Методи вивчення структури і властивостей металів та сплавів

Всі властивості металів можна класифікувати за чотирма ознаками:

1. Фізичні

2. Хімічні

3. Механічні

4. Технологічні

Всі властивості залежать від структури та складу. Визначають цю структуру візуально, оптичними, рентгеноструктурними методами.

Візуальний метод – визначення структури металу по його зрізу. Характеризує перший період вивчення структури металу. Другий період характеризується застосуванням оптичних методів.

Властивості металу визначаються дефектами кристалічної структури.

Третій період характеризується розробкою новітніх методів та приладів

Класифікація методів, що вивчають структуру

• Внутрішні методи (вивчають внутрішню будову металів і сплавів, а також сам процес кристалізації).
• Зовнішні методи (вивчають зовнішню форму металу і кристала).

С.Р. Визначення деяких понять

Антифрикційність – здатність матеріала забезпечувати низький коефіцієнт тертя ковзання, тимёё самим низькі втрати на тертя та малу швидкість зношування спряженої деталі чугунного чи стального вала.

Стійкість до стирання - властивість, яка характеризує здатність покриття протидіяти механічному пошкодженню при терті.

Обробка матеріалів різанням — технологічний процес надання матеріалу-заготовці, необхідної форми і конфігурації за допомогою різноманітного різального інструмента. Обробку різанням ділять на два різновиди:

§ різання зі зняттям стружки;

§ різання без зняття стружки (напр., різання металу ножицями).

Циклічна в'язкість - це здатність матеріалів поглинати енергію при повторно-змінних навантаженнях. Матеріали з високою циклічної в'язкістю швидко гасять вібрації, які часто є причиною передчасного руйнування. Наприклад, чавун, що має високу циклічну в'язкість, в деяких випадках (для станин та інших корпусних деталей) є більш цінним матеріалом, ніж вуглецева сталь.

Ковкість — властивість матеріалів, що характеризує їх здатність до обробки деформуванням: куванням, вальцюванням, штампуванням без руйнування. Рівень ковкості залежить від багатьох параметрів. Найтісніше ковкість пов'язана з пластичністю та деформівністю матеріалу, що є властивостями, протилежними до крихкості.

Зварюваність — здатність матеріалів утворювати зварні з'єднання. Зварюваність оцінюється ступенем відповідності властивостей зварного з'єднання однойменним властивостям основного матеріалу та його схильністю до утворення дефектів. Матеріали поділяються на добре, задовільно, погано і обмежено зварювані.

Текучість - властивість тіл пластично або в'язко деформуватися під дією напруги.

В'я́зкість — властивість текучих тіл (рідин і газів) чинити опір переміщенню однієї їх частини відносно іншої.

Ліквація –схильність до неоднорідності структури й хімічного складу в різних частинах речовини.

Усадка – процес зміни об’єму матеріалу під дією якихось факторів.

Закалка – вид термічної обробки виробів із металів та сплавів, що полягає в їх нагріванні вище критичної температури з подальшим швидким охолодженням, як правило, в рідині.

Нагартовка - підвищення твердості і міцності металевого матеріалу в результаті холодної обробки тиском.

Термостійкість – технічна властивість матеріалу, його здатність витримувати термічні напруги, не руйнуючись при цьому.

Жаростійкість – опір матеріалу окисленню за високих температур.

Червоноламкість – здатність сталі тріскатись при обробці тиском ( ковка, штамповка, прокатка) в області температур червоного чи жовтого каління (850 - 1150ºС).

Синьоламкість – зниження пластичності сталі при одночасному підвищенні міцності, спостерігаєме при деформації в інтервалі температур, викликаючих синій колір сталі(200 - 300ºС).

Холодностійкість – здатність матеріалів, елементів, конструкцій та їх з’єднань чинити опір крихким руйнуванням за низьких температур оточуючого середовища.

Холоднола́мкість — це явище переходу металів і сплавів із в'язкого стану в крихкий, тобто окрихчення, внаслідок зниження температури.

С.Р. Алотропічні перетворення

Алотропія олова.

Олово існує в двох модифікаціях. Нижче +18ºС стійке так зване сіре ά-олово. При охолодженні ά-олово з’являється на звичайному β-олові у вигляді окремих горбків на поверхні («олов’яна чума»). Решітка білого олова з координаційним числом 6 в півтора рази компактніше решітки сірого олова, який має решітку алмаза з координаційним числом 4. Тому перетворення білого олова в сіре супроводжується збільшенням об’єму приблизно в 25%. Сіре олово являє собою порошок, не володіючий металічними властивостями. Хоча температура рівноваги Sn_ά↔Sn_β дорівнює +18ºC, перетворення при цій та трохи нижчій температурі відбувається з досить низькою швидкістю. Зважаючи на таку низьку швидкість перетворення β-олово схильне до переохолодження і порівняно довгий час може зберігатись при температурах нижче +18ºС.

Лекція №8

Термічний метод розглядає криві нагріву та охолодження і являє графік залежності:

Кожна сходинка на кривій нагріву-охолодження позначає фазу перетворення. Цей метод є складним по обробці результатів.

- метод визначення розширюваності різноманітних тіл від нагрівння. Він може використовуватись для знаходження критичних точок металів та сплавів. Цей метод застосовується , коли тепловий ефект фазових перетворень при критичних точках досить малий. Метод засновано на зміні об’єму досліджуваного сплаву в момент фазових перетворень.

Якщо фазових перетворень немає, то залежність

ά=f(x)

∆V=f(x)

буде прямолінійною. Інакше кажучи наявність криволінійної залежності говорить про наявність фазових перетворень.

Прилад, який дозволяє виміряти ∆V і ά називають динамометром. Він вимірює розширення зразка і порівнює його зі зразком піросу. Пірос-сплав, який складається з 82% Ni, 7% Cr, 5% W, 3% Fe I 3% Mn, він має лінійну характеристику ά=f(x) і не має фазових перетворень до T=1000ºC.

Існують також макро- та мікроскопічні методи.

Макроскопічні методи дозволяють швидко аналізувати стан структури і причину розтріскування металу чи сплаву.

Мікроскопічні методи дозволяють визначити неоднорідність, розміри зерна кристала, можна визначити внутрішні зміни. Для цього методу необхідні мікрозразки, які, як правило, піддаються травленню, де помітна структура металу і відбувається візуальний огляд ( лупою, наочно).

Радіоізотропічний метод дозволяє вивчити розподіл окремих складників по всій масі металу.

Рентгеноструктурний метод – дозволяє вивчити кристалічну структуру і розташування атомів у кристалічній гратці.

Хімічний метод аналізу – дозволяє визначити склад сплаву. Вони поділяються на особливо точні та контрольні.