Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
При образовании твёрдого раствора замещения часть узлов атомов основного компонента (растворителя) замещается атомами другого элемента. При этом тип кристаллической решётки растворителя остаётся неизменным. Образуемые металлическими элементами твёрдые растворы замещения могут быть неограниченными (во всей области концентраций от 0 до 100%) и ограниченными определённой областью концентраций растворяемого элемента. Неограниченные твёрдые растворы образуются в системах Ag - Au, Ni - Cu, Mo - W, Mo - V и др.
Твёрдые растворы внедрения образуются при растворении в решетке металлического растворителя неметаллических атомов относительно малого размера (H, B, C, N, O). При этом атомы неметаллических элементов располагаются между атомами решетки растворителя в специальных пустотах решётки, называемых порами (октаэдрическими и тетраэдрическими).
При некоторых концентрациях атомов элементов, образующих сплав, если имеет место сильное химическое взаимодействие атомов различных сортов, образуются химические соединения.
К химическим соединениям относятся интерметаллиды (Ni3Aℓ, TiAℓ, Fe2Mo и др.), карбиды – соединения металлов с углеродом (Fe3C, TiC, WC, Mo2C и др.) нитриды – соединения с азотом (FeN, TiN, Fe4N) и др.
Выше, описывая кристаллическое строение материалов, мы негласно подразумевали, что весь объём кристалла имеет идеальное строение. Однако, следует учитывать, что в реальных кристаллах всегда существует большое число мест, в которых идеальное строение кристалла нарушено. Такие места носят название дефектов кристаллического строения. Обычно дефекты в кристаллах характеризуют размерностью: 1) нульмерные (или точечные) – вакансии, внедрённые атомы; 2) линейные – дислокации; 3) поверхностные – дефекты упаковки плоскостей, двойники; 4) объёмные – поры. Кроме того, существуют объёмные дефекты, многократно превышающие межатомные расстояния (трещины, усадочные раковины и др.)
Тип указанных дефектов и их количество в материалах оказывают значительное влияние на свойства материалов.
1.2. Основные характеристики свойств материалов
Прежде, чем дать описание конкретных характеристик физико-механических свойств, необходимо рассмотреть основные требования, предъявляемые к конструкционным материалам.
В общем случае конструкционные материалы должны обладать высокой конструкционной прочностью, хорошей технологичностью, экономичностью и быть недефицитными.
При выборе же материалов в продовольственном машиностроении, помимо общих требований, необходимо предусматривать их высокую коррозионную стойкость в условиях воздействия пищевых сред при повышенных температурах и давлениях, а также действие на них моющих и дезинфицирующих сред. Ещё одним обязательным требованием является необходимость учета токсичности материалов и продуктов их коррозии при контакте с пищевыми средами, учёт текущих и отдалённых вредных воздействий этих компонентов на организм человека и на органолептические свойства пищевых продуктов (цвет, запах, вкус).
Рассмотрим сначала перечень основных физико-математических свойств конструкционных материалов.
Конструкционная прочность – это комплекс свойств, обеспечивающих длительную и надёжную работу изделия в конкретных условиях эксплуатации. Она объединяет такие понятия как прочность (сопротивление материала пластической деформации), надёжность (сопротивление материала хрупкому разрушению) и долговечность (способность материала работать в течение заданного времени).
В зависимости от условий эксплуатации изделий, в комплексе характеристик, определяющих конструкционную прочность, превалируют те или иные свойства и их сочетания.
Так, в условиях статического нагружения критериями прочности являются предел текучести - s0.2, МПа (мегапаскаль) (напряжение, при котором остаточная пластическая деформация составляет 0,2%) и временное сопротивление (предел прочности) - sв, MПа. Определяют эти характеристики при испытаниях на растяжение, сжатие, изгиб, кручение путём анализа кривых, построенных в координатах «нагрузка – деформация», называемых кривыми деформации.
Надёжность оценивается по ударной вязкости (КСU, или ak, МДж/м2), т. е. по работе разрушения материала и по трещиностойкости – К1с, МПа×мм1/2 или, другими словами, способности материала противостоять развитию трещин.
Долговечность изделий зависит от условий их эксплуатации и характеризуется такими параметрами, как сопротивление ползучести (под нагрузками при высоких температурах), сопротивление усталости (при циклических нагружениях) и сопротивлением износу (истиранию при трении соприкасающихся поверхностей).
Определение всех вышеперечисленных характеристик проводится путём проведения специальных испытаний и является достаточно трудоёмкой операцией и требует специального оборудования.
Наиболее простым методом определения механических свойств материала является измерение твёрдости.
Твёрдостью называют сопротивление материала пластической деформации при контактных нагрузках, для которых характерно резкое изменение напряжений в поверхностном слое материала. Наиболее распространёнными методами измерения твёрдости являются методы Бринелля, Роквелла, Виккерса и измерения микротвёрдости.
По методу Бринелля в образец вдавливают стальной шарик и величину твёрдости определяют по отношению приложенной нагрузки (P) к площади отпечатка (S). Обозначается твёрдость как HB.
По методу Роквелла индентором может быть либо стальной шарик (шкала В при нагрузке 1000 Н), либо алмазный конус (шкала А при нагрузке 1500 Н (Ньютон) и С – при нагрузке 600 Н). Числом твёрдости является некоторая условная величина, связанная с глубиной отпечатка при вдавливании индентора. Эта величина определяется непосредственно на шкалах прибора. В зависимости от используемого индентора и шкалы твёрдость обозначается как HRB, HRC и HRA. Шарик используется для определения твёрдости относительно мягких материалов, а алмазный конус - для твёрдых, причём шкала A используется для измерения твёрдости тонколистовых материалов.
По методу Виккерса предлагает в качестве индентора алмазную пирамидку. Твёрдость определяется по величине диагонали отпечатка и обозначается HV. Этот метод чаще используют для определения твёрдости тонких лент и покрытий.
Вопросы для самоконтроля по теме
1. Какими характеристиками описывают кристаллические решетки?
2. Что такое конструкционная прочность?
3. Какие требования к конструкционным материалам предъявляют в пищевой промышленности?
4. Какие материалы относят к аморфным, а какие – к кристаллическим?
Тесты по теме 1
Тест 1. Одинаковы ли требования к конструкционным материалам в любой отрасли техники и в пищевой промышленности?
1.1. да, одинаковы;
1.2. в пищевой промышленности обязательны требования высокой коррозионной стойкости при контакте с пищевыми продуктами и экологическая безопасность материалов;
1.3. в пищевой промышленности более высокие требования к конструкционной прочности.
Тест 2. Назовите основные различия между ОЦК и ГЦК кристаллическими решетками.
2.1. и те и другие решетки одинаковы – кубические;
2.2. отличие заключается в различном расположении атомов в кристаллической решетке;
2.3. основное различие в базисах (числе атомов в ячейке: в ОЦК – 2, в ГЦК - 4).
Тест 3. Приведите размерности основных дефектов кристаллических решеток.
3.1. дефекты могут быть только точечные;
3.2. дефекты могут быть либо точечные, либо линейные;
3.3. дефекты могут быть точечными, линейными, плоскими и объемными.
Тест 4. Какие типы химических соединений характерны для конструкционных материалов?
4.1. твердые растворы и интерметаллиды;
4.2. карбиды;
4.3. нитриды, интерметаллиды.
Тест 5. Каковы различия между прочностью и надежностью?
5.1. различий нет, обе характеристики входят в понятие конструктивной прочности;
5.2. прочность характеризует сопротивление пластической деформации, а надежность – хрупкому разрушению;
5.3. обе характеристики измеряются в мегапаскалях, но при разных температурах.
Тема 2. Железо и сплавы на его основе
2.1. Диаграмма состояний системы железо-углерод
Чистое железо плавится при температуре 15390С. При охлаждении расплава ниже этих температур, железо затвердевает, формируя кристаллическую решётку объемно-центрированного куба (ОЦК), которая сохраняется до 13920С. В температурной области от 13920C до 9190С устойчивой кристаллической формой железа становится гранецентрированная кубическая решётка (ГЦК). При температуре 13920С обе формы кристаллов железа находятся в равновесии и могут присутствовать одновременно. Такая же картина наблюдается и при 9110С, устойчивой кристаллической решёткой вновь становится решётка ОЦК.
Переход от одной устойчивой формы кристаллов к другой, как мы уже отмечали ранее, называется полиморфным превращением.
Кристаллические решётки ОЦК и ГЦК железа имеют октаэдрические и тетраэдрические пустоты, в которых могут размещаться растворённые в железе атомы углерода и других элементов внедрения (B, N, H, O).
Исследования показали, что атомы углерода в стали в основном располагаются в октаэдрических порах.
Радиус атома, который может быть размещён в октаэдрической поре решётки ГЦК без её деформирования, составляет ~ 0,41 радиуса атома железа, то есть примерно 0,52×10-10 м. Октаэдрические поры в решётке ОЦК имеют размеры равные 0,154 от размеров атомов железа, т. е. не превышают 0,2×10-10 м, в то время как радиус атома углерода равен 0,77×10-10 м. Следовательно, размещение атомов углерода в кристаллических решётках железа сопровождаются их деформацией. Поскольку при растворении углерода ГЦК решётка деформируется в существенно меньшей степени, то и растворимость углерода в ГЦК решётке, примерно в сто раз выше его растворимости в ОЦК – железе.
Раствор углерода в ОЦК – железе называют ферритом. Различают α, b и d– ферриты. Области их устойчивости представлены на диаграмме состояний железо-углерод.
Раствор углерода в железе, имеющем ГЦК – решетку, называется аустенитом. Линия предельной растворимости углерода в аустените при различных температурах соответствует линии SE на диаграмме. При 11470С достигается максимальная растворимость углерода в аустените, равная 2,14 %. Минимальная растворимость углерода в аустените наблюдается при температуре 7270С и составляет 0,83%. При температуре ниже 7270С аустенит неустойчив и о равновесной растворимости в нём углерода говорить не приходится.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
Основные порталы (построено редакторами)