Лекции Хововой (Материаловедение_1)

Посмотреть архив целиком



Министерство образования Российской Федерации


МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н. Э. БАУМАНА


ФАКУЛЬТЕТ МТ (Машиностроительные технологии)

КАФЕДРА МТ8 (Материаловедение)









ЛЕКЦИИ

по курсу


МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ












Конструкционные материалы


Классификация по назначению

  1. общего назначения;

  2. пружинные;

  3. износостойкие;

  4. с особыми технологическими свойствами;

  5. легкие;

  6. с высокой удельной прочностью;

  7. устойчивые к температуре среды.


Свойства

  1. механические (плотность, твердость);

  2. технические (свариваемость, штампуемость);

  3. эксплуатационные (устойчивость против коррозии);

  4. физические (магнитные, объемные, электрические).


Строение (структура)

Влияние на строение:

  1. изменение химического состава (чистые металлы или сплавы);

  2. способ получения (отливка, поковка, выточка из прутка, порошковая технология);

  3. способы обработки (пластическая деформация, термическая обработка, химикотермическая обработка).


ЧАСТЬ 1


Кристаллография, кристаллизация, деформация и диаграммы состояния сплавов


Глава 1. Строение кристаллов


Кристаллы состоят из:

молекул (H2O, CO2, …);

ионов (NaCl, …);

отдельных атомов (все Ме, нМе (Si, Gr, C, Ar)).


§1. Виды взаимодействия частиц в кристаллах


  1. Молекулярное взаимодействие (силы Ван-дер-Ваальса. Атомы инертных веществ)





в основе такого взаимодействия лежит явление поляризации (образование диполей), следовательно, электростатического притяжения;

● каждая частица окружает себя соседями, значит, укладка плотная;

● все соседи равноценны, т.е. связь ненаправленная;

энергия связи мала (Есв ~ 0,1 кДж/моль);

диэлектрики с низкой tпл.


  1. Обменное взаимодействие (ковалентное)

Атомы IV и V групп: Si, Ge, C (4-валентные), Sb, Bi (5-валентные).


● в основе такого метода лежит обмен валентными электронами;

● число соседей точно известное и небольшое (3 или 4);

соседи не равноценны, значит, связи направленные, Есв ~ 102 кДж/моль;

● очень твердые и очень хрупкие кристаллы;

● полупроводники и диэлектрики.


  1. Ионное взаимодействие

Ме + нМе

Na – 1ē —> Na+

Cl + 1ē —> Cl-

● в основе взаимодействия лежит переход валентных электронов;

● число соседей большое;

● укладка плотная;

связи ненаправленные, очень сильные, Есв ~ 102 кДж/моль;

твердые кристаллы с высокой tпл;

● диэлектрики, полупроводники.


  1. Металлическое взаимодействие

Все Ме.

● в основе лежит коллектив электронов, это облако электронов связывает все свободные элементы;

● укладка наиплотнейшая;

связи ненаправленные, Есв ~ 10 кДж/моль;

●все Ме пластичные, прочные, электропроводны.


Выводы:

  1. Различные виды взаимодействия имеют одинаковую электростатическую природу.

  2. При электростатическом взаимодействии преобладают либо силы притяжения, либо силы отталкивания в зависимости от расстояния между частицами.









§2. Особенности расположения частиц в кристаллах


  1. При электростатическом взаимодействии наиболее устойчивое положение занимает частица на определенном расстоянии а (когда Fпр = Fот), следовательно, расположение частиц в кристаллах должно быть регулярным.

  2. При регулярном расположении части энергия межатомного взаимодействия будет минимальной. Кристаллы будут находиться в равновесии.

  3. При любом смещении частицы от положения равновесия на ∆а на нее начинает действовать Fрезультир., значит, потенциальная энергия увеличивается на ∆W.

W = ∆а ● Fрезультир.

Кристалл будет находиться не в равновесии. У смещенных частиц будет более сильная межатомная связь, их труднее разорвать.

  1. Регулярно расположенные частицы в пространстве образуют правильную кристаллическую решетку, но способ укладки у каждого вещества строго индивидуальный, значит, индивидуальны свойства.





§3. Элементарная ячейка кристаллической решетки



Элементарная ячейка – минимальный объем, который отображает положение частицы в кристалле.

- а, b, с – периоды решетки;

- α, β, γ – углы между осями.



Примечание:



Элементарная ячейка позволяет:


  1. Задать направление.

Направление задается тремя цифрами [U, V, W], где U, V, W координаты узла.

Координаты в периодах решетки

  1. [1; 1; 0],

  2. [1; 0; 1] <1; 1; 0> семейство равноценных направлений.





  1. Задать любую плоскость.


Любая плоскость задается тремя цифрами, которые называются индексами плоскости (h; k; l)

h = 1/m, k = 1/n, l = 1/p,

где m, n, p – отрезки, отсекаемые плоскостью по всем осям координат.

  1. m = 1, n = ∞, p = ∞;

h = 1, k = 0, l = 0. (1; 0; 0)

(2) (0; 0; 1)

(3) (1; 1; 1)

{1; 0; 0} – семейство равновесных плоскостей.





  1. Определить плоскость укладки атомов (решетки Ме).


1) ОЦК – объемно-центрированный куб (W, V, Mo, Ta, Nb, Cr)

n = 2 =(1 + 8● 1/8)

k = 8

0.68

2) ГЦК – гранецентрированный куб (Ar, Pt, Au, Al, Cu, Ni)