Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 6 )

Мідь по чистоті підрозділяється на марки: М0 (99,95% Cu), М1 (99,9%), М2(99,7%), М3 (99,5%), М4 (99%).

Виробництво магнію

 Для одержання магнію найбільше поширення одержавши електролітичний спосіб, сутність якого полягає в одержанні чистих безводних солей магнію, електролізі цих солей у розплавленому стані й рафінуванні металевого магнію.

Основною сировиною для одержання магнію є: карналіт, магнезит, доломіт, бішофіт. Найбільша кількість магнію одержують із карналіту. Спочатку карналіт збагачують і збезводнюють. Безводний карналіт використовують для готування електроліту.

Електроліз здійснюють в електролізері, футерованому шамотною цеглою. Анодами служать графітові пластини, а катодами – сталеві пластини. Електролізер заповнюють розплавленим електролітом состава 10 % , 45 % , 30 % , 15 % , з невеликими добавками і . Такий состав електроліту необхідний для зниження температури його плавлення (720 0С). Для електролітичного розкладання хлористого магнію через електроліт пропускають струм. У результаті утворяться іони хлору, які рухаються до анода. Іони магнію рухаються до катода й після розряду виділяються на поверхні, утворюючи крапельки рідкого чорнового магнію. Магній має меншу щільність, чим електроліт, тому він спливає на поверхню, звідки його періодично видаляють вакуумним ковшем.

Чорновий магній містить 5 % домішок, тому його рафінують переплавленням із флюсами. Для цього чорновий магній і флюс, що складається з , нагрівають у печі до температури 700…7500З і перемішують. При цьому неметалічні домішки переходять у шлаки. Потім пекти прохолоджують до температури 670 0С и магній розливають в ізложниці на чушки.

Лекція

 Матеріалознавство. Особливості атомно-кристалічної будови металів.

Матеріалознавство - це наука про взаємозв'язок електронної будови, структури матеріалів з їхньою сполукою, фізичними, хімічними, технологічними й експлуатаційними властивостями.

Створення наукових основ металознавства по праву належить. , що встановив критичні температури фазових перетворень у сталях і їхній зв'язок з кількістю вуглецю в сталях. Цим були закладені основи для найважливішої в металознавстві діаграми стану залізовуглецевих сплавів.

Відкриттям алотропічних перетворень у сталі, Чернов заклав фундамент термічної обробки стали. Критичні крапки в сталі, дозволили раціонально вибирати температуру її загартування, відпустки й пластичної деформації у виробничих умовах.

У своїх роботах із кристалізації стали, і будові злитка Чернов виклала основні положення теорії лиття, що не втратили свого наукового й практичного значення в цей час.

Великий російський металург уперше застосував мікроскоп для дослідження структури металів. Йому належить пріоритет у створенні легованих сталей. Розробив теорію й технологію виготовлення клинків з булатної сталі. З його робіт стало ясно, що так званий булатний візерунок на поверхні стали, безпосередньо залежить від її внутрішньої структури.

В 1873-1876 р. Гиббс виклав основні закони фазової рівноваги й, зокрема, правило фаз, ґрунтуючись на законах термодинаміки. Для рішення практичних завдань знання фазової рівноваги в тій або іншій системі необхідно, але не досить для визначення сполуки й відносної кількості фаз. Обов'язково знати структуру сплавів, тобто атомна будова фаз, що становлять сплав, а також розподіл, розмір і форму кристалів кожної фази.

Визначення атомної будови фаз стало можливим після відкриття Лауе (1912 г), що показало, що атоми в кристалі регулярно заповнюють простір, утворюючи просторову дифракційну решітку, і що рентгенівські промені мають хвильову природу. Дифракція рентгенівських променів на такій решітці дає можливість досліджувати будову кристалів.

Останнім часом для структурного аналізу, крім рентгенівських променів, використовують електрони й нейтрони. Відповідні методи дослідження називаються електронографією і нейтронографією. Електронні оптики дозволила вдосконалити мікроскопію. У цей час на електронних мікроскопах корисне максимальне збільшення доведене до 100000 разів.

У п’ятдесятих роках, коли почалося дослідження природи властивостей металевих матеріалів, було показано, що більшість найбільш важливих властивостей, у тому числі опір пластичної деформації й руйнуванню в різних умовах навантаження, залежить від особливостей тонкого кристалічної будови. Ці висновки сприяв залученню фізичних теорій про будову реальних металів для пояснення багатьох незрозумілих явищ і для конструювання сплавів із заданими механічними властивостями. Завдяки теорії дислокацій, удалося одержати достовірні відомості про зміни в металах при їхній пластичній деформації.

Особливо інтенсивно розвивається металознавство в останні десятиліття. Це пояснюється потребою в нових матеріалах для дослідження космосу, розвитку електроніки, атомної енергетики.

Основними напрямками в розвитку металознавства є розробка способів виробництва чистих і надчистих металів, властивості яких сильно відрізняються від властивостей металів технічної чистоти, з якими переважно працюють. Генеральним завданням матеріалознавства є створення матеріалів із заздалегідь розрахованими властивостями стосовно до заданих параметрів і умов роботи. Велика увага приділяється вивченню металів в екстремальних умовах (низькі й високі температури й тиск).

Дотепер основною матеріальною базою машинобудування служить чорна металургія, що робить стали й чавуни. Ці матеріали мають багато позитивних якостей і в першу чергу забезпечують високу конструкційну міцність деталей машин. Однак ці класичні матеріали мають такі недоліки як більша щільність, низька корозійна стійкість. Втрати від корозії становлять 20% річного виробництва сталі й чавуну. Тому, за даними наукових досліджень, через 20...40 років всі розвинені країни перешикуються на масове використання металевих сплавів на базі титану, магнію, алюмінію. Ці легкі й міцні сплави дозволяють в 2-3рази полегшити верстати й машини, в 10 разів зменшити витрати на ремонт.

По даним інституту ім'я у нашій країні є всі умови щоб у плині 10...15 років машинобудування могло перейти на випуск алюмінієво-титанової рухливої техніки, що відрізняється легкістю, корозійною стійкістю й більшим безремонтним ресурсом.

Важливе значення має усунення відставання нашої країни в області використання нових матеріалів замість традиційних (металевих) - пластмас, кераміки, матеріалів порошкової металургії, особливо композиційних матеріалів, що заощаджує дефіцитні метали, знижує витрати енергії на виробництво матеріалів, зменшує масу виробів.

Розрахунками встановлено, що заміна ряду металевих деталей легкового автомобіля на географічно з епоксидної смоли, армованої вуглецевими волокнами, дозволить зменшити масу машини на 40%; вона стане більше міцної; зменшиться витрата палива, різко зросте стійкість проти корозії.

Метали, особливості атомно-кристалічної будови

У величезному ряді матеріалів, з незапам'ятних часів відомих людині й широко використовуваних їм у своєму житті й діяльності, метали завжди займали особливе місце.

Підтвердження цьому: і в назвах епох (золотого, срібного, бронзового, залізного віку), на які греки ділили історію людства: і в археологічних знахідках металевих виробів (куті мідні прикраси, сільськогосподарські знаряддя); і в повсюдному використанні металів і сплавів у сучасній техніці.

Причина цього - в особливих властивостях металів, що вигідно відрізняють їх від інших матеріалів і роблять у багатьох випадках незамінними.

Метали – один із класів конструкційних матеріалів, що характеризується певним набором властивостей:

·  «металевий блиск» (гарна відбивна здатність);

·  пластичність;

·  висока теплопровідність;

·  висока електропровідність.

Дані властивості обумовлені особливостями будови металів. Відповідно до теорії металевого стану, метал являє собою речовину, що складається з позитивних ядер, навколо яких по орбіталям обертаються електрони. На останньому рівні число електронів невелике й вони слабко пов'язані з ядром. Ці електрони мають можливість переміщатися по всьому об’єму металу, тобто належати цілій сукупності атомів.

Таким чином, пластичність, теплопровідність і електропровідність забезпечуються наявністю «електронного газу».

Всі метали, твердіючи в нормальних умовах, являють собою кристалічні речовини, тобто укладання атомів у них характеризується певним порядком – періодичністю, як по різних напрямках, так і по різних площинах. Цей порядок визначається поняттям кристалічна решітка.

Інакше кажучи, кристалічна решітка це уявлювана просторова решітка, у вузлах якої розташовуються частки, що утворять тверде тіло.

Елементарний осередок – елемент об’єм з мінімального числа атомів, багаторазовим переносом якого в просторі можна побудувати весь кристал.

Елементарний осередок характеризує особливості будови кристала. Основними параметрами кристала є:

§  розміри ребер елементарного осередку. a, b, c - періоди решітки - відстані між центрами найближчих атомів. В одному напрямку витримуються строго певними.

§  кути між осями.

§  координаційне число (ДО) указує на число атомів, розташованих на найближчій однаковій відстані від будь-якого атома в решітці.

§  базис решітки кількість атомів, що доводяться на один елементарний осередок решітки.

§  щільність упакування атомів у кристалічній решітці - об'єм, зайнятий атомами, які умовно розглядаються як тверді кулі. Її визначають як відношення об'єму, зайнятого атомами до об'єму осередку (для об’ємноцентрованої кубічної решітки - 0,68, для гранецентрованої кубічної решітки - 0,74)