МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Кристаллическое строение

Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Переход из твёрдого состояния в газообразное называется сублимацией.

Все металлы являются телами кристаллическими.

Для каждого металла характерна своя пространственно- кристаллическая решетка с дальним порядком расположения атомов (определенное расположение атомов на любом расстоянии).

В твердых телах порядок расположения атомов закономерен. Расположение атомов можно представить в виде элементарных кристаллических ячеек. Всего существует 14 типов решеток: для металлов характерны 3 типа:

1. Объемно - центрированная кубическая (ОЦК);

2. Гране - центрированная кубическая (ГЦК);

3. Гексагональная плотно упакованная (ГПУ).

Железо имеет два варианта кристаллических решеток:

- объемно-центрированную кубическую: атомы располагаются в центре куба и по его вершинам;

- гранецентрированную кубическую: атомы располагаются в центрах граней и по вершинам куба.

Ряд металлов изменяет тип кристаллической решетки при изменении температуры, такое свойство металлов называется полиморфизмом (многоформие, аллотропия). Для железа (Fe) при температуре до 911 °C - ОЦК; от 911 до 1392 °C - ГЦК; свыше 1392 °C - ОЦК.

Металлы состоят из большого числа кристаллов неправильной формы, которые называются зернами. В реальных металлах кристаллическая решетка не является идеальной. Внутренняя структура зерна имеет дефекты.

Дефекты кристаллической решетки:

1. Точечные (нульмерные);

2. Линейные (одномерные);

3. Поверхностные (двухмерные);

4. Объемные (трехмерные).

Незанятые атомами места называются «вакансией». Атомы других элементов могут замещать атомы или внедрятся в решетку. Монолитность сварных соединений обеспечивается появлением атомно-молекулярных связей между элементарными частицами соединяемых веществ: ковалентной, ионной, межмолекулярной, металлической. Для соединения материалов необходимо обеспечить контакт по стыкуемой поверхности и активизировать ее. Энергия активации соединяемым поверхностям передается в виде теплоты, упругопластической деформации, электронного или иного вида облучения. Энергия необходима для обрыва связей между атомами вещества и внешней средой, а также для перехода их в активное состояние.

Металлическая связь (решетка) характеризуется достаточной прочностью и пластичностью и зависит от типа и количества элементов решетки.

К объемным дефектам относятся трещины, непровары, несплавления, поры, шлаки (имеют значительные размеры в 3-х измерениях).

Упрощённая классификацияжелезоуглеродистых сплавов

Условно считается, что железоуглеродистые сплавы, содержащие менее 2,14% углерода – стали, более 2,14% - чугуны. К сплавам относят соединения, содержащие менее 50% железа.

Углеродистые стали в своем составе имеют железо и углерод. Для придания особых свойств в сталь вводят другие элементы. Такие стали называются легированными.

Углеродистые стали общего назначения поставляются:

группа А – с гарантируемыми механическими свойствами (сталь не подвергается термообработке);

группа Б - с гарантируемым химическим составом (сталь подвергается термообработке);

группа В - с гарантируемыми механическими свойствами и химическим составом.

Кипящие стали (кп) раскисляются Mn, полуспокойные (пс) – Mn, Si, спокойные (сп) – Mn, Si, Al.

Пример обозначения стали группы А – Ст.3кп, группы В –В Ст.3сп.

Качественные углеродистые стали отличаются пониженным содержанием вредных примесей – фосфора и серы. В обозначении сталей цифры означают содержание углерода в сотых долях процента, например – Сталь 10 содержит 0,10 % углерода.

Малоуглеродистые стали содержат углерода менее 0,25 %, среднеуглеродистые – 0,25…0,46 %, высокоуглеродистые – более 0,46 %.

Легирование позволяет повысить прочностные свойства, обеспечивает коррозионную стойкость, жаропрочность и т.п. В зависимости от содержания легирующих элементов стали разделяются на низколегированные (до 2,5 %), среднелегированные (2,5…10 %) и высоколегированные ( более 10 %).

Легирующие добавки имеют следующие условные обозначения: марганец - Г, кремний - С, никель - Н, хром - Х, молибден - М, ванадий - Ф и т.д.

Первые две цифры в обозначении стали указывают на содержание углерода в сотых долях процента, а цифра справа от условного обозначения элемента – среднее содержание элемента в процентах. Пример обозначения легированной стали: 12Х18Н9Т – 0,12% углерода, 18% хрома, 9% никеля, 1% титана.

Примечание. Буква А в середине обозначения стали – содержание азота, в конце – пониженное содержание вредных примесей.