Презентация на тему МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕлекции220301 Автоматизация технологических процессов и производств

металлов и устанавливает связь между составом, структурой и свойствами
Основоположник

материалов П.П.Аносов – раскрыл секрет булатной стали, применил микроскоп, работал над качественной сталью.
Научный основоположник материаловедения Д.К.Чернов – обнаружил, что в процессе нагрева и последующего охлаждения изменяется структура стали, обнаружил диапазон этих температур(критические точки Чернова), сделал наброски диаграммы Fe-C.
В 1873-1876 г.г Гиббс изложил основные законы фазового равновесия и, в частности, правило фаз, основываясь на законах термодинамики.
Лауэ (1912 г) показал, что атомы в кристалле регулярно заполняют пространство, образуя пространственную дифракционную решетку, и что рентгеновские лучи имеют волновую природу

и аморфные
Кристаллические тела имеют фиксированную температуру плавления и затвердевания,

характеризуются упорядоченным расположением в пространстве элементарных частиц (имеют ближний и дальний порядок).
Аморфные тела имеют только ближний порядок в расположении элементарных частиц, при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими
Существует семь кристаллических систем элементов (семь сингоний): триклинная, моноклинная, ромбическая, ромбоэдрическая ,гексагональная, тетрогональная, кубическая.
Системы отличаются размерами ребер (параметров решетки) и углами между ребрами.
Всего 14 типов решеток Браве
Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.

характеризует особенности строения кристалла.
Основными параметрами кристалла являются:

-размеры ребер элементарной ячейки a, b, c, или периоды решетки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определенными.
- углы между осями (,, ).
Дополнительные параметры:
-координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке
-базис решетки- количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.
-плотность упаковки атомов в кристаллической решетке -отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной кубической решетки – 0,74)

Понятие об изотропии и анизотропии
Аллотропия или полиморфные превращения
Магнитные

превращения
Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определенным набором свойств:
-«металлический блеск» (хорошая отражательная способность);
-пластичность;
-высокая теплопроводность;
-высокая электропроводность. Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.
кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная

Рис. 2.
Основными типами кристаллических решеток являются :
1.Объемно - центрированная кубическая (ОЦК) (рис. 2а), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, )
2.Гранецентрированная кубическая (ГЦК) (рис.2б), атомы располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней (Ag, Au, )
3.Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:
-простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);
-плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).

Рис. 2.

природы атомов, из которых оно состоит, и от силы

взаимодействия между этими атомами.
. В аморфных телах с хаотическим расположением атомов в пространстве ,расстояния между атомами в различных направлениях равны, свойства будут одинаковые- аморфные тела изотропны
В кристаллических телах атомы правильно располагаются в пространстве, причем по разным направлениям расстояния между атомами неодинаковы, что предопределяет существенные различия в силах взаимодействия между ними и, разные свойства. Зависимость свойств от направления называется анизотропией
Плоскость, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется кристаллографической плоскостью.
Прямая, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется кристаллографическим направлением.
Для обозначения кристаллографических плоскостей и направлений пользуются индексами Миллера.

различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий (давление,

температура) называется аллотропией или полиморфизмом.
Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение или модификацию. Примером аллотропического видоизменения в зависимости от температуры является железо (Fe).
Fe:t < 911о C- ОЦК - Fe
911 < t < 1392оC - ГЦК - Fe
1392< t  1539о C- ОЦК – Feδ высокотемпературное
Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления, является углерод: при низких давлениях образуется графит, а при высоких – алмаз

поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом.

Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы.
При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определенной температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа –768 град.С ). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.

металлов. Дефекты кристаллического строения Лекция 2  
Точеные дефекты
Линейные дефекты:
Простейшие виды дислокаций

– краевые и винтовые.

В кристаллической решетке реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Различают следующие структурные несовершенства:
-точечные – малые во всех трех измерениях;
-линейные – малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем;
-поверхностные – малые в одном измерении

наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей. (рис.

2.1.) а – вакансии, б – дислоцированные атомы, в – атомы примесей

это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и

вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей.
Простейшие виды дислокаций – краевые и винтовые

Рис.2.2 Краевая дислокация (а) и механизм ее образования (б)

внутри кристалла край “лишней“ полуплоскости (рис. 2.2)
Экстраплоскость - неполная

плоскость
Дислокации образуются путем сдвигового механизма. Сдвигается нижняя часть (АВСD), рис.2.2. относительно верхней на один период решетки в направлении, перпендикулярном АВ, а затем вновь атомы сближаются на краях разреза внизу.
Наибольшие искажения в расположении атомов в кристалле имеют место вблизи нижнего края экстраплоскости.
Вправо и влево от края экстраплоскости эти искажения малы (несколько периодов решетки).
Вдоль края экстраплоскости искажения простираются через весь кристалл и могут быть очень велики (тысячи периодов решетки) (рис. 2.3). Рис. 2.3. Искажения в кристаллической решетке при наличии краевой дислокации

Рис.2.3 Искажения в КР

Q вокруг линии EF (рис. 2.4)
На поверхности кристалла

образуется ступенька, проходящая от точки Е до края кристалла.
Такой частичный сдвиг нарушает параллельность атомных слоев. Кристалл превращается в одну атомную плоскость, закрученную по винту в виде полого геликоида вокруг линии EF.
Линия EF представляет границу, отделяющую часть плоскости скольжения, где сдвиг уже произошел, от части, где сдвиг не начинался.
Винтовая дислокация может перемещаться по любой плоскости, проходящей через линию дислокации.

Рис. 2.4. Механизм образования винтовой дислокации

они либо замкнутые и образуют петлю, либо разветвляются на

несколько дислокаций, либо выходят на поверхность кристалла.
Дислокационная структура материала характеризуется плотностью дислокаций.
Плотность дислокаций в кристалле определяется как среднее число линий дислокаций, пересекающих внутри тела площадку площадью 1 м2, или как суммарная длина линий дислокаций в объеме 1 м3

(см-2; м-2)

Плотность дислокаций изменяется в широких пределах и зависит от состояния материала.
После тщательного отжига плотность дислокаций составляет 105…107 м-2,
В кристаллах с сильно деформированной кристаллической решеткой плотность дислокаций достигает 1015…10 16 м –2.
Плотность дислокации в значительной мере определяет пластичность и прочность материала.
Минимальная прочность определяется критической плотностью дислокаций

фрагментов и блоков (рис. 2.5).
Размеры зерен составляют до 1000

мкм.

Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов ( ).
Граница между зернами представляет собой тонкую в 5 – 10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.
На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию.
Внутри зерна не идеальное строения кристаллической решетки. Имеются участки, разориентированные один относительно другого на несколько градусов ( ).
Эти участки - фрагменты.
каждый фрагмент состоит из блоков, размерами менее 10 мкм, разориентированных на угол менее одного градуса ( ).