Презентация на тему Материаловедение

(проводниковые, электровакуумные и другие материалы). Основные конструкционные материалы -

металлические сплавы.
Сплав – вещество, полученное сплавлением двух или более элементов (компонентов).
Компоненты сплава – простые вещества, образующие сплав.
Компоненты сплава могут взаимодействовать, образуя различные по составу, типу связи и строению кристаллические фазы.
Фаза – однородная обособленная часть системы (сплава), имеющая одинаковые состав, строение и свойства. Она отделена от других частей системы (фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или строение вещества изменяются скачкообразно.
В жидком состоянии почти все металлы растворяются друг в друге и образуют жидкий раствор.
При затвердевании сплава возможно образование следующих фаз:
- Твердый раствор
- Химическое соединение
- Механическая смесь различных фаз.

один из компонентов образует собственную кристаллическую решетку (растворитель), а

второй присутствует в виде отдельных атомов, то есть собственной кристаллической решетки не имеет (растворенный компонент). А(В) –компонент В растворен в решетке компонента А. Микроструктура ТР состоит из однородных зерен, имеющих кристаллическую решетку элемента растворителя.

Микроструктура твердого раствора

Схема образования: А + В = Аn (Вm) или Вn (Аm),
где Аn(Вm) – твердый раствор компонента В в компоненте А; Вn(Аm) - твердый раствор компонента В в компоненте А.
Признаки сплава:
- однофазный,
- имеет кристаллическую решетку компонента В или компонента А;
- кристаллизация протекает в интервале температур;
- соотношение компонентов является переменной величиной, n, m – переменные;

частицы растворителя (А) в узлах кристаллической решетки.
Особенности:
- неограниченная растворимость;

частицы В могут полностью заместить частицы А, если компоненты имеют одинаковый тип кристаллической решетки, близкие значения размеров атомов, близкое строение валентных оболочек;
- если эти условия не выполняются, то происходят большие искажения решетки и накопление упругой энергии. Решетка становится неустойчивой, и наступает предел растворимости.
- могут находиться в упорядоченном состоянии (определенный порядок распределения частиц В в А). Увеличение электропроводности, температурного коэффициента электрического сопротивления, твердости и прочности, снижение пластичности сплава.

Атомы растворенного вещества (В) находятся в порах кристаллической решетки основного компонента (А).

Особенности:
- растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);
- ограниченная растворимость;

соотношении компонентов.
Схема образования mA + nB

Аn Bm
Особенности:
- однофазные
- они образуют новую кристаллическую решетку, отличную от решеток исходных элементов;
- соотношение атомов элементов обычно описывается формулой Аn Bm (хотя могут иметь переменный состав);
-обладают новыми свойствами;
-имеют определенную температуру кристаллизация (т.е. кристаллизация происходит при постоянной температуре).

компоненты не взаимодействуют между собой и не способны взаимному

растворению. Это смеси кристаллов компонентов А и В с индивидуальными кристаллическими решетками.
Схема образования:  А + В = (А + В).
 Особенности:
- многофазный;
- компоненты сохраняют индивидуальные кристаллические решетки, зерна различного состава и свойств;
- кристаллизация протекает при постоянной температуре;
- компоненты не образуют химических соединений, взаимно не растворяются в твердом состоянии.

всего они определяются составом фаз и их количественным соотношением.

Эти сведения можно получить из анализа диаграмм состояния. Зная диаграмму состояния, можно представить полную картину формирования структуры любого сплава, выбрать режимы литья, термической обработки и обработки давлением.
Диаграмма состояния сплава - графическое изображение состояния сплава в зависимости от его температуры и состава.

Диаграмма состояния сплава

кривых охлаждения (зависимостей изменения температуры сплава в процессе кристаллизации

t = f(τ).) компонентов сплава и нескольких сплавов различного состава, например, 100 % А, 25 % В – 75 % А, 50 % В – 50 % А, 75 % В – 25 А % и 100 % В.
2. Определение температур начала и конца кристаллизации сплавов и компонентов (критических точек) по кривым охлаждения.
3. Перенос критических точек на поле диаграммы.
4. Точки начала кристаллизации соединяют одной линией и получают линию «ликвидус»; точки конца кристаллизации соединяют другой линией и получают линию «солидус».

существования устойчивых фаз в условиях равновесия. Оно показывает, происходит

ли процесс кристаллизации при постоянной температуре или в интервале температур, и указывает, какое число фаз может одновременно существовать в системе.
С = К + 1 – Ф
К – число компонентов (веществ, образующих систему)
Ф – число фаз
1- температура (внешний фактор). Диаграммы состояния обычно строят при постоянном (атмосферном) давлении
С – число степеней свободы, т.е. число независимых переменных внутренних (состав фаз) и внешних ( tо) факторов, которые можно изменять без изменения числа фаз, находящихся в равновесии С≥0
Число фаз в сплаве, находящемся в равновесии, не может быть больше, чем число компонентов + 1. Если в равновесии находится максимальное число фаз, то С=0 (система нонвариантна), т.е. существование всех фаз возможно при постоянной температуре и определенном составе фаз (на кривой охлаждения имеется горизонтальный участок).

при затвердевании механическую смесь.
Компоненты: вещества А и В.

Фазы : жидкий раствор L, кристаллы А и кристаллы В. Максимальное значение фаз – 3. АВС –линия «ликвидус». Выше нее система находится в жидком состоянии. DCE – линия «солидус». Ниже нее система находится в твердом состоянии. DCE – линия эвтектиктических превращений. Т. А и В – температуры плавления чистых веществ. Т.С – точка эвтектики. Эвтектика – механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости.

которой компоненты неограниченно растворимы друг в друге
Компоненты: А –

первый и В – второй металлы. Фазы: жидкость - L и твердый раствор - . А1В – линия «ликвидус» диаграммы; А2В – линия «солидус» диаграммы

твердом состоянии.
Компоненты А, В. Фазы: L, α – ТР

А(В)., β – ТР В(А). DF – линия предельной растворимости В в А, KN – линия предельной растворимости А в В. Сплавы, находящиеся между этими двумя линиями находятся за пределами растворимости и являются двухфазными, состоящими из α+β.
Линия EСF - линия ликвидуса. Линия EDСKF – линия солидуса. Линия DСK – линия эвтектических превращений, С- тройная точка.

30%В и 70%А при температуре t (точка а) состав

жидкой фазы определяется проекцией точки b на ось концентраций (точка. b1), а состав твердой фазы – проекцией точки c на ось концентраций (точка c1). Жидкая фаза имеет состав - 6%В и 94%А, твердой фазой является твердый раствор α с составом 55%В и 45%А.
2: отрезки линии между точкой, характеризующей состояние сплава в двухфазной области, и точками, определяющими состав фаз, обратно пропорциональны количествам фаз: часть жидкого состояния QЖ/QС = ас/bc; а доля твердой фазы QТ/QС = ba/bc, где QЖ – количество жидкого расплава; QТ – содержание кристаллов твердого тела; QС – масса сплава.

1: Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава при определенной температуре, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.