Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол №10 «27»

Лекция 3. Аморфные материалы: структура и свойства (2 час.) Цель – показать взаимосвязь структуры и свойств аморфных материалов План 1. Аморфные материалы: структура и свойства. 2. Стеклообразное состояние вещества. Содержание лекции: План Аморфные материалы: структура и свойства. Аморфные вещества отличаются от кристаллических изотропностью, т. е. подобно жидкости, они имеют одинаковые значения данного свойства при измерении в любом направлении внутри вещества. Переход аморфного вещества из твердого состояния в жидкое не сопровождается скачкообразным изменением свойств - это второй важный признак, ряд пластмасс. Аморфное состояние характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении атомов упаковки. К материалам аморфного строения принадлежат стекла из неорганических веществ, металлов и ряд пластмасс. Наибольшее применение у неорганических стекол. Основной химический состав конструкционных стекол: двуокись кремния и алюминия с добавками ангидридов бора, фосфора и двуокисей металлов - титана, ванадия и циркония. Среди машиностроительных материалов наибольшее применение получили безосколочные, тугоплавкие, термостойкие и упрочненные стекла. Неорганическое стекло, получаемое при застывании минерального расплава в результате непрерывного увеличения его вязкости, в отличии от других материалов имеет макроскопическое изотропное аморфное строение, в той или иной мере прозрачно и обладает механическими свойствами твердого тела. 2. Стеклообразное состояние вещества. Тонкое исследование строения стекол свидетельствует о их микронеоднородной структуре. Стекло по сравнению с кристаллическим веществом не имеет определенной точки плавления; будучи нагретым, оно постепенно размягчается, переходя из твердого хрупкого состояния в высоковязкое, и затем в жидкое(стекломассу). При понижении температуры вязкость стекла непрерывно возрастает и происходит обратный переход в твердое хрупкое состояние. Металлические стекла по химическому составу состоят из металлов и элементов аморфитизаторов, в качестве которых используют бор, углерод, кремний, азот и другие в количестве до 30%. Аморфное состояние металла достигается сверхбыстрым охлаждением из газообразного, жидкого или ионизированного состояния. Основным методом получения МС является закалка из жидкого состояния, фиксирующая структуру расплава. Особенностью МС является сочетание высокой твердости и прочности, наряду с высокими упругими свойствами. Например, у обычных стекол крайне высокая твердость и относительно низкая прочность. МС можно штамповать, резать и прокатывать. Аморфное состояние МС является метастабильным. При температурах отжига, превышающей (0.4-0.65) Тпл материал кристаллизуется. Пластические массы в большинстве случаев аморфные тела. Изменение свойств с температурой происходит также как у неорганических стекол. Существует три различных аморфных состояния - стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее; и две температуры, при которых свойства пластмасс резко изменяются. Температура стеклованияи выше ее температуры вязкотекучего состояния. Пластические массы кристаллизуются при длительных отжигах и деформационных процессах по механизму ориентации полимерных цепей и или звеньев в одной плоскости или направлении. Аморфные материалы являются перспективными машиностроительными материалами. МС применяются для изготовления пружин. Стекла - для изделий с оптическими свойствами. Пластические массы - как конструкционные материалы. Применение аморфных материалов в основном сдерживается их узким и низким температурным интервалом эксплуатации. Основная литература Добровольский, В.В. Геология: Минералогия, динамическая геология, петрография: учеб. для вузов / В.В. Добровольский. — М. : ВЛАДОС, 2004. — 320 с. Коровин, Н.В. Общая химия / Н.В. Коровин. - М.: Высш. шк., 2003. - 557 с. Третьяков, Ю.Д. Неорганическая химия. Т. 1, Физико-химические основы неорганической химии: учебник для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2004 — 240 с. Дополнительная литература Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: Учебн. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова - 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007. - 862 с. Неорганическая химия. Т. 3, Химия переходных элементов: Кн. 1: учеб. для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007 — 352 с. Неорганическая химия. Т. 3, Химия переходных элементов: Кн. 2: учебник для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007 — 400 c. Вопросы для самопроверки Аморфные материалы: структура и свойства: примеры. Стеклообразное состояние вещества (свойства, применение). Лекция 4. Фазовые диаграммы. Применение основных металлов и сплавов (2 час.) Цель – показать взаимосвязь фазовых диаграмм двухкомпонентных сплавов с их физическими свойствами. План Металлы и сплавы. Связь между строением двухкомпонентных сплавов, видом диаграмм состояния и свойствами этих сплавов Применение черных металлов и сплавов. Применение цветных металлов и сплавов. Применение редких и рассеянных металлов и сплавов. Содержание лекции: Металлы и сплавы. Связь между строением двухкомпонентных сплавов, видом диаграмм состояния и свойствами этих сплавов Сплавы состоящие из двух компонентов А и В, которые неограниченно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твердом состоянии , и не образуют химических соединений .Фактически в твердом состоянии все сплавы этого типа – механические смеси. Самый низкоплавкий сплав называется эвтектика. Эвтектические сплавы : припои, предохранители, типографские сплавы. Твердость сплава изменяется по прямолинейному закону. Сплавы состоящие из двух компонентов А и В, которые неограниченно растворимы в жидком состоянии, и неограниченно растворимы в твердом состоянии, и не образуют химических соединений. Фактически в твердом состоянии все сплавы этого типа – твердые растворы (медь –никель, медь- серебро) и гомогенные (однофазные):. . . Эти сплавы имеют промежуточные свойства между свойствами исходных металлов (в зависимости от состава, но отличаются обычно несколько большей твердостью). Твердость сплава изменяется по криволинейному закону. Свойства сплавов, затвердевающих по диаграмме состояния 1 типа изменяются по кривой линии. Это связано с тем, что вследствие искажения кристаллической решетки растворителя твердый раствор имеет более высокую прочность и твердость, чем исходные компоненты. Следовательно, однородные твердые растворы характеризуются повышенными значениями твердости и предела прочности. При этом высокие прочностные свойства обычно сочетаются с достаточно высокой пластичностью. Поэтому сплавы, образующие однородные твердые растворы, обычно легко обрабатываются давлением (прокаткой, ковкой, штамповкой). Однако они обладают невысокими литейными свойствами. Образование твердых растворов всегда приводит к увеличению электросопротивления. Сплавы с ограниченной растворимость в твердом состоянии: важно, до что определенного предела сплавы представляют собой твердые растворы, и обладают свойствами последних, например- техническое железо, содержащее углерод в виде твердого раствора. При образовании твердых растворов с ограниченной растворимостью, свойства однофазных твердых растворов изменяются по кривой линии, а свойства смесей двух фаз - по прямой. Литейные свойства сплавов, образующих твердые растворы с ограниченной растворимостью, зависят от интервала температур кристаллизации: чем больше этот интервал, тем меньше жидкотекучесть сплава и тем больше его склонность к ликвации. Однофазные сплавы твердых растворов с ограниченной растворимостью обладают высокой пластичностью и хорошо прокатываются, куются, прессуются. Но при появлении в структуре эвтектики пластичность резко снижается. Поэтому для деформируемых сплавов, затвердевающих по диаграмме состояния 3 типа, максимум растворимости при эвтектической температуре является верхним пределом содержания компонентов. Сплавы, имеющие двухфазную структуру твердых растворов, взаимная растворимость которых практически не изменяется при высокой температуре, весьма устойчиво сохраняют при высокой температуре твердость и прочность. Эти сплавы применяют в качестве жаропрочных материалов. Сплавы с перитектикой: Важно, что твердые растворы образуются при взаимодействии жидкой с твердой, при этом образуется новая твердая фаза. Так, высокотемпературный феррит, превращается, вследствие смены кристаллической решетки железа при охлаждении, - в аустенит. Твердость сплава изменяется по криволинейному закону в области твердого раствора, и по прямолинейному закону в области механической смеси. Сплавы с химическими соединениями . Диаграмма состояния сплавов в случае образования химического соединения распадается на две, в каждой из которых химическое соединение играет роль самостоя­тельного компонента. Сплавы, кристаллизующиеся в точках М и Д, образует эвтектики. Точка Е отвечает кристаллизации химического соединения AnBm. Химические соединения тугоплавкие, твердые, более стойки и химически. Таким соединением в системе железо-углерод является цементит. Характерной особенностью свойств таких сплавов, является большая твердость, повышенная хрупкость, малая способность к пластической деформации и высокое злектросопротивление. Особенно резко повышается твердость, при образовании химического соединения некоторых металлов с углеродом и азотом. Карбиды вольфрама, ванадия, титана, железа обладают весьма большой твердостью, в то время как сами чистые металлы имеют низкую твердость. Поэтому подобные химические соединения широко применяют для изготовления режущего инструмента. Применение черных металлов и сплавов. Сталь - сплав железа с углеродом и другими элементами, причем углерода не более 2,14% (С<2,14%). Рассмотрим, какие другие элементы входят в состав сталей: а) постоянные примеси: кремний Si, марганец Mn, вредные примеси: сера S (вызывает красноломкость, т.е. хрупкость сталей при повышенных температурах), фосфор P (вызывает хладноломкость, т.е. хрупкость сталей даже при обычных, нормальных температурах). Содержание вредных примесей ограничивается сотыми и тысячами долями процента. б) легирующие элементы - специально вводимые в сталь элементы для придания им определенных положительных свойств, например: хром Cr, никель Ni, кобальт Co, вольфрам W, алюминий Al и другие. Общая классификация сталей 1. По химическому составу: а) Углеродистые - стали, где нет легирующих элементов (Fe, C<2,14%). -низкоуглеродистые C < 0,25% -среднеуглеродистые 0,25% < C < 0,6% -высокоуглеродистые С > 0,6% до 1,5% б) Легированные – стали, в которых есть легирующие элементы (л.э.) -низколегированные – суммарный % л.э. < 2,5% -среднелегированные – суммарный % л.э. > 2,5% до 10% -высоколегированные - суммарный % л.э свыше 10% до 70% 2. По качеству: Чем меньше вредных примесей S, P содержится в стали, тем качество стали выше. По качеству различают стали следующих групп: а) обыкновенного качества S < 0,06%, P < 0,07% б) качественные S < 0,035%, P < 0,035% в) высококачественные S < 0,025%, P < 0,025% г) особовысококачественные S < 0,015%, P< 0,015% 3. По применению различают стали: 3.1. Конструкционные 3.2. Инструментальные: 3.2.1. Для изготовления ударных инструментов (например, штампов холодного или горячего деформирования металла) 3.2.2. Для изготовления режущего инструмента 3.2.3. Для изготовления измерительного инструмента 3.3. Стали с особыми свойствами Конструкционные стали в общем объёме производства предприятий чёрной металлургии занимают более 90%, а предприятия машиностроения приобретают эти стали в больших количествах Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества Согласно ГОСТ эти стали выпускают следующих марок: Группа А – поставщик по группе А гарантирует механические свойства стали, марки сталей Ст.0, Ст.1, Ст.2…….Ст.6. Цифра в марке означает № стали по ГОСТ. Группа Б – поставщик по группе Б гарантирует химический состав стали, марки сталей БСт.0, БСт.1, БСт.2…….БСт.6. Цифра в марке означает № стали по ГОСТ. Группа В – поставщик по группе В гарантирует механические свойства стали, и её химический состав, марки сталей ВСт.0, ВСт.1, ВСт.2…….ВСт.6. Цифра в марке означает № стали по ГОСТ. Все стали по всем группам могут поставляться с различной степенью и способом раскисления: кп - кипящие, сп – спокойны, пс – полуспокойные. Например: Б Ст.3 кп – сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества, поставляется по группе Б – поставщик гарантирует химический состав стали, 3 - № стали по ГОСТ. Сталь кипящая. Маркировка углеродистых конструкционных сталей качественных Сталь 08 – сталь углеродистая конструкционная качественная. Две цифры в марке стали означают содержание углерода в сотых долях, данная сталь одержит около 0,08% углерода. Сталь 20 - сталь углеродистая конструкционная качественная. Две цифры в марке стали означают содержание углерода в сотых долях, данная сталь одержит около 0,20% углерода. Сталь 45 - сталь углеродистая конструкционная качественная. Две цифры в марке стали означают содержание углерода в сотых долях, данная сталь одержит около 0,45% углерода. Маркировка углеродистых инструментальных сталей Углеродистые инструментальные стали качественные. Марки сталей: У7. У8, У9, У10, У11, У12, У13 – цифры в марках сталей показывают содержание углерода в десятых долях процента. Например, У8 – сталь углеродистая инструментальная качественная. Содержит около 0,8% углерода. У12 - сталь углеродистая инструментальная качественная. Содержит около 1.2 % углерода. Углеродистые инструментальные стали высококачественные. Марки сталей: У7А, У8А, У9А, У10А, У11А, У12А, У13 А– цифры в марках сталей показывают содержание углерода в десятых долях процента. Например, У8 А – сталь углеродистая инструментальная высоко качественная. Содержит около 0,8% углерода. У12 А - сталь углеродистая инструментальная высоко качественная. Содержит около 1,2 % углерода Маркировка легированных сталей Для маркировки легированных сталей принята буквенно-цифровая система. Название легирующего элемента Химический символ Обозначение легирующих элементов в марках сталей Азот N А Ниобий Nb Б Вольфрам W В Марганец Mn Г Медь Cu Д Селен Se Е Кобальт Co К Молибден Mo М Никель Ni Н Бор B Р Кремний Si С Титан Ti Т Ванадий V Ф Хром Cr Х Алюминий Al Ю В сталь вводится один или несколько легирующих элементов. В марке содержание легирующего элемента, если оно превышает 1...1.5%, указывается цифрой (массовая доля в процентах), стоящей после соответствующей буквы. Цифры в начале марки обозначают содержание углерода в сотых долях процента для конструкционных сталей, в десятых – для инструментальных. Например: 30ХГСА – сталь легированная конструкционная, содержит 0.3% углерода, около 1% хрома, около 1% марганца, около 1% кремния. Буква А, стоящая в конце марки стали обозначает, что сталь высококачественная. 09Х18Н9Т – сталь легированная конструкционная, с особыми свойствами (нержавеющая), высококачественная. Содержит около 0.09% углерода, около 18% хрома, около 9% никеля, около 1% титана. ХВГ – сталь легированная инструментальная, высококачественная. Содержит около 1,0 % углерода, около 1% хрома, около 1% вольфрама, около 1% марганца. 5ХНМ – сталь легированная, инструментальная для изготовления штампов, высококачественная. Содержит около 0,5 % углерода, около 1% хрома, около 1% никеля, около 1% молибдена. Буква в начале марки стали может обозначать принадлежность стали к особой группе сталей. Например:

Похожие:

	Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа Химическое образование Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)		Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050101. 65 «Химия с дополнительной специальностью 050102. 65 Биология» Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... История и методология химии Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа Химическое образование Форма...		Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная)		Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден и утвержден на заседании кафедры прикладной лингвистики и образовательных технологий...		Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак Учебно-методический комплекс дисциплины...
	Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак. Учебно-методический комплекс обсужден...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального...