Курс: Материаловедение и
технология материалов и конструкций
Преподаватель:
доцент, к.т.н. Марченков Артём Юрьевич
Кафедра Технологии металлов
Литература
Учебники
Гуляев А.П., Гуляев А.А. Материаловедение: Учебник для вузов.
– М.: ИД «Альянс», 2011. – 644 с.
Фетисов Г.П., Карпман М.Г. и др. Материаловедение и технология металлов.– М.: Юрайт, 2014. – 767 с.
Марченков А.Ю., Родякина Р.В., Горячкина М.В., Терентьев Е.В., Овечников С.А. Металловедение: учебное пособие. – М.: МЭИ, 2021. – 184 с.
Лабораторный практикум
1.Лабораторный практикум по материаловедению / Под ред. В.М. Качалова. М.: МЭИ, 1998. – 61 с. УДК 620 Л-125.
2.Матюнин В.М. Определение механических свойств конструкционных материалов. Лабораторный практикум. М.: МЭИ, 2009.- 28 с. УДК 669 О-624.
Лекция 1.
Основы кристаллического строения металлов
Общие сведения о металлах
Металловедение – это наука, устанавливающая связь между составом, структурой и свойствами металлов и сплавов и изучающая закономерности их изменения при тепловых, химических, механических, электромагнитных и радиоактивных воздействиях.
Металлы – это вещества, обладающие в твердом состоянии высокими электро- и теплопроводностью, а также ковкостью (пластичностью), специфическим блеском и другими свойствами, обусловленными наличием свободных электронов.
Свойства металлов
Физические, |
|
Механические |
|
Технологические |
|
Эксплуатационные |
(магнитные, электро- и |
|
(прочность, |
|
(жидкотекучесть, |
|
(теплостойкость, |
теплопроводные, |
|
твердость, |
|
обрабатываемость |
|
жаропрочность |
плотность, |
|
пластичность и др.) |
|
давлением, резанием, |
|
окалиностойкость, |
теплоемкость и др.) |
|
|
|
свариваемость) |
|
коррозионная |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
стойкость) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Классификация металлов (по А.П. Гуляеву)
Металлы
Черные |
|
Цветные |
|
|
|
|
Признаки: |
|
|
Признаки: |
|
− темно-серый цвет; |
|
|
|
− характерная окраска; |
|
− высокая |
плотность |
(кроме |
|
− высокая пластичность; |
|
щелочноземельных металлов); |
|
|
− низкая температура плавления; |
||
− высокая температура плавления; |
|
|
− малая твердость; |
||
− сравнительно высокая твердость; |
|
− не изменяют тип кристаллической |
|||
− изменяют |
тип |
кристаллической |
|
решетки при изменении температуры. |
|
решетки при изменении температуры. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Классификация металлов (по А.П. Гуляеву)
Атомно-кристаллическое строение металлов
Основные типы кристаллических решеток металлов
Элементарная ячейка
объёмно- центрированной кубической (ОЦК)
кристаллической решетки
Некоторые металлы, имеющие ОЦК-решетку:
молибден (Mo), тантал (Ta), железо Feα, хром (Cr),
вольфрам (W), ванадий (V).
Элементарная ячейка |
Элементарная ячейка |
гранецентрированной |
гексагональной |
кубической (ГЦК) |
плотноупакованной |
кристаллической |
(ГПУ) кристаллической |
решетки |
решетки |
Некоторые металлы, |
Некоторые металлы, |
имеющие ГЦК-решетку: |
имеющие ГПУ-решетку: |
алюминий (Al), медь (Cu), |
титан Tiα, магний (Mg), цинк |
никель (Ni). |
(Zn). |
Атомно-кристаллическое строение металлов
Типы сингоний и кристаллических решеток
Атомно-кристаллическое строение металлов
Характеристики кристаллических решеток
1.Период (параметр) кристаллической решетки (a, b, c) – это расстояние между центрами ближайших атомов в элементарной ячейке.
2.Коэффициент компактности (плотность упаковки атомов) – это отношение объема, занятого атомами, ко всему объему ячейки.
3.Координационное число – это число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома.
4.Степень тетрагональности – отношение параметров решетки (с/а).
Характеристика |
ОЦК |
ГЦК |
ГПУ |
|
|
|
|
Период решетки |
a |
a |
a, c |
|
|
|
|
Коэффициент компактности |
68% |
74% |
74% |
|
|
|
|
Координационное число |
К8 |
К12 |
Г12 |
|
|
|
|
Степень тетрагональности |
1 |
1 |
1,633 |
|
|
|
|
Примеры: 1. Fe (ОЦК): радиус атома rат = 126 пм = 1,26 Å, параметр решетки a = 2,866 Å. 2. Al (ГЦК): радиус атома rат = 143 пм = 1,43 Å, параметр решетки a = 4,050 Å.
Анизотропия свойств кристаллов
|
Плоскость ABCD |
Плоскость ABGH |
|
|
|
|
|
Площадь |
a2 |
√2a2 |
|
Количество атомов в плоскости, |
4× ¼ = 1 |
4× ¼ +1 = 2 |
|
принадлежащих данной ячейке |
|||
|
|
||
|
|
|
|
Площадь, приходящаяся на 1 атом (мера |
a2 |
√2a2/2 ≈ 0,7a2 |
|
плотности упаковки атомов) |
|||
|
|
||
|
|
|