Симметрия кристаллической решетки.

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Кристаллография и дефекты кристаллического строения

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: Кристаллографическая структура.

Автор: студент гр. ТХО-14 /Гизатуллина К.Р/

(подпись) (Ф. И. О.)

ОЦЕНКА:

Дата:

ПРОВЕРИЛ:

Руководитель работы ассистент /Ушакова А.И./

(должность) (подпись) (Ф. И. О.)

Санкт-Петербург

Министерство образования и науки Российской Федерации

Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

/_____________/ проф. Пряхин Е.И../

"___"__________2015 г.

Кафедра: _Материаловедения и технологии худ. обр. мат-ов _

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине __Кристаллография и дефекты кристаллического строения_

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

ЗАДАНИЕ

студенту группы ТХО-14Гизатуллиной К.Р.

(шифр группы) (Ф.И.О.)

1. Тема работы: _ Кристаллографическая структура..

2. Содержание пояснительной записки: _Пояснительная записка включает в себя___

задание на выполнение работы, содержание работы, заключение, библиографический список

4. Перечень графического материала: 8 рисунков

5. Срок сдачи законченной работы: ___04.12.2015 г.______________ ______________

Руководитель работы: ассистент ____________ /Ушакова А.И./

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Дата выдачи задания: 16.09.2015г.__

Аннотация

Пояснительная записка представляет собой отчет о выполнении курсовой работы. В ней рассматриваются вопросы по рассмотрению кристаллографической структуры, нахождению ее сущности, описание электротехнической стали и термической обработки цветных сплавов.

Abstract

The explanatory note is a report on the implementation of the coursework. It addresses the issues of crystallographic structure review, finding her essence, description of electrical steel and heat treatment of ferrous alloys.[14]

Оглавление

Введение. 5

1. Суть и история вопроса. 6

2. Кристаллическая структура. 9

2.1. Строение кристаллов. 9

2.2. Решетки Браве. 10

2.3. Индексы Миллера. 11

2.4. Симметрия кристаллической решетки. 12

2.5. Анизотропия кристаллов. 13

3. Деформации металлов. 15

4. Электротехническая сталь. 17

7. Термическая обработка цветных сплавов. 20

7.1. Термическая обработка меди и латуни. 20

7.2. Термическое упрочнение бронзы.. 21

7.3. Термическое упрочнение алюминиевых сплавов. 22

7.4 Термическая обработка магниевых и титановых сплавов. 23

Заключение. 25

Список использованной литературы.. 26

Введение

Одной из наиболее важных задач, стоящих в настоящее время перед учеными и специалистами, является задача созда­ния сверхматериалов с заданными свойствами, точного предска­зания их поведения в экстремальных условиях, установления ресурса работы материалов и тому подобное. Решение этой и других, не менее важных задач, например, связанных с электронной тех­никой, невозможно без глубокого освоения и дальнейшего развития кристаллографии, для чего необходима подготовка специалистов-физиков, вооруженных знаниями не только своего предмета, но и смежных наук.

В связи с тем, что моя будущая профессия связана с материалами, я изучаю курс по кристаллографии. И темой курсовой по этому предмету я выбрала «Кристаллографическую структуру», так как я заинтересовалась внутренним строением кристаллов и практическим их применением. В своей работе я использовала следующие термины.

Металлография — это металлургическая дисциплина о структурах различных металлов и сплавов и закономерностях структурообразования.[3]

Кристаллография – фундаментальная наука об атомном строении, образовании и физических свойствах кристаллов. Эти три аспекта рассматриваются вместе как единая комплексная проблема. Кристаллографию делят на геометрическую кристаллографию, которая изучает внешнее и внутреннее строение кристаллов, химическую кристаллографию(кристаллохимию, или структурную химию) и физическую кристаллографию (кристаллофизику). [1]

Кроме того, в задачи кристаллографии входит всестороннее исследование свойств кристаллического вещества, три из которых наиболее важные:

· описание и классификация кристаллов;

· определение вещества по формам (внешней огранке) кристаллов;

· изучение строения вещества.[1]

Текстура — преимущественная ориентация зерен кристаллических решеток в поликристалле. [2] Текстура характеризуется ориентировкой направления и плоскости кристалла в теле. Первая ориентировка называется осью текстуры, а вторая – плоскостью текстуры. [3]

Суть и история вопроса

Металлография не охватывает всего разнообразия свойств металлов и если в учебнике приведены некоторые из них, то только в целях более полной иллюстрации структурных превращений. [3]

Металлография развивалась главным образом на базе производственного опыта и таких наук, как физическая химия и структурный анализ. В данном учебнике основное внимание уделено диаграммам фазового равновесия и закономерностям структурообразования. Основоположниками металлографии являются инженеры П. П. Аносов (1799—1851) и Д. К. Чернов (1839—1921). [3]

Великий русский металлург Павел Петрович Аносов на Златоустовском заводе впервые (в 1831 г.) применил микроскоп для исследования структуры металлов. Ему принадлежит приоритет в создании легированных сталей. Он разработал теорию и технологию изготовления клинков из булатной стали. Из его работ стало ясно, что так называемый булатный узор на поверхности стали зависит непосредственно от ее структуры во всем объеме. [3]

Исключительно велико значение работ Дмитрия Константиновича Чернова, всемирно признанного отцом металлографии. В 1868 г. Д. К Чернов впервые указал на превращения в твердой стали при определенных температурах, сопровождающиеся тепловыми эффектами. В дальнейшем Д. К. Чернов высказал предположение, что эти превращения аллотропические. Впоследствии это было подтверждено рентгеноструктурным анализом. Изображенная графически зависимость температуры этих превращений и плавления стали от содержания в ней углерода, которая была найдена Д. К. Черновым по цветам каления, явилась прототипом диаграммы равновесия Fe —С. [3]

В работах по кристаллизации стали и строению слитка (1878) Д. К. Чернов изложил основные идеи теории затвердевания, не утратившие научногои практического значения и в настоящее время. [3]

Основные законы фазового равновесия, в частности правило фаз, изложил в 1873—1876 гг. Гиббс, основываясь на законах термодинамики. Его работы были представлены в столь малодоступной форме, что только через 10 лет (в 1883 г.) они нашли применение и дальнейшее развитие в трудах голландских ученых Ван-дер-Ваальса и Розебома. В 1893 г. Ван Рейн ван Алькемаде показал, что из законов Гиббса о минимуме термодинамического потенциала можно вывести все типовые диаграммы равновесия, не прибегая дополнительно ни к каким другим допущениям. Работы Ван Рейн ван Алькемаде послужили прочной основой для металлографии фазового равновесия двухкомпонентных систем. В 1897 г. английский ученый Ро-бертс-Аустен на основе собственных опытов и данных Д. К. Чернова впервые построил диаграмму фазового равновесия Fe — С. В последующие годы эту диаграмму изучали многие ученые, как русские (Н. М. Гутовский, П. Я. Сальдау, Н. П. Чижевский, Н. М. Витторф), так и зарубежные (Герене, Осмонд, Розебом и др.).[3]

Работы по построению диаграмм равновесия других систем в значительной степени были облегчены в результате создания Н. С. Курнаковым и его последователями физико-химического анализа, основы которой были заложены великим русским химиком Д. И. Менделеевым в 60—70-е годы XIX столетия.[3]

В процессе исследований были обнаружены многие ранее неизвестные фазы в металлических сплавах. В отличие от препаративного химического анализа в физико-химическом анализе обнаружение новой фазы не связано с ее выделением из сплава и определением ее состава в изолированном состоянии.[3]

Над построением и созданием диаграмм равновесия много работали Тамман и его ученики. Последовательное описание фазового равновесия систем из трех компонентов появилось в публикации Мазинга (1933), ученика Таммана.[3]

Таким образом, металлография, термодинамика и физическая химия вместе взятые представляли собой стройное учение о фазовом равновесии металлических систем, составляющее значительную часть современной металлографии.[3]

Для решения практических задач металлографии необходимо знать не только фазовое равновесие той или иной конкретной системы. Обязательно знание структуры сплавов в широком смысле этого слова, атомного строения фаз, составляющих сплав, а также распределения, размера и формы кристаллов каждой фазы, т. е. всего, что характеризует структуру.[3]

Определение атомного строения фаз стало возможным после открытия Лауэ (1912), показавшего, что атомы в кристалле регулярно заполняют пространство, образуя пространственную решетку, и что рентгеновские лучи имеют волновую природу. [3]

В настоящее время в Советском Союзе работают многие ученые — металлурги,металловеды и металлофизики, работы которых преемственно связаны с научным наследием Н. С. Курнакова, А. А. Байкова, А. А. Ржешотарского, А. М. Бочвара, А. А. Бочвара, А .Л. Бабошина, М. Г. Окнова, К. П. Бунина, С. Т. Конобеевского, С. М. Воронова и других ученых, продолживших дело, начатое П. П. Аносовым и Д. К. Черновым. Приоритетная роль в создании школ металловедения в вузах принадлежит А. Л. Бабо- шину (Ленинград), А. М. Бочвару (Москва), С. С. Штейнбергу (Свердловск). [3]

Кристаллическая структура

Строение кристаллов

Кристаллическая структура - расположение атомов кристаллического вещества в пространстве. Наиболее характерное свойство кристаллической структуры - трехмерная периодичность. Обычно, говоря о кристаллической структуре, подразумевают среднее во времени расположение атомных ядер (так называемую статическую модель); более полная информация включает сведения об амплитудах и частотах колебаний атомов (динамическую модель), а также о распределении электронной плотности в межъядерном пространстве. Изучение кристаллической структуры и их связи со свойствами веществ составляет предмет кристаллохимии.[4]

Идеальный кристалл можно представить как периодически повторяющиеся в пространстве одинаковые элементарные структурные единицы – элементарные ячейки кристалла. Элементарная ячейка в общем случае имеет форму косоугольного параллелепипеда. Все расположенные в ней атомы принято называть базисом элементарной ячейки кристалла. Отметим отличие терминов кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Кристаллическая решетка – это математическая абстракция – регулярное расположение точек в пространстве. Тогда как кристаллическая структура или просто кристалл – это физический объект, в котором с каждой точкой решетки связан базис – группа атомов или молекул. [5]

Закономерности строения элементарной ячейки и базиса, в частности степень их симметричности, определяет многие свойства кристалла, в первую очередь электрические, магнитные и механические. [5]

Наиболее простой кристаллической решеткой у металлов является кубическая, имеющая две разновидности: кубическую объемно-центрированную (ОЦК) и кубическую гранецентрированную (ГЦК). У обоих типов этих решеток основу ячеек составляют восемь атомов, образующих куб и находящихся в его вершинах. Остальные атомы находятся или в центре объема куба (1 атом на пересечении диагоналей в решетке ОЦК), или в центре каждой из его граней (6 атомов в решетке ГЦК). Кристаллические решетки ОЦК имеют альфа-железо, хром, ванадий, вольфрам и другие металлы. Решетку ГЦК имеют гамма-железо, алюминий, медь, никель и др. металлы. Другой разновидностью кристаллических решеток у металлов является гексагональная плотноупакованная решетка (ГПУ). Ячейка этой решетки представляет собой шестигранную призму с центрированными основаниями, между которыми на некотором расстоянии от центров трех граней расположены еще три атома. ГПУ решетку имеют магний, цинк, бериллий и другие металлы (рис. 1). [6]

Плоскости, параллельные координатным плоскостям, находящиеся на расстоянии а, в, с, разбивают кристалл на множество параллелепипедов, равных и параллельно ориентированных. Наименьший параллелепипед называютэлементарной ячейкой. Вершины параллелепипеда называют узлами пространственной решетки. Размер элементарной ячейки оценивают отрезками а, в, с. Их называют периодами решетки. Дополнительными характеристиками кристаллической решетки являются координационное число и коэффициент компактности.[6]

Рис. 1. Кристаллические решетки:
а) кубическая объемно-центрированная (ОЦК), б) кубическая гранецентрированная (ГЦК), в) гексагональная плотноупакованная (ГПУ)

Кристаллическую решетку определяют три базисных вектора a , b и c (рис. 1(a) таких, что любая трансляция на вектор

переводит кристаллическую решетку саму в себя ( , и – целые числа). Вектор T называют вектором трансляции. Таким образом, всю структуру кристалла можно получить трансляцией элементарной ячейки, осуществляя параллельные переносы на векторы T .

Решетки Браве

Решетка Браве является математической моделью, отражающей трансляционную симметрию кристалла. Все многообразие кристаллов может быть описано с помощью 14 типов кристаллических решеток –решеток Браве. Их принято группировать в семь систем – сингоний, различающихся видом элементарной ячейки: триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, тригональную, гексагональную и кубическую.[7]

Понятие решетки Браве связано с основными трансляционными векторами. Основным трансляционным вектором называется минимальный в данном направлении вектор перехода из данной точки в ближайшую эквивалентную. В трехмерном случае таких некомпланарных векторов будет три (обозначим , , ). Задав нулевую точку, можно построить совокупность точек по правилу:

где − произвольные целые числа. Получившаяся решетка – решетка Браве.[7]

Рис. 2. Решётки Браве

Индексы Миллера

Индексы Миллера — индексы, с помощью которых принято описывать расположение атомных плоскостей кристаллической решетки.[8]

Для определения индексов Миллера необходимо:

найти точки пересечения плоскости кристаллической решетки с осями координат;

перевести результат в единицы постоянных решетки , , ;

взять обратные значения полученных чисел и привести их к наименьшему целому, кратному каждого из чисел.[8]

Результат, заключенный в круглые скобки ( ), и представляет собой индексы Миллера данной плоскости кристалла.[8]

Например, если плоскость пересекает оси в точках с координатами 1, 2, 3 (рис. а), то обратные им числа будут 1, 1/2, 1/3, а наименьшие целые числа, имеющие те же отношения, соответственно 6, 3, 2, т. е. индексы Миллера для этой плоскости — (632). Если плоскость параллельна одной из осей, то точка пересечения с этой осью принимается за бесконечность, а соответствующий индекс — за ноль. Если плоскость пересекает ось в области отрицательных значений, то соответствующий индекс будет отрицательным. Для указания этого над индексом помещается минус: ( ). В качестве примера на рис. б приведены индексы Миллера некоторых наиболее важных плоскостей кубического кристалла.[8]

Рис.3. а) — Заштрихованная плоскость перескает оси , , в точках 1 , 2 , 3 . Индексы Миллера этой плоскости (632).

Б) — Индексы Миллера нескольких важных плоскостей кубического кристалла.

Анизотропия кристаллов

В отличие от аморфных тел и жидкостей в кристаллах существует дальний порядок в расположении атомов твердого тела. Атомы в этом случае располагаются в узлах правильной пространственной сетки (кристаллической решетки). Для любого направления в пространстве А, В, С, D, Е, ..., проходящего через центры атомов, расстояние между центрами двух соседних атомов остаются неизменными вдоль всей прямой, но отличаются для различных прямых. В соответствии с этим физические свойства (упругие, механические, тепловые, электрические, магнитные, оптические и др. будут, вообще говоря, разными по различным направлениям. Неодинаковость свойств кристалла в различных направлениях называют анизотропией.[10]

Рис. 4. Анизотропия кристаллов

Так, в решетке не только сжимаемость, но и теплопроводность, и линейное тепловое расширение, и электропроводность, и все другие свойства будут различны вдоль горизонтальных (ОА), вертикальных (ОЕ) и любых других направлений.[10]

Физически это объясняется следующим образом. Если провести через узлы решетки плоскости в разных направлениях , то видно, что густота расположения атомов на этих плоскостях различна. В кристалле, следовательно, существуют плоскости, различным образом “населенные” атомами. Этим и объясняется анизотропия кристаллов – наиболее характерное их свойство.[10]

Как было отмечено ранее, каждый кристалл ограничен плоскими гранями, образующими между собой углы, величина которых свойственна только данному виду кристалла (закон Роме де Лилля). Грани эти как раз и представляют собой те плоскости, в которых частицы размещены с наибольшей плотностью, так как при росте кристалла именно к этим плоскостям, а не к другим, преимущественно присоединяются новые атомы. Разумеется, в наиболее плотно заполненных атомами плоскостях атомы сильнее всего связаны друг с другом, так как здесь взаимные расстояния между ними относительно меньше, а значит больше сила притяжения.[10]

Деформации металлов

Приложение внешних сил к твердому телу вызывает изменение его формы и размеров, что сопровождается изменением расстояния между отдельными материальными точками, составляющими данное тело, или же изменением размеров и формы элементарных объемов, на которые можно разделить рассматриваемое твердое тело.[11]

Для оценки величины формоизменения вводят понятие деформации. Различают деформации линейные, угловые, поверхностные и объемные. Указанные деформации, в свою очередь, разделяются на абсолютные, относительные и логарифмические. Эти виды деформаций могут относиться как к элементарному объему, выделенному в твердом теле, так и ко всему телу.[11]

Если деформация, вызванная внешними силами, исчезает при прекращении действия внешних сил и тело полностью восстанавливает свои исходную форму и размеры, то такую деформацию называют упругой деформацией.[11]

Если при прекращении действия внешних сил тело не полностью восстанавливает свои исходные форму и размеры, то такую деформацию называют пластической (остаточной).[11]

Как упругая, так и пластическая деформация происходят без разрушения деформируемого тела или отдельных его участков, то есть без нарушения сплошности. Пластической деформации всегда сопутствует упругая, исчезающая при снятии внешнего усилия. [11]

Способность тела получать пластические деформации называют пластичностью. Пластичность можно оценивать максимальной величиной пластической деформации, которую можно получить без разрушения деформируемого тела. Пластичность зависит от условий деформирования, и ее следует рассматривать не как свойство какого-либо материала, а как его состояние.[11]

Расстояния между атомами в твердых телах устанавливаются
в результате силового взаимодействия между ними. Между атомами действуют силы притяжения и отталкивания, и величина межатомных расстояний определяется условием равенства этих сил (рисунок 1). Это соответствует минимуму потенциальной энергии. Схематично можно считать, что изменение сил отталкивания и притяжения происходит
с разной интенсивностью. Увеличение межатомного расстояния по сравнению с расстоянием а приводит к тому, что сила притяжения Р_пр по абсолютной ве­личине становится больше силы отталкивания Р_от, и, следовательно, для удаления атомов от положения равно­весия требуется приложить внешнюю, как бы растягивающую силу. И наоборот, при х < а для уравновешивания избыточной силы отталкивания необходимо приложить внешние, как бы сжимающие силы.[11]

Силовое взаимодействие атомов в твердом теле намного сложнее, так как каждый атом окружен атомами, расположенными
в трехмерном пространстве, и находится в силовом взаимодействии не с одним, а со значительным количеством атомов.[11]

И упругая, и пластическая деформации могут осуществляться путем относительного смещения атомов. При упругой деформации величина смещения атомов из положений равновесия не превышает расстояния между соседними атомами. При достижении определенного предела потенциальной энергии атомы получают возможность смещаться на расстояния бóльшие, чем межатомные. В этом случае после снятия внешних усилий атомы не возвращаются в свои исходные положения равновесия, а занимают новые положения равновесия. Сумма смещений атомов в новые положения равновесия создает пластическую деформацию или же остаточное изменение формы и размеров твердого тела в результате действия внешних сил.[11]

Для того чтобы смещение атомов в новые положения равновесия не приводило к нарушению сплошности, необходимо, чтобы атомы не удалялись на расстояния бóльшие, чем размеры зоны активного действия сил взаимного притяжения атомов.[11]

Под нагрузкой атомы всегда смещены из положения равновесия. Отсюда следует, что в условиях пластического деформирования общая (полная) деформация содержит как необратимую пластическую составляющую, так и обратимую упругую, исчезающую после снятия внешней нагрузки. Это есть закон наличия упругой деформации при пластическом деформировании.[11]

Так как при снятии внешней силы после пластического деформирования атомы стремятся занять новые положения равновесия и установить исходные межатомные расстояния, пластическая деформация не может приводить к сколько-нибудь заметному изменению объема деформируемого тела.[11]

Рис.5. Действие сил между атомами.

Электротехническая сталь

Наибольшее применение в электротехнике получила листовая электротехническая сталь. Эта сталь является сплавом железа с кремнием, содержание которого в ней 0,8 - 4,8%. Такие стали, в которые вводятся в малом количестве какие-либо вещества для улучшения их свойства, называются легированными.[12]

Кремний вводится в железо в виде ферросилиция (сплав сислицида железа FeSi с железом)и находится в нем в растворенном состоянии.Кремний реагирует с наиболее вредной (для магнитных свойств железа) примесью - кислородом, восстанавливая железо из его окислов FеО и образуя кремнезем SiO2, который переходит частично в шлак.Кремний также способствует выделению углерода из соединения Fе3С (цементит) с образованием графита. Таким образом, кремний устраняет химические соединения железа (FеО и Fе3С), которые вызывают увеличение коэрцитивной силы и увеличивают - потери на гистерезис. Кроме того, наличие кремния в железе в количестве 4 % и более увеличивает удельное электрическое сопротивление по сравнению с чистым железом, в результате чего уменьшаются потери на вихревые токи.[12]

Выплавляется электротехническая сталь в мартеновских печах. Листы изготовляют прокаткой стального слитка в холодном или горячем состоянии. Поэтому различают холодно- и горячекатаную электротехническую сталь.[12]

Железо имеет кубическую кристаллическую структуру. По исследованию намагничивания оказалось, что оно может быть неодинаково по различным направлениям этого куба. Наибольшим намагничиванием кристалл обладает в направлении ребра куба, меньшим - по диагонали грани и самым малым - по диагонали куба. Поэтому желательно, чтобы все кристаллики железа в листе выстроились в процессе прокатки в ряды по направлению ребер куба.[12]

Это достигается повторными прокатками листов стали, с сильным обжатием (до 70%) и последующим отжигом в атмосфере водорода. Это способствует очищению стали от кислорода и углерода, а также укрупнению кристаллов и ориентировке их таким образом, чтобы ребра кристаллов совпадали с направлением прокатки. Такие стали называются текстурованными. У них магнитные свойства по направлению прокатки выше, чем у обычной горячекатаной стали.[12]

Листы текстурованной стали изготовляются холодной прокаткой. Магнитная проницаемость их выше, а потери на гистерезис меньше, чем у горячекатаных листов. Кроме того, у холоднокатаной стали индукция в слабых магнитных полях возрастает сильнее, чем у горячекатаной, т. е. кривая намагничивания в слабых полях располагается значительно выше кривой горячекатаной стали. [12]

Рис. 6. Процесс производства листовой электротехнической стали

Следует, однако, отметить, что в результате ориентировки зерен текстурованной стали по направлению прокатки магнитная проницаемость по другим направлениям меньше, чем у горячекатаных. Так, при индукции 6 = 1,0 тл в направлении прокатки магнитная проницаемость μм=50000, а в направлении перпендикулярно прокатке μм - 5500. В связи с этим при сборке Ш-образных сердечников трансформаторов применяют отдельные полосы стали, вырезанные вдоль прокатки, которые затем шихтуют так, чтобы направление магнитного потока совпадало с направлением прокатки стали или составляло бы с ним угол 180°.[12]

На рис. 7 приведены кривые намагничивания электротехнических сталей ЭЗЗОА и Э41 для трех диапазонов напряженностей магнитного поля: 0 - 2,4, 0 - 24 и 0 - 240 а/см.

Рис. 7. Кривые намагничивания электротехнических сталей: а - сталь Э330А (текстурированная), б - сталь Э41 (нетекстурированная)

Электротехническая листовая сталь обладает хорошими магнитными характеристиками - высокой индукцией насыщения, малой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Благодаря этим свойствам она широко используется в электротехнике для изготовления сердечников статоров и роторов электрических машин, сердечников силовых трансформаторов, трансформаторов тока и магнитопроводов различных электрических аппаратов.[12]

Отечественная электротехническая сталь различается по содержанию в ней кремния, по способу изготовления листов, а также по магнитным и электрическим свойствам.[12]

Буква Э в обозначении стали означает "электротехническая сталь", первая за буквой цифра (1, 2, 3 и 4) означает степень легирования стали кремнием, причем содержание кремния находится в следующих пределах в %: для слаболегированной стали (Э1) от 0,8 до 1,8, для среднелегированной стали (Э2) от 1,8 до 2,8, для повышеннолегированной стали (ЭЗ) от 2,8 до 3,8, для высоколегированной стали (Э4) от 3,8 до 4,8.[12]

Буква Э в обозначении стали означает "электротехническая сталь", первая за буквой цифра (1, 2, 3 и 4) означает степень легирования стали кремнием, причем содержание кремния находится в следующих пределах в %: для слаболегированной стали (Э1) от 0,8 до 1,8, для среднелегированной стали (Э2) от 1,8 до 2,8, для повышеннолегированной стали (ЭЗ) от 2,8 до 3,8, для высоколегированной стали (Э4) от 3,8 до 4,8. Буква А указывает на особо низкие удельные потери при перемагничивании стали.[12]

Электротехническая сталь выпускается в виде листов шириной от 240 до 1000 мм, длиной от 720 до 2000 мм и толщиной 0,1, 0,2, 0,35, 0,5 и 1,0 мм. Наибольшее применение имеют текстурованные стали, поскольку они обладают наибольшими значениями магнитных характеристик.[12]

Рис. 8. Электротехническая сталь

Медь.

Это наиболее распространенный в технике и промышлен­ности цветной металл, обладающий высокой пластичностью, теп­лопроводностью и электропроводимостью. На основе меди образо­вывают технические сплавы — латунь и бронзу.[13]

Медь применяют для производства листов, ленты, проволоки методом холодной деформации. В процессе деформации она теря­ет пластичность и приобретает упругость. Потеря пластичности затрудняет прокалку, протяжку и волочение, а в некоторых слу­чаях делает невозможной дальнейшую обработку металла.Для снятия иагартовки или наклепа и восстановления пласти­ческих свойств меди проводят рекристаллизационный отжиг по режиму: нагрев до температуры 450—500° С со скоростью 200—220° С/ч, выдержка в зависимости от конфигурации и массы изделия от 0,5 до 1,5 ч, охлаждение на спокойном воздухе. Струк­тура металла после отжига состоит из равноосных кристаллов, прочность σв=190 МПа, относительное удлинение δ = 22%. [13]

Латунь.

Сплав меди с цинком называют латунью. Различают двухкомпонентные (простые) латуни, состоящие только из меди, цинка и некоторых примесей, и многокомпонентные (специальные) латуни, в которые вводят еще один или несколько легирующих элементов (свинец, кремний, олово) для придания сплаву тех или иных свойств.[13]

Двухкомпонентные латуни в зависимости от способа обработки подразделяют на деформируемые и литейные. деформируемые двухкомпонентные латуни (Л96, Л90, Л80, Л63 и др.) обладают высокой пластичностью и хорошо обрабаты­ваются давлением, их используют для изготовления листов, лен­ты, полос, труб, проволоки и прутков разного профиля.Литейные латуни применяют для отливки фасонных деталей. В процессе холодной обработки давлением двухкомпонентные ла­туни, как и медь, получают наклеп, вследствие которого возраста­ет прочность и падает пластичность. Поэтому такие латуни под­вергают термической обработке — рекристаллизационному отжигу по режиму: нагрев до 450—650° С, со скоростью 180—200° С/ч, выдержка 1,5—2,0 ч и охлаждение на спокойном воздухе. Проч­ность латуни после отжига σ_Β = 240-320 МПа, относительное уд­линение δ = 49-52%·[13]

Латунные изделия с большим внутренним напряжением в ме­талле подвержены растрескиванию. При длительном хранении на воздухе на них образуются продольные и поперечные трещины. Чтобы избежать этого, изделия перед длительным хранением под­вергают низкотемпературному отжигу при 250—300° С.[13]

Наличие в многокомпонентных (специальных) латунях легирующих элементов (марганца, олова, никеля, свин­ца и кремния) придает им повышенную прочность, твердость и высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях и мор­ской воде. Наиболее высокой устойчивостью в морской воде обла­дают латуни, легированные оловом, например ЛО70-1, ЛА77-2 и ЛАН59-3-2, получившие название морской латуни, их применяют в основном для изготовления деталей морских судов.[13]

Магниевые сплавы.

Основными элементами в магниевых спла­вах (кроме магния) являются алюминий, цинк, марганец и цир­коний. Магниевые сплавы делят на деформируемые и литейные.[13]

Деформируемые магниевые сплавы марок МА1, МА8, МА14 подвергают термическому упрочнению по режиму: на­грев под закалку до 410—415° С, выдержка 15—18 ч, охлаждение на воздухе и искусственное старение при 175° С в течение 15—16 ч; после термообработки σ_Β = 320~430 МПа, δ = 6-14%. Сплавы МА2, МАЗ и МА5 термической обработке не подвергают; их при­меняют для изготовления листов, плит, профилей и поковок.[13]

Химический состав литейных магниевых сплавов(МЛ4, МЛ5, МЛ12 и др.) близок к составу деформируемых, но пластичность и прочность литейных сплавов значительно ниже. Это связано с грубой литейной структурой сплавов Термическая обработка отливок с последующим старением способствует раство­рению избыточных фаз, сконцентрированных по границам зерен и повышению пластичности и прочности сплава.[13]

Особенностью магниевых сплавов является малая скорость диффузионных процессов (фазовые превращения протекают мед­ленно), что требует большой выдержки под закалку и старение. По этой причине закалка сплавов возможна только на воздухе. Старение литейных магниевых сплавов проводят при 200—300° С; под закалку их нагревают до 380—420° С; после закалки и старе­ния σ_в = 250-270 МПа.[13]

Магниевые сплавы можно применять, как жаропрочные, спо­собные работать при температурах до 400° С. Вследствие высокой удельной прочности магниевые сплавы широко применяют в авиа­ции, ракетостроении, автомобильной и электротехнической про­мышленности. Большим недостатком магниевых сплавов является низкая стойкость против коррозии во влажной атмосфере. [13]

Титановые сплавы.

Титан является одним изважнейших совре­менных конструкционных материалов; обладает высокой проч­ностью, повышенной температурой плавления (1665° С), малой плотностью (4500 кг/м³) и высокой коррозионной стойкостью даже в морской воде. На основе титана образовывают сплавы повышен­ной прочности, широко применяемые в авиации и ракетостроении, энергомашиностроении, судостроении, химической промышленности и других областях промышленности. Основными добавками в ти­тановых сплавах являются алюминий, молибден, ванадий, марга­нец, хром, олово и железо.[13]

Титановые сплавы марок ВТ5, ВТ6-С, ВТ9 и ВТ16 подвергают отжигу, закалке и старению. Полуфабрикаты (прутки, поковки, трубы) из сплава, дополнительно легированного оловом (ВТ5-1), проходят рекристаллизационный отжиг при 700—800° С в целях снятия наклепа. Листовые титановые сплавы отжигают при 600—650° С. Длительность отжига поковок, прутков и труб состав­ляет 25—30 мин, алистов — 50—70 мин.[13]

Высоконагруженные детали из сплава ВТ14, работающие при температуре 400° С, закаливают с последующим старением по ре­жиму: температура закалки 820—840° С, охлаждение в воде, ста­рение при 480—500° С в течение 12—16 ч; после закалки и старе­ния: σ_в=1150-1400 МПа, 6 = 6—10%, твердость HRC56—60. [13]

Заключение

При написании курсовой работы по теме «Кристаллографическая структура», мною была изучена специализированная литература, включающая научные статьи по кристаллографии, кристаллохимии, физике, рассмотрено практическое применение электротехнической стали, термическая обработка цветных металлов и сплавов(медь, латунь, бронза, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы).

,

Список использованной литературы

1) "Основные разделы кристаллографии":учебное пособие/ Кузьмичева Г.М. – М.: МИТХТ, 2002. – 80 с.

2) Википедия

3) Учебник для вузов. Лившниц Б.Г. – М.: Металлургия, 1990, 236 с.

4) http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_1830.html

5) http://www.novsu.ru/file/986936

6) http://www.studfiles.ru/preview/2895682/

7) http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/9d79613e-4532-8942-9fa1-15f0830d19aa/00144678593487586/00144678593487586.htm

8) http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article14161

9) Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. В 10-ти т. Т. V. Статистическая физика: Учеб. пособие. — 4-е изд., испр. и доп. — М.; Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 19