合金元素分为两组： 1) 与碳形成稳定化合物的元素——碳化物（铬、锰、钼、钨、钛）； 碳化物可以很简单（例如，Cr4 c) 或复合合金的（如（(FeСг)7С3）；其硬度通常高于碳化铁的硬度，脆性较低； 2）在铁存在下不形成碳化物并包含在固溶体中的元素——铁素体（镍、硅、钴、铝、铜）。 按约定，合金钢分为结构钢、工具钢和具有特殊物理化学性能的钢。 结构钢用于制造机器零件； 分为渗碳型（经渗碳处理）和改良型（经改良-淬火和高温回火）。 特殊性能钢包括：不锈、耐热、耐酸、耐磨、具有特殊磁性能和电性能等。 根据 GOST 规定的合金元素名称标记：X - 铬、H - 镍、G - 锰、C - 硅、B - 钨、M - 钼、K - 钴。 对于合金结构钢，采用标记，前两位数字表示以百分之一的平均碳含量，字母表示相应合金元素的存在，字母后面的数字表示这些成分在钢中的百分比。 如果任何字母后没有数字，则该元素在钢中的含量约等于1%。 如果该数字缺失，则该钢含有大约或超过 1% 的碳。 为表示优质钢，在标志末尾加字母A，优质钢比普通优质钢含硫、磷少。 特殊用途钢有特殊的标记，位于前面的字母：Ш - 滚珠轴承、Р - 高速切削、Zh - 铬铁素体不锈钢、Я - 铬镍奥氏体不锈钢、Е - 电工钢。 许多钢可归因于具有足够高强度性能的工程材料。 此类钢包括：碳钢、低合金钢、高强度中合金钢、高强度高合金（马氏体时效）钢。 所有合金钢可以根据四个特点分为：根据钢的平衡组织，根据钢在空气中冷却后的组织，根据钢的成分，根据钢的用途。 根据钢中含碳量的多少，分为以下几种：低碳达0.1-0.2%，中碳和高碳0.6-1.7% C。 钢的组织可以是亚共析（铁素体+珠光体）、共析（珠光体）和过共析（珠光体+渗碳体）钢。 炼钢有三种方法：煮沸法、半静法、静法。 采用沸腾法时，钢结构中含有大量气泡，这是钢在模具中脱氧和释放CO的结果。 钢也可以通过转炉、电炉和连铸设备获得。 41. 结构钢：建筑、工程、高强度。 工具钢：工具钢、轴承钢、模具钢 碳素工具钢U8、U10、U11、U12，由于过冷奥氏体稳定性低，淬透性低，用于小型工具。 U10、U11、U12 钢用于切削工具（钻头、锉刀），U7 和 U8 用于木工工具。 钢只能用作低速切削的切削工具，因为当加热到 10-12 °C 以上时，其高硬度 (U62-U63-190-200НРС) 会大大降低。 不具有耐热性的淬透性提高的合金钢（11HF、13X、HVSG、9XS、X、V2F）适用于切削低强度材料，它们用于在操作过程中不受热的工具。 合金钢比碳钢具有更高的淬透性。 高速钢（R6M5、R12F3、R8M3）具有高耐热性，在高速切削时刃口出现的高温下具有高硬度、强度和耐磨性。 这些钢的主要合金元素是钨、钼、钴和钒。 碳钢分为结构钢（软钢和中硬钢）和工具钢（硬钢）。 结构钢按GOST分为： 1）普通质量碳钢，热轧，平炉或贝塞麦法冶炼； 2) 优质碳素钢、机械制造、热轧和锻造、平炉或电炉冶炼。 这种钢用于制造机器和机构的更关键部件。 结构合金钢用于制造关键机器零件和金属结构。 三重合金钢。 铬作为合金成分可以提高钢的强度并且相对便宜。 铬赋予钢良好的耐磨性，并且随着碳含量的增加，由于形成碳化物而具有高硬度。 低合金和中合金铬钢广泛用于飞机、汽车和拖拉机制造，以及用于制造车轴、轴、齿轮和其他零件的其他工程分支。 铬含量为 0,4-1,65% 和 0,95-1,15% 的铬钢构成一组滚珠轴承钢。 低合金铬钢也用于制造工具。 高合金铬钢是不锈钢的，不仅在空气中而且在腐蚀性环境中都具有耐腐蚀性。 它在高温下保持强度，用于制造涡轮叶片、高压气缸和过热器管。 镍是一种极好的合金元素，但它非常昂贵且稀缺。 他们尝试将它与铬和锰结合使用。 镍提高钢的强度、韧性和硬度（淬火后），略微降低延展性，并大大提高淬透性和耐腐蚀性。 镍钢经过淬火和低回火后，硬度高但不脆。 低合金和中合金镍钢用于汽车和关键工程行业。 高合金镍钢具有特殊性能。 硅含量超过0,8%，钢的强度、弹性和硬度增加，韧性降低。 低碳硅钢用于桥梁结构，不进行热处理。 钢55C2，6°C2用于制造弹簧和弹簧。 经过调质处理后，这种钢具有很高的抗拉强度和弹性。 锰增加钢的硬度和强度，增加其淬透性并改善焊接性。 合金锰钢称为钢，其中至少含有1%的Mn。 在实践中，使用低合金和高合金锰钢。 高合金钢等级 G13 具有非常高的粘度和抗冲击磨损性，已得到广泛应用：它用于制造铁路道岔和十字路口、挖泥船的遮阳板。 工具合金钢。 对于每种类型的工具，必须使用最适合给定工作条件的钢材。 切削工具用低合金钢的切削能力与碳钢没有区别，用于低切削速度。 切削工具用低合金钢的常见牌号有： 1）钢级X——铬（用于制造刀具、钻头）； 2）钢级9XC——铬硅（用于制造刀具、钻头）； 3）钢级B1——钨（用于制造麻花钻、铰刀）。 42、不锈钢、耐热耐热、耐寒、电工、耐磨钢 如果将碳含量降低到可能的最低量，并引入一种合金元素，该元素与铁形成固溶体，其量使合金的电极电位增加，则钢的耐腐蚀性能提高。 耐大气腐蚀的钢称为不锈钢。 钢或合金对酸、盐、碱和其他腐蚀性介质的腐蚀具有很高的抵抗力，称为耐酸。 腐蚀是金属由于其电化学相互作用与环境的相互作用而造成的破坏。 结构材料具有很高的耐腐蚀性。 碳钢和低合金钢对大气、水和其他介质的腐蚀不稳定。 耐腐蚀是能够抵抗环境腐蚀影响的金属和合金。 铬是使钢在氧化环境中耐腐蚀的主要合金元素。 耐热性是金属和合金在高温下抵抗气体腐蚀作用的能力。 气体的腐蚀作用导致钢材在高温下氧化。 氧化的强度受氧化膜的成分和结构的影响。 如果薄膜是多孔的，那么氧化就会强烈发生，如果是致密的，氧化就会减慢或完全停止。 为了获得致密的氧化膜，防止氧气深入钢中，它与铬、硅或铝形成合金。 钢中的合金元素越多，其耐热性就越高。 耐热性。 对于刀具材料，它取决于它保持其切削性能的最高温度。 所用刀具材料的耐热性范围为200～1500℃。根据耐热性降低的程度，材料按以下顺序排列：超硬、切削陶瓷、硬质合金、高速、合金化、碳钢。 即使长时间暴露在高温下，高耐热性能也必须保持在同一水平。 热模的金属必须提供稳定的回火阻力。 耐热性是钢在高温下抵抗机械应力的能力。 耐热钢和合金是可以在高温下长时间工作的钢和合金。 耐热钢通常同时具有耐热性。 蠕变是在恒定载荷和高温的长期作用下增加的变形。 对于碳钢和合金结构钢，蠕变发生在 350 °C 以上的温度下。 蠕变的特点是蠕变极限，它被理解为在给定温度下，使钢在一定时间内变形一定量的应力。 耐热合金。 耐热镍合金的开发始于在普通镍铬合金中添加少量钛和铝。 添加少于 2% 的钛和铝而无需热处理可显着提高镍铬合金在 700 °C 左右温度下的蠕变性能。 耐热镍合金分为锻造合金和铸造合金。 变形合金的耐热性能是在热处理过程中形成的。 铸造高温镍合金在成分上与锻造合金相似，但通常含有较多的铝和钛。 耐寒性——金属抵抗在低温影响下可能发生的变形和破坏的能力。 电工钢是一种薄薄的低碳钢。 电气设备的核心是由它制成的。 这种钢含有硅。 有冷轧和热轧电工钢，也有发电机和变压器钢。 对于合金化电工钢，使用 0,5% 的 Al。 耐磨钢。 对于在磨损、高压和冲击条件下运行的零件（履带车辆的轨道、破碎机的颚板、铁路和有轨电车轨道的转换点），含有 110% C 和 13% Mn 的奥氏体结构的高锰铸钢 0,9G11,5L 是用过的。 在铸造状态下，钢组织由奥氏体和(Fe,Mn)3C型碳化物组成，沿奥氏体晶界析出，其强度和冲击强度大大降低，因此铸件采用淬火加热至1100°C并在水中冷却。 在此温度下，碳化物溶解在奥氏体中，钢获得更稳定的奥氏体结构。 在冲击和磨粒磨损的条件下，在钢的表层形成晶体结构的缺陷（位错、堆垛层错），从而导致表面硬化。 在冲击载荷和冷塑性变形下，加工硬化可以提高硬度和耐磨性。 由于硬化，钢 110G13L 的切削加工性能较差，因此建议用这种钢通过铸造制造零件或产品，而不进行后续加工。 这种钢的品牌末尾的字母L表示“铸造”。 43. 有色金属及其合金的标记、结构、性能和应用 有色金属包括铜、铝、镁、钛、铅、锌和锡，它们具有宝贵的特性，尽管成本相对较高，但仍被用于工业。 有时，在可能的情况下，有色金属会被黑色金属或非金属材料（如塑料）替代。 有色金属和合金分为以下几类： 轻金属和合金（密度为 3.0 g/cm3）； 铜合金和特种有色合金——白铜、非银、贵重合金等。 在应用行业中，铜在有色金属中占有首位。 铜的特性 - 高延展性、导电性、导热性、增加耐腐蚀性。 铜用于电气工程、制造用于传输电力的电缆和电线，并且是制造广泛用于机械工程的各种合金的基础。 铝是一种轻金属，具有高延展性、良好的导电性和耐腐蚀性。 它用于制造电线、器具，通过包覆保护其他金属和合金免受氧化。 在机械工程中，很少使用纯铝，因为它的机械性能较低。 铝是生产多种合金的基础，广泛用于飞机制造、汽车和马车制造以及仪器制造。 铝合金经过变形（热处理硬化和不硬化）和铸造。 硬铝是最常见的合金，以变形形式使用并通过热处理强化。 镁是最常见的金属，呈银白色。 镁的最大优点是它是一种非常轻的金属。 主要缺点是耐腐蚀性低。 纯镁尚未在技术上找到分布，但被用作生产轻合金的基础。 下列有色金属等级 (GOST) 已建立： 铝 - AB1、AB2、AOO、AO、A1、A2 和 A3； 铜 - MO、M1、M2、ME、M4； 锡 - 01、02、OE 和 04； 铅 - CB、CO、C1、C2、C3、C4； 锌 - TsV、TsO、Ts1、Ts2、Ts3、Ts4； 镁 - Mg1、Mg2。 黄铜。 与纯铜相比，黄铜具有更高的强度、延展性和硬度，更具有流动性和耐腐蚀性。 除了简单的黄铜外，还使用添加了铁、锰、镍、锡和硅的特殊黄铜。 特种黄铜中合金成分的含量不超过7-8%。 特种黄铜具有改进的机械性能； 其中一些在强度上不逊于中碳钢。 根据 GOST，黄铜由字母 L 和表示合金中铜含量的数字表示。 合金成分的代号如下：F——铁； H——镍； O——锡； K——硅； C——铅。 合金成分的量以数字表示。 黄铜铸造（用于成型铸造）并经过压力处理。 黄铜用于制造板材、线材、套管、冲压配件、器具。 青铜是：锡、铝、硅、镍。 锡青铜具有高耐腐蚀性、良好的流动性和增强的减摩性能。 铸件由它们制成。 简单的锡青铜很少使用，因为引入额外的元素（锌、铅、镍）可以在稀缺锡含量较低的情况下获得更好的性能。 根据 GOST，锡青铜标有字母 BrO 和表示锡含量的数字； 随后的字母和数字显示青铜中其他元素的存在和数量。 为了指定附加元素，使用与标记特殊黄铜时相同的字母； 锌用字母 C 表示，磷用字母 F 表示。 锡是一种昂贵的金属，在实践中很少使用。 锡青铜的替代品有铝、硅、锰等青铜。 使用铝青铜，其 A11 含量高达 1%。 从结构上看，青铜主要是（高达 9,7% 的 Al）单相，是铝在铜中的固溶体。 在机械性能方面，铝青铜优于锡青铜，具有延展性、耐腐蚀性和耐磨性。 缺点是液态冷却时收缩较大，且液态青铜中易生成氧化铝，影响其流动性。 添加元素（铁、锰）可提高其机械性能。 硅青铜属于均质-固溶体合金，具有较高的机械性能和铸造性能。 取代锡青铜。 将锰和镍引入硅青铜中以改善其性能。 44. 铝； 杂质对铝性能的影响； 锻造和铸造铝合金 铝的特点是密度低，导热性和导电性高，由于在金属表面形成致密的氧化铝膜，在许多环境中具有良好的耐腐蚀性。203. 技术退火铝 ADM 通过冷塑性变形硬化。 铝具有很高的延展性，很容易通过压力进行加工，但是在切割时会出现并发症，原因之一是金属会粘在工具上。 根据铝中存在的杂质，可以观察到其腐蚀、物理、机械和技术特性的变化。 大多数杂质对铝的导电性有不利影响。 最常见的杂质是铁、硅。 铁与导电性一起降低了延展性和耐腐蚀性，并提高了铝的强度性能。 铝与硅和镁的合金中铁的存在会对合金的性能产生不利影响。 只有在那些含有镍的铝合金中，铁才被认为是一种有用的杂质。 铝合金中最常见的杂质是硅。 这种金属与铜、镁、锌、锰、镍和铬一样，作为主要成分被引入铝合金中。 铜铝化合物2，Mg2硅、铜镁铝2- 有效强化铝合金。 铝合金中的基本合金元素。 锰提高耐腐蚀性。 硅是许多铸造铝合金（硅铝）中的主要合金元素，因为它参与了共晶的形成。 Ni、Ti、Cr、Fe 提高合金的耐热性，抑制扩散过程并形成稳定的复合合金硬化相。 合金中的锂有助于增加其弹性模量。 同时，镁和锰会降低铝和铁的导热性和导电性 - 其耐腐蚀性。 铝合金打标。 目前，两种合金标记同时使用：旧的字母数字和新的数字。 除此之外，还有半成品和产品的工艺加工的字母数字标记，它定性地反映了合金的机械、化学和其他性能。 铝合金的分类。 铝合金主要分为锻造铝合金和铸造铝合金，因为粉末合金和复合材料的生产采用塑性变形和铸造工艺。 铝合金根据其通过热处理硬化的能力分为硬化和非硬化。 它们可以进行均质化、再结晶和软化退火。 Al-Cu-Mg 系合金（硬铝 D1、D16、D18、D19 等）具有强度和延展性的良好组合。热处理可强化硬铝，通过点焊提高其可焊性。 它们可以令人满意地机械加工，但加热后容易发生晶间腐蚀。 通过熔覆可以显着提高合金的耐腐蚀性。 在航空领域，硬铝用于制造螺旋桨叶片 (D1)、飞机结构的动力元件 (D16、D19)。 Al-Zn-Mg-Cu系（V93、V95、V96Ts）的高强度合金的特点是抗拉强度值高（高达700 MPa）。 同时，通过混凝分级时效（T2，T95），以及使用高纯度（V95kch）和特殊（VXNUMXoch）合金，达到了足够的塑性、抗裂性和耐腐蚀性。 高模量合金 1420 由于铝与锂和镁的合金化（Al-M-Li 体系），密度降低（11%），同时弹性模量增加（4%） . 锻造合金AK6和AK8（Al-M-Si-Cu系）在热加工过程中具有高塑性。 它们焊接良好，加工良好，但在压力下容易腐蚀。 为确保耐腐蚀性，由 AK6 和 AK8 合金制成的零件经过阳极氧化处理或涂有油漆和清漆。 锻造合金用于制造在负载下运行的飞机零件的锻造和冲压。 这些合金能够在低温下工作。 A1-Cu-Mn (D20, D21) 和 Al-Cu-Mg-Fe-Ni (AK4-1) 系统的耐热铝合金用于制造以高温（高达300°C）。 耐热性是通过将合金与镍、铁和钛合金化来实现的，这些合金抑制扩散过程并形成复杂的合金化精细分散的强化相，这些强化相在加热时能抵抗凝结。 合金在热态下具有高延展性和可加工性。 铸造铝合金。 成型铸件对合金的主要要求是良好的铸造性能（高流动性、低收缩、低热裂和孔隙率）与最佳机械和化学（耐腐蚀）性能的结合。 共晶合金具有最好的铸造性能。 45. 铜； 杂质对铜性能的影响。 黄铜、青铜、铜镍合金 铜是一种红色金属，呈粉红色断口，熔点为1083℃。FCC晶格具有周期为0,31607的凹坑。 铜的密度为 8,94 g/cm3。 铜具有高导电性和导热性。 铜的比电阻为 0,0175 μOhm m。 铜牌号：M00 (99,99% Cu)、MO (99,97% Cu)、M1 (99,9% Cu)、M2 (99,7% Cu)、M3 (99,50% Cu)。 铜中存在的杂质对其性能有很大影响。 根据杂质与铜相互作用的性质，可分为三类。 1、与铜形成固溶体的杂质：Ni、Zn、Sb、Fe。 P等这些杂质（尤其是Sb）会急剧降低铜的导电性和导热性，因此铜M0和M1用作电流导体。 锑使热加工变得困难。 2、杂质Pb、Bi等几乎不溶于铜，在铜中形成低熔点共晶，沿晶界分离，难以加压加工。 铋含量为0,005%时，铜在受压热加工时被破坏；铋含量较高时，铜变冷脆； 这些杂质对电导率影响不大。 3.氧和硫的杂质，与铜形成脆性化合物Cu2氧和铜2S，它们是共晶的一部分。 如果溶液中有氧气，那么它会降低电导率，而硫不会影响它。 硫通过切割提高铜的可加工性，而氧如果存在于铜中，则会形成氧化亚铜并导致“氢病”。 当铜在含氢气氛中加热时，它会扩散到铜的深处。 如果铜中有Cu夹杂物2哦，它们与氢气发生反应，导致形成水蒸气。 铜合金主要分为两大类：黄铜 - 铜锌合金； 青铜是铜与其他元素的合金。 黄铜是一种基于铜的多组分合金，主要成分是锌。 技术黄铜含有高达 40-45% 的锌。 在冷热条件下容易变形的单相b-黄铜包括L96（tompak）、L80（half-tompak）、L68，其延展性最高。 两相（α+β）-黄铜，L59和L60在冷态下延展性较差，要进行热压处理。 根据工艺，黄铜分为变形和铸造两类。 铸造黄铜不太容易流化并具有抗摩擦性能。 锻造黄铜在大气条件下具有高腐蚀性能。 用于成型铸造的黄铜含有大量可改善其铸造性能的特殊添加剂。 锡青铜。 富含锡的合金非常脆。 锡青铜通常与Zn、Pe、P、Pb、Ni等元素形成合金。 锌提高了青铜的工艺性能，降低了青铜的成本。 磷改善铸造性能。 镍可提高铸件的机械性能、耐腐蚀性和密度并减少偏析。 铁会磨粒，但会降低青铜的工艺性能和耐腐蚀性。 有锻造和铸造锡青铜，具有良好的铸造性能。 两相青铜具有高减摩性能。 它们用于制造减摩部件。 镍合金广泛用于机械工程。 镍提高了铜的耐腐蚀性，并改善了其机械和铸造性能。 由于镍的高成本，不使用仅含镍的青铜。 镍与其他元素结合引入。 镍合金在工业上很常见，有以下名称： 白铜（含镍18-20%的铜合金）——用于套管，颜色为白色，耐腐蚀性高； 康铜是一种含 39-41% 镍的铜合金。 康铜具有高电阻，以电线和带的形式用于变阻器、电气测量仪器。 铜及其合金广泛用于电气工程、电子、仪器仪表、铸造和发动机制造。 因此，所生产的铜中有 50% 用于电气和电子行业。 在有色金属中，它的产量位居第二位（仅次于铝）。 铜的技术和工艺特性：高导电性和导热性，足够的耐腐蚀性，良好的压力加工性，各种焊接的可焊性，良好的可焊性，易于抛光。 纯铜强度低，延展性高。 铜的缺点包括： - 高价; - 显着的密度； - 铸造时收缩大； - 热脆性； - 切割的复杂性。 46.镁及其合金 镁是一种活性金属：在空气中形成的MdO氧化膜，由于其密度比镁本身高，会产生裂纹，没有保护作用； 镁粉和刨花高度易燃； 热的和熔融的镁与水接触会爆炸。 镁及其合金的耐腐蚀性差，在铸造过程中流动性低，并且仅在高温（225°C 或更高）下才发生塑性变形。 后者是由于镁的六角晶格在低温下的移动仅沿基面（六角棱柱的底部）发生。 加热到 200-300 °C 会导致出现额外的滑动面，从而增加可塑性。 镁合金中原子的低扩散迁移率减缓了它们的相变。 因此，热处理（扩散或再结晶退火、硬化、时效）需要长时间暴露（长达 24 小时）。 同时，镁合金的特点是比强度高，吸收振动好，不与铀相互作用。 它们经过良好的切割加工，并通过氩弧和接触进行了令人满意的焊接 焊接。 镁合金中的主要合金元素是Mn、Al和Zn。 锰可提高镁合金的耐腐蚀性和可焊性。 铝和锌对镁合金的强度和延展性有很大的影响：当合金中引入 6-7% 的铝或 4-6% 的锌时，机械特性的最大值才能达到。 这些元素（Al、Zn）与镁形成硬化相，在淬火时效后以精细分散的形式析出。 锆、钛、碱土（Ca）和稀土（Ce，1a）金属和钍研磨晶粒，使合金脱氧，并增加其耐热性。 根据产品的制造技术，镁合金分为铸造（标记“ML”）和锻造（“MA”）。 镁合金经过各种类型的热处理。 因此，为了消除铸造合金中的偏析（溶解铸造过程中释放的多余相并通过晶粒体积平衡化学成分），对成型铸件和铸锭进行扩散退火（均质化）（400-490°C，10-24小时） . 通过在 250-350°C 的再结晶退火去除硬化，在此期间，塑性变形过程中出现的机械性能的各向异性也降低了。 镁合金，取决于成分，可以通过淬火（通常在空气中冷却）和随后在 150-200°C（Tb 模式）时效来硬化。 许多合金已经在冷却铸件或锻件的过程中硬化，并且可以通过人工时效（旁通硬化）立即硬化。 但在大多数情况下，它们仅限于在 380–540 °C（T4 模式）下进行均质化（淬火），因为随后时效，强度增加 20–35%，会导致合金的延展性下降。 铸造合金。 在铸造镁合金中，机械性能的提高是通过使熔体过热或用白垩或菱镁矿添加剂对其进行改性来研磨晶粒来实现的。 在这种情况下，熔体中形成固体颗粒，这些颗粒成为结晶中心。 为了防止镁合金着火，将镁合金在一层助熔剂下熔化在铁坩埚中，并倒入将硫引入金属流时形成的二氧化硫蒸气中。 在砂型中铸造时，会在混合物中加入特殊添加剂（氟化铝）以减少镁的氧化。 在铸造镁合金中，ML5和ML6合金因提高铸造性能和机械性能而得到广泛应用。 它们可以通过均质化和空气淬火 (T4) 以及额外时效 (T6) 来硬化。 锻造合金。 变形（压制）镁具有比铸造镁更高的机械性能。 锻造合金以锻件、模具坯料、热轧带材、棒材和型材的形式生产。 镁合金成型工艺过程的温度范围在以下范围内：压制在 300-480°C，轧制在 440-225°C，冲压（闭模）在 480-280°C。 MA1合金具有良好的耐腐蚀性、可焊性和工艺延展性，属于低强度合金组。 合金 MA2-1 结合了一组最佳的机械和技术性能（良好焊接、冲压），但在应力下会受到腐蚀。 耐热（最高 250 °C）是系统 (Md-Zn-Zr) MA14 的合金。 合金在压制和空气中冷却后通过人工时效（T5模式）硬化。 其特点是机械性能提高，但在轧制过程中容易形成热裂纹。 镁合金的使用。 镁合金用于制造火箭体、泵、仪器、燃料和氧气罐、发动机框架、外壳。 因此，ML5和ML6合金用于铸造制动鼓、方向盘、变速箱、ML10——高密封性装置的零件。 配件、汽油和机油系统以及焊接部件均由锻造合金 MA1 制成，高负载部件则由 MA14 制成。 47. 钛及其合金 钛及其合金具有很高的耐腐蚀性和比强度。 钛的缺点：它与大气气体的活跃相互作用，氢脆的倾向。 氮、碳、氧和氢，强化钛，降低其延展性、耐腐蚀性和可焊性。 钛的切削加工性能较差，但压力加工性能良好，在保护气氛下焊接。 真空铸造已变得普遍，包括使用自耗电极的真空电弧重熔。 钛的同素异形体：低温和高温。 根据其对钛多晶型转变温度 (882,5°C) 的影响，合金元素主要分为两类： b 稳定剂（扩大 b 相存在区域并提高转变温度的元素 - A1、Oa、 C) 和 c- 稳定剂（缩小 b 区并降低多晶型转变温度的元素 - V、Mo、Cr）。 合金元素分为两大类：在钛中溶解度大（在极限-无限）和有限的元素。 溶解度有限的元素与钛一起可以形成金属间化合物、硅化物和间隙相。 合金元素影响钛的使用性能（Fe、Al、Mn、Cr），提高其强度，但降低弹性和韧性； Al、Zr增加耐热性，Mo、Zr、Ta增加耐腐蚀性。 钛合金的分类。 工业钛合金的结构是合金元素在钛的b-变体和b-变体中的固溶体。 钛合金的热处理类型。 冷成型合金（650-850 °C）的再结晶（简单）退火。 等温退火（加热至 780-980°C，然后在炉中冷却至 530-680°C，保持在此温度并在空气中冷却），确保合金的高延展性和热稳定性。 双步退火（它与等温退火的不同之处在于，从第一阶段到第二阶段的转变是通过在空气中冷却合金，然后再加热到第二阶段的温度来进行的），这导致合金强化和由于硬化和时效过程的部分发生，塑性下降。 在 500-680 °C 下进行局部退火，以消除加工过程中产生的残余应力。 硬化热处理。 大多数钛合金与铝制成合金，增加了材料的刚性、强度、耐热性和耐热性，同时也降低了其密度。 α-钛合金未经热处理硬化； 它们的硬化是通过固溶合金化和塑性变形来实现的。 (α+β)——钛合金的特点是混合组织，通过热处理硬化，包括硬化和时效。 伪β-钛合金的特点是β-稳定剂含量高，因此没有马氏体转变。 该合金的特点是硬化状态下的延展性高，时效状态下的强度高； 它们通过氩弧焊进行了令人满意的焊接。 铸造钛合金。 与锻造合金相比，铸造合金的强度、延展性和耐久性较低，但价格便宜。 铸造钛合金的复杂性是由于钛与气体和成型材料的积极相互作用。 铸造合金VT5L、VT14L和VTZ-1L在成分上与同类锻造合金基本一致（同时VT14L合金还含有铁和铬）。 VT5L合金具有较高的工艺性能：延展性好，铸造时不易开裂，焊接性好。 VT5L 合金成型铸件可在高达 400 °C 的温度下工作。 该合金的缺点是强度低（800 MPa）。 两相铸造合金VT14L采用850℃退火代替淬火热处理，大大降低了铸件的塑性。 粉末钛合金。 使用粉末冶金方法生产钛合金，可以在具有与铸造或可变形材料相同的操作性能的情况下，将制造产品的成本和时间降低多达 50%。 通过热等静压（HIP）获得的钛粉末合金VT6具有与退火后的变形合金相同的力学性能。 相对于硬化时效变形合金VT6，粉末合金的强度较差，但延展性较好。 钛合金的用途：飞机、轮船、潜艇的电镀； 导弹和发动机的外壳； 飞机发动机的固定涡轮和压缩机的圆盘和叶片； 螺旋桨； 液化气气瓶； 用于腐蚀性化学环境的容器等 48. 复合材料的种类。 结构、性能、应用 复合材料由两种成分组成，以各种方式组合成一个整体，同时保持它们各自的特性。 材质特点： - 组件的组成、形状和分布是预先确定的； - 由两种成分和更多不同的化学成分组成，由边界分隔； - 具有与单独采用的组件的属性不同的属性； - 宏观上同质，微观上异质； - 自然界中不存在，人为的。 材料的成分在几何上是不同的。 矩阵是在整个体积内具有连续性的组件。 填料是一种不连续的增强组分。 在复合材料中，金属及其合金、有机和无机聚合物以及陶瓷材料被用作基体。 这些特性取决于组分的物理化学特性以及它们之间的键合强度。 复合材料的组件选择具有彼此不同的属性。 此类材料具有较高的比刚度和比强度。 常见的零维填充复合材料是由金属或合金制成的金属基体。 具有均匀分布的硬化剂颗粒的复合材料的特点是各向同性。 通过粉末冶金方法获得用分散颗粒增强的组合物。 以铝为基础的铝基复合材料由 A1203 颗粒强化，该颗粒是通过压制铝粉并随后烧结 (SAP) 获得的。 SAP合金在热态下变形良好，SAP-1合金在冷态下也变形。 SAP 易于切割加工，可通过氩弧焊和电阻焊进行令人满意的焊接。 SAP 半成品以片材、型材、管材、箔材的形式生产。 具有镍基体的复合材料。 硬化成分是有毒的二氧化钍 (TIO02) 或二氧化铪 (HfO02) 颗粒。 这些材料分别被指定为 VDU-1 和 VDU-2。 复合材料 VDU-1 和 VDU-2 是塑料，通过各种方法（锻造、冲压、镦粗、深冲）在很宽的温度范围内变形。 为了连接由 VDU 类型的合金制成的零件，使用高温焊接或扩散焊接来防止熔化。 VDU-2 合金用于飞机发动机制造。 具有一维填料的复合材料通过晶须、纤维（线）形式的一维元素进行强化。 纤维通过基质结合在一起形成一个整体。 基体用于保护增强纤维免受损坏，是一种将载荷传递给纤维的介质，并在单根纤维断裂的情况下重新分配应力。 镍基体上的复合材料 耐热镍合金经过强化处理，以增加其工作时间和高达 1100-1200 °C 的工作温度。 为了增强镍合金，使用硬化剂：晶须、难熔金属和合金丝、碳纤维和碳化硅。 共晶复合材料——共晶合金。 其中，强化相是定向结晶，是定向结晶过程中形成的。 定向结晶法生产基于 Al、Md、Cu、Co、Tc 的复合材料 铝基共晶复合材料 通过定向结晶的方法，得到Al-A^M和Al-CuAl1的成分。 该组合物的特征在于直至熔融温度的高结构稳定性。 镍基共晶复合材料是用于火箭和航天技术的耐热材料。 含有大于 33-35% 的硬化相体积分数的层状组合物是脆的。 塑料组合物包括具有3-15％的纤维体积分数的来自钽、铌和铪碳化物的镍基组合物。 以非金属为基础的复合材料。 固化环氧树脂、聚酯、酚醛树脂用作基质。 用同种纤维增强的复合材料称为增强纤维。 包含排列成定向单股的长玻璃纤维形式的填料的组合物称为定向玻璃纤维。 无取向玻璃纤维的填料是短纤维。 如果增强材料是玻璃纤维，则该材料称为玻璃纤维。 含有碳纤维的复合材料称为碳纤维，硼纤维称为硼纤维，有机纤维称为有机纤维。 以聚合物为基体的复合材料的优点：高比强度和弹性特性； 抵抗恶劣环境； 良好的减摩和摩擦性能以及高隔热和减震性能。 49. 化学成分、粉末的制取方法、性质及其控制方法 粉末材料——通过将金属粉末压制成所需形状和尺寸的产品，然后在真空或保护气氛中对成型产品进行烧结而获得的材料。 减摩粉末合金摩擦系数低，易于加工，耐磨性好。 基于有色金属材料的合金用于仪器制造和电子工程。 粉末材料用于制造具有简单对称形状、小质量和尺寸的零件。 粉末冶金是处理金属粉末及其零件生产的技术分支。 坯料由金属粉末压制而成，并经过热处理 - 烧结。 金属粉末有：铁、铜、镍、铬、钴、钨、钼、钛。 获得粉末的方法有两种：机械法和物理化学法。 最常见的是对原料（碎屑、碎屑）进行机械研磨的方法。 机械研磨机用于研磨。 机械研磨有其缺点。 这些包括粉末的高成本，其中包括制造原始铸造金属和合金的成本，以及该过程的相对较低的生产率。 获得粉末的物理化学方法：还原氧化物，从盐水溶液中沉淀金属粉末。 粉末的生产与原材料化学成分的变化有关。 获得粉末的物理化学方法比机械方法更通用。 由于使用廉价的原材料，物理化学方法是经济的。 粉末的化学成分由贱金属或成分和杂质的含量决定。 粉末的物理性质由颗粒的大小和形状、显微硬度、密度和晶格的形成决定。 技术性能的特点是粉末的流动性、可压缩性和结块性。 流动性——粉末填充模具的能力。 流动性在自动压制中非常重要，其中压制性能受模具填充速度的影响。 流动性低会影响工件密度的不均匀性。 可压缩性是指粉末在外载荷作用下压缩的能力和颗粒在加压下的粘附强度。 粉末的可压缩性受颗粒材料的可塑性、它们的尺寸和形状的影响。 它随着将表面活性剂引入粉末组合物中而增加。 用于制造毛坯和成品零件的结构材料是使用粉末冶金方法获得的。 具有特殊物理、机械和性能性能的复合材料在工业中得到广泛应用。 减摩烧结材料用于制造滑动轴承。 在减摩材料中，固体成分是金属基体，软质成分是充满油或塑料的孔隙。 摩擦复合材料是基于铜或铁的复杂成分。 石墨或铅有助于减少成分的磨损。 摩擦材料用作双金属元件，由摩擦层组成，在压力下与基底（盘）一起烧结。 高度多孔的材料用于制造过滤器。 过滤器可以由耐腐蚀钢、铝、钛的粉末制成。 高度多孔的金属材料是通过粉末烧结生产的，无需预压。 为了在烧结过程中释放气体，粉末中添加了特殊物质。 金属陶瓷硬质合金具有高硬度、耐热性和耐磨性。 它们用于制造切削和钻孔工具，也应用于耐磨零件的表面。 粉末冶金生产金刚石金属材料。 金属粉末（铜、镍）用作粘合剂。 纤维材料在现代复合材料技术中得到广泛应用。 为了获得它们，需要使用由钨、钼、硼、石墨制成的线——具体取决于所制造材料的所需性能。 纤维冶金是粉末冶金的一个分支，专门解决纤维材料的研究和创造问题。 混合物制备过程包括初步退火、粉末按粒度分选（筛分）和混合。 50. 粉末成型与烧结，应用领域 结块是压制坯料热处理后颗粒的粘附强度。 制备好的粉末在球磨机和鼓磨机中混合。 金属粉末坯料通过压制（冷、热、静压）和轧制形成。 根据压制坯料的尺寸和复杂程度，采用单面压制和双面压制。 单面接收简单形状的毛坯和衬套等毛坯。 通过双面压制，对形状复杂的工件进行成型。 在热压过程中，工件的成型和烧结过程在技术上相结合。 作为热压的结果，获得了具有高强度、高密度和结构均匀性特征的材料。 石墨是制作模具的最佳材料。 静水压用于获得金属陶瓷坯料。 作为工作流体，使用油、水、甘油。 挤压生产各种截面的棒材、管材和型材。 制造零件的轮廓取决于校准模具孔的形状。 机械和液压机用作设备。 轧制是用于加工粉末材料的最有效和最有前途的方法之一。 在某些情况下，轧制过程与最终工件的烧结和最终加工相结合。 进行烧结是为了通过压制或轧制来增加先前获得的工件的强度。 在压制工件中，单个颗粒的接触比例很小；因此，烧结伴随着单个粉末颗粒之间的接触增加。 根据烧结的时间和温度，由于接触表面形成过程的激活，强度和密度会增加。 如果超过技术参数，则会由于结晶晶粒的生长而导致强度下降。 对烧结气氛——加热工件的非氧化条件提出了要求。 对烧结后的毛坯进行附加加工，以改善物理和机械性能，获得最终尺寸和形状，施加装饰涂层并保护零件表面免受腐蚀。 为了改善烧结坯料的物理和机械性能，使用了反复压制和烧结、润滑剂浸渍、热处理或化学热处理。 反复压制和烧结会产生更高密度的零件。 烧结材料可以在高温下锻造、轧制、冲压。 压力处理降低了材料的孔隙率并增加了它们的可塑性。 粉末金属材料是采用粉末配料、成型和烧结方法制成的烧结材料。 这些材料包括硬质合金、弥散强化复合材料、抗摩擦材料、粉末钢、烧结有色金属、多孔金属材料。 为了从粉末钢获得烧结部件，使用铁和合金粉末以及碳和合金钢粉末的混合物。 获得粉末钢的方法：冷压、烧结； 双重压制和烧结； 热压； 烫金。 粉末钢的热处理是在特殊的保护环境中进行的。 为了防止氧化过程，使用油或水来冷却钢材。 粉末钢具有一种特征结构元素——气孔。 材料的孔隙率越大，钢的密度、强度和韧性越低。 然而，材料的许多特性并不单调地取决于孔隙率。 因此，铁粉的抗裂性和冲击强度根据孔隙率非单调变化。 用铜和钢模具制备的粉末烧结减摩材料在现代机械工程中得到广泛应用。 为了制备更耐用、更优质的材料，使用了特殊添加剂：氟化钙、石墨、超层氮化硼。 结果，在烧结过程之后形成了多孔结构。 这种结构的孔隙通道可以保留油颗粒和其他液体润滑剂。 具有多孔结构的材料最适合替代使用相当昂贵的青铜和巴氏合金减摩合金。 在粉末冶金中，生产矿物陶瓷，使用铁、钴和其他难熔金属获得。 铍产品也通过粉末冶金制造。 制造工艺：成型烧结、热塑变形。 51. 无机玻璃。 技术陶瓷 无机玻璃 - 具有脆性固体特性的化学复杂的无定形各向同性材料。 眼镜是： 1. 玻璃成型器 - 基础： a) 二氧化硅2 - 硅酸盐玻璃，如果 SiO02 > 99%，则为石英玻璃； b) 人工智能2O3 + 二氧化硅2 - 铝硅酸盐玻璃； c) 乙203 + 二氧化硅2 - 硼硅酸盐玻璃； d) 人工智能203 + B203 + 二氧化硅2 - 铝硼硅酸盐玻璃； 2.引入改性剂以赋予玻璃某些性能。 碱土金属（I、II族：Na、K）氧化物的引入降低了软化点。 铬、铁、钒的氧化物赋予玻璃一定的颜色。 氧化铅增加折射率。 根据改性剂的数量，玻璃可以是：碱性玻璃，改性剂含量高达 20-30%，无碱玻璃 - 改性剂含量高达 5%，石英玻璃 - 无改性剂； 3. 补偿器，抑制修饰符的负面影响。 汽车玻璃、玻璃纤维、光学、低导热性、不溶于酸和碱。 玻璃特性：玻璃的特点是硬度高、抗拉强度高。 理论上抗拉强度可达10-12 GPa。 弹性模量E = 70 GPa。 维氏硬度 HV ~ 750 kgf/mm2。 实际上，抗拉强度为50-100 MPa。 低 aB 的原因是：高线性膨胀系数。 当玻璃冷却时，其表面会形成拉应力，从而导致出现裂纹。 玻璃是良好的隔热体，但也会导致破裂。 玻璃不能抵抗动态载荷。 玻璃硬化方法： 1）酸洗去除有缺陷的表面层。 抗拉强度增加到3000 MPa。 一种低效的方法，因为将来玻璃会与磨料颗粒或固体材料相互作用； 2) 在表面上产生压应力。 为此，进行硬化，加热到一定温度，然后以给定的方式冷却（加热温度，冷却和保持时间）。 抗拉强度提高到1000-1500 MPa； 3) 将聚合材料应用于玻璃表面。 聚合物粘合剂粘合玻璃表面上的微裂纹。 与其他硅酸盐玻璃相比，石英玻璃具有较高的透气性（氦、氢、氖），硅酸盐玻璃除二氧化硅外还含有碱金属和碱土金属的氧化物。 有两个参数将双磷酸盐玻璃的结构与双硅酸盐玻璃的结构结合起来：基本结构单元是四面体元素-氧基团； 添加改性氧化物会增加非桥连氧原子的数量。 玻璃的硬化和熔化在一定的温度范围内逐渐发生。 因此，没有特定的凝固点或熔点。 在冷却过程中，熔体从液态转变为塑性状态，然后转变为固态（玻璃化转变过程）。 有机玻璃是有机聚合物——聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、氯乙烯与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，它们处于玻璃态。 基于聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃已发现最大的实际应用。 根据其技术、硬化机理和结构，有机玻璃不同于无机玻璃。 基本玻璃能够形成少量元素——硫、硒、砷、磷、碳。 卤化物玻璃是基于形成玻璃的组分 BeF2 生产的。 氟铍酸盐玻璃的多组分组合物包括铝、钙、镁、锶和氟化钡。 氟铍酸盐玻璃因其对硬辐射（包括 X 射线）和腐蚀性介质（如氟和氟化氢）的高耐受性而在实践中得到广泛应用。 通过真空蒸发、气相冷凝和等离子喷涂获得玻璃的方法在工业上越来越重要。 在这些情况下，玻璃可以从气相中获得，绕过熔融状态。 陶瓷——在高温烧制过程中通过模制物质获得的无机材料。 与抗拉强度或抗弯强度相比，氧化物陶瓷具有较高的抗压强度。 细粒度结构更耐用。 随着温度的升高，陶瓷的强度降低。 纯氧化物陶瓷不受氧化过程的影响。 无氧陶瓷。 材料非常脆。 碳化物和硼化物在高温下的抗氧化性为 900-1000 °C，而氮化物则更低。 硅化物可承受 1300-1700 °C 的温度。 在这样的温度下，表面会形成一层二氧化硅膜。 52. 聚合物、塑料 聚合物是其大分子由代表同一组原子的许多重复基本单元组成的物质。 分子的分子量范围从 500 到 1000000。 在聚合物分子中，主链是由大量原子构成的。 侧链较短。 主链含有相同原子的聚合物称为同链，如果碳原子是碳链。 主链上含有不同原子的聚合物称为杂链。 高分子大分子按其形状分为线状、支化、扁平、带状、空间状或网状。 线性聚合物大分子是长的之字形和扭曲的链，其本质上是柔性的，仅限于刚性部分——由多个链接组成的片段。 这种大分子沿主链具有高强度，弱互连并提供材料的高弹性。 加热导致软化，随后冷却导致聚合物（聚酰胺、聚乙烯）硬化。 支化的大分子含有侧支，这使得大分子难以相互接近并减少了分子间的相互作用。 具有这种形状的聚合物的特点是强度降低、易熔性和易碎性增加。 大分子的交联形式是更耐用、不溶和不熔的聚合物的特征，这些聚合物在溶剂中易于溶胀并在加热时软化。 聚合物大分子是柔性的。 塑料（塑料）是基于聚合物的有机材料，在受热和受压时能够软化以形成一定的稳定形状。 简单的塑料仅由化学聚合物组成。 复合塑料包括添加剂：填料、增塑剂、染料、硬化剂、催化剂。 填充剂以 40-70% 的量被引入塑料中，以增加硬度、强度、刚度并赋予特殊的特定性能。 填料可以是织物和粉状、纤维状物质。 增塑剂（硬脂、油酸）有助于增加弹性、可塑性并促进塑料的加工。 将硬化剂（胺）和催化剂（过氧化物）添加到塑料中进行固化。 染料（矿物颜料、有机涂料的酒精溶液）赋予塑料一定的颜色并降低其成本。 组分的组成、它们的组合和数量比使您可以在很宽的范围内改变塑料的特性。 塑料按特性分类。 按填料类型：固体填料； 带有气态填料。 根据粘合剂聚合物的反应来反复加热。 基于热塑性聚合物的热塑性塑料在加热时软化并在随后的冷却时硬化（纯聚合物或具有增塑剂、抗氧化剂的聚合物组合物）。 热塑性塑料的特点是 1-3% 的低收缩率。 它们的特点是低脆性、高弹性和定向能力。 基于热固性聚合物（树脂）的热固性塑料经过热处理-固化-进入热稳定状态并且是脆性的，具有10-15%的大收缩率并且在其成分中含有填料。 根据应用，它们分为几组： 结构 - 用于动力部件和结构，用于非动力部件； 垫圈、密封件； 摩擦和减摩； 电绝缘、辐射透明的隔热； 耐火、油、酸； 饰面和装饰。 聚乙烯可在60-100℃下长期使用。 抗冻性达到-70℃及以下。 具有耐化学性且不溶于溶剂，用于绝缘电缆、电线、高频装置部件的保护套以及制造耐腐蚀部件 - 管道、垫圈、软管。 它以薄膜、片材、管材、块材的形式生产。 聚乙烯会老化。 聚苯乙烯是一种无定形、固体、透明聚合物，具有线性结构、高介电性能、令人满意的机械强度、低工作温度（高达100°C）、耐碱、无机酸和有机酸、油的化学性能。 在65%硝酸、冰醋酸、汽油和煤油中膨胀。 在温度高于200°C时，它分解形成苯乙烯。 聚苯乙烯用于生产轻载部件和高频绝缘体。 缺点 - 低温脆性，表面容易逐渐形成裂纹。 塑料广泛用于制造零件的机械工程和仪器制造。 电气用塑料在机器结构中用作电绝缘材料。 作者：Buslaeva E.M.
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