Khoa học vật liệu. Bảng cheat: ngắn gọn, quan trọng nhất

Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá
Thư viện miễn phí / Cẩm nang / Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá

Khoa học vật liệu. Bảng cheat: ngắn gọn, quan trọng nhất

Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá

Cẩm nang / Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá

Mục lục

Môn khoa học vật liệu; phân loại vật liệu hiện đại, các giai đoạn chính trong sự phát triển của khoa học vật liệu
Cấu trúc hạt của kim loại. Ranh giới hạt và hạt phụ
kính hiển vi ánh sáng; đặc điểm định lượng của cấu trúc vi mô
Ô đơn vị; số phối hợp; sự đồng nghĩa
Phân loại khuyết tật cấu trúc tinh thể. Khuyết điểm, sự phụ thuộc nồng độ của chúng vào nhiệt độ. Trật khớp mép và vít
Sự khuếch tán trong kim loại
Chuyển pha loại thứ nhất và loại thứ hai
Nóng chảy kim loại và cấu trúc của nóng chảy
Kết tinh kim loại; tạo mầm của tinh thể, phôi quan trọng; tạo mầm tinh thể đồng nhất và không đồng nhất; Tăng trưởng tinh thể. Đường cong Tammann
Cấu trúc phôi và hợp kim vô định hình
Biến tính kim loại. Các thử nghiệm tiêu chuẩn về độ bền kéo, nén, uốn, độ cứng, độ bền va đập
Chuyển pha ở trạng thái rắn
Biến dạng đàn hồi và dẻo của kim loại
Các loại gãy xương: khái niệm về gãy xương dẻo và gãy giòn
Tính chất điện của vật liệu dẫn điện
Phương pháp xác định tính chất điện
Nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của kim loại và hợp kim
Phép đo giãn nở. Tính chất từ của kim loại và hợp kim. Phương pháp xác định
Tầm quan trọng của các tính chất cơ lý trong quá trình vận hành sản phẩm
Thuộc tính là chỉ số về chất lượng vật liệu
Các loại pha trong hợp kim kim loại Quy tắc pha; quy tắc đòn bẩy
Dung dịch rắn thay thế và xen kẽ; giai đoạn trung gian; kiến trúc thượng tầng
Hệ thống có khả năng hòa tan không giới hạn ở trạng thái lỏng và rắn; các hệ thống eutectic, Peritectic và Monotectic. Các hệ thống có tính đa hình của các thành phần và phép biến đổi eutectoid
Một hệ thống có eutectic bậc ba và gần như hoàn toàn không có khả năng hòa tan của các thành phần ở trạng thái rắn; phần đẳng nhiệt và đa nhiệt
Quy luật đòn bẩy và trọng tâm của tam giác
Sự phụ thuộc của các tính chất cơ lý vào thành phần trong các loại hệ thống khác nhau
Lựa chọn hợp kim cho mục đích cụ thể dựa trên phân tích sơ đồ pha
Cấu trúc và tính chất của sắt; sơ đồ pha sắt-cacbon siêu bền và ổn định. Sự hình thành cấu trúc của thép cacbon. Xác định hàm lượng cacbon trong thép theo cấu trúc
Thép cacbon kết cấu và thép công cụ. Đánh dấu, ứng dụng
Gang trắng, xám, bán, dẻo và dẻo
Sự hình thành cấu trúc vi mô, tính chất, ghi nhãn và ứng dụng
Vai trò của xử lý nhiệt trong việc nâng cao chất lượng vật liệu kết cấu
Ứng dụng xử lý nhiệt trong công nghệ sản xuất phôi và sản phẩm từ vật liệu kết cấu
Ủ loại 1. Kết tinh không cân bằng
Ủ đồng nhất, thay đổi cấu trúc và tính chất trong quá trình ủ đồng nhất. Làm cứng bằng biến đổi đa hình. Làm cứng mà không biến đổi đa hình
Sự thay đổi cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của kim loại khi nung sau khi xử lý áp suất nóng và lạnh
Kết tinh lại, tái kết tinh sơ cấp và tập thể. Ủ kết tinh lại
Ủ loại thứ hai. Ủ và chuẩn hóa thép; phương thức và mục đích ủ và chuẩn hóa
Ủ thép. Sự biến đổi của thép trong quá trình tôi luyện, sự thay đổi vi cấu trúc và tính chất
Xử lý nhiệt hóa học thép. Mục đích, loại và mô hình chung. Độ bão hòa khuếch tán của hợp kim với kim loại và phi kim loại
Phân loại và đánh dấu thép hợp kim. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến sự biến đổi, vi cấu trúc và tính chất của thép; nguyên tắc phát triển thép hợp kim
Thép kết cấu: xây dựng, kỹ thuật, cường độ cao. Thép công cụ: thép dùng cho dụng cụ cắt, vòng bi, thép khuôn
Thép không gỉ, chịu nhiệt và chịu nhiệt, chịu lạnh, cách điện và chịu mài mòn
Đánh dấu, cấu trúc, tính chất và ứng dụng của kim loại màu và hợp kim của chúng
Nhôm; ảnh hưởng của tạp chất đến tính chất của nhôm; hợp kim nhôm rèn và đúc
Đồng; Ảnh hưởng của tạp chất đến tính chất của đồng Hợp kim đồng thau, đồng thau, đồng-niken
Magie và hợp kim của nó
Titan và hợp kim của nó
Các loại vật liệu tổng hợp. Cấu trúc, tính chất, ứng dụng
Thành phần hóa học, phương pháp thu được bột, tính chất và phương pháp kiểm soát chúng
Tạo hình và thiêu kết bột, lĩnh vực ứng dụng
Kính vô cơ. Gốm kỹ thuật
Polyme, nhựa

1. Môn khoa học vật liệu; phân loại vật liệu hiện đại, các giai đoạn chính trong sự phát triển của khoa học vật liệu

Khoa học vật liệu nghiên cứu thành phần, cấu trúc, tính chất và hành vi của vật liệu tùy thuộc vào ảnh hưởng của môi trường. Tác động có thể là nhiệt, điện, từ, v.v. Bất kỳ thành phần nào của kết cấu hoặc kết cấu đều phải chịu tải từ cả các thành phần khác và từ môi trường bên ngoài.

Phân loại vật liệu: vật liệu kim loại, phi kim loại và composite. Vật liệu kim loại được chia thành kim loại màu và vật liệu bột. Vật liệu phi kim loại: cao su, thủy tinh, gốm sứ, nhựa, gốm thủy tinh. Vật liệu composite là vật liệu composite có chứa hai hoặc nhiều vật liệu (sợi thủy tinh).

Có sự phân loại vật liệu tùy thuộc vào loại bán thành phẩm: tấm, bột, hạt, sợi, hồ sơ, v.v.

Kỹ thuật tạo vật liệu là cơ sở để phân loại theo cấu trúc.

Vật liệu kim loại được chia thành các nhóm theo thành phần làm nền tảng cho chúng. Vật liệu luyện kim màu: thép, gang, hợp kim sắt, hợp kim trong đó thành phần chính là sắt. Vật liệu luyện kim màu: nhôm, đồng, kẽm, chì, niken, thiếc.

Cơ sở của công nghệ hiện đại là kim loại và hợp kim kim loại. Ngày nay, kim loại là loại vật liệu linh hoạt nhất. Để nâng cao chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm, cần phải có vật liệu mới. Để giải quyết những vấn đề này, vật liệu composite, polymer và bột được sử dụng.

Kim loại là những chất có tính dẻo, độ bóng, tính dẫn điện và tính dẫn nhiệt. Trong công nghệ, tất cả các vật liệu kim loại đều được gọi là kim loại và được chia thành hai nhóm.

Kim loại đơn giản là kim loại có chứa một lượng nhỏ tạp chất của kim loại khác.

Kim loại hợp chất là kim loại được kết hợp giữa kim loại cơ bản đơn giản với các nguyên tố khác.

Ba phần tư tổng số nguyên tố trong bảng tuần hoàn là kim loại.

Khoa học vật liệu hay khoa học về vật liệu đã phát triển từ xa xưa. Giai đoạn đầu tiên trong quá trình phát triển của khoa học vật liệu bắt đầu bằng việc sản xuất gốm sứ chuyên dụng. Đóng góp đặc biệt cho sự phát triển của khoa học vật liệu ở Nga là của M.V. Lomonosov (1711-1765) và D.I. Mendeleev (1834-1907). Lomonosov đã phát triển một khóa học về hóa lý và nguyên tử hóa học, đồng thời khẳng định lý thuyết về cấu trúc nguyên tử-phân tử của vật chất. Mendeleev được ghi nhận là người đã phát triển bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Cả hai nhà khoa học đều dành sự quan tâm đáng kể đến vấn đề sản xuất thủy tinh.

Vào thế kỷ 19 những đóng góp cho sự phát triển của khoa học vật liệu được thực hiện bởi F.Yu. Levinson-Lessing, E.S. Fedorov, V.A. Obruchev, A.I. Fersman, N.N. Bellyubsky. Các vật liệu mới đang bắt đầu được sản xuất: xi măng Portland, thạch cao mới, bê tông xi măng, vật liệu polymer, v.v.

Kim loại và hợp kim kim loại được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cơ khí, đó là lý do tại sao khoa học kim loại là một phần quan trọng của khoa học vật liệu.

Luyện kim là một ngành khoa học phát sinh ở Nga vào thế kỷ 19, là cơ sở khoa học để phát triển các quy trình công nghệ mới tối ưu: xử lý nhiệt, đúc, cán, dập, hàn. Sự kết hợp giữa độ bền và độ cứng cao với độ dẻo, dai và khả năng gia công tốt mà các vật liệu khác không có, là lý do dẫn đến việc sử dụng kim loại làm vật liệu kết cấu chính trong mọi lĩnh vực công nghệ.

Lần đầu tiên, nhà khoa học xuất sắc người Nga P.P. đã xác lập được sự tồn tại của mối liên hệ giữa kết cấu thép và các tính chất của nó. Anosov (1799-1851), người đã tiết lộ bí mật lâu đời về việc chế tạo và thu được thép gấm hoa của các bậc thầy phương Đông cổ đại, loại thép được sử dụng để sản xuất lưỡi dao. Thép gấm hoa của Anosov nổi tiếng khắp thế giới và thậm chí còn được xuất khẩu ra nước ngoài. Các lưỡi dao được làm từ loại thép này có độ cứng và độ dẻo dai cao. P.P. Anosov được coi là “người khởi xướng” sản xuất thép chất lượng cao, ông là người đầu tiên sử dụng kính hiển vi để xác định cấu trúc của thép và khởi xướng nghiên cứu mối quan hệ tự nhiên giữa cấu trúc và tính chất của hợp kim.

Người sáng lập ngành luyện kim khoa học D.K. Chernov (1839-1921), người đã phát hiện ra sự biến đổi pha trong thép vào năm 1868. Khám phá của D.K. Điểm tới hạn a và b của Chernov (theo ký hiệu hiện đại là A1 và A3) đã tạo nên một cuộc cách mạng trong hiểu biết về bản chất của hợp kim kim loại và giúp giải thích một số hiện tượng “bí ẩn” xảy ra trong quá trình xử lý nhiệt thép.

Đóng góp to lớn cho sự phát triển của khoa học kim loại là của N.S. Kurnkov, A.A. Baykov, N.T. Gudtsov, A.A. Bochnar, G.V. Kurdyumov, S.S. Shteyberg, A.P. Gulyaev, cũng như các nhà khoa học Liên Xô khác.

Các công trình của Osmond (Pháp), Seitz, Bain và Mayle (Mỹ), Tammann và Hahnemann (Đức) có tầm quan trọng lớn trong sự phát triển của ngành luyện kim và xử lý nhiệt.

Trong thế kỷ 20, những thành tựu to lớn đã được thực hiện trong lý thuyết và thực hành khoa học vật liệu, vật liệu có độ bền cao dùng cho công cụ được tạo ra, vật liệu composite được phát triển, các tính chất của chất bán dẫn được phát hiện và sử dụng, các phương pháp gia cố các bộ phận bằng nhiệt và hóa học. - Xử lý nhiệt được cải thiện

2. Cấu trúc hạt của kim loại. Ranh giới hạt và hạt phụ

Kim loại là vật thể đa tinh thể, chúng bao gồm các tinh thể nhỏ. Chúng được đặc trưng bởi tính chất kim loại và chiếm 50% tổng số nguyên tố hóa học. Cấu trúc của kim loại và hợp kim của chúng là tinh thể.

Trong quá trình kết tinh, các tinh thể thu được hình dạng không đều. Chúng được gọi là ngũ cốc. Mỗi hạt có hướng riêng của mạng tinh thể, khác với hướng của các hạt lân cận. Kích thước hạt của kim loại ảnh hưởng đến tính chất cơ học của nó. Các tính chất này, độ nhớt và độ dẻo, cao hơn đáng kể nếu kim loại có hạt mịn.

Các mặt tiếp xúc hạt được gọi là ranh giới hạt, có thể: nghiêng khi trục quay nằm trong cùng mặt phẳng với ranh giới; xoắn với trục vuông góc với mặt phẳng. Mảnh kim loại này là một đa tinh thể. Ranh giới hạt được xác định bởi các điểm tiếp xúc của các tinh thể liền kề. Kích thước, cấu trúc và tính chất của cấu trúc hạt có thể được đánh giá bằng vết nứt của kim loại.

Trong vật liệu đa tinh thể, kích thước hạt dao động từ 1 đến 1000 micron. Các hạt bị định hướng sai, xoay tương đối với nhau tới hàng chục độ. Ranh giới là khuyết điểm chính của kim loại. Tại ranh giới giữa các hạt, các nguyên tử không có sự sắp xếp đúng đắn. Có một vùng chuyển tiếp rộng bằng vài đường kính nguyên tử, trong đó mạng của một hạt biến đổi thành mạng của một hạt khác có hướng khác. Cấu trúc của lớp chuyển tiếp (ranh) thúc đẩy sự tích tụ các sai lệch trong đó, vì khi đi qua ranh giới, cả mặt phẳng trượt và vectơ Burgers đều không thay đổi. Vi phạm vị trí chính xác góp phần vào thực tế là ở ranh giới hạt có sự tập trung ngày càng tăng của các tạp chất làm giảm năng lượng bề mặt. Bên trong hạt, cấu trúc tinh thể chính xác bị phá vỡ.

Các ranh giới hạt phụ ít bị xáo trộn hơn.

Tất cả các kim loại đều có các đặc tính chung: dẻo, dẫn nhiệt và dẫn điện cao, có độ bóng kim loại đặc biệt và tăng điện trở khi nhiệt độ tăng.

Một tinh thể đơn, là một tinh thể, phát triển từ chất lỏng tan chảy. Kích thước của các tinh thể đơn lẻ rất nhỏ; chúng được sử dụng trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu tính chất của bất kỳ chất nào. Kim loại và hợp kim thu được ở những điều kiện bình thường nhất bao gồm một số lượng lớn tinh thể, chúng có cấu trúc đa tinh thể.

Nghiên cứu cấu trúc của kim loại bằng phân tích nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử cho phép xác định rằng cấu trúc tinh thể bên trong của hạt là không chính xác. Trong mạng tinh thể của kim loại thực có nhiều khuyết tật (không hoàn hảo) khác nhau làm phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử và ảnh hưởng đến tính chất của kim loại. Tất cả các khuyết tật mạng đều là sự xáo trộn trong việc sắp xếp các nguyên tử trong mạng.

Sự sắp xếp của các nguyên tử trong mạng có thể ở dạng khối lập phương có tâm (b- và c-iron, b-titanium, crom, molypden, vonfram, vanadi), một khối lập phương có các mặt ở giữa (g-sắt, nhôm, đồng, niken, chì, c -coban) hoặc hình lục giác, hoặc ở dạng tế bào (magiê, kẽm).

Các hạt trong đa tinh thể không phải là nguyên khối mà bao gồm các hạt con riêng lẻ, được quay tương đối với hạt kia một góc nhỏ. Một hạt con là một khối đa diện có chứa một số ít sai lệch hoặc không có sai lệch nào cả. Các đặc điểm chính của hạt con: loại, vị trí, cấu trúc, mật độ trật khớp. Nhiều trật khớp được hình thành do lực cắt cơ học.

Ranh giới hạt và hạt trong kim loại được chia thành góc thấp và góc cao. Các ranh giới góc thấp được quan sát giữa các hạt con và có cấu trúc lệch vị trí. Một ranh giới góc thấp có thể được biểu diễn bằng một loạt các sai lệch cạnh song song. Sự hình thành các hạt con có độ lệch góc thấp được gọi là đa giác hóa. Cấu trúc của ranh giới góc cao phức tạp hơn. Các ranh giới phụ được hình thành bởi các hệ thống trật khớp nhất định. Vị trí của trật khớp phụ thuộc vào vật liệu gì và tác động của môi trường lên nó. Nếu kim loại bị biến dạng nhẹ thì nơi tích tụ các sai lệch là mặt phẳng trượt. Nếu các kim loại như nhôm và sắt có thể bị biến dạng nghiêm trọng, thì sự sai lệch sẽ được thể hiện dưới dạng các mối đan xen phức tạp: không gian, mạng lưới.

Cấu trúc trong đó các hạt con bị định hướng sai so với nhau một góc 15-300 là dạng khối hoặc khảm.

Mật độ trật khớp trong kim loại tăng lên khi góc lệch hướng của các hạt phụ tăng lên và kích thước của chúng giảm đi. Các nguyên tử nằm ở ranh giới hạt và các nguyên tử trên bề mặt tinh thể, do lực tương tác giữa các nguyên tử không được bù đắp, có năng lượng tiềm năng cao hơn so với các nguyên tử trong phần lớn các hạt con. Sự hiện diện của sự sai lệch ảnh hưởng đến tính chất bền của kim loại. Theo tính toán lý thuyết, giới hạn đàn hồi của kim loại nguyên chất cao hơn thực tế 1000 lần và giới hạn đàn hồi của thép cao hơn 100 lần.

3. Kính hiển vi quang học; đặc điểm định lượng của cấu trúc vi mô

Có rất nhiều phương pháp được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc bên trong của hợp kim, hầu hết đều dựa trên các nguyên tắc vật lý.

Việc nghiên cứu cấu trúc của kim loại bắt đầu với sự trợ giúp của một phương pháp đơn giản và phổ biến trong các phòng thí nghiệm khoa học và công nghiệp - kính hiển vi ánh sáng (phương pháp kim loại). Lần đầu tiên việc nghiên cứu kim loại bằng kính hiển vi được thực hiện bởi P.P. Anosov. Ông nghiên cứu thép gấm hoa.

Phương pháp kính hiển vi ánh sáng được sử dụng để nghiên cứu kích thước, hình dạng, sự sắp xếp của các hạt, khuyết tật trong cấu trúc tinh thể (song sinh, sai lệch) và nó cũng được sử dụng để dự đoán hành vi của kim loại trong điều kiện vận hành.

Tất cả các kim loại đều là chất mờ đục (đối với ánh sáng khả kiến). Hình dạng của tinh thể, kích thước và vị trí của chúng được nghiên cứu trên các vi cắt được chế tạo đặc biệt. Trong trường hợp này, một vết cắt được thực hiện trên kim loại theo mặt phẳng mà nhà nghiên cứu quan tâm và mặt phẳng thu được sẽ được mài và đánh bóng.

Cả mài thô và mài mịn đều có thể được sử dụng để loại bỏ độ nhám của bề mặt được đánh bóng. Việc mài được thực hiện trước khi đánh bóng. Để có được bề mặt nhẵn, cần thay đổi hướng chuyển động của mẫu 90° khi thay đổi chất mài mòn. Việc mài nên được tiếp tục cho đến khi các dấu vết từ thao tác trước đó biến mất. Dựa trên kết quả mài, độ nhám bề mặt phải nhỏ hơn 0,08 micron.

Việc đánh bóng được thực hiện để thu được bề mặt gương của mẫu. Đánh bóng có thể là cơ học, điện hóa và cơ hóa học.

Việc mài cơ học được thực hiện bằng máy có bánh xe quay được phủ vật liệu đánh bóng. Các hạt mài mòn được áp dụng cho vật liệu này.

Đánh bóng cơ hóa học được thực hiện bằng cách sử dụng các hạt mài mòn và các nguyên tố hóa học.

Đánh bóng điện hóa được thực hiện trong bể điện phân. Dòng điện được sử dụng để làm phẳng bề mặt.

Trong quá trình mài và đánh bóng cơ học, bề mặt mẫu sẽ bị biến dạng dẻo. Tùy thuộc vào độ cứng của vật liệu, độ sâu biến dạng bề mặt có thể đạt tới 25 micron.

Sau khi mài và đánh bóng, mẫu được xử lý được ngâm trong nước, sau đó trong cồn và sau đó làm khô bằng giấy lọc.

Để bộc lộ cấu trúc, người ta tạo ra một bức phù điêu hoặc các thành phần cấu trúc được sơn bằng các màu khác nhau, điều này đạt được bằng cách khắc hóa học. Khi khắc, axit ảnh hưởng đến ranh giới hạt, vì có những nơi có cấu trúc khiếm khuyết sẽ trở thành vết lõm trên phần được khắc; ánh sáng chiếu vào chúng sẽ bị tán xạ và trong trường nhìn của kính hiển vi, chúng sẽ có vẻ tối và thân hạt sẽ có màu sáng.

Để kiểm tra các phần vi mô khi nghiên cứu cấu trúc vi mô của kim loại, người ta sử dụng kính hiển vi đặc biệt, trong đó chùm tia từ nguồn sáng phản xạ từ phần đó đi qua thấu kính và thị kính, cho độ phóng đại thích hợp.

Độ phóng đại tổng cộng của kính hiển vi bằng tích độ phóng đại của vật kính và thị kính.

Dưới kính hiển vi, trên vi mô sau khi đánh bóng, bạn có thể thấy các vết nứt nhỏ và các tạp chất phi kim loại (graphite trong gang, oxit). Để tiết lộ cấu trúc vi mô của chính kim loại, bề mặt của phần được khắc, nghĩa là được xử lý bằng thuốc thử đặc biệt, thành phần của nó phụ thuộc vào thành phần của kim loại. Việc xác định cấu trúc vi mô trong quá trình ăn mòn dựa trên thực tế là các pha khác nhau được ăn mòn khác nhau và có màu khác nhau. Nhờ khắc các phần vi mô của kim loại nguyên chất, hình dạng và kích thước của từng hạt riêng lẻ có thể được bộc lộ. Phân tích vi mô cho phép xác định kích thước, hình dạng và hướng của hạt, các pha riêng lẻ và các thành phần cấu trúc, sự thay đổi cấu trúc bên trong của kim loại và hợp kim tùy thuộc vào điều kiện sản xuất và chế biến của chúng.

Để kiểm tra các chi tiết của cấu trúc, người ta sử dụng kính hiển vi điện tử, trong đó hình ảnh được hình thành bằng cách sử dụng dòng điện tử bay nhanh. Có các phương pháp trực tiếp và gián tiếp để nghiên cứu cấu trúc. Các phương pháp gián tiếp dựa trên một kỹ thuật đặc biệt để chuẩn bị các phôi màng mỏng thể hiện sự nổi bật của phần được khắc. Bằng cách kiểm tra bản sao thu được, các chi tiết của cấu trúc sẽ được quan sát; kích thước tối thiểu của chúng là 2-5 nm. Phương pháp trực tiếp cho phép kiểm tra các lá kim loại mỏng có độ dày lên tới 300 nm thông qua truyền qua sử dụng kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao (kính hiển vi UEMV-100, UEMV-100A, UEMV-100V).

Kính hiển vi quang học không phải là một thiết bị có thể phát hiện các tinh thể có kích thước bất kỳ.

Luyện kim định lượng phải đối mặt với những thách thức nhất định. Do đó, vấn đề xác định các tham số định lượng của vật thể ba chiều bằng cách nghiên cứu mặt cắt hai chiều của nó được giải quyết bằng nhiều cách. Bằng phương pháp so sánh và phương pháp đo chiều dài trung bình của một đoạn cắt một hạt, xác định được kích thước của các hạt kim loại.

Ngày nay, một hệ thống tự động để nghiên cứu các phần hiển vi của kim loại được sử dụng, bao gồm việc sử dụng kính hiển vi, máy quay video, máy quay video và máy tính cá nhân.

4. Ô đơn vị; số phối hợp; sự đồng nghĩa

Các hướng và mặt phẳng tinh thể, tính dị hướng; khoảng cách giữa các hành tinh Mạng tinh thể - sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử. Ô cơ bản của tinh thể là thể tích tối thiểu của tinh thể vẫn giữ được đầy đủ tất cả các đặc tính của nó. Các nguyên tử trong mạng được sắp xếp khác nhau.

Ô đơn vị lặp lại theo không gian ba chiều và tạo thành mạng tinh thể. Cấu trúc của tinh thể được xác định bởi vị trí của các nguyên tử trong ô đơn vị.

Số phối trí là tổng số phân tử và ion trung tính được liên kết với ion trung tâm trong phức chất.

1. Các nguyên tố thuộc nhóm thứ tư có liên kết cộng hóa trị bão hòa và có hướng, mỗi nguyên tử có bốn nguyên tử lân cận. Số hàng xóm gần nhất là số phối hợp. Mạng cơ bản là một khối tứ diện có một nguyên tử ở trung tâm và bốn nguyên tử ở các đỉnh.

2. Khi liên kết ion được hình thành, mạng tinh thể cô đặc hơn, số phối trí đạt tới 6 do liên kết ion không bão hòa. Ví dụ: Mạng tinh thể NaCI - một khối nguyên thủy có các ion clo và natri ở các đỉnh.

3. Liên kết kim loại làm cho mạng tinh thể nhỏ gọn hơn. Số phối trí đạt giá trị 8 và 12. Ba loại mạng tinh thể được hình thành trong vật liệu kim loại: lập phương tâm khối (BCC), lập phương tâm mặt (FCC) và lục giác xếp kín (HC).

Syngony là một trong những phân chia tinh thể dựa trên tính đối xứng của ô đơn vị của chúng với các hệ trục tọa độ giống hệt nhau. Syngony đặc trưng cho tính đối xứng của các cấu trúc ba chiều với sự đối xứng tịnh tiến theo ba hướng.

Có bảy hệ thống trục tùy thuộc vào độ dài của các đoạn bị cắt trên các trục tinh thể và vị trí tương đối của các trục này.

1. Hệ khối. Ba trục bằng nhau cắt nhau vuông góc.

2. Hệ tứ giác. Hai đoạn trục có cùng độ dài cắt nhau vuông góc, trục thứ ba vuông góc với chúng và đoạn cắt trên đó có độ dài khác nhau.

3. Hệ hình thoi. Ba trục có độ dài khác nhau cắt nhau vuông góc.

4. Hệ thống đơn tà. Hai trục có độ dài khác nhau cắt nhau một góc xiên, trục thứ ba tạo thành một góc vuông với chúng.

5. Hệ thống ba phòng khám. Ba trục có độ dài khác nhau cắt nhau ở một góc xiên.

6. Hệ lượng giác. Ba đoạn trục có chiều dài bằng nhau cắt nhau trong một mặt phẳng một góc 60 °C, trục thứ ba vuông góc với mặt phẳng này và đoạn cắt trên nó có chiều dài khác nhau.

7. Hệ lục giác. Vị trí của các trục tương tự như vị trí của chúng trong hệ lượng giác.

Sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử trong mạng tinh thể giúp có thể phân biệt các hướng và mặt phẳng tinh thể riêng lẻ.

Hướng tinh thể là các tia thẳng phát ra từ bất kỳ điểm tham chiếu nào dọc theo vị trí của các nguyên tử. Các điểm tham chiếu là các đỉnh của khối lập phương. Hướng tinh thể là các cạnh và đường chéo của các mặt của khối lập phương. Có thể có những hướng khác. Mặt phẳng tinh thể là mặt phẳng mà các nguyên tử nằm trên đó.

Các hướng và mặt phẳng tinh thể được đặc trưng bởi các chỉ số Miller, xác định các vị trí khác nhau của chúng. Các mặt phẳng song song trong mạng tinh thể, được xây dựng giống hệt nhau, có cùng chỉ số. Để lấy chỉ số từ các số nguyên đơn giản, mặt phẳng có thể được dịch chuyển song song. Vị trí của bất kỳ nút nào của mạng tinh thể so với gốc được chọn tùy ý được xác định bằng cách chỉ định tọa độ x, y, z. Đối với một ô đơn vị, các tọa độ này lần lượt bằng các tham số mạng a, b, c.

Để xác định chỉ số, hãy tìm tọa độ của nguyên tử gần điểm tham chiếu nhất, nằm theo hướng này, biểu thị dưới dạng tham số mạng.

Tất cả các tính chất vật lý, bao gồm cả độ bền, của kim loại theo các hướng tinh thể khác nhau đều phụ thuộc vào số lượng nguyên tử nằm theo các hướng này. Trong mạng tinh thể có số lượng nguyên tử khác nhau theo các hướng khác nhau. Trong các chất kết tinh, cần quan sát thấy tính dị hướng, tức là các tính chất khác nhau theo các hướng khác nhau.

Tính dị hướng là kết quả của sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử trong các tinh thể và biểu hiện trong một tinh thể đơn lẻ. Kim loại thực là các vật thể đa tinh thể, bao gồm nhiều hạt, được định hướng tùy ý về phía nhau theo các hướng và mặt phẳng tinh thể của chúng. Tính dị hướng của các tính chất cơ học được quan sát thấy khi các mẫu thử được cắt dọc theo các hướng tinh thể khác nhau.

Kim loại thực có đẳng hướng trung bình và được gọi là vật thể bán đẳng hướng hoặc vật thể giả đẳng hướng

Khoảng cách giữa các hành tinh là khoảng cách ngắn nhất ngăn cách các mặt phẳng nút song song và cách đều nhau.

5. Phân loại khuyết tật cấu trúc tinh thể. Khuyết điểm, sự phụ thuộc nồng độ của chúng vào nhiệt độ. Trật khớp mép và vít

Một tinh thể đơn lẻ có thể được hình thành từ chất lỏng tan chảy. Một tinh thể đơn là một miếng kim loại được làm từ một tinh thể duy nhất. Kim loại và hợp kim thu được trong điều kiện bình thường bao gồm một số lượng lớn tinh thể và có cấu trúc đa tinh thể. Những tinh thể này được gọi là hạt và có hình dạng không đều. Mỗi hạt có hướng riêng của mạng tinh thể và nó khác với hướng của các hạt lân cận.

Cấu trúc tinh thể bên trong của hạt không đúng. Trong mạng tinh thể của kim loại có những khuyết tật (không hoàn hảo) làm phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử và ảnh hưởng đến tính chất của kim loại. Tất cả các khuyết tật mạng đều là sự xáo trộn trong việc sắp xếp các nguyên tử trong mạng. Các khuyết tật bề mặt là ranh giới của các hạt kim loại. Các khiếm khuyết về cấu trúc sau đây được phân biệt: khuyết tật mạng, điểm, nhỏ, tuyến tính, phẳng. Khiếm khuyết tinh thể làm thay đổi đáng kể các tính chất vật lý, cơ học, hóa học và công nghệ của kim loại.

Khiếm khuyết điểm bao gồm chỗ trống (vị trí trống) và các nguyên tử xen kẽ nước ngoài. Nhiệt độ càng cao thì càng có nhiều khuyết tật.

Các nguyên tử tạp chất là một trong những khiếm khuyết phổ biến nhất trong cấu trúc tinh thể (khoảng trống, nguyên tử bị lệch vị trí).

Chỗ trống là một vị trí trống của mạng tinh thể được hình thành do nhiều lý do. Nguồn của chỗ trống là ranh giới hạt trong đó sự sắp xếp chính xác của các nguyên tử bị phá vỡ. Số lượng chỗ trống và nồng độ của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ xử lý. Số lượng chỗ trống tăng lên khi nhiệt độ tăng. Các chỗ trống đơn lẻ gặp phải khi di chuyển trong tinh thể và kết hợp theo cặp, tạo thành các chỗ trống, trong khi tổng diện tích bề mặt của chúng giảm, độ ổn định của chỗ trống được ghép đôi tăng lên và có thể hình thành các chỗ trống ba chỗ và toàn bộ chuỗi.

Các nguyên tử bị lệch vị trí là các nguyên tử đã rời khỏi một vị trí của mạng tinh thể và chiếm một vị trí trong một khe hở. Đề cập đến khuyết điểm điểm.

Các nguyên tử tạp chất thay thế các nguyên tử chính trong mạng tinh thể hoặc được nhúng vào bên trong tế bào (một loại khuyết điểm).

Nếu tính đúng đắn của cấu trúc tinh thể xung quanh các chỗ trống, các nguyên tử bị lệch vị trí và các nguyên tử tạp chất bị vi phạm thì sự cân bằng trường lực của các nguyên tử theo mọi hướng cũng bị vi phạm. Tất cả những thay đổi đều không quá một vài đường kính nguyên tử. Các khuyết điểm tương tác với nhau. Có sự tương tác giữa khuyết điểm và khuyết tật tuyến tính - sai lệch.

Các khuyết tật tuyến tính nhỏ ở hai chiều; ở chiều thứ ba, chúng lớn hơn, có thể tương xứng với chiều dài của tinh thể. Khiếm khuyết tuyến tính bao gồm chuỗi chỗ trống, nguyên tử xen kẽ và sai lệch. Trật khớp có thể khá lan rộng theo một hướng và có một phần mở rộng nhỏ theo hướng ngược lại. Độ bền và độ dẻo của kim loại phụ thuộc trực tiếp vào sự hiện diện của các sai lệch.

Các khuyết tật tuyến tính là các sai lệch; chúng là một loại khuyết tật đặc biệt trong mạng tinh thể. Một đặc điểm của cấu trúc trật khớp là mật độ trật khớp.

Nhiều cơ chế hình thành trật khớp hiện đã được biết đến. Sự sai lệch có thể xảy ra trong quá trình sinh trưởng của hạt và hình thành các hạt phụ. Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng ranh giới hạt và khối có mật độ lệch vị trí cao. Trong quá trình kết tinh từ sự nóng chảy, nó thuận lợi về mặt năng lượng khi hạt nhân phát triển cùng với sự hình thành sự lệch trục vít trên bề mặt của nó. Thúc đẩy sự hình thành các sai lệch và phân tách tạp chất. Trong kim loại đông đặc, sự sai lệch phát sinh do sự tích tụ các chỗ trống.

Diện tích không hoàn hảo của tinh thể xung quanh rìa của ngoại phẳng được gọi là sự lệch vị trí cạnh (tuyến tính). Sự lệch vị trí cạnh biểu thị một trường ứng suất đàn hồi phân rã nhanh chóng trong mạng tinh thể xung quanh rìa của ngoại phẳng, nguyên nhân là do phía trên cạnh này, các tham số mạng bị nén một phần và bên dưới cạnh này, chúng bị kéo căng tương ứng. Trong một chiều, phạm vi của sự lệch vị trí có tính chất vĩ mô (sự lệch vị trí chỉ có thể bị phá vỡ ở ranh giới tinh thể - đó là ranh giới của vùng cắt). Chuyển động của trật khớp mép là chuyển động bảo toàn.

Nếu ngoại hành tinh nằm ở phần trên của tinh thể thì sự lệch vị trí được gọi là dương; nếu ngoại hành tinh nằm ở phần dưới của tinh thể thì nó được gọi là âm.

Sự lệch trục vít được hình thành nếu hai phần của tinh thể bị dịch chuyển về phía mặt phẳng tích lũy chỗ trống.

Nếu trật vít hình thành do quay theo chiều kim đồng hồ thì gọi là thuận tay phải, nếu quay ngược chiều kim đồng hồ thì gọi là thuận tay trái. Các chỗ trống và các nguyên tử xen kẽ không chảy vào vị trí trục vít. Sự hình thành trật khớp một phần và hỗn hợp cũng có thể xảy ra. Sự hình thành các sai lệch làm tăng năng lượng của tinh thể.

Sự sai lệch góp phần làm tăng ứng suất bên trong kim loại. Việc sử dụng ánh sáng phân cực giúp xác định các trường ứng suất phát sinh xung quanh vị trí trật khớp.

6. Khuếch tán trong kim loại

Khuếch tán là sự truyền vật chất do chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của các hạt khuếch tán. Trong quá trình khuếch tán khí, các phân tử của nó thay đổi hướng chuyển động khi va chạm với các phân tử khác. Các kiểu chuyển động chính trong quá trình khuếch tán trong chất rắn là sự chuyển động định kỳ ngẫu nhiên của các nguyên tử từ vị trí của mạng tinh thể sang vị trí hoặc chỗ trống lân cận.

Sự phát triển của quá trình khuếch tán dẫn đến hình thành lớp khuếch tán, được hiểu là lớp vật liệu chi tiết ở bề mặt bão hòa, khác với lớp ban đầu về thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất.

Chuyển động khuếch tán của bất kỳ nguyên tử nào là chuyển động ngẫu nhiên do biên độ dao động lớn, không phụ thuộc vào chuyển động của các nguyên tử khác hoặc chuyển động trước đó của một nguyên tử nhất định. Dao động không phụ thuộc nhiệt độ của các nguyên tử xung quanh vị trí cân bằng thường xảy ra với tần số ~10¹³ с^-1

Vấn đề xác định cơ chế khuếch tán rất phức tạp. Các tác phẩm của Ya.I. đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề này. Frenkel, cho thấy ảnh hưởng to lớn của các khuyết tật mạng tinh thể, đặc biệt là các chỗ trống, đối với quá trình chuyển động khuếch tán của các nguyên tử. Khó khăn nhất là cơ chế khuếch tán trao đổi đơn giản và dễ xảy ra nhất là cơ chế trống. Mỗi cơ chế khuếch tán tương ứng với một năng lượng kích hoạt Q nhất định, tức là giá trị của hàng rào năng lượng mà nguyên tử phải vượt qua khi di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác.

Chuyển động trong cơ chế khuếch tán đám đông tương tự như sự lan truyền của sóng: mỗi nguyên tử bị dịch chuyển một lượng nhỏ và nhiễu loạn lan truyền nhanh chóng. Đối với sự khuếch tán, các chỗ trống và mối liên hệ của chúng (các chỗ trống, các phức nguyên tử tạp chất chỗ khuyết), cũng như các khuyết tật là nguồn gốc của chúng (tuyến tính và bề mặt) có tầm quan trọng rất lớn.

Cơ chế tự khuếch tán và khuếch tán chính trong dung dịch rắn thay thế là cơ chế chỗ trống. Trong dung dịch rắn xen kẽ, cơ chế chính cho sự chuyển động của các nguyên tử tạp chất nhỏ là xen kẽ.

Nếu hai mảnh kim loại nguyên chất A và B được kết nối tốt được ủ trong một thời gian dài, thì sự xâm nhập lẫn nhau của kim loại và sự dịch chuyển của bề mặt phân cách ban đầu được đánh dấu bằng các dấu trơ (các hạt oxit hoặc dây vonfram) sẽ được quan sát thấy với lượng Δx, tỉ lệ thuận với căn bậc hai của thời gian ủ. Nếu D_А > D_В, khi đó thành phần A thâm nhập vào B với tốc độ cao hơn B vào A, do đó phần B của mẫu tăng về thể tích.

Kim loại hóa khuếch tán là quá trình bão hòa khuếch tán bề mặt sản phẩm bằng kim loại hoặc kim loại. Độ bão hòa khuếch tán được thực hiện trong hỗn hợp bột, môi trường khí hoặc kim loại nóng chảy (nếu kim loại có điểm nóng chảy thấp).

Boriding - độ bão hòa khuếch tán bề mặt kim loại và hợp kim với boron để tăng độ cứng, chống ăn mòn và chống mài mòn được thực hiện bằng phương pháp điện phân trong muối boron nóng chảy. Bording cung cấp độ cứng bề mặt đặc biệt cao, chống mài mòn và tăng khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt. Thép borat có khả năng chống ăn mòn cao trong dung dịch nước của axit clohydric, sulfuric và photphoric. Boriding được sử dụng cho các bộ phận bằng gang và thép hoạt động trong điều kiện ma sát trong môi trường khắc nghiệt (trong kỹ thuật hóa học).

Mạ crom - bão hòa khuếch tán với crom được thực hiện trong hỗn hợp bột crom hoặc sắt crôm có thêm amoni crom (1%) và oxit nhôm (49%) ở nhiệt độ 1000...1050 ° C với thời gian giữ là 6... 12...XNUMX giờ Mạ crom được sử dụng cho các bộ phận dễ bị mài mòn trong môi trường hơi nước và môi trường khắc nghiệt (phụ kiện, van). Khi sản phẩm mạ crom được làm từ thép có hàm lượng cacbon thấp sẽ có độ cứng tăng lên và có khả năng chống ăn mòn tốt.

Aluminizing là một quá trình bão hòa khuếch tán của lớp bề mặt bằng nhôm, được thực hiện dưới dạng hỗn hợp bột nhôm hoặc nhôm nóng chảy. Mục tiêu là đạt được khả năng chịu nhiệt cao của bề mặt các bộ phận thép. Quá trình Aluminizing được thực hiện trong môi trường rắn và lỏng.

Siliconization - bão hòa khuếch tán với silicon được thực hiện trong môi trường khí. Lớp bão hòa silicon của bộ phận thép không có độ cứng quá cao nhưng có khả năng chống ăn mòn cao và tăng khả năng chống mài mòn trong nước biển, axit nitric, hydrochloric và sulfuric. Các bộ phận được silicon hóa được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất, bột giấy, giấy và dầu mỏ. Để tăng khả năng chịu nhiệt, siliconization được sử dụng cho các sản phẩm làm từ hợp kim dựa trên molypden và vonfram, có khả năng chịu nhiệt cao.

Trong khoa học vật liệu, các lý thuyết khuếch tán vĩ mô và vi mô đang được phát triển. Lý thuyết vĩ mô nhấn mạnh vào chủ nghĩa hình thức, tức là vào các thông số và lực nhiệt động lực học. Lý thuyết vi mô sử dụng các cơ chế dựa trên lý thuyết về bước nhảy nguyên tử.

7. Chuyển pha bậc một và bậc hai

Các thành phần ở trạng thái lỏng (thành phần A) hòa tan không giới hạn, các thành phần ở trạng thái rắn (thành phần B) không tạo thành hợp chất hóa học và không hòa tan.

Sơ đồ pha biểu diễn đồ thị theo tọa độ hợp kim - nhiệt độ, phản ánh các sản phẩm được hình thành do sự tương tác của các thành phần hợp kim với nhau trong điều kiện cân bằng nhiệt động ở các nhiệt độ khác nhau. Đây là những chất, tùy thuộc vào nhiệt độ và thành phần, có trạng thái kết tụ nhất định, cấu trúc cụ thể và tính chất nhất định, chúng được gọi là các pha. Một pha được coi là phần đồng nhất của hợp kim, có cùng thành phần, cấu trúc và tính chất. Pha lỏng là dung dịch của các thành phần nóng chảy. Pha rắn là các hạt có hình dạng, kích thước, thành phần, cấu trúc và tính chất cụ thể. Đây là các dung dịch rắn, hợp chất hóa học, cũng như các hạt chứa các thành phần nguyên chất không tạo thành dung dịch rắn hoặc hợp chất hóa học với các thành phần khác.

Sơ đồ pha hiển thị trạng thái giới hạn của hợp kim, có thể được chia thành các vùng. Một số khu vực bao gồm một pha, và một số - gồm hai pha; chúng có thành phần, cấu trúc và tính chất khác nhau. Sơ đồ pha chứa thông tin cần thiết để tạo và xử lý hợp kim.

Sơ đồ pha loại I. Quy tắc phân đoạn. Sơ đồ này bao gồm các hợp kim có các thành phần tạo thành hỗn hợp các hạt gần như nguyên chất của chúng với độ hòa tan lẫn nhau không đáng kể.

Cấu trúc pha của hợp kim trong sơ đồ phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi các thành phần tương tác nhiệt động với nhau, nhiệt độ chuyển sang trạng thái lỏng sẽ giảm.

Hợp kim gồm hai thành phần nóng chảy ở nhiệt độ tối thiểu được gọi là eutectic hoặc eutectic. Eutectic là hỗn hợp đồng nhất của các hạt nhỏ kết tinh đồng thời của cả hai thành phần. Nhiệt độ mà cả hai thành phần tan chảy đồng thời được gọi là nhiệt độ eutectic.

Sự chuyển đổi hợp kim từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn trong quá trình kết tinh xảy ra trong khoảng nhiệt độ nằm giữa đường chất lỏng và nhiệt độ eutectic, tương ứng với đường rắn.

Tất cả những thay đổi về số lượng trong hợp kim trong quá trình kết tinh đều tuân theo quy luật phân đoạn. Tùy thuộc vào thành phần, tất cả các hợp kim được chia thành hypoeutectic và hypereutectic. Hợp kim hypoeutectic chứa thành phần A trên (100-Ve)%. Trong đó nó là thành phần dư thừa. Trong hợp kim hypereutectic, thành phần B dư thừa (lượng của nó vượt quá Be).

Lượng của mỗi thành phần cấu trúc được tính toán bằng cách sử dụng quy tắc phân đoạn áp dụng cho nhiệt độ cùng tinh.

Sơ đồ trạng thái loại II. Sự hóa lỏng đuôi gai. Với khả năng hòa tan không giới hạn của các thành phần với nhau, có cùng loại mạng và cấu trúc tương tự của lớp vỏ electron bên ngoài, người ta thu được sơ đồ loại thứ hai.

Sơ đồ phân biệt ba vùng pha:

1. Phía trên đường chất lỏng АДВ có vùng pha lỏng Ж.

2. Bên dưới nó, cho đến đường Solidus ADB, có vùng hai pha b + L. Pha b là dung dịch rắn gồm các thành phần A và B, các hạt có mạng tinh thể đơn. Tuy nhiên, đối với các hợp kim có thành phần khác nhau thì số lượng nguyên tử của thành phần A và B trong các ô đơn vị của mạng là khác nhau.

3. Vùng nằm dưới đường rắn là vùng một pha (pha b).

Ngược lại với các hợp kim của hỗn hợp các hạt có thành phần thực tế nguyên chất, mỗi hợp kim hóa rắn trên sơ đồ pha đại diện cho một tập hợp các hạt pha bên ngoài không khác nhau.

Trong trường hợp hợp kim được làm nguội nhanh trong quá trình kết tinh, các quá trình khuếch tán không có thời gian để hoàn thành và phần trung tâm của mỗi hạt được làm giàu với thành phần chịu lửa cao hơn và phần ngoại vi có thành phần nóng chảy thấp hơn. (MỘT). Hiện tượng này được gọi là sự hóa lỏng đuôi gai, làm giảm đặc tính độ bền của hợp kim. Có thể ngăn chặn nó bằng cách làm nguội hợp kim chậm, đảm bảo sự kết tinh cân bằng của nó.

Nếu xảy ra hiện tượng lỏng đuôi gai, nó sẽ được loại bỏ bằng cách ủ khuếch tán kéo dài của hợp kim. Quá trình khuếch tán xảy ra trong trường hợp này làm cân bằng thành phần hóa học trong hạt.

Trong quá trình biến dạng dẻo của vật liệu kim loại, ngoại lực phải vượt qua lực cản chuyển động của các sai lệch, lực này được xác định bởi giá trị của lực Peierls-Nabarro. Lực này phụ thuộc vào cường độ tương tác giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể của hợp kim.

Các nguyên tử của thành phần hòa tan tạo thành liên kết kim loại mạnh hơn với các nguyên tử của thành phần dung môi trong mạng dung dịch rắn so với mạng của cả hai thành phần nguyên chất. Do đó, khả năng chống biến dạng dẻo của dung dịch rắn khi hàm lượng của thành phần khác hòa tan trong đó tăng lên theo quy luật đường cong.

8. Nóng chảy kim loại và cấu trúc của nóng chảy

Nóng chảy là quá trình vật lý chuyển đổi kim loại từ chất rắn sang chất lỏng nóng chảy. Nóng chảy là một quá trình ngược lại với quá trình kết tinh, xảy ra ở nhiệt độ trên mức cân bằng, tức là trong quá trình quá nhiệt. Vì kim loại lỏng có nhiều nội năng hơn kim loại rắn nên nhiệt tỏa ra trong quá trình kết tinh. Có một mối liên hệ nhất định giữa nhiệt Q và nhiệt độ kết tinh Tk. Mức độ quá nhiệt khi nấu chảy kim loại không vượt quá vài độ.

Ở trạng thái lỏng, các nguyên tử của một chất chuyển động ngẫu nhiên do chuyển động nhiệt; trong chất lỏng có các nhóm nguyên tử có thể tích nhỏ; trong đó, sự sắp xếp của các nguyên tử giống như sự sắp xếp trong mạng tinh thể. Các nhóm này không ổn định, chúng hòa tan và xuất hiện trở lại trong chất lỏng. Khi chất lỏng được làm lạnh quá mức, một số nhóm lớn trở nên ổn định và có khả năng phát triển. Những nhóm nguyên tử ổn định này được gọi là trung tâm kết tinh (hạt nhân). Để thực hiện quá trình nóng chảy, phải có hiện tượng quá nhiệt nào đó cao hơn nhiệt độ cân bằng, tức là thế năng nhiệt động. Trên nhiệt độ cân bằng, kim loại lỏng ổn định hơn và có mức dự trữ năng lượng tự do thấp hơn. Dưới nhiệt độ này, kim loại rắn ổn định hơn. Ở nhiệt độ cân bằng, năng lượng tự do của trạng thái lỏng và rắn là như nhau, do đó, ở nhiệt độ này, cả hai pha (lỏng và rắn) có thể cùng tồn tại đồng thời và hơn nữa là vô thời hạn. Nhiệt độ cân bằng rất gần với nhiệt độ nóng chảy Tmelt, nhiệt độ này thường được so sánh. Khi được làm lạnh, quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn đi kèm với sự hình thành mạng tinh thể, tức là sự kết tinh. Để gây ra sự kết tinh, kim loại lỏng phải được làm lạnh đến nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của nó.

Chất lỏng ở nhiệt độ gần điểm nóng chảy được gọi là chất lỏng tan chảy. Tan chảy là kim loại, ion, chất bán dẫn, hữu cơ và polymer cao. Tùy thuộc vào hợp chất hóa học nào hình thành nên chất tan chảy, muối, oxit, oxit-silicat và các chất tan chảy khác được phân biệt.

Hầu hết các chất tan chảy đều chứa các hạt đẳng diện.

Trong quá trình nấu chảy, các liên kết hóa học trong chất nóng chảy bị biến đổi. Trong chất bán dẫn, người ta quan sát thấy sự hình thành độ dẫn điện của kim loại; ở một số halogenua, thay vì độ dẫn ion, độ dẫn điện giảm do hình thành sự nóng chảy có thành phần phân tử. Mức nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến loại liên kết trong tan chảy.

Số phối trí trung bình và khoảng cách tương tác cũng là đặc điểm của sự tan chảy. Trong quá trình nấu chảy kim loại, số phối trí giảm khoảng 10-15%. Đồng thời, khoảng cách giữa các nguyên tử vẫn giữ nguyên. Khi chất bán dẫn tan chảy, số phối trí của chúng tăng lên 1,5 lần và khoảng cách giữa các nguyên tử cũng tăng lên. Sự tan chảy đa thành phần được đặc trưng bởi trạng thái không cân bằng, siêu bền, có liên quan đến cấu trúc của các pha rắn ban đầu.

Trong nhiều trường hợp, có độ trễ (độ trễ) về tính chất của nóng chảy khi thay đổi nhiệt độ. Các tính chất và cấu trúc của tan chảy bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: nhiệt độ, thời gian giữ, tốc độ dao động nhiệt độ, vật liệu làm thùng chứa, cũng như sự hiện diện của tạp chất.

Thành phần của tan chảy được phân biệt bởi sự phức tạp của nó. Chất tan ion có thể chứa các ion đơn giản hoặc phức tạp, các phân tử polymer và không phân ly, cũng như thể tích tự do. Chất tan chảy silicat có thể chứa tứ diện silicon-oxy cô lập và các chuỗi, vòng, mạng và khung mà chúng tạo thành.

Rất khó để hình thành một mô hình rõ ràng về cấu trúc của tan chảy, vì tan chảy chứa các loại hạt và liên kết khác nhau. Chức năng chính của các mô hình là xác định và giải thích các đặc tính của tan chảy cũng như tính toán các đặc tính.

Sự tan chảy trong lĩnh vực luyện kim được chia thành sản phẩm trung gian, sản phẩm phụ và sản phẩm cuối cùng. Sử dụng chất nóng chảy làm chất điện phân, ngành luyện kim sản xuất, tinh chế và phủ kim loại. Nhiều hợp kim được hình thành ở dạng nóng chảy. Các tinh thể đơn và màng epiticular được hình thành từ sự tan chảy. Người ta thường sử dụng kim loại, muối và oxit tan chảy làm chất xúc tác. Muối tan chảy được sử dụng trong bể ủ và làm nguội, pin nhiên liệu nhiệt độ cao, làm chất làm mát, chất trợ dung trong quá trình hàn và hàn kim loại, môi trường phản ứng trong tổng hợp vô cơ và hữu cơ, cũng như chất hấp thụ, chất chiết, v.v. được sử dụng để thu được silicat, florua và các ngăn xếp đặc biệt khác và kim loại vô định hình.

9. Kết tinh kim loại; tạo mầm của tinh thể, phôi quan trọng; tạo mầm tinh thể đồng nhất và không đồng nhất; Tăng trưởng tinh thể. Đường cong Tammann

Kết tinh là quá trình chuyển kim loại từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn với sự hình thành cấu trúc tinh thể. Trong tự nhiên, tất cả các biến đổi, kết tinh và nóng chảy tự phát đều là do trạng thái mới trong điều kiện mới ổn định hơn về mặt năng lượng và có mức dự trữ năng lượng nhỏ hơn.

Sự chuyển đổi kim loại từ trạng thái lỏng hoặc hơi sang chất rắn với sự hình thành cấu trúc tinh thể được gọi là quá trình kết tinh sơ cấp. Sự hình thành các tinh thể mới trong chất rắn kết tinh được gọi là sự kết tinh thứ cấp. Quá trình kết tinh bao gồm hai quá trình xảy ra đồng thời là tạo mầm và phát triển tinh thể. Tinh thể có thể tạo mầm một cách tự nhiên - kết tinh tự phát hoặc phát triển trên các trung tâm kết tinh làm sẵn hiện có - kết tinh không tự phát.

Bạn có thể theo dõi quá trình kết tinh kim loại bằng cách sử dụng bộ đếm thời gian và nhiệt kế nhiệt điện. Hai dây khác nhau, được hàn ở hai đầu, được ngâm trong kim loại nóng chảy và dòng nhiệt sinh ra tỷ lệ thuận với nhiệt độ của kim loại, và kim milivolt kế bị lệch, biểu thị nhiệt độ trên thang chia độ đặc biệt. Các chỉ số nhiệt kế được ghi lại theo thời gian và dựa trên dữ liệu thu được, các đường cong làm mát được vẽ theo tọa độ nhiệt độ - thời gian. Điểm tới hạn là nhiệt độ tương ứng với một số biến đổi trong kim loại.

Khi được làm lạnh, quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn đi kèm với sự hình thành mạng tinh thể, tức là sự kết tinh. Để gây ra sự kết tinh, kim loại lỏng phải được làm lạnh đến nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của nó. Trong quá trình hóa rắn và trong quá trình biến đổi đẳng hướng, các trung tâm kết tinh đầu tiên được hình thành trong kim loại, xung quanh đó các nguyên tử được nhóm lại, tạo thành mạng tinh thể tương ứng. Quá trình kết tinh bao gồm hai giai đoạn: hình thành các trung tâm kết tinh và phát triển tinh thể. Trong mỗi tinh thể mới nổi, các mặt phẳng tinh thể được định hướng ngẫu nhiên; ngoài ra, trong quá trình kết tinh sơ cấp, các tinh thể có thể quay vì chúng được bao quanh bởi chất lỏng. Các tinh thể liền kề phát triển về phía nhau và các điểm va chạm của chúng xác định ranh giới của các tinh thể (hạt).

Đối với các chất vô định hình, đường cong làm mát trơn tru, không có điểm dừng hoặc bậc thang: rõ ràng là các chất này không thể có tính đẳng hướng. Cơ chế kết tinh kim loại là khi nhiệt độ giảm tương ứng, các tinh thể nhỏ, được gọi là trung tâm kết tinh hoặc hạt nhân, bắt đầu hình thành bên trong nồi nấu bằng kim loại lỏng.

Để bắt đầu hình thành tinh thể từ kim loại lỏng, năng lượng tự do của kim loại cần phải

giảm đi. Nếu do sự hình thành hạt nhân, năng lượng tự do của kim loại tăng lên thì hạt nhân sẽ bị hòa tan. Kích thước tối thiểu của phôi có khả năng phát triển được gọi là kích thước tới hạn của phôi và phôi như vậy được gọi là ổn định.

Mức độ siêu lạnh làm giảm năng lượng tự do của kim loại càng lớn thì kích thước tới hạn của hạt nhân càng nhỏ.

Tinh thể bắt đầu phát triển xung quanh các trung tâm hình thành. Khi các tinh thể phát triển trong kim loại và vẫn ở trạng thái lỏng, các trung tâm kết tinh mới tiếp tục xuất hiện. Mỗi tinh thể mới đang phát triển được định hướng ngẫu nhiên trong không gian.

Tinh thể có hình dạng không đều được gọi là hạt hoặc tinh thể. Các chất rắn, bao gồm cả kim loại, bao gồm một số lượng lớn các hạt được gọi là đa tinh thể.

D.V. Chernov đã chứng minh rằng quá trình kết tinh bao gồm hai quá trình cơ bản: sự tạo mầm của các trung tâm kết tinh và sự phát triển của tinh thể từ các trung tâm này. Mãi về sau, Tamman, trong khi nghiên cứu quá trình kết tinh, đã thiết lập được sự phụ thuộc của số lượng trung tâm kết tinh và tốc độ phát triển của tinh thể vào mức độ siêu lạnh.

Trong khi các tinh thể thu được phát triển tự do, chúng có hình dạng hình học ít nhiều đều đặn. Tuy nhiên, khi các tinh thể đang phát triển va chạm vào nhau, hình dạng chính xác của chúng bị phá vỡ vì sự phát triển của các bề mặt dừng lại ở những khu vực này. Sự tăng trưởng tiếp tục theo những hướng có khả năng tiếp cận miễn phí với chất lỏng “nuôi dưỡng”. Kết quả là, các tinh thể đang phát triển, ban đầu có hình dạng hình học đều đặn, sau khi hóa rắn sẽ có hình dạng bên ngoài không đều và do đó được gọi là tinh thể hoặc hạt.

Sự phát triển của hạt nhân xảy ra do sự chuyển đổi của các nguyên tử từ chất lỏng siêu lạnh sang tinh thể. Tinh thể phát triển thành từng lớp, mỗi lớp có độ dày đơn nguyên tử. Có hai quá trình cơ bản của sự phát triển tinh thể.

Sự hình thành phôi hai chiều.

Sự phát triển của hạt nhân hai chiều nhờ sự xâm nhập của các nguyên tử từ chất lỏng siêu lạnh. Sau khi hình thành hạt nhân hai chiều trên một mặt phẳng, sự phát triển tiếp theo của lớp mới diễn ra tương đối dễ dàng, vì xuất hiện các khu vực thuận tiện cho việc cố định các nguyên tử chuyển động từ chất lỏng.

10. Cấu trúc phôi và hợp kim vô định hình

Cấu trúc của một thỏi thép được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1878 bởi D.K. Chernov. Cấu trúc của phôi đúc bao gồm ba vùng chính. Vùng đầu tiên là lớp vỏ hạt mịn bên ngoài, bao gồm các tinh thể nhỏ mất phương hướng - đuôi gai.

Vùng thỏi thứ hai là vùng tinh thể cột. Sau khi hình thành lớp vỏ, điều kiện loại bỏ nhiệt

thay đổi, gradient nhiệt độ giảm và mức độ nguội quá mức của thép giảm. Vùng thứ ba của phôi là vùng tinh thể cân bằng.

Các tinh thể hình thành trong quá trình hóa rắn kim loại có hình dạng khác nhau tùy thuộc vào tốc độ làm nguội, tính chất và lượng tạp chất. Thông thường, quá trình kết tinh tạo ra các tinh thể phân nhánh (giống như cây), được gọi là đuôi gai vì hình dạng của chúng giống với hình dạng của một cái cây. Dạng tinh thể này được giải thích là do các hạt nhân phát sinh trong kim loại lỏng phát triển theo hướng có khoảng cách tối thiểu giữa các nguyên tử. Đây là cách các trục bậc nhất được hình thành. Đồng thời với sự kéo dài của các trục bậc một, các trục bậc hai tạo mầm trên các cạnh của chúng và phát triển vuông góc với chúng ở những góc nhất định, từ đó các trục bậc ba phát triển và cuối cùng tạo thành các tinh thể ở dạng đuôi gai. Cấu trúc đuôi gai được tiết lộ sau khi khắc đặc biệt các phần mỏng, vì tất cả các khoảng trống giữa các nhánh của đuôi gai đều được lấp đầy và thường chỉ có thể nhìn thấy các điểm nối của đuôi gai ở dạng ranh giới hạt. Hình dạng đều đặn của các sợi nhánh bị biến dạng do sự va chạm và hợp nhất của các hạt trong các giai đoạn sau của quá trình. Cấu trúc đuôi gai là đặc trưng của cấu trúc vĩ mô và vi mô của kim loại đúc (hợp kim).

Khi tiếp xúc với thành nguội của khuôn, một vùng tinh thể nhỏ cân bằng được hình thành. Thể tích của kim loại rắn nhỏ hơn chất lỏng nên xuất hiện khe hở không khí giữa thành khuôn và kim loại đông đặc; bức tường tự nóng lên khi tiếp xúc với kim loại. Kết quả là, tốc độ làm nguội của kim loại giảm, sự phát triển của các tinh thể trở nên có hướng - chúng phát triển từ thành khuôn đến tâm theo hướng loại bỏ nhiệt và một vùng tinh thể cột được hình thành. Hiện tượng này, như thể các tinh thể dài phát triển qua độ dày của phôi, được gọi là quá trình kết tinh. Vùng tạo thành làm chậm quá trình truyền nhiệt ra bên ngoài, tốc độ làm mát giảm và hình thành một vùng gồm các tinh thể lớn không định hướng. Kim loại lỏng chứa một lượng khí hòa tan nhất định, do đó, trong thể tích phôi khi nguội, đối với các kim loại có xu hướng nguội quá mức, chỉ có các nhánh tăng dần của đường cong số tâm kết tinh và tốc độ phát triển tinh thể là được phát hiện.

Kích thước của các hạt hình thành trong quá trình kết tinh không chỉ phụ thuộc vào số lượng trung tâm kết tinh phát sinh tự phát mà còn phụ thuộc vào số lượng hạt tạp chất không hòa tan, luôn có trong kim loại lỏng, đóng vai trò là các trung tâm kết tinh sẵn sàng. Các hạt như vậy có thể là oxit, nitrua, sunfua. Các tâm kết tinh trong kim loại hoặc hợp kim có thể là các hạt rắn có kích thước nguyên tử hơi khác so với các nguyên tử của kim loại cơ bản; mạng tinh thể của chúng phải có cấu trúc và thông số gần giống với mạng tinh thể của kim loại kết tinh. Thành của khuôn và các dạng khác nơi kim loại lỏng kết tinh có độ nhám và không đều. Những bất thường này ảnh hưởng đến quá trình kết tinh bằng cách tăng tốc độ kết tinh. Nếu thép không được khử oxy đủ (còn gọi là thép sôi), thì bọt khí sẽ hình thành trong toàn bộ thể tích của phôi.

Nếu thép được khử oxy tốt (thép tĩnh), thì nó sẽ được đúc thành các khuôn có phần mở rộng cách nhiệt có lợi. Đây là nơi phần cuối cùng của kim loại lỏng sẽ kết tinh. Khí sẽ thu thập ở đây. Điều này tạo ra một khoảng trống lớn gọi là khoang co ngót. Gần khoang co ngót, kim loại sẽ ít đậm đặc và lỏng lẻo hơn. Do đó, sau khi cán các phôi thép tĩnh, phần trên (có lợi) của phôi (khoảng 15-20% chiều dài của phôi) sẽ bị cắt bỏ. Trong quá trình cán, hình dạng của các tinh thể chính của kim loại đúc thay đổi. Các sợi nhánh bị biến dạng, bị kéo căng theo hướng dòng chảy của kim loại và biến thành sợi. Các mối nối giữa các tinh thể có độ bền kém hơn, do đó thép bị biến dạng dọc theo các sợi có độ bền và độ dẻo dai cao hơn so với xuyên qua chúng.

Hợp kim vô định hình thường giòn khi chịu kéo, nhưng tương đối dẻo khi uốn và nén, và có thể cán nguội. Hợp kim vô định hình từ tính mềm có ba nhóm.

1. Dựa trên sắt (Fe₈₁Si_{3 5}B_{13 5}C₂) có giá trị cảm ứng từ cao và độ kháng từ thấp.

2. Dựa trên coban (CO₆₆Fe₄(Mo, Si, B)₃₀, có cảm ứng bão hòa tương đối thấp, nhưng tính chất cơ học cao, lực cưỡng bức thấp và độ thấm từ cao.

3. Hợp kim sắt-niken (Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆) có giá trị trung bình của cảm ứng từ và giá trị kháng từ thấp hơn so với hợp kim sắt.

Hợp kim vô định hình từ tính mềm được sử dụng trong kỹ thuật điện và công nghiệp điện tử.

11. Biến tính kim loại. Các thử nghiệm tiêu chuẩn về độ bền kéo, nén, uốn, độ cứng, độ bền va đập

Chất biến tính có thể được thêm vào kim loại lỏng để thu được cấu trúc kim loại mong muốn trong vật đúc. Đây là một quá trình sửa đổi.

Theo cơ chế ảnh hưởng đến quá trình kết tinh, chất biến tính có thể được chia thành hai nhóm:

1) chất bổ trợ, là các trung tâm kết tinh bổ sung;

2) chất biến tính - chất hoạt động bề mặt. Những chất biến tính này hòa tan trong kim loại lỏng. Quá trình kết tinh phụ thuộc vào các trung tâm kết tinh có sẵn. Các trung tâm này là các hạt của tạp chất phi kim loại chịu lửa, oxit, hợp chất liên kim loại được hình thành bởi tạp chất.

Khi bắt đầu quá trình kết tinh, các trung tâm nằm trong kim loại lỏng và có dạng thể vùi rắn. Trong quá trình kết tinh, các nguyên tử kim loại được lắng đọng trên bề mặt hoạt hóa của tạp chất. Sự kết tinh này được gọi là không đồng nhất, trong đó thành của khuôn đóng vai trò là hạt nhân.

Trong quá trình hóa rắn, sự hiện diện của các trung tâm kết tinh làm sẵn dẫn đến giảm kích thước tinh thể. Hiệu quả của việc sàng lọc cấu trúc tăng lên trong khi vẫn duy trì sự tương ứng về cấu trúc và kích thước của pha tạp chất với kim loại cơ bản, điều này thúc đẩy sự liên hợp của các mạng tinh thể của chúng.

Kim loại lỏng chứa tạp chất hòa tan, khiến cấu trúc trở nên tinh tế. Khi bị hấp phụ, chúng làm giảm sức căng bề mặt ở bề mặt phân cách chất lỏng-rắn và tốc độ phát triển tinh thể tuyến tính.

Việc cải thiện các tính chất cơ học của kim loại được tạo điều kiện thuận lợi bằng cách tinh chỉnh cấu trúc. Để tinh chỉnh cấu trúc của hợp kim, một hoạt động công nghệ được sử dụng - sửa đổi. Hoạt động này bao gồm việc đưa các chất phụ gia đặc biệt - chất biến tính - vào hợp kim lỏng trước khi đúc. Với mục đích này, chất hoạt động bề mặt được sử dụng, cũng như các nguyên tố tạo thành các hạt mịn chịu lửa. Chất biến tính được thêm vào hợp kim.

Sự gia tăng nhiệt độ của kim loại lỏng trước khi đúc dẫn đến sự giãn nở của hạt trong quá trình kết tinh và ngược lại, sự giảm kích thước hạt xảy ra do kim loại bị nguội. Việc làm mát có hiệu quả khi có các chất biến tính tạo thành các pha cùng với sự phù hợp về cấu trúc và kích thước với kim loại cơ bản.

Kiểm tra tiêu chuẩn

Kiểm tra độ bền kéo tĩnh là một phương pháp kiểm tra cơ học của kim loại. Đối với các thử nghiệm tĩnh, các mẫu kim loại tròn được thử nghiệm được chế tạo hoặc các mẫu phẳng đối với vật liệu tấm. Các mẫu bao gồm một bộ phận làm việc và các đầu, được thiết kế để cố định chắc chắn trong các kẹp của máy thử độ bền kéo. Cỡ mẫu được chuẩn hóa. Khi bị kéo căng, mẫu sẽ dài ra. Một số hợp kim kim loại có hệ số giãn nở tuyến tính gần bằng 0 (dùng để chế tạo các dụng cụ chính xác, ống vô tuyến).

Một mẫu tròn hoặc phẳng có kích thước tiêu chuẩn được lắp vào các kẹp của máy thử độ bền kéo và bằng cách tăng tải trọng, hãy theo dõi sự thay đổi về chiều dài của nó. Thiết bị ghi của máy ghi lại sơ đồ độ bền kéo, từ đó xác định được tính chất cơ lý.

Độ cứng là đặc tính của vật liệu chống lại sự biến dạng tiếp xúc, khả năng của vật liệu chống lại sự xâm nhập của vật rắn - vật lõm - vào bề mặt của nó. Indenter - một đầu kim cương ở dạng hình nón. Kiểm tra độ cứng là loại kiểm tra cơ học dễ tiếp cận nhất.

Kiểm tra độ cứng được thực hiện nhanh chóng và không yêu cầu các mẫu phức tạp; chúng cho phép đánh giá các tính chất cơ học khác của kim loại (ví dụ: độ bền kéo). Các phương pháp ép vào đầu rắn là phổ biến.

Xác định độ cứng bằng phương pháp Rockwell. Một hình nón bằng thép hoặc kim cương có góc 120° hoặc một quả bóng thép cứng có đường kính 1,59 mm được ép vào bề mặt của mẫu thử và độ cứng của vật liệu được đánh giá bằng độ sâu xuyên qua bề mặt.

Có ba thang đo trên máy đo độ cứng Rockwell: A (màu đen) - thử nghiệm được thực hiện với hình nón kim cương, độ cứng được chỉ định là HRA; B (màu đỏ) - thử nghiệm được thực hiện với một quả bóng, độ cứng được chỉ định là H13B; C (đen) - thử nghiệm được thực hiện với côn thép, độ cứng được biểu thị bằng HRC.

Xác định độ cứng bằng phương pháp Vickers. Một kim tự tháp kim cương tứ diện được ép vào bề mặt mẫu và độ cứng được xác định dọc theo đường chéo của vết lõm.

Phương pháp Vickers cho phép bạn đo độ cứng của kim loại và hợp kim mềm và cứng cũng như độ cứng của các lớp bề mặt mỏng.

Thử nghiệm va đập xác định khả năng của kim loại chống lại tải va đập mà các bộ phận máy tiếp xúc trong quá trình vận hành.

Thử nghiệm va đập được thực hiện trên các mẫu có hình dạng tiêu chuẩn bằng cách sử dụng dụng cụ gọi là máy thử va đập con lắc.

Độ bền va đập là công sinh ra trên vết nứt do va đập của mẫu và liên quan đến diện tích mặt cắt ngang của nó tại điểm cắt. Các thử nghiệm va đập được thực hiện để đánh giá tính nhạy cảm của vật liệu đối với hiện tượng gãy giòn.

Uốn là một phương pháp tải nhẹ hơn so với kéo dài. Vật liệu có độ dẻo thấp được kiểm tra độ uốn. Các thử nghiệm được thực hiện trên các mẫu dài, hình trụ hoặc hình chữ nhật. Chúng được cài đặt trên hai hỗ trợ. Các đặc tính được xác định là độ bền kéo và độ võng.

12. Các chuyển pha ở trạng thái rắn

Pha là một phần đồng nhất của hệ thống, được ngăn cách với phần khác của hệ thống (pha) bằng một bề mặt, trong quá trình chuyển đổi mà thành phần hóa học hoặc cấu trúc thay đổi đột ngột.

Khi một kim loại nguyên chất kết tinh, hệ thống có hai pha: lỏng (kim loại nóng chảy) và rắn (hạt kim loại đông đặc). Trong hợp kim cứng, các pha có thể là hạt kim loại nguyên chất, hạt dung dịch rắn và hạt hợp chất hóa học. Nhiều kim loại ở trạng thái lỏng hòa tan lẫn nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào. Kết quả của quá trình hòa tan, một dung dịch lỏng đồng nhất được hình thành với sự phân bố đồng đều các nguyên tử của một kim loại giữa các nguyên tử của kim loại khác. Do sự tương tác này, trong thực tế, để phân bố đồng đều các chất trong hợp kim, người ta phải nấu chảy chúng. Một số kim loại có kích thước nguyên tử khác nhau rất nhiều, không hòa tan ở trạng thái lỏng, trong khi các kim loại khác có độ hòa tan hạn chế ở trạng thái lỏng. Khi hợp kim được hình thành trong quá trình hóa rắn, có thể có nhiều tương tác khác nhau giữa các thành phần.

Nếu trong quá trình kết tinh, lực tương tác giữa các nguyên tử đồng nhất lớn hơn lực tương tác giữa các nguyên tử khác nhau, thì sau khi kết tinh, một hỗn hợp cơ học bao gồm các hạt kim loại nguyên chất sẽ được hình thành. Trong trường hợp này, hợp kim cứng sẽ chứa các hạt của một kim loại nguyên chất và bên cạnh chúng là các hạt của một kim loại nguyên chất khác. Hình thức tương tác này xảy ra khi có sự khác biệt lớn về tính chất của các kim loại có trong hợp kim.

Một dạng tương tác khác giữa các chất tạo nên hợp kim là sự hình thành dung dịch rắn.

Dung dịch rắn là các pha rắn trong đó tỷ lệ giữa các thành phần có thể thay đổi. Trong dung dịch rắn, giống như trong kim loại nguyên chất, các nguyên tử được sắp xếp một cách đều đặn trong không gian và tạo thành mạng tinh thể. Đây là điểm khác biệt giữa chúng với dung dịch lỏng. Trong dung dịch rắn, một trong các chất có trong hợp kim vẫn giữ được mạng tinh thể vốn có của nó và chất thứ hai, đã mất cấu trúc tinh thể, được phân bố dưới dạng các nguyên tử riêng lẻ trong mạng tinh thể của chất thứ nhất. Chất thứ nhất là dung môi, chất thứ hai là chất hòa tan. Tùy thuộc vào bản chất của sự phân bố các nguyên tử của nguyên tố hòa tan, các dung dịch rắn xen kẽ, thay thế và trừ được phân biệt; Bất kể loại dung dịch rắn nào, điểm chung của chúng là chúng là một pha và tồn tại trong một khoảng nồng độ. Dung dịch rắn được đặc trưng bởi một loại liên kết kim loại.

Một số kim loại có kích thước nguyên tử nhỏ nhất - hydro, nitơ, carbon, boron, tạo thành dung dịch rắn xen kẽ với kim loại. Nhưng ngay cả trong những nguyên tố này, kích thước nguyên tử vẫn vượt quá 12b một chút so với kích thước của các khoảng trống tương tác trong mạng tinh thể của kim loại, do đó, trong quá trình hình thành dung dịch rắn xen kẽ, mạng bị biến dạng và xuất hiện ứng suất trong đó. Trong trường hợp này, nồng độ của dung dịch rắn kẽ không thể cao. Nó hiếm khi vượt quá 1-2%. Trong dung dịch rắn thay thế, các nguyên tử của nguyên tố hòa tan thay thế cho các nguyên tử của kim loại cơ bản. Các nguyên tử lạ có thể thay thế các nguyên tử dung môi ở bất kỳ vị trí nào nên dung dịch như vậy gọi là dung dịch rắn mất trật tự. Kích thước nguyên tử của nguyên tố hòa tan luôn khác với kích thước của nguyên tử dung môi (lớn hơn hoặc nhỏ hơn), do đó, khi tạo thành dung dịch rắn thay thế, mạng tinh thể của kim loại dung môi bị biến dạng mà không làm mất cấu trúc cơ bản. . Các giải pháp rắn thay thế có thể bị hạn chế hoặc không giới hạn. Một trong những điều kiện để có độ hòa tan không giới hạn là hệ số kích thước. Sự khác biệt về bán kính nguyên tử càng lớn thì độ hòa tan càng ít.

Khi nhiệt độ trong dung dịch rắn thay thế giảm, quá trình phân phối lại các nguyên tử xảy ra, do đó các nguyên tử của nguyên tố hòa tan sẽ chiếm các vị trí xác định nghiêm ngặt trong mạng dung môi. Các dung dịch rắn như vậy được gọi là dung dịch rắn có trật tự và cấu trúc của chúng được gọi là kiến trúc thượng tầng.

Một số nguyên tố thay đổi cấu trúc tinh thể của chúng tùy thuộc vào sự thay đổi của điều kiện bên ngoài - nhiệt độ và áp suất. Ở trạng thái rắn, lithium và molypden có mạng lập phương tâm khối; nhôm, bạc, vàng, bạch kim - đặt ở giữa mặt và magiê, zirconi - hình lục giác. Khi nhiệt độ thay đổi, có thể đối với cùng một kim loại, một mạng khác sẽ ổn định hơn mạng ở nhiệt độ khác. Hiện tượng này được gọi là đa hình. Mỗi loại mạng đại diện cho một sửa đổi hoặc sửa đổi đẳng hướng. Trong quá trình biến đổi đa hình của kim loại, nhiệt độ có tầm quan trọng hàng đầu. Sự biến đổi từ dạng đẳng hướng này sang dạng đẳng hướng khác xảy ra ở nhiệt độ không đổi, gọi là nhiệt độ biến đổi đa hình và kèm theo hiệu ứng nhiệt, tương tự như hiện tượng nóng chảy-hóa rắn hoặc bay hơi-ngưng tụ. Điều này là do cần phải tiêu tốn một lượng năng lượng nhất định để sắp xếp lại mạng tinh thể.

13. Biến dạng đàn hồi, dẻo của kim loại

Biến dạng là sự thay đổi về hình dạng và kích thước của cơ thể; biến dạng có thể được gây ra bởi tác động của ngoại lực, cũng như các quá trình vật lý và cơ học khác xảy ra trong cơ thể. Biến dạng bao gồm các hiện tượng như cắt, nén, căng, uốn và xoắn.

Biến dạng đàn hồi là biến dạng biến mất sau khi bỏ tải trọng. Biến dạng đàn hồi không gây ra những thay đổi dư thừa về tính chất và cấu trúc của kim loại; Dưới tác dụng của tải trọng tác dụng, xảy ra một sự dịch chuyển nhỏ có thể đảo ngược của các nguyên tử.

Khi một tinh thể bị kéo căng, khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên và khi bị nén, các nguyên tử sẽ di chuyển lại gần nhau hơn. Khi các nguyên tử dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng, sự cân bằng giữa lực hút và lực đẩy tĩnh điện bị phá vỡ. Sau khi loại bỏ tải trọng, các nguyên tử bị dịch chuyển, do tác động của lực hút hoặc lực đẩy, sẽ trở lại trạng thái cân bằng ban đầu và các tinh thể thu được kích thước và hình dạng ban đầu.

Biến dạng có thể đàn hồi, biến mất sau khi bỏ tải hoặc dẻo, tồn tại sau khi bỏ tải.

Ứng suất nhỏ nhất gây ra biến dạng, các biến dạng ban đầu luôn đàn hồi và độ lớn của chúng phụ thuộc trực tiếp vào ứng suất. Các tính chất cơ học chính là độ bền, độ dẻo, độ đàn hồi.

Độ dẻo rất quan trọng, nó quyết định khả năng sản xuất sản phẩm bằng các phương pháp xử lý áp suất khác nhau. Những phương pháp này dựa trên biến dạng dẻo của kim loại.

Vật liệu có độ dẻo tăng sẽ ít nhạy cảm hơn với các bộ tập trung ứng suất. Để làm được điều này, việc đánh giá so sánh các kim loại và hợp kim khác nhau cũng như kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất sản phẩm được thực hiện.

Bản chất vật lý của biến dạng kim loại

Dưới ảnh hưởng của căng thẳng, hình dạng và kích thước của cơ thể thay đổi. Căng thẳng phát sinh khi các lực căng và nén bên ngoài tác động lên cơ thể, cũng như là kết quả của sự biến đổi pha và một số quá trình vật lý và hóa học khác có liên quan đến sự thay đổi về thể tích. Một kim loại ở trạng thái ứng suất, dưới bất kỳ loại ứng suất nào, luôn chịu ứng suất pháp và tiếp tuyến; biến dạng dưới tác dụng của ứng suất có thể đàn hồi và dẻo. Nhựa xảy ra dưới ảnh hưởng của ứng suất tiếp tuyến.

Đàn hồi là một biến dạng mà sau khi ngừng tác dụng gây ra ứng suất sẽ biến mất hoàn toàn. Trong quá trình biến dạng đàn hồi, khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể của kim loại thay đổi.

Khi khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên thì lực hút lẫn nhau giữa các nguyên tử cũng tăng lên. Khi ứng suất bị loại bỏ dưới tác dụng của các lực này, các nguyên tử sẽ trở về vị trí ban đầu. Sự biến dạng mạng tinh thể biến mất, cơ thể hoàn toàn khôi phục lại hình dạng và kích thước. Nếu ứng suất bình thường đạt đến giá trị của lực liên kết giữa các nguyên tử thì vết nứt giòn sẽ xảy ra do sự phân tách. Biến dạng đàn hồi được gây ra bởi ứng suất cắt nhỏ.

Biến dạng dẻo là biến dạng còn lại sau khi ứng suất gây ra nó chấm dứt. Trong quá trình biến dạng dẻo trong mạng tinh thể của kim loại dưới tác dụng của ứng suất tiếp tuyến, sẽ xảy ra chuyển động không thuận nghịch của các nguyên tử. Ở mức ứng suất thấp, các nguyên tử bị dịch chuyển một chút và sau khi loại bỏ ứng suất, các nguyên tử sẽ trở về vị trí ban đầu. Khi ứng suất cắt tăng lên, người ta quan sát thấy sự dịch chuyển không thuận nghịch của các nguyên tử theo tham số mạng, tức là xảy ra biến dạng dẻo.

Khi ứng suất cắt tăng lên trên một giá trị nhất định thì biến dạng trở nên không thể đảo ngược. Khi loại bỏ tải trọng thì thành phần đàn hồi của biến dạng bị loại bỏ. Một phần biến dạng, được gọi là dẻo, vẫn còn.

Trong quá trình biến dạng dẻo, cấu trúc và tính chất của kim loại thay đổi không thể đảo ngược. Biến dạng dẻo xảy ra thông qua trượt và kết nghĩa.

Sự trượt trong mạng tinh thể xảy ra dọc theo các mặt phẳng và các hướng có mật độ nguyên tử dày đặc, trong đó lực cản cắt là nhỏ nhất. Điều này được giải thích là do khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử lân cận là lớn nhất, tức là mối liên hệ giữa chúng là nhỏ nhất. Các mặt phẳng trượt và phương trượt nằm trong các mặt phẳng này tạo thành một hệ trượt. Trong kim loại, một hoặc nhiều hệ thống trượt có thể hoạt động đồng thời.

Kim loại có mạng tinh thể lập phương (fcc và bcc) có độ dẻo cao, trượt trong chúng xảy ra theo nhiều hướng.

Quá trình trượt không nên được biểu diễn dưới dạng chuyển động đồng thời của một phần tinh thể so với phần khác; nó xảy ra do sự chuyển động của các sai lệch trong tinh thể. Chuyển động lệch vị trí trong mặt phẳng trượt MM qua tinh thể dẫn đến sự dịch chuyển của phần tương ứng của tinh thể một khoảng cách giữa các hành tinh và một bước được hình thành ở phía bên phải của bề mặt tinh thể.

14. Các loại gãy xương: khái niệm gãy xương dẻo và gãy giòn

Mệt mỏi là sự phá hủy kim loại dưới tải trọng lặp đi lặp lại. Nó xảy ra ở lò xo tự động. Hầu hết các hư hỏng của bộ phận là do sự mỏi của vật liệu. Hư hỏng do mỏi phát triển ở các bộ phận hoạt động ở ứng suất nhỏ hơn giới hạn chảy của vật liệu.

Biến dạng dẻo đàn hồi, khi đạt đến ứng suất đủ cao, có thể dẫn đến sự phá hủy cơ thể. Quá trình phá hủy bao gồm một số giai đoạn: bắt đầu các vết nứt nhỏ, hình thành các vết nứt lớn và sự lan truyền của các vết nứt lớn trên toàn bộ mặt cắt ngang của cơ thể.

Nói chung, có sự phân biệt giữa gãy xương dẻo và gãy giòn. Kiểu phá hủy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần của kim loại, trạng thái cấu trúc, điều kiện tải trọng và nhiệt độ. Loại vết nứt, dẻo hay giòn, được xác định bằng cách nghiên cứu vết nứt. Gãy giòn được đặc trưng bởi một vết nứt dạng rãnh. Gãy dẻo xảy ra do bị cắt dưới tác động của ứng suất tiếp tuyến và kèm theo biến dạng dẻo đáng kể. Gãy dẻo được đặc trưng bởi vết nứt dạng sợi (mờ) của một bộ phận hoặc mẫu. Gãy xương giòn xảy ra dưới tác động của ứng suất kéo thông thường, gây ra sự tách rời một bộ phận của cơ thể khỏi bộ phận khác mà không có dấu vết biến dạng dẻo đáng chú ý.

Gãy giòn được đặc trưng bởi một vết nứt tinh thể (sáng bóng). Gãy giòn xảy ra trước bởi biến dạng dẻo cho đến khi vết nứt đạt đến kích thước tới hạn và sau đó là gãy giòn không bị trật khớp. Gãy xương giòn là một quá trình tự phát.

Sự xuất hiện của các vết nứt vi mô trong các vết nứt dẻo và giòn xảy ra thông qua sự tích tụ các sai lệch ở phía trước các ranh giới hạt hoặc các chướng ngại vật khác (các tạp chất phi kim loại, các hạt cacbua, ranh giới giữa các pha), dẫn đến sự tập trung ứng suất. Khi phân tích cấu trúc vi mô, người ta phân biệt giữa các vết nứt xuyên tinh thể (dọc theo thân hạt) và các vết nứt liên tinh thể (dọc theo ranh giới hạt). Sự phá hủy kim loại trong điều kiện vận hành của các kết cấu và máy móc không chỉ có thể dẻo hoặc giòn mà còn có thể hỗn hợp - dẻo-giòn.

Vật liệu bị phân hủy khác nhau trong trường hợp mỏi và khi chịu tải đơn lẻ. Gãy xương được đặc trưng bởi sự vắng mặt của các dấu hiệu biến dạng dẻo bên ngoài trong vết nứt, tức là nói chung, vết nứt mỏi có đặc điểm của vết nứt giòn. Tuy nhiên, ở thể tích micro và các lớp mỏng của mặt cắt ngang của mẫu được nạp, có thể có các biến dạng dẻo dẫn đến hình thành các vết nứt. Những vết nứt này dần dần phát triển và lan rộng, dẫn đến sự phá hủy cuối cùng của vật liệu. Trong trường hợp tải trọng mỏi, sự xuất hiện biến dạng dẻo do chuyển động của các sai lệch có thể ở mức ứng suất nhỏ hơn ứng suất chảy. Khi số chu kỳ tải tăng lên, mật độ trật khớp tăng lên, chủ yếu ở các lớp bề mặt. Các đường trượt mỏng trên bề mặt biến thành các sọc đặc trưng, hình dạng của chúng được thể hiện dưới dạng các phần nhô ra và lõm xuống. Độ sâu của vết lõm, tùy thuộc vào thời gian thử nghiệm, có thể đạt tới 10-30 micron. Khi các dải trượt ổn định được hình thành, các vùng có mật độ trật khớp cao và thấp xen kẽ nhau.

Các vết nứt mỏi bắt đầu ở chỗ lõm bề mặt. Một trong những cơ chế có thể hình thành các đường gờ và rãnh có liên quan đến chuyển động tròn của các trục vít bị trật khớp. Sự lệch trục vít di chuyển từ mặt phẳng này sang mặt phẳng khác dọc theo một đường viền khép kín nhờ sự trượt ngang. Kết quả là, sự trật khớp đạt đến bề mặt, trên đó hình thành các phần nhô ra và chỗ lõm.

Các vết nứt nhỏ dưới tác dụng của tải trọng theo chu kỳ bắt nguồn từ giai đoạn thử nghiệm ban đầu do có nhiều chỗ trống tràn vào và sự xuất hiện cũng như hợp nhất của các vi lỗ sau đó. Một số lượng lớn các vết nứt nhỏ có thể hình thành trong mẫu. Nhưng trong tương lai, không phải tất cả các vết nứt vi mô đều phát triển mà chỉ những vết nứt có đầu nhọn nhất và nằm ở vị trí thuận lợi nhất so với các ứng suất tác dụng. Sự phá hủy cuối cùng của mẫu là do vết nứt dài nhất, sắc nét nhất và sâu nhất, lan truyền trên mặt cắt ngang của mẫu: vết nứt do mỏi của mẫu được đặc trưng bởi sự hiện diện của vùng vết nứt phát triển dần dần và vùng vết nứt cuối cùng. . Trong vùng vết nứt ngày càng phát triển, người ta quan sát thấy các sọc ở dạng đường cong. Các sọc được hình thành do sự giật và chậm trễ trong chuyển động của vết nứt do sự gia cố của kim loại ở đế và sự giãn nở của mặt trước. Quá trình phá hủy dưới tải trọng tuần hoàn bị ảnh hưởng đáng kể bởi các bộ tập trung ứng suất. Bộ tập trung ứng suất có thể là kết cấu (chuyển tiếp mạnh từ phần này sang phần khác), công nghệ (vết xước, vết nứt, vết do dao cắt), luyện kim (lỗ rỗng, lỗ sâu). Bất kể nguồn gốc của chúng là gì, các bộ tập trung ứng suất ở mức độ này hay mức độ khác đều làm giảm giới hạn độ bền ở cùng mức ứng suất xen kẽ. Để đánh giá tác động của bộ tăng ứng suất lên độ mỏi, các mẫu nhẵn và có khía được thử nghiệm trong một chu kỳ ứng suất đối xứng. Vết rạch trên mẫu được thực hiện dưới dạng một vết lõm hình tròn sắc nét.

15. Tính chất điện của vật liệu dẫn điện

Kim loại nguyên chất và hợp kim kim loại được sử dụng làm vật liệu dẫn điện. Kim loại nguyên chất có độ dẫn điện lớn nhất, ngoại trừ thủy ngân. Đồng và nhôm được sử dụng để cuộn dây, lắp đặt và lắp đặt cáp và dây dẫn. Nhôm thuộc nhóm kim loại nhẹ. Mật độ của nó là 2,7 g/cm3. Tính sẵn có, độ dẫn điện cao và khả năng chống ăn mòn trong khí quyển đã giúp nhôm có thể sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện. Nhược điểm của nhôm là độ bền kéo cơ học thấp và độ mềm tăng cao ngay cả với nhôm kéo cứng. Nhôm là kim loại có màu bạc hoặc trắng bạc. Điểm nóng chảy của nó là 658-660 ° C.

Dây nhôm trần có thể hoạt động trong thời gian khá dài do nhôm được phủ một lớp màng oxit mỏng trong thời gian ngắn. Điều này phục vụ như bảo vệ chống lại tiếp xúc với oxy.

Màng oxit trên dây nhôm có điện trở đáng kể và do đó điện trở chuyển tiếp lớn được hình thành tại các điểm nối của dây nhôm. Các khớp được làm sạch bằng Vaseline để ngăn oxy tấn công nhôm.

Khi làm ẩm các mối nối của dây nhôm với các dây khác làm bằng kim loại khác (đồng, sắt), thu được bằng cơ học (kết nối bắt vít), các cặp điện được hình thành với một suất điện động nhất định. Trong trường hợp này, dây nhôm sẽ bị phá hủy dưới tác động của dòng điện cục bộ.

Để ngăn chặn sự hình thành hơi điện trong môi trường ẩm ướt, các mối nối với các dây khác làm bằng kim loại khác phải được bảo vệ cẩn thận khỏi độ ẩm bằng cách đánh vecni và các phương tiện khác.

Ăn mòn trực tiếp nhôm là do các oxit nitơ (NO), clo (Cl), sulfur dioxide (SCy, axit clohydric và sulfuric và các tác nhân khác. Các kết nối đáng tin cậy của các dây với nhau, cũng như với các dây kim loại khác, được thực hiện sử dụng hàn nguội hoặc hàn nóng, nhôm có độ tinh khiết hóa học càng cao thì khả năng chống ăn mòn càng tốt. Vì vậy, loại nhôm tinh khiết nhất có hàm lượng kim loại nguyên chất 99,5% được sử dụng để chế tạo các điện cực trong tụ điện, để sản xuất làm bằng lá nhôm và dây quấn có đường kính nhỏ 0,05-0,08 mm. Nhôm dẫn điện được sử dụng, chứa ít nhất 99,7% kim loại nguyên chất.Nhôm được sử dụng để sản xuất dây điện

có hàm lượng kim loại nguyên chất ít nhất là 99,5%. Dây nhôm được làm bằng cách kéo và cán. Dây nhôm có ba loại: AM (ủ mềm), APT (bán cứng) và AT (ủ cứng không ủ). Dây được sản xuất có đường kính từ 0,08 đến 10 mm.

Chất bán dẫn tạo thành một lượng lớn vật liệu khác nhau về nhiều tính chất điện và vật lý, cũng như nhiều thành phần hóa học khác nhau, quyết định các mục đích sử dụng kỹ thuật khác nhau của chúng. Dựa vào tính chất hóa học, chất bán dẫn có thể được chia thành 4 nhóm chính sau đây.

1. Vật liệu bán dẫn kết tinh được cấu tạo từ các nguyên tử, phân tử của một nguyên tố.

2. Vật liệu bán dẫn tinh thể oxit, tức là vật liệu được chế tạo từ oxit kim loại.

3. Vật liệu bán dẫn kết tinh dựa trên các hợp chất của các nguyên tử thuộc nhóm thứ ba và thứ năm của hệ thống các nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

4. Vật liệu bán dẫn kết tinh tạo thành từ các hợp chất của lưu huỳnh, selen, đồng, chì - gọi là sunfua, selenua.

Cacbua silic thuộc nhóm vật liệu bán dẫn đầu tiên và là vật liệu đơn tinh thể phổ biến nhất. Vật liệu bán dẫn này là hỗn hợp của nhiều tinh thể nhỏ được hàn ngẫu nhiên lại với nhau. Cacbua silic được hình thành ở nhiệt độ cao khi than chì và silicon kết hợp với nhau. Nó được sử dụng trong tế bào quang điện và điốt.

Khả năng tăng nhiệt độ hoạt động của vật liệu cách nhiệt là rất quan trọng đối với thực tế. Trong các máy và thiết bị điện, sự gia tăng nhiệt độ, thường bị giới hạn chính xác bởi vật liệu cách điện, giúp có thể thu được nhiều năng lượng hơn với cùng kích thước hoặc trong khi vẫn duy trì nguồn điện, để giảm kích thước và giá thành của sản phẩm.

GOST quy định việc phân chia vật liệu cách điện cho máy điện, máy biến áp và thiết bị điện thành các cấp chịu nhiệt, trong đó nhiệt độ vận hành cao nhất cho phép được cố định khi sử dụng các vật liệu này trong các thiết bị điện đa năng hoạt động lâu dài trong điều kiện hoạt động bình thường cho loại thiết bị điện này.

Ở nhiệt độ này, tuổi thọ hợp lý của thiết bị điện được đảm bảo.

Loại Y bao gồm các vật liệu dạng sợi làm từ xenlulo và lụa (sợi, vải, băng, giấy, bìa cứng, gỗ, v.v.), trừ khi chúng được ngâm tẩm hoặc ngâm trong lớp cách điện lỏng.

16. Phương pháp xác định tính chất điện

Kim loại có tính dẫn điện cao (đồng, nhôm) được sử dụng trong kỹ thuật điện, để xây dựng đường dây điện và hợp kim có điện trở cao được sử dụng làm đèn sợi đốt của các thiết bị sưởi điện.

Tính chất nhiệt của chất điện môi: chịu nhiệt, chịu lạnh, dẫn nhiệt, giãn nở nhiệt.

Khả năng chịu nhiệt là khả năng của vật liệu và sản phẩm cách điện chịu được nhiệt độ cao trong một thời gian mà không gây hại cho chúng. Khả năng chịu nhiệt của chất điện môi vô cơ được xác định khi bắt đầu có sự thay đổi đáng kể về tính chất điện. Và khả năng chịu nhiệt của chất điện môi hữu cơ được xác định bởi sự khởi đầu của biến dạng kéo hoặc uốn cơ học, sự nhúng kim vào vật liệu dưới áp suất khi nung nóng và bởi các đặc tính điện.

Lão hóa nhiệt của vật liệu cách nhiệt là sự suy giảm chất lượng của vật liệu cách nhiệt, được xác định bằng việc tiếp xúc kéo dài với nhiệt độ cao.

Tốc độ lão hóa bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ mà cách điện của máy điện và các kết cấu cách điện khác hoạt động.

Tốc độ lão hóa cũng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi áp suất không khí hoặc nồng độ oxy, sự hiện diện của ozon và các chất phản ứng hóa học làm chậm hoặc tăng tốc độ lão hóa. Lão hóa nhiệt được tăng tốc do tiếp xúc với tia cực tím, tiếp xúc với điện trường và ứng suất cơ học.

GOST quy định việc phân chia vật liệu cách điện cho máy điện, máy biến áp và thiết bị điện thành các loại chịu nhiệt. Ở nhiệt độ chấp nhận được, tuổi thọ hợp lý của thiết bị điện được đảm bảo.

Loại Y: Vật liệu dạng sợi làm từ xenlulo và lụa, chưa được ngâm tẩm hoặc ngâm trong lớp cách điện dạng lỏng.

Loại A: vật liệu sợi hữu cơ, được tẩm vecni và ngâm trong vật liệu cách điện dạng lỏng, tức là được bảo vệ khỏi tiếp xúc với oxy trong khí quyển.

Loại E: nhựa có chất độn hữu cơ và chất kết dính nhiệt rắn như phenol-maldehyd và các loại nhựa tương tự, cách điện của dây tráng men trên vecni polyurethane và epoxy. Các loại Y, A, E bao gồm các vật liệu cách điện hoàn toàn hữu cơ.

Độ bền điện được xác định bằng điện áp đánh thủng chia cho dòng điện môi tại vị trí đánh thủng.

Sự phân hủy chất điện môi lỏng xảy ra do quá trình nhiệt ion hóa.

Yếu tố chính gây ra sự cố là sự hiện diện của tạp chất lạ.

Sự hiện diện của tạp chất gây khó khăn cho việc tạo ra lý thuyết về sự phân hủy của các chất này. Do đó, các khái niệm của lý thuyết đánh thủng điện được áp dụng cho chất lỏng được làm sạch tối đa tạp chất.

Ở cường độ điện trường cao, các electron có thể bị bật ra khỏi kim loại của các điện cực và bản thân các phân tử của chất lỏng có thể bị phá hủy do tác động của các hạt tích điện. Đồng thời, độ bền điện của chất điện môi lỏng lớn hơn so với chất khí được giải thích bằng đường đi tự do trung bình ngắn hơn đáng kể của các electron.

Sự phân hủy chất lỏng chứa tạp chất khí được giải thích là do chất lỏng quá nóng cục bộ (do năng lượng giải phóng trong các bong bóng khí tương đối dễ bị ion hóa), dẫn đến hình thành kênh khí giữa các điện cực.

Sự có mặt của nước trong chất điện môi lỏng làm giảm độ bền điện của nó. Nước ở nhiệt độ bình thường được chứa trong chất điện môi dưới dạng những giọt nhỏ. Dưới tác động của điện trường, các giọt nước bị phân cực và tạo ra các chuỗi có độ dẫn điện tăng lên giữa các điện cực, qua đó xảy ra hiện tượng đánh thủng điện.

Người ta quan sát thấy sự phụ thuộc đặc biệt của cường độ điện của chất điện môi lỏng chứa nước vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng lên, nước chuyển sang trạng thái dung dịch phân tử, trong đó nó ít ảnh hưởng đến độ bền điện. Độ bền điện của chất điện môi lỏng tăng đến một mức tối đa nhất định. Sự giảm cường độ điện hơn nữa được giải thích là do hiện tượng sôi chất lỏng.

Sự gia tăng độ bền điện của dầu máy biến áp ở nhiệt độ thấp có liên quan đến sự gia tăng độ nhớt của dầu và giá trị hằng số điện môi của băng thấp hơn so với nước.

Các tạp chất rắn (bồ hóng, sợi) làm biến dạng điện trường bên trong chất lỏng và còn làm giảm độ bền điện của chất lỏng điện môi.

Việc tinh chế chất điện môi lỏng khỏi tạp chất làm tăng đáng kể độ bền điện. Ví dụ, dầu biến thế chưa tinh chế có độ bền điện môi xấp xỉ 4 MV/m; sau khi làm sạch kỹ lưỡng, nó tăng lên 20-25 MV/m.

Sự đánh thủng chất điện môi lỏng, giống như chất khí, bị ảnh hưởng bởi hình dạng của các điện cực: khi mức độ không đồng nhất của điện trường tăng lên, điện áp đánh thủng ở cùng khoảng cách sẽ giảm. Trong điện trường không đồng nhất, cũng như trong chất khí, có thể xảy ra hiện tượng phóng điện không hoàn toàn - vầng hào quang. Quầng điện trong thời gian dài trong chất điện môi lỏng là không thể chấp nhận được vì nó gây ra sự phân hủy chất lỏng.

Tần số của dòng điện ảnh hưởng đến cường độ điện.

17. Nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của kim loại, hợp kim

Nhiệt dung là khả năng của một chất hấp thụ nhiệt khi đun nóng. Đặc tính của nó là nhiệt dung riêng - lượng năng lượng được hấp thụ bởi một đơn vị khối lượng khi được làm nóng thêm một độ. Khả năng xảy ra vết nứt trong kim loại phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt. Nếu độ dẫn nhiệt thấp, nguy cơ nứt sẽ tăng lên. Như vậy, thép hợp kim có độ dẫn nhiệt kém hơn 5 lần so với độ dẫn nhiệt của đồng và nhôm. Kích thước của công suất nhiệt ảnh hưởng đến mức nhiên liệu tiêu thụ để làm nóng phôi đến một nhiệt độ nhất định.

Đối với hợp kim kim loại, nhiệt dung riêng nằm trong khoảng 100-2000 J/(kg*K). Hầu hết các kim loại có nhiệt dung 300-400 J/(kg*K). Nhiệt dung của vật liệu kim loại tăng khi nhiệt độ tăng. Theo quy luật, vật liệu polyme có nhiệt dung riêng từ 1000 J/(kg K) trở lên.

Tính chất điện của vật liệu được đặc trưng bởi sự có mặt của các hạt mang điện của electron hoặc ion và sự tự do chuyển động của chúng dưới tác động của điện trường.

Năng lượng cao của liên kết cộng hóa trị và ion mang lại cho vật liệu có các loại liên kết này đặc tính của chất điện môi. Độ dẫn điện yếu của chúng là do ảnh hưởng của tạp chất và dưới tác động của độ ẩm hình thành dung dịch dẫn điện có tạp chất, độ dẫn điện của vật liệu đó tăng lên.

Các vật liệu có các loại liên kết khác nhau có hệ số nhiệt độ điện trở khác nhau: đối với kim loại thì giá trị dương, đối với các vật liệu có liên kết cộng hóa trị và liên kết ion thì giá trị âm. Khi kim loại được nung nóng, nồng độ chất mang điện - electron - không tăng và lực cản chuyển động của chúng tăng do biên độ dao động nguyên tử tăng. Trong các vật liệu có liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết ion, khi đun nóng, nồng độ chất mang điện tăng lên đến mức ảnh hưởng của sự giao thoa do các dao động nguyên tử tăng lên bị vô hiệu hóa.

Độ dẫn nhiệt là sự truyền năng lượng nhiệt trong chất rắn, chất lỏng và chất khí với tính bất động vĩ mô của các hạt. Sự truyền nhiệt xảy ra từ các hạt nóng hơn đến các hạt lạnh hơn và tuân theo định luật Fourier.

Độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào loại liên kết tương tác, nhiệt độ, thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu. Nhiệt trong chất rắn được truyền bởi các electron và phonon.

Cơ chế truyền nhiệt chủ yếu được xác định bởi kiểu kết nối: trong kim loại, nhiệt được truyền bởi các electron; trong các vật liệu có loại liên kết cộng hóa trị hoặc ion - phonon. Kim cương là chất dẫn nhiệt tốt nhất. Trong chất bán dẫn, với nồng độ hạt mang điện rất thấp, tính dẫn nhiệt được thực hiện chủ yếu bởi phonon. Tinh thể càng hoàn hảo thì độ dẫn nhiệt của chúng càng cao. Các tinh thể đơn dẫn nhiệt tốt hơn các tinh thể đa tinh thể, vì ranh giới hạt và các khuyết tật khác trong cấu trúc tinh thể làm phân tán các phonon và tăng điện trở. Mạng tinh thể tạo ra một không gian năng lượng tuần hoàn trong đó sự truyền nhiệt của các electron hoặc phonon được tạo điều kiện thuận lợi hơn so với trạng thái vô định hình.

Kim loại càng chứa nhiều tạp chất, hạt càng mịn và mạng tinh thể càng bị biến dạng thì độ dẫn nhiệt càng thấp. Kích thước hạt càng lớn thì độ dẫn nhiệt càng cao. Hợp kim làm biến dạng mạng tinh thể của dung dịch rắn và làm giảm độ dẫn nhiệt so với kim loại nguyên chất - nền của hợp kim. Các thành phần cấu trúc đại diện cho hỗn hợp phân tán của nhiều pha (eutectic, eutectoid) làm giảm độ dẫn nhiệt. Các cấu trúc có sự phân bố đồng đều của các hạt pha có độ dẫn nhiệt thấp hơn đế hợp kim. Loại cuối cùng của cấu trúc như vậy là vật liệu xốp. So với chất rắn, chất khí là chất cách nhiệt.

Than chì có tính dẫn nhiệt cao. Khi nhiệt được truyền song song với các lớp nguyên tử carbon của mặt phẳng cơ bản, độ dẫn nhiệt của than chì vượt quá độ dẫn nhiệt của đồng hơn 2 lần.

Các tấm than chì phân nhánh bằng gang xám có cấu trúc đơn tinh thể nên có tính dẫn nhiệt cao. Gang cường độ cao với than chì dạng nốt với cùng một phần thể tích của than chì có độ dẫn nhiệt 25...40 W/m*K, gần bằng một nửa so với gang xám.

Khi được nung nóng, độ dẫn nhiệt của các loại thép khác nhau trở nên gần nhau hơn. Thủy tinh có độ dẫn nhiệt thấp. Vật liệu polyme dẫn nhiệt kém; độ dẫn nhiệt của hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo không vượt quá 1,5 W/(mOK).

Độ dẫn nhiệt có thể thay đổi giống như độ dẫn điện nếu độ dẫn nhiệt điện tử của kim loại là l e. Khi đó, bất kỳ sự thay đổi nào xảy ra trong thành phần hóa học, pha và cấu trúc của hợp kim đều ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt cũng như độ dẫn điện (theo quy tắc Wiedemann-Franz).

Khi thành phần của hợp kim di chuyển ra khỏi các thành phần nguyên chất thì độ dẫn nhiệt giảm. Ngoại lệ là, ví dụ, hợp kim đồng-niken, trong đó xảy ra hiện tượng ngược lại.

18. Đo độ giãn nở. Tính chất từ của kim loại và hợp kim. Phương pháp xác định

Phép đo độ giãn là một nhánh của vật lý; nhiệm vụ chính: nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, điện, từ trường, bức xạ ion hóa) đến kích thước của vật thể. Đối tượng chính của nghiên cứu: sự giãn nở nhiệt của các vật thể và những dị thường phát sinh từ đó.

Phương pháp đo độ giãn. Khi kim loại và hợp kim được nung nóng, thể tích và kích thước tuyến tính của vật thay đổi - sự giãn nở nhiệt. Nếu những thay đổi này chỉ được gây ra bởi sự gia tăng năng lượng rung động của các nguyên tử do nhiệt độ tăng, thì khi nhiệt độ trở về mức trước đó, kích thước ban đầu của vật thể sẽ được khôi phục. Nếu sự biến đổi pha xảy ra trong cơ thể trong quá trình làm nóng (hoặc làm mát), thì những thay đổi về kích thước có thể không thể đảo ngược được. Những thay đổi về kích thước của vật thể liên quan đến quá trình sưởi ấm và làm mát được nghiên cứu bằng các dụng cụ đặc biệt - máy đo độ giãn nở.

Phương pháp đo độ giãn là phương pháp xác định các điểm tới hạn của kim loại và hợp kim, nghiên cứu các quá trình phân hủy dung dịch rắn và thiết lập phạm vi nhiệt độ cho sự tồn tại của các pha tăng cường. Ưu điểm của các thiết bị này là độ nhạy cao và khả năng đọc độc lập với tốc độ thay đổi nhiệt độ.

Độ nhạy cao của phương pháp đo điện được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu sự biến đổi pha, khuyết tật cấu trúc tinh tế và các hiện tượng khác xảy ra trong kim loại và hợp kim mà các phương pháp nghiên cứu khác không thể nghiên cứu được. Điện trở được đo bằng nhiều mạch cầu khác nhau cũng như các phương pháp bù. Các phương pháp phân tích từ tính khác nhau được sử dụng trong nghiên cứu các quá trình liên quan đến sự chuyển đổi từ trạng thái thuận từ sang trạng thái sắt từ (hoặc ngược lại), và có thể đánh giá định lượng các quá trình này. Phân tích từ tính được sử dụng rộng rãi trong việc giải quyết các vấn đề của khoa học kim loại thực tế, chẳng hạn như nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý nhiệt, biến dạng và hợp kim lên cấu trúc. Cũng có thể sử dụng phân tích từ tính để giải quyết một số vấn đề phức tạp hơn trong luyện kim vật lý.

Phương pháp ma sát trong dựa trên nghiên cứu sự tổn thất năng lượng không thể đảo ngược của các dao động cơ học bên trong vật rắn. Sử dụng phương pháp này, có thể tính toán hệ số khuếch tán với độ chính xác cao, kể cả ở nhiệt độ thấp, nơi không có phương pháp nào khác có thể áp dụng được; xác định sự thay đổi nồng độ của dung dịch rắn; sự phân bố tạp chất; có được thông tin về các biến đổi pha và đa hình cũng như những thay đổi trong cấu trúc trật khớp.

Thép và hợp kim từ cứng được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu. Đối với nam châm vĩnh cửu, thép cacbon cao có 1% C, hợp kim với crom (3%) EX3, cũng như cả crom và coban, EX5K5, EX9K15M2, được sử dụng. Các nguyên tố hợp kim làm tăng lực kháng từ và năng lượng từ tính.

Hợp kim loại Alnico được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Hợp kim cứng, giòn và không thể biến dạng nên nam châm được chế tạo từ chúng bằng cách đúc và sau đó nghiền.

Vật liệu được chia thành nghịch từ, thuận từ và sắt từ tùy thuộc vào mức độ nhạy từ và dấu của chúng.

Diamagnets có độ nhạy từ âm. Từ hóa của chúng hướng ngược lại với từ trường tác dụng. Điều này dẫn đến sự suy yếu của lĩnh vực này. Diamagnets là chất bán dẫn (Si, Ge), chất điện môi (polyme) và một số kim loại không chuyển tiếp (Be, Cu, Ag, Pb).

Paramagnets có từ hóa thấp, xảy ra dưới tác động của từ trường bên ngoài. Các thuận từ là K, Na, Al và các kim loại chuyển tiếp Mo, W, Ti.

Feromagnets được đặc trưng bởi độ nhạy từ tính cao. Chúng bao gồm: sắt, coban, niken và gadolinium. Đặc điểm: cảm ứng dư Br, lực cưỡng bức Hc và độ thấm từ m = V/H.

Cảm ứng dư là cảm ứng từ còn sót lại trong mẫu do quá trình từ hóa và khử từ tiếp theo của nó.

Lực cưỡng bức là cường độ từ trường trái dấu tác dụng lên mẫu để khử từ tính.

Tính thấm từ là đặc tính chính của cường độ từ hóa. Sau khi xác định được tiếp tuyến của góc nghiêng với đường cong từ hóa sơ cấp B = f(H), chúng ta có thể tính được độ thấm từ. Hợp kim UNDK15 chứa 18-19% Ni, 8.5-9.5% Al, 14-15% Co, 3-4% Cu.

Thép từ mềm (thép điện) (1212, 1311, 1511, 2011, 2013, 2211, 2312, 2412, 3415, 3416, 79NM, 81NMA) được sử dụng để chế tạo các mạch từ có dòng điện một chiều và xoay chiều. Chúng được thiết kế để sản xuất phần ứng và cực của máy DC, rôto và stator của động cơ không đồng bộ, v.v.

Thép thuận từ (17Х18Н9, 12Х18Н10Т, 55Г9Н9Х3, 40Г14Н9Ф2, 40Х14Н9Х3УФ2, v.v.) được yêu cầu trong kỹ thuật điện, chế tạo thiết bị, đóng tàu và các lĩnh vực công nghệ đặc biệt.

Nhược điểm của các loại thép này là cường độ chảy thấp (150-350 MPa), khiến chúng khó sử dụng cho các bộ phận máy chịu tải cao.

19. Tầm quan trọng của tính chất cơ lý trong quá trình vận hành sản phẩm

Thuộc tính là chỉ số về chất lượng vật liệu

Các tính chất của kim loại được chia thành vật lý, hóa học, cơ khí và công nghệ. Các tính chất vật lý bao gồm: màu sắc, trọng lượng riêng, độ nóng chảy, độ dẫn điện, tính chất từ, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung, độ giãn nở khi đun nóng.

Hóa chất - oxy hóa, hòa tan và chống ăn mòn. Cơ khí - độ bền, độ cứng, độ đàn hồi, độ nhớt, độ dẻo.

Những yếu tố công nghệ bao gồm độ cứng, tính lưu động, tính dẻo, khả năng hàn, khả năng gia công.

Độ bền của kim loại là khả năng chống lại các ngoại lực mà không bị gãy. Độ cứng là khả năng của một vật thể chống lại sự xâm nhập của một vật thể khác cứng hơn. Độ đàn hồi là đặc tính của kim loại phục hồi hình dạng sau khi ngừng tác dụng của ngoại lực gây ra sự thay đổi hình dạng (biến dạng).

Độ dẻo dai là khả năng của kim loại chống lại các lực bên ngoài (tác động) tăng nhanh. Độ nhớt là tính chất trái ngược với độ giòn.

Độ dẻo là tính chất của kim loại bị biến dạng mà không bị phá hủy dưới tác dụng của ngoại lực và giữ lại hình dạng mới sau khi lực dừng. Độ dẻo là tính chất nghịch đảo của độ đàn hồi.

Các phương pháp kiểm tra kim loại hiện đại là kiểm tra cơ học, phân tích hóa học, phân tích quang phổ, phân tích kim loại và chụp X quang, kiểm tra công nghệ, phát hiện khuyết tật. Những thử nghiệm này giúp có thể hiểu được bản chất của kim loại, cấu trúc, thành phần và tính chất của chúng, cũng như xác định chất lượng tốt của thành phẩm.

Thử nghiệm cơ học có tầm quan trọng đặc biệt trong công nghiệp.

Các bộ phận của máy móc, cơ cấu và kết cấu làm việc dưới tải trọng. Tải trọng lên các bộ phận có nhiều loại khác nhau: một số bộ phận chịu một lực liên tục tác dụng theo một hướng, những bộ phận khác chịu tác động và ở những bộ phận khác, lực thay đổi ít nhiều về độ lớn và hướng của chúng.

Một số bộ phận của máy có thể chịu ứng suất ở nhiệt độ cao và bị ăn mòn; Những bộ phận như vậy hoạt động trong điều kiện khó khăn.

Theo đó, nhiều phương pháp thử nghiệm kim loại khác nhau đã được phát triển, với sự trợ giúp của việc xác định các tính chất cơ học. Các thử nghiệm phổ biến nhất là thử nghiệm độ bền kéo tĩnh, thử nghiệm động và thử nghiệm độ cứng.

Thử nghiệm tĩnh là những thử nghiệm trong đó kim loại được thử nghiệm phải chịu một lực không đổi hoặc một lực tăng rất chậm.

Thử nghiệm động là những thử nghiệm trong đó kim loại đang được thử nghiệm chịu tác động hoặc lực tăng rất nhanh.

Ngoài ra, trong một số trường hợp, các thử nghiệm độ mỏi, độ rão và độ mài mòn được thực hiện để mang lại sự hiểu biết đầy đủ hơn về các tính chất của kim loại.

Tính chất cơ học là đủ sức mạnh. Kim loại có độ bền cao hơn so với các vật liệu khác nên các bộ phận chịu tải của máy móc, cơ cấu, kết cấu thường được làm bằng kim loại.

Để sản xuất lò xo và lò xo, người ta sử dụng thép và hợp kim đặc biệt có độ đàn hồi cao.

Độ dẻo của kim loại giúp có thể xử lý chúng bằng áp suất (rèn, cán).

Tính chất vật lý. Trong sản xuất máy bay, ô tô và ô tô đường sắt, trọng lượng của các bộ phận thường là đặc tính quan trọng nhất, vì vậy hợp kim nhôm và magie đặc biệt hữu ích ở đây.

Cường độ riêng của một số hợp kim nhôm cao hơn thép nhẹ. Tính nóng chảy được sử dụng để sản xuất vật đúc bằng cách đổ kim loại nóng chảy vào khuôn. Kim loại nóng chảy thấp (chì) được sử dụng làm môi trường làm nguội thép. Một số hợp kim phức tạp có điểm nóng chảy thấp sẽ tan chảy trong nước nóng. Các hợp kim như vậy được sử dụng để đúc các ma trận in và trong các thiết bị dùng để chống cháy.

Kim loại có độ dẫn điện cao được sử dụng trong kỹ thuật điện, để xây dựng đường dây điện và hợp kim có điện trở cao được sử dụng cho đèn sợi đốt và các thiết bị sưởi điện.

Tính chất từ của kim loại đóng vai trò chính trong kỹ thuật điện (động cơ điện, máy biến thế) và chế tạo dụng cụ điện (thiết bị điện thoại và điện báo).

Tính dẫn nhiệt của kim loại giúp có thể gia nhiệt đồng đều để xử lý áp suất và xử lý nhiệt; nó cung cấp khả năng hàn kim loại và hàn chúng.

Tính chất hóa học. Khả năng chống ăn mòn đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm hoạt động trong môi trường oxy hóa cao (lưới điện, chi tiết máy móc trong ngành hóa chất). Để đạt được khả năng chống ăn mòn cao, thép không gỉ, chịu axit và chịu nhiệt đặc biệt được sản xuất và lớp phủ bảo vệ cũng được sử dụng cho sản phẩm.

20. Các loại pha trong hợp kim kim loại. Quy tắc pha; quy tắc đòn bẩy

Sơ đồ pha là biểu diễn đồ họa về trạng thái của bất kỳ hợp kim nào trong hệ thống đang được nghiên cứu tùy thuộc vào nồng độ và nhiệt độ của nó.

Việc nghiên cứu bất kỳ hợp kim nào đều bắt đầu bằng việc xây dựng và phân tích sơ đồ trạng thái của hệ thống tương ứng. Sơ đồ pha giúp nghiên cứu các pha và thành phần cấu trúc của hợp kim. Sử dụng sơ đồ trạng thái, có thể thiết lập khả năng xử lý nhiệt và các chế độ của nó, nhiệt độ đúc và biến dạng dẻo nóng.

Trong bất kỳ hệ thống nào, số lượng pha ở trạng thái cân bằng phụ thuộc vào các điều kiện bên trong và bên ngoài. Mô hình của mọi thay đổi xảy ra trong hệ đều tuân theo định luật cân bằng tổng quát, được gọi là quy luật pha hay định luật Gibbs. Quy tắc pha biểu thị mối quan hệ giữa số bậc tự do C (phương sai) của hệ, số thành phần K và số pha của hệ F ở trạng thái cân bằng.

Bậc tự do là các tham số nhiệt động độc lập có thể được đưa ra các giá trị tùy ý (trong một phạm vi nhất định) sao cho trạng thái pha không thay đổi (pha cũ không biến mất và pha mới không xuất hiện).

Thông thường, tất cả các biến đổi trong kim loại và hợp kim đều xảy ra ở áp suất khí quyển không đổi. Khi đó quy luật pha được viết như sau: C = K - F + 1.

Phương trình quy tắc pha cho phép bạn điều chỉnh tính đúng đắn của việc xây dựng sơ đồ pha.

Pha là một phần đồng nhất của hệ thống, được ngăn cách với các phần khác của hệ thống (pha) bằng một bề mặt trong quá trình chuyển đổi mà qua đó thành phần hóa học hoặc cấu trúc của chất thay đổi đột ngột.

Chất lỏng đồng nhất là hệ một pha và hỗn hợp cơ học của hai tinh thể là hai pha, vì mỗi tinh thể khác nhau về thành phần hoặc cấu trúc và chúng được ngăn cách với nhau bằng một bề mặt tiếp xúc.

Thành phần là những chất tạo thành một hệ thống.

Việc xây dựng sơ đồ pha được thực hiện bằng các phương pháp thí nghiệm khác nhau. Phương pháp phân tích nhiệt thường được sử dụng. Một số hợp kim của hệ thống này được lựa chọn với tỷ lệ khối lượng khác nhau của các thành phần cấu thành chúng. Các hợp kim được đặt trong nồi nấu kim loại chịu lửa và nung nóng trong lò nung. Sau khi hợp kim tan chảy, nồi nấu kim loại có hợp kim được làm nguội từ từ và tốc độ làm nguội được ghi lại. Dựa trên dữ liệu thu được, các đường cong nhiệt được vẽ theo tọa độ thời gian-nhiệt độ. Kết quả của các phép đo là thu được một loạt đường cong làm mát, trong đó các điểm uốn và điểm dừng nhiệt độ được quan sát thấy ở nhiệt độ của các biến đổi pha. Nhiệt độ tương ứng với các biến đổi không pha được gọi là điểm tới hạn. Các điểm tương ứng với điểm bắt đầu kết tinh được gọi là điểm chất lỏng và điểm kết thúc quá trình kết tinh được gọi là điểm rắn. Dựa trên các đường cong làm mát thu được cho các hợp kim khác nhau của hệ thống đang nghiên cứu, sơ đồ pha được xây dựng theo tọa độ; trục hoành là nồng độ các thành phần, trục hoành là nhiệt độ.

Trong quá trình kết tinh, cả nồng độ pha và lượng của từng pha đều thay đổi. Tại bất kỳ điểm nào trong sơ đồ, khi hai pha tồn tại đồng thời trong hợp kim, lượng của cả hai pha và nồng độ của chúng có thể được xác định. Với mục đích này, hãy sử dụng quy tắc đòn bẩy hoặc quy tắc phân đoạn.

Quy tắc phân đoạn. Sơ đồ này bao gồm các hợp kim có các thành phần tạo thành hỗn hợp các hạt gần như nguyên chất của chúng với độ hòa tan lẫn nhau không đáng kể. Trục hoành biểu thị tỷ lệ phần trăm của thành phần B trong hợp kim.

Cấu trúc pha của hợp kim trong sơ đồ phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi các thành phần tương tác nhiệt động với nhau, nhiệt độ chuyển sang trạng thái lỏng của chúng giảm xuống, đạt đến mức tối thiểu nhất định ở chế phẩm dành riêng cho từng cặp thành phần. Thành phần của hợp kim có thể được xác định bằng cách chiếu điểm C lên trục hoành (điểm Be). Hợp kim gồm hai thành phần nóng chảy ở nhiệt độ tối thiểu được gọi là eutectic hoặc eutectic.

Eutectic là hỗn hợp đồng nhất của các hạt nhỏ kết tinh đồng thời của cả hai thành phần. Nhiệt độ mà cả hai thành phần tan chảy hoặc kết tinh đồng thời được gọi là nhiệt độ eutectic.

Những thay đổi về lượng trong hợp kim của một hệ thống các thành phần nhất định trong quá trình kết tinh tuân theo quy luật phân đoạn.

Để xác định nồng độ của các thành phần theo từng pha, một đường nằm ngang được vẽ qua một điểm nhất định đặc trưng cho trạng thái của hợp kim cho đến khi nó giao với các đường giới hạn khu vực này; hình chiếu của các điểm giao nhau lên trục nồng độ cho thấy thành phần của các pha.

Bằng cách vẽ một đường ngang qua một điểm nhất định, bạn có thể xác định mối quan hệ định lượng của các pha. Các đoạn của đường này giữa một điểm cho trước và các điểm xác định thành phần của các pha tỷ lệ nghịch với số lượng của các pha này.

Quy tắc đường trong sơ đồ hai pha chỉ được sử dụng trong vùng hai pha. Trong vùng một pha chỉ có một pha; bất kỳ điểm nào bên trong khu vực đều đặc trưng cho sự tập trung của nó.

21. Dung dịch rắn thay thế và xen kẽ; giai đoạn trung gian; kiến trúc thượng tầng

Dung dịch rắn là các pha trong đó một trong các thành phần của hợp kim vẫn giữ nguyên mạng tinh thể và các nguyên tử của các thành phần khác nằm trong mạng của thành phần thứ nhất, thay đổi kích thước (chu kỳ) của nó. Một dung dịch rắn, bao gồm hai thành phần, có một loại mạng và đại diện cho một pha.

Có dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xen kẽ. Khi một dung dịch rắn thay thế được hình thành, các nguyên tử của thành phần hòa tan sẽ thay thế một số nguyên tử dung môi trong mạng tinh thể của nó.

Khi một kim loại nguyên chất kết tinh, hệ thống có hai pha: lỏng (kim loại nóng chảy) và rắn (hạt kim loại đông đặc). Trong hợp kim cứng, các pha là các hạt kim loại nguyên chất, các hạt dung dịch rắn và các hạt hợp chất hóa học.

Một số kim loại có kích thước nguyên tử khác nhau rất nhiều, không hòa tan ở trạng thái lỏng và một số kim loại có độ hòa tan hạn chế ở trạng thái lỏng.

Khi hợp kim được hình thành trong quá trình hóa rắn, có thể có nhiều tương tác khác nhau giữa các thành phần.

Một dạng tương tác khác giữa các chất tạo nên hợp kim là sự hình thành dung dịch rắn.

Dung dịch rắn là những pha rắn trong đó tỷ lệ giữa các thành phần có thể thay đổi. Trong dung dịch rắn, giống như trong kim loại nguyên chất, các nguyên tử được sắp xếp một cách đều đặn trong không gian, tạo thành mạng tinh thể. Đây là điểm khác biệt giữa chúng với dung dịch lỏng. Trong dung dịch rắn, một trong những chất có trong hợp kim vẫn giữ được mạng tinh thể vốn có của nó và chất thứ hai, bị mất cấu trúc tinh thể, được phân bố dưới dạng các nguyên tử riêng lẻ trong mạng tinh thể của chất thứ nhất. Chất thứ nhất là dung môi, chất thứ hai là chất hòa tan. Tùy theo nhân vật Sự phân bố các nguyên tử của một nguyên tố hòa tan phân biệt giữa các dung dịch rắn xen kẽ, thay thế và trừ. Bất kể loại dung dịch rắn nào, điểm chung của chúng là chúng là một pha và tồn tại trong một khoảng nồng độ. Dung dịch rắn có đặc điểm là liên kết kim loại. Trong dung dịch rắn xen kẽ, các nguyên tử của nguyên tố hòa tan được phân bố trong mạng tinh thể của kim loại dung môi, chiếm khoảng trống giữa các nguyên tử của nó.

Trước đây người ta đã lưu ý rằng trong kim loại, các nguyên tử trong mạng tinh thể nằm gần nhau và khoảng trống giữa chúng rất nhỏ. Chỉ những nguyên tử có kích thước rất nhỏ mới có thể lọt vào những khoảng trống như vậy.

Một số kim loại có kích thước nguyên tử nhỏ nhất - hydro, nitơ, carbon, boron, tạo thành dung dịch rắn xen kẽ với kim loại. Nhưng ngay cả trong những nguyên tố này, kích thước của các nguyên tử vẫn lớn hơn một chút so với kích thước của không gian tương tác trong mạng tinh thể kim loại, do đó, khi các dung dịch rắn xen kẽ được hình thành, mạng bị biến dạng và xuất hiện ứng suất trong đó. Trong trường hợp này, nồng độ của dung dịch rắn kẽ không thể cao: hiếm khi vượt quá 1-2%.

Trong dung dịch rắn thay thế, các nguyên tử của nguyên tố hòa tan thay thế cho các nguyên tử của kim loại cơ bản. Các nguyên tử lạ có thể thay thế các nguyên tử dung môi ở bất kỳ vị trí nào nên dung dịch như vậy gọi là dung dịch rắn mất trật tự. Kích thước nguyên tử của nguyên tố hòa tan khác với kích thước của nguyên tử dung môi (chúng lớn hơn hoặc nhỏ hơn), do đó, khi tạo thành dung dịch rắn thay thế, mạng tinh thể của kim loại dung môi bị biến dạng nhẹ mà không làm mất cấu trúc cơ bản. .

Các giải pháp rắn thay thế có thể bị hạn chế hoặc không giới hạn. Một trong những điều kiện để có độ hòa tan không giới hạn là hệ số kích thước: chênh lệch bán kính nguyên tử càng lớn thì độ hòa tan càng ít.

Khi nhiệt độ trong dung dịch rắn thay thế giảm, quá trình phân phối lại các nguyên tử có thể xảy ra và kết quả là các nguyên tử của nguyên tố hòa tan sẽ chiếm các vị trí được xác định nghiêm ngặt trong mạng dung môi. Các dung dịch rắn như vậy được gọi là dung dịch rắn có trật tự và cấu trúc của chúng được gọi là kiến trúc thượng tầng.

Nhiệt độ tại đó trạng thái mất trật tự chuyển sang trạng thái có trật tự được gọi là điểm Kurnkov. Các dung dịch rắn theo thứ tự được đặc trưng bởi độ cứng cao hơn, độ dẻo thấp hơn và điện trở. Chúng có thể được coi là pha trung gian giữa dung dịch rắn và các hợp chất hóa học.

22. Hệ có khả năng hòa tan không giới hạn ở trạng thái lỏng và rắn; các hệ thống eutectic, Peritectic và Monotectic. Các hệ thống có tính đa hình của các thành phần và phép biến đổi eutectoid

Có thể hòa tan hoàn toàn lẫn nhau ở trạng thái rắn khi cả hai thành phần có cùng mạng tinh thể và đường kính nguyên tử của các thành phần có kích thước khác nhau rất ít. Sơ đồ này có dạng đơn giản và bao gồm hai đường, chất lỏng và chất rắn, giao nhau tại các điểm kết tinh của các thành phần nguyên chất A và B. Tất cả các hợp kim đều đông đặc trong một phạm vi nhiệt độ nhất định (C = 1).

Nếu quá trình kết tinh xảy ra trong điều kiện làm nguội nhanh, thường xảy ra khi sản xuất các bộ phận đúc và phôi, thì sự cân bằng khuếch tán của thành phần tinh thể kết tủa ở nhiệt độ trên t₃, không có thời gian để xảy ra, dẫn đến thành phần không đồng đều không chỉ trong từng tinh thể mà còn trong mỗi tinh thể. Các vùng bên trong của tinh thể sẽ giàu thành phần chịu lửa B hơn, các vùng bên ngoài - có thành phần A. Hiện tượng không đồng nhất về thành phần hóa học này được gọi là

Các tinh thể đầu tiên trên bề mặt phôi sẽ được làm giàu với thành phần B, và các tinh thể cuối cùng hình thành ở giữa phôi sẽ được làm giàu với thành phần A. Kết quả là sự phân chia vĩ mô xảy ra trong phôi.

Liquation đóng một vai trò tiêu cực, đặc biệt là trong trường hợp tạp chất có hại được phân phối không đồng đều. Hàm lượng tạp chất có hại tăng lên có thể dẫn đến sự phá hủy sớm các bộ phận.

Với sơ đồ pha, bạn có thể theo dõi sự biến đổi pha của bất kỳ hợp kim nào và chỉ ra thành phần cũng như tỷ lệ định lượng của các pha ở bất kỳ nhiệt độ nào. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng hai quy tắc đơn giản.

Thành phần hóa học của tinh thể giải phóng thay đổi khi nhiệt độ giảm dọc theo đường rắn từ x_е lên đến x_с. Đồng thời, thành phần pha lỏng thay đổi dọc theo đường chất lỏng từ x_с lên đến x_i Điều này tạo cơ sở để hình thành các quy tắc xác định thành phần của các pha (quy tắc về nồng độ) và tỷ lệ định lượng của các pha (quy tắc về các phân đoạn).

Thành phần: A và B; pha: L, α, β, trong đó α là dung dịch rắn của các nguyên tử thành phần B trong mạng tinh thể của thành phần A và β là dung dịch rắn của các nguyên tử thành phần A trong mạng tinh thể của thành phần B.

Tùy thuộc vào sự tương tác của ba giai đoạn này, có thể có hai loại sơ đồ: sơ đồ với eutectic và sơ đồ với kiến trúc.

Sơ đồ pha với eutectic. Đường ALL là đường Liquidus, đường EVSKE là đường Solidus. Dòng VM và KG thể hiện độ hòa tan tối đa của các thành phần. Như trong các trường hợp trước, quá trình kết tinh của bất kỳ hợp kim nào có thể được tuân theo bằng cách sử dụng quy tắc pha và quy tắc phân đoạn.

Một hệ thống là một tập hợp các pha ở trạng thái rắn hoặc lỏng ở trạng thái cân bằng trong các điều kiện bên ngoài nhất định (nhiệt độ và áp suất).

Các dạng đẳng hướng khác nhau thường được biểu thị bằng các chữ cái trong bảng chữ cái Hy Lạp α, β, γ, chúng được thêm vào làm chỉ số cho ký hiệu biểu thị nguyên tố. Dạng đẳng hướng, ổn định ở nhiệt độ thấp nhất, được ký hiệu bằng chữ α, tồn tại ở nhiệt độ cao hơn β, sau đó là γ. Một ví dụ về sự biến đổi đẳng hướng gây ra bởi sự thay đổi áp suất là sự biến đổi cấu trúc tinh thể của carbon, có thể tồn tại ở dạng than chì và kim cương. Tính đa hình có tầm quan trọng thực tiễn rất lớn. Sử dụng hiện tượng này, có thể tăng cường hoặc làm mềm hợp kim bằng cách xử lý nhiệt.

Mối quan tâm thực tế lớn là các hợp kim trong đó một trong các thành phần hoặc cả hai đều có sự biến đổi đa hình. Trong các hợp kim này, nhờ xử lý nhiệt, có thể thu được trạng thái siêu bền của cấu trúc với các đặc tính mới.

Sau khi kết tinh tất cả các hợp kim của một hệ thống nhất định trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, một dung dịch rắn γ được hình thành, khi nhiệt độ giảm xuống dưới t₃ trải qua quá trình biến đổi eutectoid γ_C → α_E +

Hỗn hợp thu được của hai pha rắn được gọi là eutectoid. Do độ hòa tan thay đổi của các thành phần trong dung dịch rắn α và β, khi làm nguội thêm, dung dịch rắn β sẽ kết tủa thứ cấp._II và α_II.

Một số nguyên tố thay đổi cấu trúc tinh thể của chúng, tức là loại mạng tinh thể, tùy thuộc vào sự thay đổi của điều kiện bên ngoài - nhiệt độ và áp suất. Sự tồn tại của một chất ở các dạng tinh thể khác nhau, tùy thuộc vào các điều kiện bên ngoài, được xác định bởi mong muốn của nó về trạng thái có nguồn cung cấp năng lượng tự do nhỏ hơn. Hiện tượng này được gọi là đa hình hoặc phân bổ. Mỗi loại mạng đại diện cho một sửa đổi hoặc biến thể đẳng hướng. Mỗi sửa đổi có phạm vi nhiệt độ riêng mà nó ổn định.

Trong quá trình biến đổi đa hình của kim loại, nhiệt độ có tầm quan trọng hàng đầu. Sự biến đổi từ dạng đẳng hướng này sang dạng đẳng hướng khác xảy ra ở nhiệt độ không đổi, gọi là nhiệt độ biến đổi đa hình và kèm theo hiệu ứng nhiệt, tương tự như hiện tượng nóng chảy-hóa rắn hoặc bay hơi-ngưng tụ. Điều này là do cần phải tiêu tốn một lượng năng lượng nhất định để sắp xếp lại mạng tinh thể.

Khối lượng nguyên tử và theo đó, tổng năng lượng của các biến đổi khác nhau, theo quy luật, khác nhau rất ít, nhưng vẫn có những trường hợp ngoại lệ.

23. Hệ có eutectic bậc ba và hầu như không có khả năng hòa tan của các thành phần ở trạng thái rắn; phần đẳng nhiệt và đa nhiệt

Sơ đồ trạng thái của hợp kim nhị phân được vẽ trên một mặt phẳng: nồng độ của các thành phần được vẽ dọc theo trục hoành và nhiệt độ của hợp kim bậc ba được vẽ dọc theo trục tọa độ. Phổ biến hơn là hình ảnh không gian.

Một tam giác đều được gọi là tam giác tập trung được dùng làm cơ sở của sơ đồ. Nhiệt độ được vẽ dọc theo trục vuông góc với mặt phẳng của tam giác nồng độ. Các đỉnh của tam giác tương ứng với nồng độ tương ứng với các thành phần nguyên chất A, B và C của hệ đang nghiên cứu.

Nồng độ của hai thành phần tương ứng được vẽ trên các cạnh của tam giác: A-B, B-C, C-A. Mỗi điểm bên trong tam giác tương ứng với thành phần của một hợp kim bậc ba cụ thể. Thành phần của hợp kim được xác định dựa trên định lý nổi tiếng trong một tam giác đều, tổng ba đường vuông góc kẻ từ một điểm K bất kỳ nằm trong tam giác đến các cạnh của nó bằng chiều cao của tam giác.

Chiều cao của tam giác được lấy là 100%, khi đó các đường vuông góc Ka, Kc và Kb sẽ đặc trưng cho nồng độ của các thành phần riêng lẻ của hợp kim bậc ba. Lượng của mỗi thành phần được xác định bằng giá trị đường vuông góc hạ xuống phía đối diện, tức là lượng của thành phần C được xác định bởi đường vuông góc Kc, thành phần A-Ka, thành phần B-Kb.

Thông thường, thành phần của hợp kim được xác định không phải bởi giá trị của các đường vuông góc mà bởi giá trị của các đoạn cắt trên các cạnh của tam giác bằng các đường thẳng song song với các cạnh của tam giác, tức là bởi đoạn Aa, Be và CЈ. Đoạn Ad tương ứng với nồng độ của thành phần B, đoạn Be tương ứng với thành phần C. và đoạn C^thành phần A. Nồng độ được xác định theo chiều kim đồng hồ, nhưng cũng có thể xác định theo chiều ngược lại phương hướng.

Sự tương tác của các thành phần trong hợp kim ternary tương tự như hợp kim kép: có thể hình thành hỗn hợp cơ học, dung dịch rắn và hợp chất hóa học: có thể xảy ra phản ứng eutectic và peritectic và biến đổi đa hình. Sự khác biệt là trong các hệ thống kép, các phép biến đổi được biểu thị bằng các đường và điểm, còn trong các hệ thống ba, các phép biến đổi được biểu thị bằng các mặt phẳng và đường thẳng. Ví dụ, không phải đường chất lỏng mà là bề mặt chất lỏng (hoặc bề mặt rắn), không phải đường eutectic mà là bề mặt eutectic. Thành phần của eutectic kép được xác định không phải bởi một điểm mà bởi một đường thẳng. Và chỉ có ba eutectic được chiếu trên mặt phẳng của tam giác bởi một điểm. Tất cả điều này có thể được theo dõi bằng cách nghiên cứu hai sơ đồ pha điển hình của hợp kim của ba thành phần.

Không giống như sơ đồ kép, sơ đồ ba cho phép phân tích pha và cấu trúc của các hợp kim kỹ thuật thực, thường có ba thành phần trở lên.

Mô hình của hệ ba là một lăng trụ tam diện nằm trên một tam giác đều. Đỉnh của lăng kính là bề mặt chất lỏng. Trong một hệ thống ba thành phần, trong đó cả ba thành phần đều hòa tan không giới hạn ở cả trạng thái lỏng và rắn, bề mặt chất lỏng có dạng đơn giản nhất - đây là bề mặt của hạt đậu lăng, bị cắt ra ba mặt. Trong tất cả các trường hợp khác, bề mặt này trở nên phức tạp, bao gồm một số bề mặt giao nhau, do đó việc nghiên cứu các hệ thống bậc ba đặt ra những khó khăn nhất định về mặt phương pháp.

Đáy của lăng kính tam diện là một tam giác đều, trên đó nồng độ được đánh dấu bằng các mặt bên của sơ đồ pha của hệ nhị phân và nhiệt độ được đánh dấu bằng chiều cao. Việc lựa chọn một tam giác đều được giải thích là do trong đó nồng độ của tất cả các thành phần có thể được biểu thị trên cùng một tỷ lệ. Tại các đỉnh của tam giác này có các thành phần A, B và C của hợp kim, tương ứng là 100% A, 100% B và 100% C. Nồng độ của hợp kim nhị phân được đánh dấu trên các cạnh tương ứng của tam giác và nồng độ của hợp kim bậc ba được đánh dấu là các điểm trong diện tích của tam giác.

Có một số cách để xác định nồng độ của bất kỳ hợp kim bậc ba nào. Để xác định tỷ lệ phần trăm của thành phần A, cần kẻ một đường thẳng từ điểm K song song với cạnh đối diện (BC) của tam giác cho đến khi cắt cạnh tỷ lệ của thành phần A. Để tìm tỷ lệ phần trăm của thành phần B, ta thực hiện cần vẽ một đường thẳng từ điểm K song song với cạnh đối diện (AC), cho đến khi nó cắt cạnh AB - tỷ lệ của thành phần B. Tương tự, bạn có thể đặt tỷ lệ phần trăm của thành phần C. Cần lưu ý rằng tổng nồng độ của A + B + C = 100%.

Để giải thích sự biến đổi pha trong hệ thống ba chiều, các phần được sử dụng - dọc (đa nhiệt) và ngang (đẳng nhiệt). Mỗi mặt cắt ngang đặc trưng cho trạng thái cân bằng ở nhiệt độ đã chọn và có thể được sử dụng để tính toán định lượng. Các điểm biểu thị thành phần cân bằng của các pha được đặt trên mặt phẳng cắt. Phần thẳng đứng thể hiện trình tự biến đổi pha trong hợp kim trong quá trình gia nhiệt hoặc làm nguội đối với một phạm vi nồng độ thành phần nhất định. Trong những phần này không có thông tin về thành phần cân bằng của các pha.

24. Quy tắc đòn bẩy và trọng tâm của tam giác

Sử dụng sơ đồ pha, đối với bất kỳ nhiệt độ nào, có thể xác định không chỉ số lượng pha mà còn cả thành phần và tỷ lệ định lượng của chúng. Để làm được điều này, bạn nên áp dụng quy tắc phân đoạn (quy tắc đòn bẩy).

Quy tắc này có thể được sử dụng cho các sơ đồ trong đó hợp kim ở trạng thái hai pha. Nguyên tắc đầu tiên của các phân đoạn là xác định thành phần của các pha.

Cấu trúc pha của hợp kim trong sơ đồ phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi các thành phần tương tác nhiệt động với nhau, nhiệt độ chuyển sang trạng thái lỏng của chúng giảm xuống, đạt đến mức tối thiểu nhất định ở chế phẩm dành riêng cho từng cặp thành phần. Thành phần của hợp kim có thể được xác định bằng cách chiếu điểm C lên trục hoành (điểm B 3). Hợp kim gồm hai thành phần nóng chảy ở nhiệt độ tối thiểu được gọi là eutectic hoặc eutectic. Eutectic là hỗn hợp đồng nhất của các hạt nhỏ kết tinh đồng thời của cả hai thành phần. Nhiệt độ tại đó cả hai thành phần tan chảy đồng thời được gọi là nhiệt độ eutectic

Trong sơ đồ pha, nhiệt độ trên đó hợp kim ở trạng thái lỏng nằm trên đường ACB, được gọi là đường chất lỏng. Sự chuyển đổi hợp kim từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn trong quá trình kết tinh xảy ra trong khoảng nhiệt độ nằm giữa đường chất lỏng và nhiệt độ eutectic, tương ứng với đường rắn DCE. Trong trường hợp này, từ mỗi hợp kim, khi nhiệt độ giảm, thành phần có lượng vượt quá nồng độ eutectic trước tiên sẽ chuyển sang pha rắn. Trong các hợp kim giảm cùng tích, vùng hai pha ACD chứa thành phần dư A và pha lỏng L, và trong vùng siêu cùng tích TẤT CẢ lần lượt có pha B rắn và pha L lỏng. Trong cả hai trường hợp, pha F là dung dịch lỏng của cả hai thành phần.

Khi nhiệt độ giảm và tiến tới gần ^, thành phần của pha không kết tinh sẽ tiến tới eutectic.Trong trường hợp này, hợp kim càng ít khác biệt về thành phần so với eutectic thì điểm lỏng của nó càng thấp và eutectic càng đông cứng trong đó.

Những thay đổi về lượng trong hợp kim của một hệ thống các thành phần nhất định trong quá trình kết tinh tuân theo quy luật phân đoạn. Lượng của mỗi thành phần cấu trúc mà các đặc tính phụ thuộc vào có thể được tính toán bằng cách sử dụng quy tắc phân đoạn áp dụng cho nhiệt độ cùng tinh. Khi đánh giá các đặc tính độ bền, cần lưu ý rằng phần hợp kim được biểu thị bằng eutectic có độ bền cao hơn phần được biểu thị bằng các hạt lớn hơn của pha dư.

Để xác định thành phần pha của một hợp kim ở các nhiệt độ khác nhau tại điểm n. Để làm được điều này, thông qua điểm n đặc trưng cho trạng thái của hợp kim này ở nhiệt độ t_n, cần kẻ một đường ngang (conode) cho đến khi giao với các đường của sơ đồ pha giới hạn vùng hai pha này. Giao điểm l₂ và s₂ chiếu lên trục tập trung. Hình chiếu của điểm l₂ điểm l₂ sẽ hiển thị thành phần của pha lỏng và các điểm s₂ - điểm s₂ - chất rắn. Để xác định thành phần của các pha ở bất kỳ nhiệt độ nào, bạn cần vẽ một điểm cuối qua điểm này và chiếu các điểm giao nhau với chất lỏng và chất rắn trên trục nồng độ. Thành phần của pha lỏng thay đổi dọc theo đường chất lỏng và pha rắn thay đổi dọc theo đường rắn.

Ở nhiệt độ dưới đường rắn, thành phần pha của tất cả các hợp kim của hệ đang được xem xét bao gồm các hạt của cả hai thành phần: A + B. Có các hạt nhỏ A và B có trong bất kỳ hợp kim nào tạo nên eutectic và các hạt lớn của các pha dư - thành phần A hoặc B, tương ứng, trong hợp kim hypoeutectic và hypereutectic.

Sử dụng điều khoản thứ hai của quy tắc phân đoạn, mối quan hệ định lượng của các pha được xác định ở bất kỳ nhiệt độ nào. Số lượng (khối lượng) pha tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn.

Quy tắc phân đoạn (đòn bẩy) cho phép bạn xác định thành phần và lượng pha rắn và lỏng của hợp kim nằm trong phạm vi kết tinh. Từ sơ đồ pha, có thể xác định không chỉ số lượng pha của một hợp kim cụ thể ở nhiệt độ nhất định mà còn xác định được lượng tương đối của từng pha. Để xác định số pha, ví dụ hợp kim Pb - Sb chứa 72% Sb, ở một nhiệt độ nhất định, cần vẽ đường vuông góc từ một điểm trên trục nồng độ tương ứng với hàm lượng 72% Sb và một đường thẳng nằm ngang. đường tương ứng với nhiệt độ cho trước t_зад. Do giao điểm của các đường thẳng ta thu được điểm K. Ta tiếp tục đường ngang đi qua điểm K cho đến khi cắt các đường của sơ đồ, thu được điểm l và S. Điểm l tương ứng với pha lỏng của hợp kim (nằm trên đường chất lỏng), điểm S ứng với pha rắn (nằm trên trục nhiệt độ của antimon nguyên chất).

Quy tắc đòn bẩy.

1. Lượng pha rắn bằng tỷ lệ giữa chiều dài của cánh tay tiếp giáp với pha lỏng và chiều dài của toàn bộ đòn bẩy.

2. Lượng pha lỏng bằng tỷ lệ giữa chiều dài của cánh tay tiếp giáp với pha rắn và chiều dài của toàn bộ đòn bẩy.

25. Sự phụ thuộc của các tính chất cơ lý vào thành phần của các loại hệ thống

Thuộc tính là đặc tính định lượng hoặc định tính của vật liệu quyết định sự tương đồng hoặc khác biệt của nó với các vật liệu khác.

Có ba nhóm tính chất chính: vận hành, công nghệ và chi phí, làm cơ sở cho việc lựa chọn vật liệu và xác định tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế của việc sử dụng nó.

Đặc tính hiệu suất là hết sức quan trọng. Hiệu suất của nhiều bộ phận máy và sản phẩm được đảm bảo bởi mức độ tính chất cơ học.

Tính chất cơ học đặc trưng cho hoạt động của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài. Do điều kiện tải của các bộ phận máy rất đa dạng nên các đặc tính cơ học bao gồm một nhóm lớn các chỉ số.

Hiệu suất của một nhóm bộ phận máy riêng biệt không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ học mà còn phụ thuộc vào khả năng chống chịu tác động của môi trường làm việc có hoạt tính hóa học. Nếu tác động như vậy trở nên đáng kể thì các đặc tính hóa lý của vật liệu - khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn - sẽ trở nên quyết định.

Tính chất cơ học đặc trưng cho khả năng chống biến dạng, phá hủy hoặc tính đặc thù của hành vi của vật liệu trong quá trình phá hủy. Nhóm tính chất này bao gồm các chỉ số về độ bền, độ cứng (độ đàn hồi), độ dẻo, độ cứng và độ nhớt. Nhóm chính của các chỉ số này bao gồm các đặc tính tiêu chuẩn của tính chất cơ học, được xác định trong điều kiện phòng thí nghiệm trên các mẫu có kích thước tiêu chuẩn. Các chỉ số về đặc tính cơ học thu được trong các thử nghiệm như vậy đánh giá hoạt động của vật liệu dưới tải trọng bên ngoài mà không tính đến thiết kế của bộ phận và điều kiện vận hành của chúng. Ngoài ra, họ còn xác định thêm các chỉ số độ bền kết cấu có mối tương quan lớn nhất với các đặc tính sử dụng của một sản phẩm cụ thể và đánh giá hiệu suất của vật liệu trong các điều kiện vận hành.

Các tính chất cơ học của vật liệu đặc trưng cho khả năng sử dụng chúng trong các sản phẩm hoạt động dưới tác động của tải trọng cơ học. Các chỉ số chính của các đặc tính đó là các thông số cường độ, độ cứng và đặc tính ma sát. Chúng không phải là hằng số “tinh khiết” của vật liệu mà phụ thuộc đáng kể vào hình dạng, kích thước và tình trạng bề mặt của mẫu, cũng như các điều kiện thử nghiệm, chủ yếu là tốc độ tải, nhiệt độ, khả năng tiếp xúc với môi trường và các yếu tố khác. Độ cứng kim loại cao rất quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm cắt. Thông thường, thép công cụ được sử dụng cho loại sản phẩm này.

Độ bền là đặc tính của vật liệu chống lại sự phá hủy cũng như những thay đổi không thể đảo ngược về hình dạng dưới tác động của tải trọng bên ngoài. Nó được gây ra bởi lực tương tác giữa các hạt nguyên tử tạo nên vật liệu. Độ mạnh tương tác giữa hai nguyên tử lân cận phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng, nếu chúng ta bỏ qua ảnh hưởng của các nguyên tử xung quanh.

Biến dạng là sự thay đổi trong cách sắp xếp tương đối của các hạt trong vật liệu. Các loại đơn giản nhất của nó là: kéo, nén, uốn, xoắn, cắt. Biến dạng là sự thay đổi về hình dạng và kích thước của mẫu hoặc các bộ phận của nó do biến dạng.

Giới hạn tỷ lệ là ứng suất tại đó độ lệch so với mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng đạt đến một giá trị nhất định được thiết lập bởi các thông số kỹ thuật.

Các tính chất vật lý quan trọng của vật liệu được tính đến khi sử dụng vật liệu là mật độ, nhiệt dung, độ dẫn nhiệt, độ giãn nở nhiệt, độ dẫn điện. Các tính chất từ đặc biệt của sắt, niken, coban và hợp kim của chúng, cũng như ferrit, phân biệt chúng thành các nhóm vật liệu có giá trị đặc biệt - sắt từ và ferrimagnet.

Tính chất vật lý được xác định bởi loại liên kết tương tác và thành phần hóa học của vật liệu, nhiệt độ và áp suất. Đối với hầu hết các quy trình xử lý vật liệu, áp suất không vượt quá 500 MPa. Những áp lực như vậy hầu như không ảnh hưởng đến giá trị của các tính chất vật lý. Có những tính chất vật lý phụ thuộc và độc lập vào cấu trúc của vật liệu. Các giá trị sau chỉ được xác định bởi thành phần hóa học của vật liệu và nhiệt độ.

Tính chất vật lý của kim loại - màu sắc, mật độ, điểm nóng chảy, độ dẫn nhiệt và điện, khả năng từ hóa, v.v. Ví dụ, đồng là kim loại màu đỏ và có màu hồng khi vỡ; nhôm trắng bạc; chì có màu xám nhạt. Một đặc tính quan trọng của tính chất vật lý là tính dẫn điện. Đồng có độ dẫn điện cao nhất (sau bạc). Nhôm có mật độ thấp nên các bộ phận làm bằng nhôm và hợp kim dựa trên nó được sử dụng rộng rãi trong chế tạo ô tô và máy kéo. Đồng và nhôm có tính dẫn điện cao được dùng làm dây dẫn (cuộn dây máy biến áp, đường dây điện). Trọng lượng của sản phẩm hoặc bộ phận cũng đóng một vai trò quan trọng và đóng vai trò là đặc tính chính.

26. Lựa chọn hợp kim cho mục đích cụ thể dựa trên phân tích sơ đồ pha

Kim loại nguyên chất được sử dụng trong kỹ thuật điện và vô tuyến (dây dẫn, chân không điện). Chủ yếu

Vật liệu kết cấu là hợp kim kim loại. Hợp kim là một chất thu được bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều nguyên tố (thành phần). Một hợp kim được làm chủ yếu từ các nguyên tố kim loại và có tính chất kim loại được gọi là hợp kim kim loại. Giả hợp kim là hợp kim được tạo ra bằng cách thiêu kết, thăng hoa và điện phân.

Hợp kim kim loại có thể được sản xuất bằng luyện kim bột, khuếch tán và các phương pháp khác. Việc sử dụng chủ yếu các hợp kim kim loại trong công nghệ được giải thích là do chúng có nhiều phức hợp có giá trị về tính chất cơ, lý và công nghệ hơn kim loại nguyên chất. Các khái niệm cơ bản trong lý thuyết hợp kim bao gồm: hệ, thành phần, pha, biến thể.

Hệ thống - một nhóm các cơ quan được phân bổ để quan sát và nghiên cứu. Trong luyện kim, hệ thống là kim loại và hợp kim kim loại. Kim loại nguyên chất là một hệ thống đơn giản. Hợp kim bao gồm hai hoặc nhiều thành phần và là hệ thống phức tạp.

Thành phần là những chất tạo thành một hệ thống, được lấy với số lượng nhỏ hơn. Trong hợp kim kim loại, các thành phần có thể là các nguyên tố (kim loại và phi kim loại) và các hợp chất hóa học.

Pha là một phần đồng nhất của hệ thống, được ngăn cách với phần khác của hệ thống (pha) bằng một bề mặt, trong quá trình chuyển đổi mà thành phần hóa học hoặc cấu trúc thay đổi đột ngột. Ví dụ, trong quá trình kết tinh kim loại nguyên chất, hệ thống có hai pha: lỏng (kim loại nóng chảy) và rắn (hạt kim loại đông đặc). Trong hợp kim cứng, các pha có thể là hạt kim loại nguyên chất, hạt dung dịch rắn và hạt hợp chất hóa học.

Sự biến thiên là số lượng các yếu tố bên trong và bên ngoài có thể được thay đổi với số pha không đổi trong hệ thống.

Tất cả các kim loại ở trạng thái lỏng hòa tan lẫn nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào. Kết quả của quá trình hòa tan, một dung dịch lỏng đồng nhất được hình thành với sự phân bố đồng đều các nguyên tử của một kim loại giữa các nguyên tử của kim loại khác. Do sự tương tác này, trong thực tế, để phân bố đồng đều các chất trong hợp kim, người ta thường dùng phương pháp nấu chảy chúng. Chỉ có rất ít kim loại, chủ yếu là những kim loại có kích thước nguyên tử rất khác nhau, không hòa tan ở trạng thái lỏng. Ngoài ra, một số kim loại có độ hòa tan hạn chế ở trạng thái lỏng. Khi hợp kim được hình thành trong quá trình hóa rắn, có thể có nhiều tương tác khác nhau giữa các thành phần. Nếu trong quá trình kết tinh, lực tương tác giữa các nguyên tử đồng nhất lớn hơn lực tương tác giữa các nguyên tử khác nhau, thì sau khi kết tinh, một hỗn hợp cơ học bao gồm các hạt kim loại nguyên chất sẽ được hình thành. Trong trường hợp này, hợp kim cứng sẽ chứa các hạt của một kim loại nguyên chất và bên cạnh chúng là các hạt của một kim loại nguyên chất khác. Hình thức tương tác này xảy ra khi có sự khác biệt lớn về tính chất của các kim loại có trong hợp kim.

Một dạng tương tác khác giữa các chất tạo nên hợp kim là sự hình thành dung dịch rắn.

Dung dịch rắn cũng được chia tùy theo mức độ hòa tan của các thành phần thành các dung dịch có độ hòa tan hạn chế của các thành phần và độ hòa tan không giới hạn.

Việc xây dựng sơ đồ pha được thực hiện bằng các phương pháp thí nghiệm khác nhau. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là phân tích nhiệt. Bản chất thực nghiệm của phương pháp này như sau. Một số hợp kim của hệ thống này được lựa chọn với tỷ lệ khối lượng khác nhau của các thành phần cấu thành chúng.

Có những hợp kim - hỗn hợp cơ học được hình thành khi không thể hòa tan các thành phần ở trạng thái rắn. Những thành phần này không thể tạo ra các hợp chất thông qua phản ứng hóa học. Hỗn hợp cơ học bao gồm các nguyên tố có tính chất và cấu trúc khác nhau. Hợp kim chứa các tinh thể của các thành phần tạo thành mạng tinh thể.

Các hợp chất hóa học là hợp kim được hình thành từ các nguyên tố khác nhau chứa các nguyên tử khác nhau, lực tương tác giữa chúng cao hơn nhiều so với giữa các nguyên tử đồng nhất.

27. Cấu trúc, tính chất của sắt; sơ đồ pha sắt-cacbon siêu bền và ổn định. Sự hình thành cấu trúc của thép cacbon. Xác định hàm lượng cacbon trong thép theo cấu trúc

Hợp kim sắt-cacbon là vật liệu kim loại phổ biến nhất. Sơ đồ pha sắt-cacbon đưa ra ý tưởng về cấu trúc của hợp kim sắt-cacbon - thép và gang.

Sắt nguyên chất là kim loại có ánh bạc, thực tế không dễ bị oxy hóa. Số nguyên tử 26, trọng lượng nguyên tử 55,85. Về mặt kỹ thuật, sắt nguyên chất chứa 0,10-0,15% tổng số tạp chất. Các tính chất của sắt phụ thuộc vào mức độ tinh khiết của nó. Điểm nóng chảy - 1539 °C, mật độ - 7,85 g/cmXNUMX³. Sắt có độ cứng và độ bền thấp và độ dẻo tốt. Sắt nguyên chất kém bền hơn gang hoặc thép.

Sắt tạo thành dung dịch với nhiều nguyên tố: với kim loại - dung dịch thay thế, với cacbon, nitơ và hydro - dung dịch xen kẽ. Độ hòa tan của cacbon trong sắt phụ thuộc vào dạng tinh thể mà sắt tồn tại.

Khi cacbon hòa tan trong sắt sẽ tạo thành dung dịch rắn. Ferrite là dung dịch thu được bằng cách hòa tan cacbon trong quá trình biến tính sắt ở nhiệt độ thấp. Đặc trưng bởi độ cứng thấp và độ dẻo tăng. Cacbon hòa tan khi sắt biến tính ở nhiệt độ cao tạo thành chất dẻo austenit.

Carbon xuất hiện trong tự nhiên ở hai dạng biến đổi: ở dạng kim cương, có mạng lập phương phức tạp và ở dạng than chì, có mạng lục giác đơn giản.

Xi măng là cacbua sắt chứa 6,67% cacbon. Giòn và cứng. Nếu có một lượng lớn silic trong kim loại thì sự hình thành xi măng không xảy ra. Trong trường hợp này, carbon được chuyển thành than chì (gang xám).

Hàm lượng cacbon trong biểu đồ Fe - C (xi măng) được giới hạn ở mức 6,67%, vì ở nồng độ này một hợp chất hóa học được hình thành - cacbua sắt (Fe_зC) hoặc xi măng, là thành phần thứ hai của sơ đồ này.

Hệ thống Re - Fe₃C có thể di chuyển được. Sự hình thành của xi măng thay vì than chì mang lại ít năng lượng tự do hơn, nhưng sự hình thành động học của cacbua sắt có nhiều khả năng hơn.

Điểm A (1539 °C) tương ứng với nhiệt độ nóng chảy của sắt, điểm D (1500 °C) tương ứng với nhiệt độ nóng chảy của xi măngite, điểm N (1392 °C) và G (910 °C) tương ứng với sự biến đổi đa hình.

Hợp kim sắt-cacbon là thép và gang, là vật liệu chính được sử dụng trong cơ khí và công nghệ hiện đại.

Thép là vật liệu kim loại chính được sử dụng rộng rãi để sản xuất các bộ phận máy móc, máy bay, dụng cụ, công cụ khác nhau và kết cấu xây dựng. Việc sử dụng rộng rãi thép là do sự phức tạp của các tính chất cơ học, hóa lý và công nghệ.

Thép kết hợp độ cứng cao với cường độ tĩnh và tuần hoàn. Các thông số này được thay đổi bằng cách thay đổi nồng độ cacbon, các nguyên tố hợp kim và công nghệ xử lý nhiệt và nhiệt hóa học. Bằng cách thay đổi thành phần hóa học, các loại thép có tính chất khác nhau thu được và được sử dụng trong nhiều ngành công nghệ và nền kinh tế quốc dân.

Thép carbon được phân loại theo hàm lượng carbon, mục đích sử dụng, chất lượng, mức độ khử oxy và cấu trúc ở trạng thái cân bằng.

Dựa trên hàm lượng carbon, thép được chia thành carbon thấp (<0,3% C), carbon trung bình (0,3-0,7% C) và carbon cao (> 0,7% C).

Theo mục đích của chúng, thép được phân loại thành kết cấu và công cụ. Thép kết cấu là nhóm rộng nhất, được dùng để sản xuất kết cấu xây dựng, bộ phận máy móc và dụng cụ. Những loại thép này bao gồm thép được tôi cứng, tôi luyện, cường độ cao và lò xo lò xo. Thép công cụ được chia thành thép để cắt, dụng cụ đo lường, khuôn biến dạng nguội và nóng (lên đến 200 ° C).

Thép được phân loại theo chất lượng thành chất lượng thông thường, chất lượng cao, chất lượng cao. Chất lượng của thép là tập hợp các đặc tính được xác định bởi quá trình luyện kim sản xuất ra nó. Tính đồng nhất của thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất của thép, cũng như khả năng sản xuất của nó, phần lớn phụ thuộc vào hàm lượng khí (oxy, hydro, nitơ) và các tạp chất có hại - lưu huỳnh và phốt pho. Khí là tạp chất ẩn khó định lượng, do đó tiêu chuẩn về hàm lượng tạp chất có hại đóng vai trò là chỉ số chính để phân loại thép theo chất lượng. Thép chất lượng thông thường chỉ có carbon (đến 0,5% C), thép chất lượng cao và chất lượng cao là carbon và hợp kim. Theo mức độ khử oxy và tính chất hóa rắn, thép được phân loại thành thép tĩnh, nửa tĩnh và sôi.

Thép hợp kim được sản xuất ở trạng thái tĩnh, thép cacbon - tĩnh, nửa tĩnh và sôi.

Theo cấu tạo ở trạng thái cân bằng, thép được chia thành:

1) hypoeutectoid, có ferit và peclit trong cấu trúc;

2) eutectoid, cấu trúc bao gồm ngọc trai;

3) hypereutectoid, có ngọc trai và xi măng thứ cấp trong cấu trúc.

28. Thép cacbon kết cấu và dụng cụ. Đánh dấu, ứng dụng

Thép kết cấu cacbon được chia thành thép chất lượng thông thường và thép chất lượng cao.

Các mác thép chất lượng tiêu chuẩn St0, St1, St2,..., St6 (hàm lượng carbon tăng theo số lượng tăng). Các loại thép chất lượng thông thường, đặc biệt là thép sôi có giá thành rẻ nhất. Các sản phẩm thép thông thường cán nóng được sản xuất từ các loại thép chất lượng thông thường: dầm, thanh, tấm, ống. Thép được sử dụng trong xây dựng cho các kết cấu hàn và bắt vít. Với hàm lượng carbon trong thép ngày càng tăng, khả năng hàn sẽ giảm đi. Thép St5 và St6, có hàm lượng carbon cao hơn, được sử dụng cho các bộ phận của kết cấu tòa nhà không cần hàn.

Việc nấu chảy thép cacbon chất lượng cao được thực hiện trong các điều kiện nghiêm ngặt về thành phần điện tích và quá trình nấu chảy và đúc. Thép carbon chất lượng cao được đánh dấu bằng các số 08, 10, 15, ..., 85, biểu thị hàm lượng carbon trung bình tính bằng phần trăm phần trăm.

Thép carbon thấp có độ bền cao và độ dẻo cao. Thép chưa được xử lý nhiệt được sử dụng cho các bộ phận chịu tải nhẹ, các kết cấu hàn quan trọng và cho các bộ phận máy được tăng cường bằng quá trình cacbon hóa. Thép cacbon trung bình (0.3-0.5% C) 30, 35, ..., 55 được sử dụng sau khi thường hóa, cải tiến và làm cứng bề mặt. Những loại thép này có độ bền cao nhưng độ dẻo thấp hơn; chúng được sử dụng để sản xuất các bộ phận nhỏ hoặc lớn không yêu cầu độ cứng. Thép có hàm lượng carbon cao có độ bền cao và khả năng chống mài mòn. Lò xo và lò xo, vòng đệm khóa và con lăn được làm từ các loại thép này.

Độ bền kết cấu là tập hợp các tính chất cơ học đảm bảo vật liệu hoạt động lâu dài và đáng tin cậy trong các điều kiện vận hành của nó. Độ bền kết cấu là độ bền của vật liệu xây dựng, có tính đến các yếu tố kết cấu, luyện kim, công nghệ và vận hành.

Bốn tiêu chí được tính đến: độ bền của vật liệu, độ tin cậy và độ bền của vật liệu trong các điều kiện vận hành của kết cấu nhất định. Sức mạnh là khả năng của cơ thể chống lại sự biến dạng và phá hủy.

Độ tin cậy là khả năng của sản phẩm thực hiện các chức năng được chỉ định và duy trì các đặc tính hoạt động của nó trong khoảng thời gian cần thiết. Độ tin cậy của một thiết kế là khả năng hoạt động bên ngoài tình huống thiết kế. Chỉ số chính về độ tin cậy là độ nhớt dự trữ của vật liệu, phụ thuộc vào thành phần, nhiệt độ, điều kiện tải trọng và công được hấp thụ trong quá trình lan truyền vết nứt.

Khả năng chống gãy giòn của vật liệu là đặc tính quan trọng nhất quyết định độ tin cậy của kết cấu.

Độ bền là khả năng sản phẩm duy trì hoạt động cho đến trạng thái giới hạn (không thể hoạt động tiếp). Độ bền phụ thuộc vào điều kiện vận hành của nó (đây là khả năng chống mài mòn trong quá trình ma sát và độ bền tiếp xúc, khả năng chống mài mòn bề mặt của vật liệu xảy ra trong quá trình ma sát lăn và trượt).

Thép công cụ được dùng để sản xuất dụng cụ cắt, đo lường và khuôn để biến dạng nóng và lạnh. Các đặc tính chính của dụng cụ này là khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt. Để đảm bảo khả năng chống mài mòn của dụng cụ, cần có độ cứng bề mặt cao và để duy trì hình dạng của dụng cụ, thép phải chắc chắn, cứng và dẻo dai. Nhiệt độ gia nhiệt có thể có của dụng cụ cắt phụ thuộc vào khả năng chịu nhiệt của thép. Thép công cụ carbon là rẻ nhất. Chúng chủ yếu được sử dụng để sản xuất các dụng cụ cắt có độ chính xác thấp và để dập và gia công các dụng cụ có kích thước quy định.

Chúng tôi sản xuất thép carbon chất lượng cao (GOST 1435-74) (U7, U8, U9) và thép carbon chất lượng cao (U7A, U8A, U9A). Chữ U trong nhãn hiệu cho biết thép là carbon và con số này là hàm lượng carbon trung bình tính bằng một phần mười phần trăm. Chữ A ở cuối nhãn cho biết thép có chất lượng cao. Thép carbon được cung cấp sau khi ủ trên đá trân châu dạng hạt. Do độ cứng thấp ở trạng thái phân phối (HB 187-217), thép carbon được xử lý tốt bằng cách cắt và biến dạng, cho phép sử dụng khía, khía khía và các phương pháp sản xuất công cụ hiệu suất cao khác.

Các loại thép U7, U8, U9 phải được tôi và tôi luyện hoàn toàn ở nhiệt độ 275-350 °C mỗi trostite; vì chúng có độ nhớt cao hơn nên chúng được sử dụng để sản xuất các công cụ gia công gỗ, gia công kim loại, rèn và ép.

Thép hypereutectoid thuộc loại U10, U11, U12 được làm cứng không hoàn toàn. Dụng cụ của những thương hiệu này có khả năng chống mài mòn cao hơn và độ cứng cao hơn.

Thép hypereutectoid được sử dụng để sản xuất các dụng cụ đo lường (đồng hồ đo), dụng cụ cắt (dũa, máy khoan) và đầu nguội và khuôn vẽ hoạt động ở mức tải thấp.

Nhược điểm của thép carbon công cụ là mất độ bền khi nung ở nhiệt độ trên 200 ° C (thiếu khả năng chịu nhiệt). Dụng cụ làm từ các loại thép này được sử dụng để gia công các vật liệu mềm và có tốc độ cắt hoặc biến dạng thấp.

29. Gang trắng, xám, bán khối, cường độ cao, dẻo

Sự hình thành cấu trúc vi mô, tính chất, ghi nhãn và ứng dụng

Gang là hợp kim của sắt và cacbon. Gang chứa carbon - 2,14% và là vật liệu rẻ hơn thép. Nó có điểm nóng chảy thấp và tính chất đúc tốt. Gang có thể được sử dụng để chế tạo vật đúc có hình dạng phức tạp hơn thép. Cấu trúc đúc của gang có chứa các chất tập trung ứng suất, có thể có các khuyết tật: độ xốp, sự không đồng nhất phân chia, các vết nứt nhỏ.

Gang trắng được đặt tên theo kiểu vết nứt màu trắng mờ của nó. Tất cả cacbon trong gang này đều ở trạng thái liên kết dưới dạng xi măng. Sự biến đổi pha tiến hành theo sơ đồ pha (Fe - Fe_зVỚI). Tùy thuộc vào hàm lượng cacbon, gang trắng có các loại: hypoeutectic (perlite + ledeburite); eutectic (ledeburite); hypereutectic (xi măng nguyên sinh + ledeburite). Những loại gang này có độ cứng cao hơn do hàm lượng xi măng của chúng; chúng rất dễ vỡ và không được sử dụng để chế tạo các bộ phận máy móc. Vật đúc bằng sắt trắng được sử dụng để sản xuất các bộ phận bằng sắt dẻo bằng cách ủ than chì hóa. Gang tẩy trắng có các lớp bề mặt (12-30 mm) có kết cấu là gang trắng, lõi là gang xám. Độ cứng bề mặt cao cho phép nó hoạt động tốt chống mài mòn. Những đặc tính này của gang đã tẩy trắng được sử dụng để chế tạo các cuộn cán tấm, bánh xe, bi nghiền, má phanh và các bộ phận khác.

Gang trắng kết tinh theo sơ đồ trạng thái của hệ hợp kim sắt-xi măng. Hàm lượng đáng kể xi măng cứng và giòn trong thành phần của gang trắng là lý do khiến những loại gang này khó gia công. Chúng được sử dụng để đúc các bộ phận sau đó được ủ thành gang dẻo, cũng như để đúc các con lăn và bánh xe vận chuyển.

Gang xám (kỹ thuật) nhận được tên của nó từ loại vết nứt, có màu xám. Gang xám có chứa than chì trong cấu trúc của nó. Cấu trúc của gang bao gồm đế kim loại và than chì, tính chất của nó phụ thuộc vào hai thành phần này. Than chì có tính chất cơ học thấp.

Khi hợp kim sắt-cacbon được làm lạnh từ từ, than chì sẽ kết tủa.

Gang xám (đúc) hypoeutectic được sử dụng trong công nghiệp. Gang xám, bao gồm ferrite và than chì, được gọi là ferritic, vì nền kim loại của nó là ferrite. Toàn bộ cacbon được giải phóng dưới dạng than chì khi hợp kim nguội đi rất chậm; nếu tốc độ làm mát trong quá trình kết tinh (cả sơ cấp và thứ cấp) tăng lên thì đó không phải là than chì được giải phóng mà là xi măngit. Gang có chứa tới 1,2% phốt pho được sử dụng làm vật đúc và ống nghệ thuật.

Đánh dấu bằng gang xám. Theo GOST, gang trong vật đúc được đánh dấu bằng chữ СЧ cộng với hai số: số đầu tiên biểu thị độ bền kéo (σ_{máy tính}) giây - độ giãn dài (σ) tính bằng%. Gang một nửa bao gồm đá trân châu, ledeburite và than chì vảy. Kết hợp hai màu - xám và trắng.

Gang dẻo là gang trong đó than chì có dạng hình cầu. Việc tăng cường độ bền và độ dẻo của gang đạt được bằng cách cải tiến, đảm bảo sản xuất than chì hình cầu (hình cầu) thay vì dạng tấm. Bề mặt của than chì hình cầu có mối quan hệ nhỏ hơn với thể tích và quyết định tính liên tục lớn nhất của đế kim loại và độ bền của gang. Dạng than chì này thu được bằng cách thêm magie (M) hoặc xeri (Ce) vào gang lỏng.

Sắt dễ uốn có gốc ferit hoặc peclit. Gang Ferritic có độ dẻo tăng lên.

Theo GOST, gang được ký hiệu bằng số: số đầu tiên biểu thị độ bền kéo (σ_{máy tính}), thứ hai là độ giãn dài (σ) tính bằng%. Độ bền cao hơn thậm chí còn đạt được bằng cách sửa đổi gang hợp kim.

Gang cường độ cao được dùng thay thép để chế tạo các chi tiết máy, thiết bị rèn ép, làm việc trong các ổ trục ở áp suất cao, cao; trục khuỷu, bánh răng, khớp nối và thay thế gang dẻo để sản xuất trục sau ô tô.

Gang dẻo là gang có than chì vảy, tên gọi thông thường của gang mềm và nhớt, thu được từ gang trắng bằng cách xử lý nhiệt đặc biệt; Nó không bị rèn; nó có độ dẻo cao. Gang dẻo bao gồm một đế thép và chứa carbon ở dạng than chì. Than chì được tìm thấy ở dạng vùi tròn nằm cách biệt với nhau và nền kim loại ít tách biệt hơn, đồng thời hợp kim có độ nhớt và độ dẻo đáng kể.

Các đặc tính của gang dẻo phụ thuộc vào kích thước của các tạp chất than chì (các tạp chất này càng nhỏ thì gang càng bền), nhưng chúng được xác định bởi cấu trúc của đế kim loại của nó, có thể là ferrit, peclit hoặc hỗn hợp.

Tùy thuộc vào thành phần của gang và phương pháp xử lý nhiệt, người ta thu được hai loại gang dẻo: lõi đen và lõi trắng. Gang dẻo là vật liệu rẻ hơn; nó có tính chất cơ học tốt và được sử dụng trong kỹ thuật nông nghiệp, công nghiệp ô tô, chế tạo xe ngựa và chế tạo máy công cụ.

30. Vai trò của xử lý nhiệt trong việc nâng cao chất lượng vật liệu kết cấu

Các điều kiện tiên quyết cơ bản để có được bộ tính chất cơ học và các tính chất khác cần thiết của hợp kim kết cấu được đặt ra trong quá trình phát triển và nấu chảy chúng.

Việc thực hiện các đặc tính cần thiết được thực hiện ở các giai đoạn xử lý tiếp theo, với mục tiêu tạo cho hợp kim không chỉ hình dạng và kích thước được chỉ định trong bản vẽ mà còn cả cấu trúc bên trong hợp lý, nên được hiểu là thành phần pha cấu trúc và cấu trúc trật khớp, trong đó tập hợp các thuộc tính cần thiết phụ thuộc trực tiếp. Các giai đoạn quan trọng nhất của quá trình gia công hợp kim là xử lý nhiệt và làm cứng bề mặt. Xử lý nhiệt đảm bảo mức độ đặc tính nhất định trong toàn bộ thể tích của bộ phận và chỉ làm cứng bề mặt ở một số nơi chịu tải nặng nhất và bị mòn nhiều nhất trên bề mặt của bộ phận.

Các quy tắc cơ bản của xử lý nhiệt được phát triển bởi D.K. Chernov và được bổ sung bởi A.A. Bochvarov, G.V. Kurdyumov, A.P. Gulyaev.

Xử lý nhiệt được hiểu là tập hợp các hoạt động nung nóng và làm nguội hợp kim, được thực hiện theo một chế độ nhất định nhằm thay đổi cấu trúc của nó và thu được các đặc tính xác định. Cơ sở của xử lý nhiệt là sự thay đổi thành phần pha cấu trúc và cấu trúc lệch vị trí của hợp kim, có thể đạt được bằng cách sử dụng các yếu tố chính như sự hiện diện của các biến đổi đẳng hướng trong hợp kim hoặc khả năng hòa tan lẫn nhau hạn chế phụ thuộc vào nhiệt độ của các thành phần.

Tất cả các loại xử lý nhiệt hiện có nhằm mục đích thay đổi đáng kể cấu trúc pha và độ lệch của hợp kim và đạt được bộ đặc tính hiệu suất tối ưu, đều dựa trên việc sử dụng một trong các yếu tố được đề cập. Khi không có chúng, xử lý nhiệt chỉ có thể đạt được kết quả rất hạn chế. Hai loại xử lý nhiệt phổ biến nhất. Một trong số chúng dựa trên việc sử dụng tính đặc hiệu của các phép biến đổi trong hợp kim, do sự hiện diện của các phép biến đổi đẳng hướng trong chúng, và cái còn lại dựa trên khả năng hòa tan thay đổi của các thành phần với nhau trong quá trình gia nhiệt và làm mát.

Trong cả hai trường hợp, cơ sở cơ bản của công nghệ xử lý nhiệt, đảm bảo đạt được kết quả mong đợi, là chế độ của nó. Nó bao gồm các yếu tố sau: nhiệt độ gia nhiệt, tốc độ gia nhiệt đến nhiệt độ nhất định, thời gian giữ ở nhiệt độ này và tốc độ làm mát.

Xử lý nhiệt có thể là sơ bộ hoặc cuối cùng. Xử lý nhiệt sơ bộ được sử dụng trong trường hợp vật liệu cần được chuẩn bị cho các ảnh hưởng công nghệ tiếp theo - áp suất, cắt, v.v. Xử lý nhiệt cuối cùng được sử dụng để chuẩn bị các đặc tính của vật liệu thành phẩm.

Các giá trị cụ thể đặc trưng cho từng thành phần của chế độ xử lý nhiệt phụ thuộc vào thành phần hóa học của hợp kim được xử lý, kích thước của bộ phận và mục đích dự định của loại xử lý nhiệt được thực hiện. Bằng cách thay đổi các giá trị này, có thể thay đổi đáng kể cấu trúc pha và độ lệch của hợp kim và tạo cho nó các đặc tính cụ thể.

Bản chất của các biến đổi xảy ra trong hợp kim và khả năng thu được cấu trúc cần thiết sau khi xử lý nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ gia nhiệt. Nó được lựa chọn tùy thuộc vào thành phần hóa học của hợp kim và mục đích xử lý nhiệt được thực hiện.

Tốc độ gia nhiệt được chọn sao cho đảm bảo mất thời gian gia nhiệt tối thiểu, đồng thời, giá trị của nó phải ngăn chặn sự xuất hiện của các ứng suất nhiệt nguy hiểm trong phôi, có thể dẫn đến cong vênh và nứt bộ phận, được quan sát thấy với sự gia nhiệt quá nhanh.

Tốc độ gia nhiệt phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của hợp kim được xử lý, do đó, được xác định bởi thành phần hóa học của nó. Khi thành phần trở nên phức tạp hơn, độ dẫn nhiệt giảm. Do đó, việc nung các hợp kim có thành phần không thuận lợi đến nhiệt độ nhất định được thực hiện rất chậm, sau đó được tăng tốc.

Thời gian giữ của bộ phận khi đạt đến nhiệt độ nhất định phải đủ để làm nóng nó từ bề mặt đến lõi ở phần lớn nhất, cũng như để hoàn thành hoàn toàn các biến đổi pha cấu trúc có tính chất khuếch tán trong hợp kim. xảy ra trong nó ở một nhiệt độ nhất định.

Tốc độ làm mát trong quá trình xử lý nhiệt là một yếu tố rất quan trọng của chế độ, nó quyết định các đặc tính của cấu trúc pha và độ lệch mà hợp kim thu được. Nó phải đủ để các biến đổi cần thiết xảy ra trong hợp kim, nhưng không quá lớn để tránh các ứng suất nhiệt và pha nguy hiểm có thể gây nứt hoặc biến dạng (cong vênh) của bộ phận.

Xử lý nhiệt được sử dụng để cải thiện vật liệu kết cấu, đặc biệt là thép. Thời gian xử lý nhiệt trực tiếp phụ thuộc vào kích thước của vật liệu và các bộ phận được xử lý.

31. Ứng dụng xử lý nhiệt trong công nghệ sản xuất phôi và sản phẩm từ vật liệu kết cấu

Quá trình điển hình và được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất là xử lý nhiệt thép. Quá trình này dựa trên sự hiện diện của các biến đổi đẳng hướng trong đó, xảy ra trong quá trình sưởi ấm và làm mát ở vùng có nhiệt độ tới hạn nhất định. Các quá trình pha cấu trúc được kiểm soát trong thép, cung cấp cấu trúc pha và trật khớp cần thiết, xảy ra do sự hiện diện của tính đẳng hướng.

Độ bền kết cấu là một tập hợp các tính chất cơ học nhất định đảm bảo vật liệu hoạt động lâu dài và đáng tin cậy trong các điều kiện vận hành của nó. Độ bền kết cấu là độ bền của vật liệu xây dựng có tính đến các yếu tố kết cấu, luyện kim, công nghệ và vận hành, tức là đây là một khái niệm phức tạp. Người ta tin rằng cần phải tính đến ít nhất bốn tiêu chí: độ cứng kết cấu, độ bền vật liệu, độ tin cậy và độ bền của vật liệu trong các điều kiện vận hành của kết cấu nhất định.

Độ cứng kết cấu. Đối với nhiều phần tử kết cấu chịu lực - khung, thanh giằng, tấm phẳng, vỏ hình trụ, v.v. - điều kiện xác định tính năng của chúng là độ cứng cục bộ hoặc độ cứng chung (độ ổn định), được xác định bởi hình dạng kết cấu, biểu đồ trạng thái ứng suất, v.v., như cũng như tính chất của vật liệu.

Một chỉ số đánh giá độ cứng của vật liệu là mô đun đàn hồi dọc E (mô đun độ cứng) - một đặc tính không nhạy về mặt cấu trúc, chỉ phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Trong số các vật liệu kết cấu chính, thép có mô đun E cao nhất, còn hợp kim magie và sợi thủy tinh có mô đun E thấp nhất. Tuy nhiên, việc đánh giá các vật liệu này thay đổi đáng kể khi tính đến mật độ của chúng và sử dụng các tiêu chí về độ cứng và độ ổn định cụ thể.

Khi đánh giá theo các tiêu chí này, được lựa chọn theo hình dạng và trạng thái ứng suất, trong nhiều trường hợp, vật liệu có lợi nhất là hợp kim magie và sợi thủy tinh, trong khi ít có lợi nhất là thép cacbon và thép hợp kim.

Sức mạnh là khả năng của cơ thể chống lại sự biến dạng và phá hủy. Hầu hết các thông số kỹ thuật về độ bền được xác định bằng thử nghiệm độ bền kéo tĩnh.

Những đặc điểm này phụ thuộc vào cấu trúc và xử lý nhiệt.

Khi đánh giá độ bền thực của vật liệu kết cấu, người ta phải tính đến đặc tính dẻo và độ nhớt của vật liệu, vì các chỉ số này chủ yếu xác định khả năng gãy giòn.

Điều này cũng áp dụng cho các vật liệu có độ bền cao, tuy có độ bền cao nhưng lại dễ bị gãy giòn.

Độ tin cậy là khả năng của sản phẩm thực hiện các chức năng được chỉ định, duy trì hiệu suất của nó trong giới hạn quy định trong khoảng thời gian hoặc thời gian hoạt động được yêu cầu. Độ tin cậy của kết cấu còn là khả năng hoạt động bên ngoài tình huống thiết kế, chẳng hạn như chịu được tải va đập. Chỉ số chính về độ tin cậy là độ nhớt dự trữ của vật liệu, phụ thuộc vào thành phần, nhiệt độ (ngưỡng giòn nguội), điều kiện tải và công được hấp thụ trong quá trình lan truyền vết nứt.

Khả năng chống gãy giòn của vật liệu là đặc tính quan trọng nhất quyết định độ tin cậy của kết cấu.

Độ bền là khả năng sản phẩm duy trì hoạt động cho đến trạng thái giới hạn (không thể hoạt động tiếp).

Độ bền của kết cấu phụ thuộc vào điều kiện vận hành của nó. Trước hết, đây là khả năng chống mài mòn do ma sát và độ bền tiếp xúc (khả năng chống mài mòn bề mặt của vật liệu xảy ra trong quá trình ma sát lăn và trượt). Ngoài ra, độ bền của sản phẩm còn phụ thuộc vào giới hạn độ bền, từ đó phụ thuộc vào tình trạng bề mặt và khả năng chống ăn mòn của vật liệu.

Khi xử lý nhiệt vật liệu, các thiết bị đặc biệt được sử dụng: lò điện, lò đốt gas và lò thang máy, bể làm nguội, bể muối, v.v.

Các loại xử lý nhiệt chính: thể tích, bề mặt, làm cứng cục bộ; chuẩn hóa, đồng nhất hóa, ủ kết tinh lại, xử lý nhiệt hóa học và xử lý nhiệt bằng laser; làm cứng trường xung điện; xử lý nhiệt khi áp dụng biến dạng dẻo, cũng như xử lý lạnh.

Thép kết cấu là thép được sử dụng để sản xuất các bộ phận máy khác nhau và bất kỳ kết cấu nào. Những loại thép được sử dụng trong xây dựng các tòa nhà hoặc công trình được gọi là thép xây dựng. Thép kết cấu bao gồm cả thép hợp kim và thép cacbon.

Trong kỹ thuật cơ khí, thép hợp kim kết cấu GOST 4543-71 được sử dụng rộng rãi, đó là: crom, mangan, crom-silicon, crom-silicon-mangan, crom-niken, v.v. Tùy theo đặc tính kỹ thuật, các loại thép này được chia thành các trường hợp -Thép tôi, thép thấm nitơ, thép cải tiến sử dụng xử lý nhiệt, thép làm cứng bằng không khí, v.v.

32. Ủ loại 1. Kết tinh không cân bằng

Loại xử lý nhiệt này có thể thực hiện được đối với bất kỳ kim loại và hợp kim nào. Việc thực hiện nó không phải do sự biến đổi pha ở trạng thái rắn. Gia nhiệt trong quá trình ủ loại 1, làm tăng tính linh động của các nguyên tử, loại bỏ một phần hoặc hoàn toàn tính không đồng nhất hóa học, giảm ứng suất bên trong, tức là giúp đạt được trạng thái cân bằng hơn. Nhiệt độ gia nhiệt và thời gian giữ ở nhiệt độ này có tầm quan trọng hàng đầu khi thực hiện quá trình ủ như vậy, vì chính những thông số này quyết định tốc độ của các quá trình loại bỏ những sai lệch so với trạng thái cân bằng. Tốc độ gia nhiệt và làm mát đối với ủ loại 1 có tầm quan trọng thứ yếu.

Các loại ủ loại 1 sau đây được phân biệt: ủ khuếch tán (đồng nhất hóa) được sử dụng để loại bỏ tính không đồng nhất hóa học xảy ra trong quá trình kết tinh hợp kim (liquation đuôi gai).

Sự cân bằng thành phần hóa học xảy ra do các quá trình khuếch tán, tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ.

Ủ kết tinh lại được sử dụng sau khi biến dạng dẻo nguội (xử lý áp suất lạnh) để loại bỏ độ cứng và thu được trạng thái cân bằng của hợp kim. Kết quả của quá trình kết tinh lại, các hạt mới được hình thành trong kim loại bị biến dạng, ứng suất được giảm bớt và độ dẻo của kim loại được phục hồi.

Ủ để giảm bớt các ứng suất phát sinh trong quá trình rèn, hàn, đúc có thể gây cong vênh, tức là thay đổi hình dạng, kích thước và thậm chí phá hủy sản phẩm.

Kết tinh không cân bằng. Quá trình khuếch tán diễn ra chậm, do đó, trong điều kiện làm lạnh thực tế, thành phần bên trong mỗi tinh thể và các tinh thể khác nhau không có thời gian để cân bằng và sẽ không giống nhau.

Nếu có thể phân hủy dung dịch rắn trong quá trình làm mát thì biểu đồ pha cho thấy sự bắt đầu của quá trình này ở thời điểm làm mát chậm nhất.

Khi tăng tốc độ làm nguội, nhiệt độ tại đó pha dư bắt đầu kết tủa giảm, lượng pha kết tủa giảm và khi xác định được tốc độ làm nguội cao hơn, dung dịch rắn không kết tủa sẽ được làm lạnh hoàn toàn đến nhiệt độ phòng.

Bằng cách điều chỉnh tốc độ làm mát, có thể đạt được các mức độ phân hủy khác nhau cho đến mức triệt tiêu hoàn toàn.

Các dung dịch siêu bão hòa như vậy không ổn định.

Nếu độ linh động nhiệt của các nguyên tử trong dung dịch siêu lạnh không đủ thì trạng thái siêu bão hòa có thể tồn tại vô thời hạn.

Nếu không, theo thời gian, sự phân hủy dần dần của dung dịch siêu bão hòa sẽ xảy ra cùng với việc giải phóng pha dư. Quá trình này sẽ tăng tốc khi nhiệt độ tăng lên.

Các pha thứ cấp hình thành ở nhiệt độ cao, trong quá trình làm nguội chậm dung dịch rắn hoặc đun nóng thứ cấp ở mức độ cao của dung dịch rắn đã được làm nguội (siêu bão hòa) không chỉ có kích thước lớn hơn mà còn không liên quan về mặt định hướng với pha mẹ. Lớp nguyên tử thuộc pha cũ giáp với lớp nguyên tử thuộc mạng tinh thể của pha mới.

Đối với trường hợp kết tủa ở nhiệt độ thấp, pha β mới được định hướng theo một cách nhất định so với pha ban đầu, sao cho lớp ranh giới của các nguyên tử thuộc về cả hai mạng bằng nhau.

Một điểm nối của các mạng tinh thể như vậy được gọi là kết hợp. Tại giao diện trong quá trình ghép kết hợp, ứng suất phát sinh và duy trì lớn hơn, sự khác biệt về cấu trúc (trong mặt phẳng giao diện) của các mạng liên hợp càng lớn.

Nếu nhiệt độ của hợp kim tăng lên thì do độ linh động nhiệt của nguyên tử tăng lên và sự xuất hiện của ứng suất ở các ranh giới pha, liên kết kết hợp bị phá vỡ (hiện tượng phá vỡ kết hợp), các pha siêu bền chuyển sang trạng thái ổn định. pha beta và các tinh thể dạng phiến của pha beta phát triển, có xu hướng có hình dạng tròn. Khi các quá trình này hoàn tất, cấu trúc và thành phần pha sẽ giống như trường hợp làm nguội chậm.

Quá trình khắc phục trạng thái không ổn định bằng cách làm lạnh nhanh được gọi là làm cứng và quá trình tiếp theo dần dần đạt đến trạng thái cân bằng (bằng cách nung nóng hoặc tiếp xúc lâu) được gọi là ủ và lão hóa. Sự thay đổi khác nhau về cấu trúc như vậy, đạt được bằng các mức độ khác nhau khi tiếp cận hợp kim đến trạng thái cân bằng, dẫn đến sự thay đổi khác nhau về tính chất, điều này giải thích việc sử dụng rộng rãi phương pháp xử lý nhiệt, dựa trên các quá trình kết tinh không cân bằng.

Hợp kim là những chất bao gồm hai hoặc nhiều nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Chúng thu được bằng cách thiêu kết hoặc nhiệt hạch. Thành phần - một chất tạo thành hợp kim.

Pha là một phần khác biệt và bị giới hạn về mặt không gian của hệ thống, có mạng tinh thể riêng và các đặc tính riêng của nó. Các chất đồng nhất có một pha, và các chất không đồng nhất có nhiều pha.

Cấu trúc - cấu trúc của kim loại trong đó có thể phân biệt từng pha riêng lẻ, hình dạng, kích thước và vị trí tương đối của chúng. Cấu trúc ảnh hưởng đến tính chất.

Trạng thái cân bằng là khi tất cả các pha vốn có trong hệ thống này được hình thành trong hợp kim. Trạng thái này được đảm bảo bằng cách làm lạnh chậm; kích thước và hình dạng của các pha có thể được phân biệt.

Trạng thái không cân bằng - quá trình hình thành và phân tách các pha chưa kết thúc mà được hình thành trong quá trình làm nguội nhanh.

33. Ủ đồng nhất, những thay đổi về cấu trúc và tính chất trong quá trình ủ đồng nhất. Làm cứng bằng biến đổi đa hình. Làm cứng mà không biến đổi đa hình

Ủ là quá trình gia nhiệt và làm nguội chậm thép nhằm cân bằng thành phần hóa học, đạt được cấu trúc cân bằng và giảm bớt ứng suất.

Quá trình ủ được sử dụng để đạt được cấu trúc cân bằng, do đó trong quá trình ủ các bộ phận được làm nguội chậm. Thép carbon - ở tốc độ 200 ° C/h, thép hợp kim - 30-100 ° C/h.

Ủ khuếch tán (đồng nhất) được sử dụng để loại bỏ sự phân tách (cân bằng thành phần hóa học). Nó dựa trên sự khuếch tán. Đồng thời, thành phần được san bằng và các cacbua dư thừa được hòa tan. Quá trình ủ này được thực hiện ở nhiệt độ cao và tiếp xúc lâu dài. Thép hợp kim được ủ đồng nhất. Điều này được giải thích là do tốc độ khuếch tán của carbon hòa tan trong austenite bằng phương pháp kết hợp lớn hơn nhiều bậc so với tốc độ khuếch tán của các nguyên tố hợp kim được hòa tan trong austenite bằng phương pháp thay thế. Sự đồng nhất của thép cacbon thực tế xảy ra trong quá trình gia nhiệt. Chế độ ủ đồng nhất: làm nóng đến nhiệt độ 1050-1200 ° C, thời gian giữ là 8-10 giờ, nhiệt độ đồng nhất phải đủ cao, nhưng không được phép đốt cháy và làm tan chảy hạt. Khi cháy, oxy trong không khí kết hợp với các hạt kim loại tạo thành lớp vỏ oxit, tách các hạt ra. Sự cháy trong kim loại không thể được loại bỏ. Kim loại bị cháy là khuyết tật cuối cùng. Ủ khuếch tán thường tạo ra các hạt thô, hạt này phải được khắc phục bằng quá trình ủ hoàn toàn tiếp theo.

Ủ hoàn toàn có liên quan đến quá trình kết tinh lại pha và sàng lọc hạt. Thép ở trạng thái cân bằng có chứa ngọc trai và là loại dẻo nhất. Mục đích của ủ hoàn toàn là cải thiện cấu trúc của thép để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo bằng cách cắt, dập hoặc làm cứng, thu được cấu trúc cân bằng hạt mịn ở phần hoàn thiện.

Các loại (phương pháp) ủ hoàn toàn: ủ (thông thường và đẳng nhiệt) đối với ngọc trai dạng phiến (các thể vùi xi măng ở dạng tấm) và ủ đối với ngọc trai dạng hạt (các thể vùi xi măng ở dạng hạt).

Khi ủ trên đá trân châu lamellar, các phôi được làm mát cùng với lò, thường được cung cấp một phần nhiên liệu, do đó tốc độ làm mát nằm trong khoảng 10-20 ° C mỗi giờ.

Ủ đạt được sự sàng lọc hạt. Cấu trúc hạt thô thu được khi thép cứng lại do sự phát triển tự do của các hạt, do thép quá nóng; cấu trúc như vậy làm giảm tính chất cơ học của các bộ phận.

Làm cứng bằng biến đổi đa hình. Làm cứng mà không biến đổi đa hình

Làm cứng là quá trình xử lý nhiệt trong đó thép thu được cấu trúc không cân bằng, chủ yếu thể hiện ở việc tăng độ cứng của thép. Làm cứng bao gồm: xử lý nhiệt cho sorbitol, trostite và martensite. Mức độ không cân bằng của các sản phẩm tôi tăng lên khi tăng tốc độ làm nguội và tăng từ sorbitol đến martensite.

Ưu điểm của quá trình làm cứng thực sự là khả năng thu được từ martensite, thông qua quá trình ủ tiếp theo, các sản phẩm có tính chất phức tạp mà các phương pháp xử lý nhiệt khác không thể thu được.

Làm cứng thực sự được sử dụng rộng rãi như một phương pháp xử lý trước khi ủ.

Tốc độ đông cứng tới hạn là quan trọng. Độ cứng của thép phụ thuộc vào nó, tức là khả năng được làm cứng đến một độ sâu nhất định. Tốc độ đông cứng tới hạn phụ thuộc vào độ ổn định của austenite, được xác định bởi lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim hòa tan trong đó. Bằng cách đưa các nguyên tố cacbon và hợp kim vào thép, độ cứng sẽ tăng lên, điều này được đánh giá bằng cách sử dụng các mẫu hình trụ dựa trên độ sâu của lớp bán martensitic trong đó. Lớp thép bán martensitic chứa 50% M và 50% T.

Các thông số chính trong quá trình đông cứng là nhiệt độ gia nhiệt và tốc độ làm nguội. Nhiệt độ gia nhiệt của thép được xác định từ sơ đồ trạng thái, tốc độ làm nguội được xác định từ sơ đồ phân hủy đẳng nhiệt của austenit.

Thời gian gia nhiệt phụ thuộc vào kích thước của chi tiết và độ dẫn nhiệt của thép, được xác định bằng thực nghiệm.

Một trong những mục tiêu của việc hợp kim hóa thép kết cấu là giảm tốc độ tôi tới hạn và đạt được độ cứng của các bộ phận được làm từ chúng khi tôi không chỉ trong nước mà còn trong môi trường làm mát nhẹ nhàng hơn. Mức độ nghiêm trọng của môi trường làm mát xác định mức độ ứng suất nhiệt và pha cũng như khả năng hình thành các vết nứt trong bộ phận. Liên quan đến những điều trên, khi dập tắt, phương tiện làm nguội mềm được ưa thích hơn. Khi làm cứng dụng cụ cắt làm bằng thép cacbon cao, để giảm ứng suất bên trong, việc làm mát được sử dụng trong hai môi trường.

Trong thép có hàm lượng cacbon cao và đặc biệt là trong thép có hàm lượng nguyên tố hợp kim đủ cao, điểm M nằm dưới nhiệt độ phòng và thường dưới 0 °C. Về vấn đề này, trong quá trình làm nguội thông thường, chúng giữ lại rất nhiều austenite còn sót lại. Sự hiện diện của nó làm giảm độ cứng của thép cứng và tính dẫn nhiệt của nó, điều này đặc biệt không mong muốn đối với dụng cụ cắt.

Theo thời gian, austenite còn lại trải qua các biến đổi pha, dẫn đến thay đổi kích thước của sản phẩm. Điều này cực kỳ không thể chấp nhận được đối với một dụng cụ đo lường (kim ghim, phích cắm).

34. Sự thay đổi cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của kim loại khi nung sau khi xử lý bằng áp suất nóng và lạnh

Xử lý áp suất của kim loại dựa trên khả năng biến dạng dẻo của chúng trong những điều kiện nhất định do tác động của ngoại lực lên vật thể (phôi) bị biến dạng.

Nếu trong quá trình biến dạng đàn hồi, vật bị biến dạng khôi phục hoàn toàn hình dạng và kích thước ban đầu sau khi loại bỏ ngoại lực, thì trong quá trình biến dạng dẻo, sự thay đổi về hình dạng và kích thước do tác động của ngoại lực vẫn tồn tại ngay cả sau khi các lực này ngừng tác dụng.

Biến dạng đàn hồi được đặc trưng bởi sự dịch chuyển của các nguyên tử so với nhau một lượng nhỏ hơn khoảng cách giữa các nguyên tử và sau khi loại bỏ ngoại lực, các nguyên tử sẽ trở về vị trí ban đầu. Trong quá trình biến dạng dẻo, các nguyên tử bị dịch chuyển tương đối với nhau một lượng lớn hơn khoảng cách giữa các nguyên tử và sau khi loại bỏ ngoại lực, chúng không trở lại vị trí ban đầu mà chiếm vị trí cân bằng mới.

Tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ và tốc độ biến dạng, người ta phân biệt biến dạng lạnh và biến dạng nóng.

Biến dạng nguội được đặc trưng bởi sự thay đổi hình dạng của các hạt, bị kéo dài theo hướng dòng chảy kim loại mạnh nhất. Trong quá trình biến dạng nguội, sự thay đổi hình dạng đi kèm với sự thay đổi tính chất cơ lý và hóa lý của kim loại. Hiện tượng này được gọi là cứng lại (cứng lại). Sự thay đổi tính chất cơ học là trong quá trình biến dạng dẻo nguội, khi tăng thì đặc tính cường độ tăng, trong khi đặc tính dẻo giảm. Kim loại trở nên cứng hơn nhưng kém dẻo hơn. Sự cứng lại xảy ra do sự quay của các mặt phẳng trượt và sự gia tăng biến dạng của mạng tinh thể trong quá trình biến dạng nguội (tích tụ các sai lệch ở ranh giới hạt). Những thay đổi do biến dạng nguội gây ra đối với cấu trúc và tính chất của kim loại là không thể đảo ngược. Chúng có thể được loại bỏ, ví dụ, bằng cách xử lý nhiệt (ủ). Trong trường hợp này, xảy ra sự tái cấu trúc bên trong, trong đó, do năng lượng nhiệt bổ sung làm tăng độ linh động của nguyên tử, các hạt mới phát triển từ nhiều tâm trong kim loại rắn mà không chuyển pha, thay thế các hạt dài, biến dạng. Vì trong trường nhiệt độ đồng đều, tốc độ phát triển của hạt theo mọi hướng là như nhau, nên các hạt mới xuất hiện để thay thế các hạt bị biến dạng có kích thước gần như giống nhau theo mọi hướng. Hiện tượng tạo mầm và phát triển các hạt cân bằng mới thay vì các hạt bị biến dạng, kéo dài xảy ra ở nhiệt độ nhất định được gọi là sự kết tinh lại. Đối với kim loại nguyên chất, quá trình kết tinh lại bắt đầu ở nhiệt độ tuyệt đối bằng 0,4 nhiệt độ nóng chảy tuyệt đối của kim loại. Quá trình kết tinh lại diễn ra ở một tốc độ nhất định và thời gian cần thiết để kết tinh lại càng ngắn thì nhiệt độ gia nhiệt của phôi bị biến dạng càng cao. Ở nhiệt độ dưới nhiệt độ bắt đầu kết tinh lại, người ta quan sát thấy hiện tượng gọi là phục hồi. Khi quay trở lại (nghỉ), hình dạng và kích thước của các hạt bị biến dạng, thon dài không thay đổi nhưng ứng suất dư giảm đi một phần. Những ứng suất này phát sinh do sự gia nhiệt hoặc làm mát không đồng đều (trong quá trình đúc và xử lý áp suất), sự phân bố biến dạng không đồng đều trong quá trình biến dạng dẻo. Ứng suất dư tạo thành hệ lực cân bằng lẫn nhau và nằm trong chi tiết gia công, không chịu tác dụng của ngoại lực. Việc loại bỏ ứng suất dư trong quá trình quay trở lại hầu như không làm thay đổi tính chất cơ học của kim loại nhưng ảnh hưởng đến một số tính chất vật lý và hóa học của nó. Biến dạng nóng là biến dạng được đặc trưng bởi tỷ lệ giữa tốc độ biến dạng và tốc độ kết tinh lại, tại đó quá trình kết tinh lại có thời gian xảy ra trong toàn bộ thể tích của phôi và cấu trúc vi mô sau khi xử lý áp suất trở nên cân bằng, không có dấu vết đông cứng.

Để đảm bảo các điều kiện xảy ra biến dạng nóng, cần tăng nhiệt độ gia nhiệt của phôi với tốc độ tăng (để tăng tốc độ kết tinh lại).

Nếu kim loại khi kết thúc quá trình biến dạng có cấu trúc không kết tinh lại hoàn toàn, có vết cứng lại thì biến dạng đó gọi là biến dạng nóng không hoàn toàn. Biến dạng nóng không hoàn toàn dẫn đến cấu trúc không đồng nhất, giảm tính chất cơ lý và độ dẻo.

Trong quá trình biến dạng nóng, khả năng chống biến dạng nhỏ hơn khoảng 10 lần so với khi biến dạng nguội và việc thiếu độ cứng dẫn đến khả năng chống biến dạng (cường độ năng suất) thay đổi một chút trong quá trình tạo hình. Tình huống này chủ yếu giải thích thực tế là quá trình xử lý nóng được sử dụng để sản xuất các bộ phận lớn, vì nó đòi hỏi ít lực biến dạng hơn (thiết bị ít mạnh hơn).

Trong quá trình biến dạng nóng, độ dẻo của kim loại cao hơn khi biến dạng nguội.

Có thể sử dụng ảnh hưởng của biến dạng nguội đến các tính chất của kim loại để đạt được đặc tính hiệu suất tốt nhất của các bộ phận và có thể đạt được sự kiểm soát sự thay đổi tính chất theo hướng yêu cầu và đến giá trị mong muốn bằng cách chọn sự kết hợp hợp lý giữa lạnh và nóng. biến dạng, cũng như số lượng và phương thức xử lý nhiệt trong quá trình sản xuất bộ phận.

35. Kết tinh lại, tái kết tinh sơ cấp và tập thể. Ủ kết tinh lại

Khoảng 10-15% tổng năng lượng dành cho biến dạng dẻo được kim loại hấp thụ và tích tụ trong đó dưới dạng tăng thế năng của các nguyên tử dịch chuyển và ứng suất. Kim loại bị biến dạng ở trạng thái không cân bằng, không ổn định. Sự chuyển đổi sang trạng thái cân bằng hơn có liên quan đến việc giảm độ biến dạng trong mạng tinh thể và giải phóng ứng suất, được xác định bởi khả năng chuyển động của các nguyên tử. Ở nhiệt độ thấp, độ linh động của nguyên tử thấp và ở trạng thái cứng lại, nó có thể tồn tại vô thời hạn.

Khi nhiệt độ ngày càng tăng, sự khuếch tán của các nguyên tử tăng lên và các quá trình bắt đầu phát triển trong kim loại, đưa nó đến trạng thái cân bằng hơn. Đây là hiện tượng quay trở lại.

Giai đoạn quay trở lại đầu tiên - nghỉ ngơi, được quan sát ở nhiệt độ thấp. Trong thời gian nghỉ ngơi, số lượng chỗ trống giảm, mật độ trật khớp giảm và căng thẳng giảm bớt một phần.

Giai đoạn quay trở lại thứ hai là đa giác hóa, chia hạt thành các phần - đa giác (hạt con).

Sự đa giác hóa xảy ra do sự trượt và trườn của các sai lệch, do đó các sai lệch của cùng một dấu hiệu tạo thành các “bức tường” ngăn cách các hạt thành đa giác. Ở trạng thái đa giác, tinh thể có ít năng lượng hơn so với tinh thể bị biến dạng và sự hình thành đa giác là một quá trình thuận lợi về mặt năng lượng. Nhiệt độ tại đó quá trình đa giác hóa bắt đầu không cố định. Tốc độ đa giác hóa phụ thuộc vào bản chất của kim loại, mức độ biến dạng trước đó và hàm lượng tạp chất. Khi quay trở lại, không có thay đổi đáng chú ý nào trong cấu trúc vi mô được quan sát; kim loại vẫn giữ được cấu trúc dạng sợi. Đồng thời, độ cứng và độ bền giảm đi đôi chút, độ dẻo tăng lên.

Kết tinh lại. Khi đun nóng đến nhiệt độ đủ cao, độ linh động của các nguyên tử tăng lên và quá trình kết tinh lại xảy ra.

Kết tinh lại là quá trình hình thành và phát triển các hạt mới khi kim loại gia công nguội được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định. Quá trình này xảy ra trong hai giai đoạn. Có sự khác biệt giữa tái kết tinh sơ cấp (xử lý) và tái kết tinh tập thể.

Quá trình kết tinh lại sơ cấp (xử lý) bao gồm sự hình thành hạt nhân và sự phát triển của các hạt cân bằng mới với mạng tinh thể không bị biến dạng. Rất có thể các hạt mới xuất hiện ở ranh giới của các khối và hạt, trượt các gói bên trong các hạt, nơi mà mạng kim loại bị biến dạng nghiêm trọng nhất trong quá trình biến dạng dẻo. Số lượng hạt mới tăng dần và cuối cùng không còn hạt cũ bị biến dạng trong cấu trúc.

Kim loại bị biến dạng ở trạng thái không ổn định có xu hướng chuyển sang trạng thái ổn định với ít năng lượng tự do nhất. Trạng thái này tương ứng với quá trình hình thành các hạt mới có mạng tinh thể không bị biến dạng. Ở những nơi mạng bị biến dạng nhất và do đó kém ổn định nhất, khi bị nung nóng, các nguyên tử chuyển động, mạng được phục hồi và hạt nhân của các hạt cân bằng mới xuất hiện. Hạt nhân của các hạt mới cũng có thể là các khối (khối) có mạng ít biến dạng nhất, trong đó các nguyên tử di chuyển từ các khối lân cận có mạng bị biến dạng.

Kết tinh lại tập thể - giai đoạn thứ hai của quá trình kết tinh lại bao gồm sự phát triển của các hạt mới hình thành. Động lực của quá trình tái kết tinh tập thể là năng lượng bề mặt của hạt. Sự phát triển của các hạt được giải thích là do nếu có nhiều hạt nhỏ thì tổng diện tích bề mặt của chúng rất lớn nên kim loại có nguồn cung cấp năng lượng bề mặt lớn. Khi các hạt trở nên lớn hơn, tổng chiều dài ranh giới của chúng trở nên nhỏ hơn, tương ứng với sự chuyển đổi của kim loại sang trạng thái cân bằng hơn.

Với sự bắt đầu của quá trình kết tinh lại, một sự thay đổi đáng kể về tính chất của kim loại xảy ra, ngược lại với sự thay đổi tính chất trong quá trình đông cứng. Độ bền của kim loại giảm. Độ dẻo, độ nhớt, độ dẫn nhiệt và các tính chất khác tăng lên và giảm đi trong quá trình đông cứng.Các tính chất của kim loại bị ảnh hưởng lớn bởi kích thước của các hạt thu được trong quá trình kết tinh lại. Kích thước hạt tăng khi tăng thời gian giữ. Các hạt lớn nhất được hình thành sau khi bị biến dạng sơ bộ nhẹ. Mức độ biến dạng này được gọi là quan trọng.

Ủ kết tinh lại. Kiểu ủ này được thực hiện để loại bỏ sự cứng lại của kim loại biến dạng nguội. Kim loại được gia công nguội rất cứng và giòn; mạng tinh thể của nó ở trạng thái không cân bằng, sở hữu một nguồn cung cấp năng lượng tự do dư thừa lớn. Ở kim loại được tôi cứng ở nhiệt độ cao, do sự kết hợp của các sai lệch ở những nơi chúng tích tụ, người ta quan sát thấy các khuyết tật nguy hiểm - vết nứt hạt nhân. Trong một số trường hợp, sự cứng lại phải được loại bỏ. Điều này đòi hỏi phải gia nhiệt để kích thích quá trình khuếch tán. Tuy nhiên, ủ kết tinh lại được ưa chuộng hơn do nhiệt độ thấp hơn đáng kể và thời gian ngắn hơn nhiều với kết quả gần như giống hệt nhau.

36. Ủ loại thứ hai. Ủ và chuẩn hóa thép; phương thức và mục đích ủ và chuẩn hóa

Ủ là quá trình gia nhiệt và làm nguội chậm thép. Ủ loại thứ hai - thay đổi cấu trúc của hợp kim để đạt được cấu trúc cân bằng; Ủ loại thứ hai bao gồm ủ hoàn toàn, không đầy đủ và đẳng nhiệt.

Ủ kết tinh lại dựa trên quá trình kết tinh lại pha, tức là ủ loại thứ hai. Mục đích chính của nó là thay đổi hoàn toàn thành phần pha. Nhiệt độ gia nhiệt và thời gian giữ phải đảm bảo các biến đổi cấu trúc cần thiết, tốc độ làm nguội được chọn sao cho các biến đổi pha khuếch tán ngược có thời gian xảy ra. Sau khi ủ, thu được cấu trúc hạt mịn đồng nhất, độ cứng giảm, độ dẻo tăng, ủ loại II được sử dụng làm xử lý nhiệt sơ bộ và trước khi gia công các bộ phận thép trên máy cắt kim loại.

Tùy thuộc vào nhiệt độ gia nhiệt, người ta phân biệt giữa ủ hoàn toàn và ủ không hoàn toàn.

Ủ hoàn toàn được sử dụng cho thép hypoeutectoid. Các sản phẩm được nung nóng để đảm bảo kết tinh lại hoàn toàn - sự chuyển đổi cấu trúc ferrite-pearlite ban đầu thành austenite. Mục đích của nó là cải thiện cấu trúc của thép để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo bằng cách cắt, dập hoặc làm cứng, cũng như để có được cấu trúc ngọc trai cân bằng hạt mịn trong phần hoàn thiện.

Ủ không hoàn toàn có liên quan đến quá trình kết tinh lại pha, nó được sử dụng sau khi xử lý áp suất nóng, khi phôi có cấu trúc hạt mịn.

Sau khi làm nguội, sẽ thu được cấu trúc thô bao gồm các hạt ferit và ngọc trai lớn. Thép đã giảm độ dẻo. Việc sản xuất xi măng dạng hạt được tạo điều kiện thuận lợi nhờ biến dạng dẻo nóng trước khi ủ, trong đó mạng lưới xi măng bị nghiền nát. Thép có xi măng dạng hạt được xử lý tốt hơn bằng dụng cụ cắt và có được cấu trúc tốt sau khi đông cứng.

Để tiết kiệm thời gian, quá trình ủ đẳng nhiệt được thực hiện. Trong quá trình ủ đẳng nhiệt, trong quá trình giữ nhiệt độ được cân bằng trên mặt cắt ngang của sản phẩm. Điều này giúp có được cấu trúc đồng đều hơn và tính chất đồng nhất. Thép hợp kim phải chịu quá trình ủ này. Khi ủ thép hợp kim, không chỉ thời gian gia nhiệt và giữ nhiệt tăng lên mà còn cả thời gian làm nguội. Thép hợp kim cao được làm nguội ở tốc độ thấp do tính ổn định cao hơn của austenite hợp kim. Độ cứng của chúng vẫn cao sau khi ủ, làm giảm khả năng gia công bằng dụng cụ cắt.

Chuẩn hóa là tên được đặt cho quá trình xử lý nhiệt thép, trong đó sản phẩm được nung nóng đến trạng thái austenit và làm nguội trong không khí tĩnh. Sự khác biệt giữa quá trình chuẩn hóa và ủ hoàn toàn đối với thép hypoeutectoid chỉ nằm ở tốc độ làm nguội. Kết quả của quá trình chuẩn hóa là thu được cấu trúc eutectoid mịn hơn, ứng suất bên trong giảm đi và các khuyết tật phát sinh trong quá trình xử lý sản phẩm trước đó được loại bỏ. Độ cứng và độ bền cao hơn sau khi ủ. Chuẩn hóa được sử dụng như một hoạt động trung gian nhằm cải thiện cấu trúc. Đặc điểm của loại xử lý nhiệt này là nhiệt độ gia nhiệt và làm mát trong không khí tĩnh. Những tính năng này là do các mục tiêu cụ thể của việc chuẩn hóa. Khi áp dụng cho thép hypoeutectoid, đặc biệt là thép cacbon thấp, quá trình chuẩn hóa trong thời gian ngắn hơn và chế độ làm mát đơn giản hơn cho phép người ta thu được kết quả tương tự như khi ủ.

Làm mát trong không khí mang lại mức độ siêu lạnh của austenite cao hơn so với khi ủ, các sản phẩm phân hủy của nó trở nên phân tán hơn và mật độ của các sai lệch được tạo ra đạt tới 108 cm2, do đó, bằng cách chuẩn hóa, mức phạt thuận lợi hơn -có thể thu được kết cấu thép có đặc tính cường độ cao hơn.

Trong một số trường hợp, khi vật liệu sản phẩm không yêu cầu tăng đặc tính cường độ, việc chuẩn hóa sẽ thay thế quá trình đông cứng. Điều này đặc biệt đúng đối với các bộ phận được làm bằng thép cacbon thấp, loại trừ việc sử dụng phương pháp làm cứng do tốc độ làm cứng tới hạn rất cao. Khi bình thường hóa thép hypereutectoid, do sự kết tủa nhanh chóng của lượng dư xi măng (thứ cấp) từ austenite, mạng lưới xi măng không mong muốn không hình thành xung quanh các hạt ngọc trai. Về vấn đề này, một trong những mục tiêu của quá trình chuẩn hóa là phá hủy mạng lưới được đề cập trong thép siêu cùng tích.

Ủ kết tinh lại (tái kết tinh) thép xảy ra ở nhiệt độ 500-550°C; ủ để giảm căng thẳng bên trong - ở nhiệt độ 600-700°. Những kiểu ủ này làm giảm ứng suất bên trong vật đúc do làm nguội không đều các bộ phận của chúng và trong các phôi được xử lý bằng áp suất ở nhiệt độ dưới mức tới hạn.

Ủ khuếch tán được sử dụng trong trường hợp quan sát thấy sự phân tách nội tinh thể trong thép. Việc cân bằng thành phần trong các hạt austenit đạt được nhờ sự khuếch tán của cacbon và các tạp chất khác ở trạng thái rắn, cùng với sự tự khuếch tán của sắt. Kết quả là thép trở nên đồng nhất về thành phần (đồng nhất) nên ủ khuếch tán còn gọi là đồng nhất hóa.

Nhiệt độ đồng nhất phải đủ cao nhưng hạt không bị cháy.

37. Tôi luyện thép. Sự biến đổi của thép trong quá trình tôi luyện, sự thay đổi vi cấu trúc và tính chất

Ủ là hoạt động nung nóng thép cứng để giảm ứng suất dư và tạo ra một tập hợp các tính chất cơ học cần thiết cho hoạt động lâu dài của sản phẩm. Quá trình ủ được thực hiện bằng cách nung các bộ phận đã được làm cứng thành martensite đến nhiệt độ dưới mức tới hạn. Trong trường hợp này, tùy thuộc vào nhiệt độ gia nhiệt, có thể thu được các trạng thái martensite, troostite hoặc sorbitol được tôi luyện. Các trạng thái này khác với trạng thái đông cứng về cấu trúc và tính chất: trong quá trình đông cứng, xi măngit (trong troostite và sorbite) thu được ở dạng tấm kéo dài, như trong đá trân châu dạng phiến. Và khi được tôi luyện, nó sẽ có dạng hạt hoặc dạng chấm, giống như đá trân châu dạng hạt.

Khi tôi luyện thép cứng thành martensite, các biến đổi xảy ra trong đó, dẫn đến sự phân hủy martensite và hình thành thành phần pha cấu trúc cân bằng. Cường độ và kết quả của những biến đổi này phụ thuộc vào nhiệt độ ủ. Nhiệt độ ủ được chọn tùy thuộc vào mục đích hoạt động chức năng của sản phẩm.

Trong quá trình nhiều năm thực hành vận hành và sản xuất, ba nhóm sản phẩm chính đã xuất hiện, đòi hỏi các phức hợp đặc tính độ nhớt-độ bền cụ thể của “chúng” để hoạt động thành công.

Nhóm thứ nhất: dụng cụ đo cắt và khuôn dập nguội. Vật liệu của chúng đòi hỏi độ cứng cao và độ nhớt nhỏ. Nhóm thứ hai bao gồm lò xo và lò xo, vật liệu của chúng được yêu cầu kết hợp giới hạn đàn hồi cao với độ nhớt thỏa đáng. Nhóm thứ ba bao gồm hầu hết các bộ phận của máy chịu tải tĩnh và đặc biệt là tải động hoặc tải tuần hoàn. Trong quá trình vận hành lâu dài của sản phẩm, vật liệu của chúng đòi hỏi sự kết hợp của các đặc tính cường độ thỏa đáng với độ nhớt tối đa.

Tùy thuộc vào nhiệt độ gia nhiệt, có ba loại ủ: nhiệt độ thấp (thấp), nhiệt độ trung bình (trung bình) và nhiệt độ cao (cao). Ưu điểm của cấu trúc điểm là sự kết hợp thuận lợi hơn giữa sức mạnh và độ dẻo.

Trong quá trình ủ thấp (nung đến nhiệt độ 200-300°), martensite chủ yếu vẫn còn trong kết cấu thép; Ngoài ra, quá trình tách cacbua sắt khỏi dung dịch cacbon rắn trong sắt b bắt đầu và sự tích tụ ban đầu của chúng thành các nhóm nhỏ. Điều này đòi hỏi độ cứng giảm nhẹ và tăng tính chất dẻo và nhớt của thép, cũng như giảm ứng suất bên trong ở các bộ phận.

Để ủ ở nhiệt độ thấp, các bộ phận được giữ trong một thời gian nhất định, thường là trong bể dầu hoặc muối. Nhiệt độ thấp được sử dụng để cắt, dụng cụ đo lường và bánh răng. Trong quá trình ủ trung bình và cao, thép chuyển từ trạng thái martensite sang trạng thái troostite hoặc sorbitol. Nhiệt độ càng cao thì độ cứng của thép cường lực càng thấp và độ dẻo và độ dẻo dai của nó càng lớn. Với quá trình tôi luyện cao, thép nhận được sự kết hợp của các tính chất cơ học, cường độ, độ dẻo và độ dẻo dai tăng lên, do đó, tôi luyện thép cao sau khi đông cứng thành martensite được gọi là khuôn rèn, lò xo, lò xo và cao - đối với nhiều bộ phận chịu ứng suất cao.

Đối với một số loại thép, quá trình ủ được thực hiện sau khi chuẩn hóa. Điều này đề cập đến thép hợp kim hypoeutectoid hạt mịn (đặc biệt là niken), có độ bền cao và do đó khả năng gia công kém bằng dụng cụ cắt. Để cải thiện khả năng gia công, thép được chuẩn hóa ở nhiệt độ cao (lên tới 950-970°), nhờ đó nó thu được cấu trúc lớn (xác định khả năng gia công tốt hơn) và đồng thời tăng độ cứng (do tốc độ đông cứng tới hạn thấp của thép). thép niken). Để giảm độ cứng, loại thép này được tôi luyện ở mức độ cao.

Mục đích của quá trình tôi không chỉ đơn giản là loại bỏ ứng suất bên trong thép đã cứng. Với nhiệt độ thấp, martensite được giải phóng một phần khỏi các nguyên tử carbon làm bão hòa mạng tinh thể của nó; cơ sở của martensite được tôi luyện là dung dịch carbon rắn siêu bão hòa.

Quá trình ủ ở nhiệt độ trung bình (medium) được thực hiện ở nhiệt độ từ 350 đến 450 ° C. Với quá trình gia nhiệt như vậy, quá trình phân hủy martensite hoàn tất, dẫn đến sự hình thành ferit và xi măng có thành phần và cấu trúc bên trong bình thường. Do cường độ của quá trình khuếch tán không đủ nên kích thước hạt của các pha thu được rất nhỏ.

Quá trình ủ ở nhiệt độ cao (cao) được thực hiện ở 500-650 ° C. Trong điều kiện gia nhiệt như vậy, với quá trình khuếch tán tăng lên, sự hình thành các hạt ferit và xi măng lớn hơn xảy ra, kèm theo sự giảm mật độ sai lệch và loại bỏ hoàn toàn ứng suất dư.

Sản phẩm phân hủy martensite thu được trong quá trình ủ cao, được gọi là sorbitol ủ, có độ nhớt tối đa đối với thép.

Tổ hợp này lý tưởng cho các bộ phận máy chịu tải trọng động. Do lợi thế này, xử lý nhiệt, kết hợp làm cứng và ủ cao, từ lâu đã được coi là một cải tiến.

38. Xử lý nhiệt hóa học thép. Mục đích, loại và mô hình chung. Độ bão hòa khuếch tán của hợp kim với kim loại và phi kim loại

Xử lý nhiệt hóa học (CHT) là phương pháp xử lý kết hợp giữa tác dụng nhiệt và hóa học nhằm làm thay đổi thành phần, cấu trúc và tính chất của lớp bề mặt của chi tiết theo hướng yêu cầu, trong đó xảy ra hiện tượng bão hòa bề mặt của vật liệu kim loại với cường độ tương ứng. nguyên tố (C, T, B, Al, Cr, Si, T, v.v.) bằng cách khuếch tán ở trạng thái nguyên tử từ môi trường bên ngoài ở nhiệt độ cao.

Xử lý hóa học kim loại và hợp kim, nhằm mục đích làm cứng bề mặt và bảo vệ chống ăn mòn, làm tăng độ tin cậy và độ bền của các bộ phận máy.

CTO bao gồm các giai đoạn chính được kết nối với nhau:

1) sự hình thành các nguyên tử hoạt động trong môi trường bão hòa và sự khuếch tán của chúng tới bề mặt kim loại đang được xử lý;

2) các nguyên tử hoạt động được hình thành do hấp phụ bởi bề mặt bão hòa;

3) chuyển động khuếch tán của các nguyên tử bị hấp phụ bên trong kim loại. Sự phát triển của quá trình khuếch tán dẫn đến sự hình thành lớp khuếch tán - vật liệu của bộ phận ở bề mặt bão hòa, khác với lớp ban đầu về thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất.

Vật liệu của phần dưới lớp khuếch tán không bị ảnh hưởng bởi môi trường hoạt động bão hòa được gọi là lõi. Tổng độ dày của lớp khuếch tán là khoảng cách ngắn nhất từ bề mặt bão hòa đến lõi. Độ dày hiệu dụng của lớp khuếch tán là khoảng cách ngắn nhất từ bề mặt bão hòa đến phần đo, khác với giá trị danh nghĩa tối đa được thiết lập của tham số cơ bản.

Tham số cơ bản của lớp khuếch tán là tham số vật liệu đóng vai trò là tiêu chí cho sự thay đổi chất lượng tùy thuộc vào khoảng cách từ bề mặt bão hòa. Vùng chuyển tiếp của lớp khuếch tán là phần bên trong của lớp khuếch tán tiếp giáp với lõi, phạm vi của nó được xác định bởi sự chênh lệch về tổng độ dày và độ dày hiệu dụng.

Giai đoạn CTO là khuếch tán. Trong kim loại, trong quá trình hình thành dung dịch rắn thay thế, sự khuếch tán chủ yếu xảy ra thông qua cơ chế chỗ trống. Trong quá trình hình thành dung dịch rắn kẽ, cơ chế khuếch tán dọc theo kẽ hở được thực hiện.

Xi măng thép - CHT, bao gồm quá trình bão hòa khuếch tán của lớp bề mặt thép với carbon khi nung trong bộ chế hòa khí, được thực hiện ở nhiệt độ 930-950 ° C, khi austenite ổn định, hòa tan carbon với số lượng lớn.

Để cacbon hóa, thép hợp kim có hàm lượng carbon thấp được sử dụng. Các bộ phận được nhận để chế hòa khí sau khi gia công có cho phép mài.

Các loại xi măng chính là rắn và khí. Xi măng khí là một quá trình công nghệ tiên tiến hơn quá trình cacbon hóa rắn. Trong trường hợp xi măng khí, có thể đạt được nồng độ cacbon nhất định trong lớp; thời gian của quá trình giảm; khả năng cơ giới hóa hoàn toàn và tự động hóa quy trình được cung cấp; Xử lý nhiệt các bộ phận được đơn giản hóa.

Xử lý nhiệt là cần thiết để: chỉnh sửa cấu trúc và tinh chỉnh hạt của lõi và lớp xi măng; đạt được độ cứng cao trong lớp xi măng và tính chất cơ lý tốt của lõi. Sau khi cacbon hóa, xử lý nhiệt bao gồm làm nguội và ủ kép. Nhược điểm của việc xử lý nhiệt như vậy là sự phức tạp của quy trình công nghệ, khả năng oxy hóa và khử cacbon.

Hoạt động cuối cùng là ủ ở nhiệt độ thấp ở 160-180 ° C, biến martensite đã nguội ở lớp bề mặt thành martensite được tôi luyện, làm giảm ứng suất và cải thiện tính chất cơ học.

Thấm nitơ thép - xử lý hóa học, bao gồm quá trình bão hòa khuếch tán của lớp bề mặt thép bằng nitơ khi được nung nóng trong môi trường thích hợp. Độ cứng của lớp thép nitrided cao hơn lớp xi măng và được duy trì khi nung ở nhiệt độ cao (450-500°C), trong khi độ cứng của lớp xi măng có cấu trúc martensitic được duy trì đến 200 -225°C. Quá trình thấm nitơ thường được thực hiện ở nhiệt độ 500-600°C.

Độ bão hòa khuếch tán của hợp kim với kim loại và phi kim loại

Boring là quá trình bão hòa bề mặt kim loại và hợp kim bằng boron nhằm tăng độ cứng, chống mài mòn và chống ăn mòn. Thép thuộc các lớp ngọc trai, ferit và austenit, kim loại chịu lửa và hợp kim niken phải chịu mài mòn.

Silicon hóa. Do độ bão hòa khuếch tán của bề mặt silicon, khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt, độ cứng và khả năng chống mài mòn của kim loại và hợp kim tăng lên.

Mạ Chrome là độ bão hòa bề mặt của sản phẩm bằng crom. Gang, thép thuộc nhiều loại khác nhau, hợp kim dựa trên niken, molypden, vonfram, niobi, coban và vật liệu gốm kim loại phải được mạ crom khuếch tán. Mạ crom được thực hiện trong buồng chân không ở nhiệt độ 1420°C.

Aluminizing là quá trình bão hòa khuếch tán bề mặt sản phẩm bằng nhôm nhằm tăng khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn và xói mòn. Khi nhôm hóa sắt và thép, nồng độ nhôm giảm dần được quan sát thấy trong suốt chiều dày của lớp.

Mục đích của việc làm cứng bề mặt là tăng độ cứng, khả năng chống mài mòn và giới hạn độ bền của bề mặt sản phẩm được gia công. Đồng thời, lõi vẫn có độ nhớt và sản phẩm hấp thụ tải trọng sốc.

39. Lão hóa. Mục đích, sự thay đổi vi cấu trúc và tính chất của hợp kim trong quá trình lão hóa

Nhiệt luyện và lão hóa là các loại xử lý nhiệt, dẫn đến thay đổi tính chất của hợp kim cứng.

Thuật ngữ ủ thường chỉ được áp dụng cho những hợp kim đã được tôi bằng biến đổi đa hình và thuật ngữ lão hóa - trong trường hợp tôi mà không có biến đổi đa hình (sau khi làm nguội như vậy, dung dịch rắn siêu bão hòa được cố định).

Mục đích của việc ủ thép là cải thiện tính chất của nó. Thép tôi làm mềm tác dụng của quá trình đông cứng, giảm hoặc loại bỏ ứng suất dư, tăng độ dẻo dai và giảm độ cứng và độ giòn của thép. Quá trình ủ được thực hiện bằng cách nung các bộ phận đã được làm cứng thành martensite đến nhiệt độ dưới mức tới hạn.

Ngược lại với quá trình ủ, sau khi lão hóa, độ bền và độ cứng tăng lên và độ dẻo giảm.

Quá trình chính trong quá trình lão hóa là sự phân hủy dung dịch rắn siêu bão hòa, thu được do quá trình đông cứng.

Do đó, sự lão hóa của hợp kim có liên quan đến độ hòa tan thay đổi của pha dư và sự cứng lại trong quá trình lão hóa xảy ra do sự kết tủa phân tán trong quá trình phân hủy dung dịch rắn siêu bão hòa và gây ra ứng suất bên trong.

Trong các hợp kim lão hóa, kết tủa từ dung dịch rắn quá bão hòa xảy ra ở các dạng chính sau: tấm mỏng (hình đĩa), đẳng trục (thường là hình cầu hoặc hình khối) và hình kim. Năng lượng biến dạng đàn hồi là tối thiểu đối với các kết tủa ở dạng tấm mỏng - thấu kính. Mục đích chính của quá trình lão hóa là tăng cường sức mạnh và ổn định các đặc tính.

Lão hóa được phân biệt giữa tự nhiên, nhân tạo và sau biến dạng dẻo.

Lão hóa tự nhiên là sự gia tăng tự phát về độ bền (và giảm độ dẻo) của hợp kim cứng, xảy ra trong quá trình tiếp xúc ở nhiệt độ bình thường. Làm nóng hợp kim làm tăng tính di động của các nguyên tử, giúp tăng tốc quá trình.

Dung dịch rắn ở nhiệt độ thấp thường bị phân hủy đến giai đoạn hình thành vùng. Những vùng này là những vùng phân tán được làm giàu bằng thành phần dư thừa. Chúng giữ lại cấu trúc tinh thể mà dung dịch ban đầu có. Các khu vực được đặt tên theo Guinier và Preston. Khi sử dụng kính hiển vi điện tử, có thể quan sát thấy các vùng này ở hợp kim Al - Ag, có dạng hạt hình cầu với đường kính ~10A. Hợp kim Al - Cu có các bản đới có chiều dày <10A.

Lão hóa nhân tạo là sự gia tăng sức mạnh xảy ra trong quá trình lão hóa ở nhiệt độ cao. Nếu một hợp kim cứng có cấu trúc của dung dịch rắn siêu bão hòa bị biến dạng dẻo, điều này sẽ đẩy nhanh các quá trình xảy ra trong quá trình lão hóa. Kiểu lão hóa này được gọi là lão hóa biến dạng. Xử lý nhiệt hợp kim nhôm bao gồm hai chu kỳ - làm cứng và lão hóa. Lão hóa bao gồm tất cả các quá trình xảy ra trong dung dịch rắn siêu bão hòa - các quá trình chuẩn bị cho quá trình tách và tách. Sự biến đổi trong đó chỉ xảy ra các quá trình kết tủa được gọi là sự làm cứng kết tủa.

Đối với thực tế, thời gian ủ có tầm quan trọng lớn - thời gian diễn ra các quá trình chuẩn bị trong hợp kim đã cứng, thời gian mà hợp kim đã cứng vẫn giữ được độ dẻo cao. Điều này cho phép quá trình gia công nguội được thực hiện ngay sau khi làm nguội.

Nếu trong quá trình lão hóa chỉ xảy ra các quá trình phân tách mà không có các quá trình chuẩn bị phức tạp thì hiện tượng này được gọi là sự đông cứng phân tán.

Ý nghĩa thực tiễn của hiện tượng lão hóa hợp kim là rất lớn. Do đó, sau khi lão hóa, độ bền tăng lên và độ dẻo của thép cacbon thấp giảm do sự kết tủa phân tán của xi măng bậc ba và nitrua trong ferit.

Lão hóa là phương pháp chính để tăng cường hợp kim nhôm, một số hợp kim đồng và nhiều hợp kim chịu nhiệt và khác. Hiện nay, hợp kim maraging ngày càng được sử dụng nhiều hơn.

Ngày nay, khá thường xuyên, thay vì thuật ngữ “lão hóa tự nhiên” người ta sử dụng thuật ngữ “lão hóa ở nhiệt độ thấp” và thay vì “lão hóa nhân tạo” thì người ta sử dụng thuật ngữ “lão hóa ở nhiệt độ cao”. Kim loại đầu tiên được gia cố bằng quá trình lão hóa là hợp kim nhôm. Quá trình làm cứng được thực hiện ở nhiệt độ trên 100 ° C.

Ở các phạm vi nhiệt độ khác nhau, người ta quan sát thấy sự khác biệt trong quá trình phân hủy. Do đó, để có được tập hợp các tính chất tối ưu trong hợp kim, quá trình lão hóa phức tạp được sử dụng, diễn ra theo một trình tự nhất định, ở nhiệt độ thấp và cao hơn.

Sự lão hóa của hợp kim, do quá trình phân hủy dung dịch rắn bão hòa, là quan trọng nhất. Sau khi làm nguội hợp kim, trạng thái siêu bão hòa của dung dịch rắn xuất hiện. Điều này là do ở nhiệt độ cao độ hòa tan của tạp chất và các thành phần hợp kim tăng lên.

40. Phân loại và ghi nhãn thép hợp kim. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến sự biến đổi, vi cấu trúc và tính chất của thép; nguyên tắc phát triển thép hợp kim

Thép hợp kim là thép có chứa, ngoài carbon và các tạp chất thông thường, các nguyên tố khác giúp cải thiện tính chất của nó.

Crom, niken, mangan, silicon, vonfram, molypden, vanadi, coban, titan, nhôm, đồng và các nguyên tố khác được sử dụng để hợp kim thép. Mangan chỉ được coi là thành phần hợp kim khi hàm lượng của nó trong thép lớn hơn 1% và silicon được coi là khi hàm lượng của nó lớn hơn 0,8%.

Các nguyên tố hợp kim được đưa vào thép, làm thay đổi các tính chất cơ, lý và hóa học của thép, và tùy thuộc vào mục đích của thép, các nguyên tố được đưa vào thép sẽ thay đổi các tính chất theo hướng mong muốn.

Thép hợp kim nhiều loại chỉ có được các tính chất cơ lý cao sau khi xử lý nhiệt.

Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim có trong thép, nó được chia thành hợp kim thấp (tổng hàm lượng nguyên tố hợp kim dưới 2,5%), hợp kim trung bình (từ 2,5 đến 10%) và hợp kim cao (trên 10%). ).

Nhược điểm của thép carbon là loại thép này không có được sự kết hợp các tính chất cơ học như mong muốn. Với hàm lượng carbon ngày càng tăng, độ bền và độ cứng tăng lên, nhưng đồng thời độ dẻo và độ dẻo dai giảm mạnh và độ dễ vỡ tăng lên. Dụng cụ cắt bằng thép carbon rất giòn và không thích hợp cho các hoạt động có tác động lên dụng cụ.

Thép carbon thường không đáp ứng được yêu cầu khắt khe về chế tạo cơ khí và công cụ. Trong những trường hợp như vậy, phải sử dụng thép hợp kim.

Các nguyên tố hợp kim liên quan đến carbon được chia thành hai nhóm:

1) các nguyên tố tạo thành các hợp chất hóa học ổn định với cacbon - cacbua (crom, mangan, molypden, vonfram, titan); cacbua có thể đơn giản (ví dụ, Cr₄ C) hoặc hợp kim phức tạp (ví dụ ((FeCr)7C3); độ cứng của chúng thường cao hơn độ cứng của cacbua sắt và độ giòn của chúng thấp hơn;

2) các nguyên tố không tạo thành cacbua khi có mặt sắt và được đưa vào dung dịch rắn - ferit (niken, silicon, coban, nhôm, đồng).

Theo mục đích sử dụng, thép hợp kim được chia thành thép kết cấu, thép công cụ và thép có tính chất vật lý và hóa học đặc biệt.

Thép kết cấu được dùng để chế tạo các chi tiết máy; nó được chia thành xi măng (có thể xi măng) và cải tiến (có thể cải thiện - làm cứng và ủ cao). Các loại thép có tính chất đặc biệt bao gồm: không gỉ, chịu nhiệt, chịu axit, chịu mài mòn, có tính chất từ và điện đặc biệt.

Đánh dấu theo GOST để chỉ các nguyên tố hợp kim: X - crom, N - niken, G - mangan, C - silicon, B - vonfram, M - molypden, K - coban.

Đối với thép hợp kim kết cấu, một dấu hiệu đã được áp dụng trong đó hai chữ số đầu tiên biểu thị hàm lượng carbon trung bình tính bằng phần trăm phần trăm, các chữ cái biểu thị sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim tương ứng và các số theo sau các chữ cái biểu thị tỷ lệ phần trăm của các thành phần này. trong thép. Nếu không có số sau bất kỳ chữ cái nào thì hàm lượng nguyên tố này trong thép xấp xỉ 1%. Nếu thiếu con số này thì thép chứa khoảng hoặc hơn 1% carbon.

Để chỉ thép chất lượng cao, hãy thêm chữ A vào cuối dấu. Thép chất lượng cao chứa ít lưu huỳnh và phốt pho hơn thép chất lượng cao thông thường.

Thép chuyên dụng có ký hiệu đặc biệt bằng các chữ cái được đặt ở phía trước: Ш - ổ bi, R - tốc độ cao, Zh - thép không gỉ crôm thuộc loại ferritic, I - thép không gỉ crom-niken thuộc loại austenit, E - thép điện.

Nhiều loại thép có thể được phân loại là vật liệu kỹ thuật có đặc tính cường độ khá cao. Các loại thép này bao gồm: thép cacbon, thép hợp kim thấp, thép hợp kim trung bình cường độ cao, thép hợp kim cao cường độ cao (lão hóa martensitic).

Tất cả các loại thép hợp kim có thể được chia thành các nhóm tùy thuộc vào bốn đặc điểm: theo cấu trúc cân bằng của thép, theo cấu trúc sau khi làm nguội thép trong không khí, theo thành phần của thép và theo mục đích của thép.

Tùy thuộc vào lượng carbon chứa trong thép, các loại sau được phân biệt: carbon thấp đến 0.1-0.2%, carbon trung bình và carbon cao 0.6-1.7% C.

Cấu trúc của thép có thể là thép hypoeutectoid (ferrite + Pearlite), eutectoid (Pearlite) và thép Hypereutectoid (Pearlite + Concreteite).

Có ba phương pháp luyện thép: phương pháp sôi, phương pháp nửa im lặng và phương pháp bình tĩnh. Với phương pháp đun sôi, kết cấu thép chứa một lượng lớn bọt khí, là kết quả của quá trình khử oxy của thép trong khuôn và giải phóng CO.

Thép cũng được sản xuất bằng cách sử dụng máy chuyển đổi, lò điện và nhà máy đúc liên tục.

41. Thép kết cấu: xây dựng, chế tạo máy, cường độ cao. Thép công cụ: thép dùng cho dụng cụ cắt, vòng bi, thép khuôn

Thép công cụ carbon U8, U10, U11, U12, do độ ổn định thấp của austenite siêu lạnh nên có độ cứng thấp, chúng được sử dụng cho các công cụ cỡ nhỏ.

Thép U10, U11, U12 được sử dụng cho các công cụ cắt (khoan, dũa), U7 và U8 - cho các công cụ chế biến gỗ. Thép chỉ có thể được sử dụng làm công cụ cắt để cắt ở tốc độ thấp, vì độ cứng cao (U10-U12-62-63НРС) của chúng bị giảm đi đáng kể khi được nung nóng trên 190-200 °C.

Thép hợp kim có độ cứng cao hơn, không có khả năng chịu nhiệt (11ХФ, 13Х, ХВСГ, 9ХС, Х, В2Ф), thích hợp để cắt các vật liệu có độ bền thấp, chúng được sử dụng cho các dụng cụ không tiếp xúc với nhiệt trong quá trình vận hành. Thép hợp kim có độ cứng cao hơn thép cacbon.

Thép tốc độ cao (R6M5, R12F3, R8M3) có khả năng chịu nhiệt cao và có độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn cao ở nhiệt độ cao xảy ra ở lưỡi cắt khi cắt ở tốc độ cao. Các nguyên tố hợp kim chính của các loại thép này là vonfram, molypden, coban và vanadi.

Thép carbon được chia thành thép kết cấu (thép mềm và cứng vừa) và thép công cụ (cứng).

Kết cấu thép theo GOST được chia thành:

1) thép cacbon chất lượng thông thường, được cán nóng, luyện bằng phương pháp lò lộ thiên hoặc phương pháp Bessemer;

2) thép carbon chất lượng cao dùng cho kỹ thuật, được cán nóng và rèn, nấu chảy trong lò nung lộ thiên hoặc lò điện. Thép này được sử dụng để sản xuất các bộ phận và cơ chế máy móc quan trọng hơn.

Thép hợp kim kết cấu được sử dụng để sản xuất các bộ phận máy quan trọng và kết cấu kim loại.

Thép hợp kim ba. Crom là thành phần hợp kim giúp tăng độ bền của thép và có giá thành tương đối rẻ. Crom mang lại khả năng chống mài mòn tốt cho thép và khi lượng cacbon tăng lên, độ cứng cao do sự hình thành cacbua.

Thép crom hợp kim thấp và trung bình được sử dụng rộng rãi trong sản xuất máy bay, ô tô và máy kéo, cũng như trong các ngành cơ khí khác để sản xuất trục, trục, bánh răng và các bộ phận khác.

Thép Chrome có hàm lượng 0,4-1,65% Cr và 0,95-1,15% C tạo thành nhóm thép chịu lực. Thép mạ crôm hợp kim thấp cũng được sử dụng để chế tạo công cụ. Thép mạ crôm hợp kim cao không gỉ và có khả năng chống ăn mòn không chỉ trong không khí mà còn trong môi trường khắc nghiệt. Nó giữ được độ bền ở nhiệt độ cao và được sử dụng để sản xuất cánh tuabin, xi lanh áp suất cao và ống quá nhiệt hơi nước.

Niken là nguyên tố hợp kim tuyệt vời nhưng rất đắt và khan hiếm. Họ cố gắng sử dụng nó kết hợp với crom và mangan. Niken làm tăng cường độ, độ dẻo dai và độ cứng (sau khi đông cứng) của thép, giảm nhẹ độ dẻo và tăng đáng kể độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Sau khi làm nguội và tôi luyện ở mức độ thấp, thép niken có độ cứng cao nhưng không giòn.

Thép niken hợp kim thấp và trung bình được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và cơ khí quan trọng. Thép niken hợp kim cao có tính chất đặc biệt. Với hàm lượng silicon lớn hơn 0,8%, độ bền, độ đàn hồi và độ cứng của thép tăng lên, làm giảm độ dẻo dai của nó.

Thép silic cacbon thấp được sử dụng để xây dựng cầu và không qua xử lý nhiệt.

Thép 55С2, 6°C2 được dùng để chế tạo lò xo, lò xo lá. Sau khi tôi và tôi, loại thép này có độ bền kéo và độ đàn hồi cao.

Mangan làm tăng độ cứng và độ bền của thép, tăng độ cứng và cải thiện khả năng hàn. Thép mangan hợp kim là thép có chứa ít nhất 1% Mn. Trong thực tế, thép mangan hợp kim thấp và hợp kim cao được sử dụng.

Loại thép hợp kim cao G13, có độ bền rất cao và khả năng chống mài mòn do va đập, đã trở nên phổ biến: công tắc và thanh ngang đường sắt, cũng như tấm che mặt của máy nạo vét được chế tạo từ nó.

Thép hợp kim dụng cụ. Đối với mỗi loại dụng cụ, cần sử dụng thép có chất lượng phù hợp nhất với điều kiện làm việc nhất định.

Thép hợp kim thấp dùng làm dụng cụ cắt không khác gì thép cacbon về khả năng cắt và được sử dụng ở tốc độ cắt thấp.

Các loại thép hợp kim thấp phổ biến dùng làm dụng cụ cắt là:

1) thép loại X - crôm (để sản xuất máy cắt, máy khoan);

2) loại thép 9ХС - crom-silicon (để sản xuất máy cắt, máy khoan);

3) loại thép B1 - vonfram (để sản xuất máy khoan xoắn ốc, mũi khoan).

42. Thép không gỉ, thép chịu nhiệt, chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu điện và chịu mài mòn

Khả năng chống ăn mòn của thép tăng lên nếu hàm lượng carbon giảm đến mức tối thiểu có thể và một nguyên tố hợp kim được đưa vào sẽ tạo thành dung dịch rắn với sắt với lượng đến mức điện thế của hợp kim tăng lên. Thép có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển được gọi là thép không gỉ. Thép hoặc hợp kim có khả năng chống chịu cao trước tác động ăn mòn của axit, muối, kiềm và các môi trường xâm thực khác được gọi là kháng axit.

Ăn mòn là sự phá hủy kim loại do tương tác điện hóa của chúng với môi trường. Vật liệu kết cấu có khả năng chống ăn mòn cao. Thép cacbon và thép hợp kim thấp không có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển, nước và các môi trường khác. Chống ăn mòn là kim loại và hợp kim có khả năng chống lại tác động ăn mòn của môi trường.

Crom là nguyên tố hợp kim chính giúp thép có khả năng chống ăn mòn trong môi trường oxy hóa.

Khả năng chịu nhiệt là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại tác động ăn mòn của khí ở nhiệt độ cao. Tác động ăn mòn của khí dẫn đến quá trình oxy hóa thép ở nhiệt độ cao. Cường độ oxy hóa bị ảnh hưởng bởi thành phần và cấu trúc của màng oxit. Nếu màng xốp thì quá trình oxy hóa diễn ra mạnh mẽ, nếu dày đặc thì quá trình oxy hóa chậm lại hoặc dừng hẳn.

Để có được màng oxit dày đặc ngăn oxy xâm nhập sâu vào thép, người ta hợp kim với crom, silicon hoặc nhôm. Thép càng có nhiều nguyên tố hợp kim thì khả năng chịu nhiệt càng cao.

Khả năng chịu nhiệt. Đối với vật liệu làm dụng cụ, nó được xác định bởi nhiệt độ cao nhất mà tại đó nó vẫn giữ được đặc tính cắt. Khả năng chịu nhiệt của vật liệu dụng cụ được sử dụng dao động từ 200 đến 1500o C. Theo thứ tự khả năng chịu nhiệt giảm dần, các vật liệu được sắp xếp theo thứ tự sau: siêu cứng, gốm cắt, hợp kim cứng, tốc độ cao, hợp kim, thép cacbon. Ngay cả khi tiếp xúc với nhiệt độ trong thời gian dài, đặc tính chịu nhiệt cao vẫn được duy trì ở mức tương tự. Kim loại của tem nóng phải có khả năng chống chịu nhiệt ổn định.

Khả năng chịu nhiệt là khả năng của thép chống lại ứng suất cơ học ở nhiệt độ cao. Thép chịu nhiệt bao gồm thép và hợp kim có thể hoạt động dưới tải trọng ở nhiệt độ cao trong thời gian dài. Thép chịu nhiệt thường cũng có khả năng chịu nhiệt.

Từ biến là biến dạng tăng lên khi tiếp xúc kéo dài với tải trọng không đổi và nhiệt độ cao. Đối với thép kết cấu cacbon và hợp kim, hiện tượng từ biến xảy ra ở nhiệt độ trên 350°C.

Từ biến được đặc trưng bởi giới hạn từ biến, được hiểu là ứng suất gây ra biến dạng của thép một lượng nhất định trong thời gian nhất định ở nhiệt độ nhất định.

Hợp kim chịu nhiệt. Sự phát triển của hợp kim niken chịu nhiệt bắt đầu bằng việc bổ sung một lượng nhỏ titan và nhôm vào nichrome thông thường. Việc bổ sung ít hơn 2% titan và nhôm mà không xử lý nhiệt làm tăng đáng kể tính chất rão của nichrom ở nhiệt độ khoảng 700 ° C.

Hợp kim niken chịu nhiệt được chia thành hợp kim rèn và đúc. Đặc tính chịu nhiệt của hợp kim biến dạng được hình thành trong quá trình xử lý nhiệt. Hợp kim niken chịu nhiệt đúc có thành phần tương tự như hợp kim rèn, nhưng thường chứa lượng nhôm và titan lớn hơn.

Khả năng chống lạnh là khả năng của kim loại chống lại sự biến dạng và phá hủy có thể xảy ra dưới tác động của nhiệt độ thấp.

Thép điện là thép tấm mỏng mềm. Lõi của thiết bị điện được làm từ nó. Thép này có chứa silicon. Có thép điện cán nguội và thép cán nóng, cũng như thép động lực và thép biến thế. Để hợp kim thép điện, 0,5% Al được sử dụng.

Thép chịu mài mòn. Đối với các bộ phận hoạt động trong điều kiện mài mòn, áp suất và va đập cao (đường ray của xe bánh xích, hàm của máy nghiền, công tắc đường ray và xe điện), thép đúc mangan cao 110G13L có cấu trúc austenit chứa 0,9% C và 11,5% Mn là đã sử dụng.

Ở trạng thái đúc, kết cấu thép bao gồm austenite và cacbua loại (Fe, Mn)3C, kết tủa dọc theo ranh giới của các hạt austenite, độ bền và độ dẻo dai của nó giảm đi rất nhiều, do đó các bộ phận đúc phải được làm nguội bằng cách nung nóng đến 1100°C và làm nguội bằng nước. Ở nhiệt độ này, cacbua hòa tan trong austenit và thép thu được cấu trúc austenit ổn định hơn.

Trong điều kiện va đập và mài mòn, các khuyết tật cấu trúc tinh thể (lệch khớp, lỗi xếp chồng) được hình thành ở lớp bề mặt thép, dẫn đến cứng bề mặt. Có thể tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn do đông cứng nguội dưới tác động của tải trọng và biến dạng dẻo nguội.

Do quá trình làm cứng, thép 110G13L được gia công kém bằng cách cắt, do đó nên sản xuất các bộ phận hoặc sản phẩm từ loại thép này bằng cách đúc mà không cần gia công tiếp theo. Chữ L ở cuối loại thép này có nghĩa là “đúc”.

43. Đánh dấu, cấu tạo, tính chất và ứng dụng của kim loại màu và hợp kim của chúng

Kim loại màu bao gồm đồng, nhôm, magiê, titan, chì, kẽm và thiếc, có những đặc tính quý giá và được sử dụng trong công nghiệp, mặc dù giá thành tương đối cao. Đôi khi, bất cứ khi nào có thể, kim loại màu được thay thế bằng kim loại màu hoặc vật liệu phi kim loại (chẳng hạn như nhựa).

Các nhóm kim loại màu và hợp kim sau đây được phân biệt: kim loại nhẹ và hợp kim (có mật độ 3.0 g/cm3); hợp kim đồng và hợp kim kim loại màu đặc biệt - đồng niken, bạc sterling, hợp kim quý, v.v.

Trong các ứng dụng công nghiệp, đồng chiếm một trong những vị trí đầu tiên trong số các kim loại màu. Tính chất của đồng là độ dẻo cao, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, tăng khả năng chống ăn mòn. Đồng được sử dụng trong kỹ thuật điện, sản xuất dây cáp và dây dẫn để truyền điện và làm cơ sở để sản xuất các hợp kim khác nhau được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cơ khí.

Nhôm là kim loại nhẹ, có độ dẻo cao, dẫn điện tốt và chống ăn mòn. Nó được sử dụng để sản xuất dây điện, bát đĩa và để bảo vệ các kim loại và hợp kim khác khỏi quá trình oxy hóa bằng lớp bọc. Nhôm nguyên chất ít được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí vì nó có tính chất cơ học thấp. Nhôm là cơ sở để sản xuất nhiều hợp kim được sử dụng rộng rãi trong chế tạo máy bay, chế tạo ô tô và xe ngựa cũng như chế tạo dụng cụ. Hợp kim nhôm có thể bị biến dạng (làm cứng bằng cách xử lý nhiệt và không cứng lại) và đúc. Duralumin là hợp kim phổ biến nhất, được sử dụng ở dạng biến dạng và được tăng cường bằng cách xử lý nhiệt.

Magiê là kim loại phổ biến nhất và có màu trắng bạc. Ưu điểm lớn của magiê là nó là kim loại rất nhẹ. Nhược điểm chính là khả năng chống ăn mòn thấp. Magiê nguyên chất không được sử dụng rộng rãi trong công nghệ nhưng được sử dụng làm cơ sở để sản xuất hợp kim nhẹ.

Các loại kim loại màu sau đây được thiết lập (GOST):

nhôm - AB1, AB2, AOO, AO, A1, A2 và A3;

đồng - MO, M1, M2, ME, M4;

thiếc - 01, 02, OE và 04; chì - SV, CO, C1, C2, C3, C4;

kẽm - TsV, TsO, Ts1, Ts2, Ts3, Ts4;

magiê - Mg1, Mg2.

Thau. So với đồng nguyên chất, đồng thau có độ bền, độ dẻo và độ cứng cao hơn; chúng có tính lỏng và chống ăn mòn cao hơn.

Ngoài đồng thau đơn giản, người ta còn sử dụng đồng thau đặc biệt có bổ sung sắt, mangan, niken, thiếc và silicon. Lượng thành phần hợp kim trong đồng thau đặc biệt không vượt quá 7-8%. Đồng thau đặc biệt có tính chất cơ học được cải thiện; Một số trong số chúng có độ bền tương đương với thép cacbon trung bình.

Theo GOST, đồng thau được ký hiệu bằng chữ L và một con số cho biết lượng đồng trong hợp kim.

Ký hiệu của các thành phần hợp kim như sau: F - sắt; N - niken; O - thiếc; K - silicon; C-chì. Lượng thành phần hợp kim được biểu thị bằng số.

Đồng thau có thể được đúc (dùng để đúc hình) hoặc được xử lý bằng áp suất. Đồng thau được sử dụng để sản xuất tấm, dây, ống bọc, phụ kiện có tem và bát đĩa.

Đồ đồng là: thiếc, nhôm, silicon, niken. Đồng thiếc có khả năng chống ăn mòn cao, tính lưu động tốt và tăng đặc tính chống ma sát. Vật đúc được làm từ chúng. Đồng thiếc đơn giản hiếm khi được sử dụng, vì bằng cách đưa vào các nguyên tố bổ sung (kẽm, chì, niken), có thể đạt được các đặc tính tốt hơn với hàm lượng thiếc khan hiếm thấp hơn.

Theo GOST, đồng thiếc được đánh dấu bằng các chữ cái BrО và một con số cho biết hàm lượng thiếc; các chữ cái và số tiếp theo cho biết sự hiện diện và số lượng của các nguyên tố bổ sung bằng đồng. Để chỉ định các phần tử bổ sung, các chữ cái tương tự được sử dụng như khi đánh dấu đồng thau đặc biệt; kẽm được ký hiệu bằng chữ C và phốt pho bằng chữ F.

Thiếc là kim loại đắt tiền và hiếm khi được sử dụng trong thực tế. Các chất thay thế cho đồng thiếc là nhôm, silicon, mangan và các loại đồng khác.

Đồng nhôm được sử dụng với hàm lượng lên tới 11% A1. Cấu trúc của đồng chủ yếu là một pha (lên tới 9,7% Al) và là dung dịch rắn của nhôm trong đồng. Về tính chất cơ học, đồng nhôm tốt hơn thiếc, nó có độ dẻo, khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn.

Nhược điểm là độ co ngót lớn khi làm mát từ trạng thái lỏng, cũng như dễ hình thành các oxit nhôm trong đồng lỏng, làm suy yếu tính lưu động của nó. Các yếu tố bổ sung (sắt, mangan) làm tăng tính chất cơ học của nó. Đồng silicon thuộc loại hợp kim đồng nhất - dung dịch rắn, có tính chất cơ lý và đúc cao. Thay thế đồng thiếc. Để cải thiện tính chất, mangan và niken được đưa vào đồng silicon.

44. Nhôm; ảnh hưởng của tạp chất đến tính chất của nhôm; hợp kim nhôm rèn và đúc

Nhôm có đặc tính là mật độ thấp, tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao, chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường do hình thành màng oxit Al dày đặc trên bề mặt kim loại.₂0₃. Nhôm ủ kỹ thuật ADM được gia cố bằng biến dạng dẻo nguội.

Nhôm có tính dẻo cao và có thể dễ dàng gia công bằng áp suất, nhưng có những biến chứng trong quá trình cắt, một trong những nguyên nhân là do kim loại dính vào dụng cụ.

Tùy thuộc vào tạp chất có trong nhôm, người ta quan sát thấy những thay đổi về tính chất ăn mòn, vật lý, cơ học và công nghệ của nó. Hầu hết các tạp chất đều có tác động tiêu cực đến độ dẫn điện của nhôm. Các tạp chất phổ biến nhất: sắt, silicon. Sắt cùng với tính dẫn điện làm giảm độ dẻo, khả năng chống ăn mòn và tăng đặc tính bền của nhôm. Sự hiện diện của sắt trong hợp kim nhôm với silicon và magiê ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất của hợp kim. Chỉ trong những hợp kim nhôm có chứa niken thì sắt mới được coi là tạp chất hữu ích.

Tạp chất phổ biến nhất trong hợp kim nhôm là silicon. Kim loại này, cũng như đồng, magiê, kẽm, mangan, niken và crom được đưa vào hợp kim nhôm làm thành phần chính. kết nối CuAl₂, Mg₂Si, CuMgAl₂- tăng cường hợp kim nhôm một cách hiệu quả.

Các nguyên tố hợp kim chính trong hợp kim nhôm. Mangan tăng khả năng chống ăn mòn. Silicon là nguyên tố hợp kim chính trong một số hợp kim nhôm đúc (silum), vì nó tham gia vào quá trình hình thành eutectic.

Ni, Ti, Cr, Fe làm tăng khả năng chịu nhiệt của hợp kim bằng cách ức chế quá trình khuếch tán và hình thành các pha tăng cường hợp kim phức hợp ổn định. Lithium trong hợp kim góp phần làm tăng mô đun đàn hồi của chúng. Đồng thời, magiê và mangan làm giảm tính dẫn nhiệt và điện của nhôm, còn sắt làm giảm khả năng chống ăn mòn của nó.

Đánh dấu hợp kim nhôm. Hiện nay, hai dấu hợp kim được sử dụng đồng thời: chữ và số cũ và kỹ thuật số mới. Cùng với đó, có dấu chữ và số để xử lý công nghệ bán thành phẩm và sản phẩm, phản ánh chất lượng các tính chất cơ học, hóa học và các tính chất khác của hợp kim.

Phân loại hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm chủ yếu được chia thành hợp kim rèn và hợp kim đúc, vì việc sản xuất hợp kim bột và vật liệu composite sử dụng quá trình biến dạng và đúc nhựa.

Hợp kim nhôm được chia theo khả năng làm cứng bằng cách xử lý nhiệt thành loại cứng và không cứng. Chúng có thể được đồng nhất hóa, kết tinh lại và ủ mềm.

Các hợp kim của hệ thống Al-Cu-Mg - duralumin D1, D16, D18, D19, v.v. - có sự kết hợp tốt giữa độ bền và độ dẻo.Xử lý nhiệt tăng cường duralumin và tăng khả năng hàn của chúng bằng cách hàn điểm. Chúng có thể được gia công tốt nhưng dễ bị ăn mòn giữa các hạt sau khi gia nhiệt. Khả năng chống ăn mòn của hợp kim tăng đáng kể nhờ lớp phủ.

Trong ngành hàng không, duralumin được sử dụng để sản xuất cánh quạt (D1), các bộ phận năng lượng của kết cấu máy bay (D16, D19).

Hợp kim cường độ cao của hệ thống Al-Zn-Mg-Cu (V93, V95, V96Ts) được đặc trưng bởi các giá trị độ bền kéo cao (lên tới 700 MPa). Đồng thời, đạt được đủ độ dẻo, khả năng chống nứt và chống ăn mòn bằng các chế độ lão hóa từng bước đông tụ (T2, TZ), cũng như sử dụng hợp kim có độ tinh khiết tăng (V95kch) và đặc biệt (V95och).

Nhờ hợp kim nhôm với lithium và magie (hệ Al-M-Li), hợp kim mô đun cao 1420 có mật độ giảm (11%) và đồng thời mô đun đàn hồi tăng (4%).

Hợp kim rèn AK6 và AK8 (hệ Al-M-Si-Cu) có độ dẻo cao trong quá trình tạo hình nóng. Chúng hàn tốt và dễ cắt, nhưng khi bị căng thẳng, chúng dễ bị ăn mòn. Để đảm bảo khả năng chống ăn mòn, các bộ phận làm bằng hợp kim AK6 và AK8 được anod hóa hoặc phủ sơn và vecni. Hợp kim rèn được sử dụng để sản xuất các bộ phận máy bay hoạt động dưới tải bằng cách rèn và dập. Những hợp kim này có khả năng hoạt động ở nhiệt độ đông lạnh.

Hợp kim nhôm chịu nhiệt của hệ A1-Cu-Mn (D20, D21) và Al-Cu-Mg-Fe-Ni (AK4-1) được sử dụng để chế tạo các chi tiết (piston, đầu xi lanh, đĩa) hoạt động ở nhiệt độ cao (lên tới 300 ° C). Khả năng chịu nhiệt đạt được bằng cách hợp kim hóa các hợp kim với niken, sắt và titan, chúng ức chế quá trình khuếch tán và hình thành các pha tăng cường phân tán mịn bằng hợp kim phức tạp có khả năng chống đông tụ khi đun nóng. Các hợp kim có độ dẻo cao và khả năng sản xuất ở trạng thái nóng.

Hợp kim nhôm đúc.

Các yêu cầu chính đối với hợp kim để đúc hình là sự kết hợp của các đặc tính đúc tốt (tính lưu động cao, độ co thấp, xu hướng nứt nóng và độ xốp thấp) với các đặc tính cơ học và hóa học (chống ăn mòn) tối ưu. Hợp kim có thành phần eutectic có đặc tính đúc tốt nhất.

45. Đồng; Ảnh hưởng của tạp chất đến tính chất của đồng Hợp kim đồng thau, đồng thau, đồng-niken

Đồng là kim loại màu đỏ, khi nứt có màu hồng, nhiệt độ nóng chảy là 1083°C. Mạng tinh thể là fcc có chu kỳ 0,31607 giếng. Mật độ của đồng là 8,94 g/cm3. Đồng có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Điện trở suất của đồng là 0,0175 µOhm.

Các loại đồng: M00 (99,99% Cu), MO (99,97% Cu), M1 (99,9% Cu), M2 (99,7% Cu), M3 (99,50% Cu). Các tạp chất có trong đồng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nó.

Dựa trên bản chất tương tác của tạp chất với đồng, chúng có thể được chia thành ba nhóm.

1. Các tạp chất tạo thành dung dịch rắn với đồng: Ni, Zn, Sb, Fe. R, v.v. Các tạp chất này (đặc biệt là Sb) làm giảm mạnh độ dẫn điện và nhiệt của đồng, do đó đồng M0 và M1 được sử dụng làm dây dẫn dòng điện. Antimon làm cho việc gia công nóng trở nên khó khăn.

2. Các tạp chất của Pb, Bi và các tạp chất khác, thực tế không hòa tan trong đồng, tạo thành các eutectic có nhiệt độ nóng chảy thấp trong đó, giải phóng dọc theo ranh giới hạt, làm phức tạp quá trình xử lý áp suất.

Ở hàm lượng 0,005% Bi, đồng bị phá hủy trong quá trình xử lý áp suất nóng, ở hàm lượng bismuth cao hơn, đồng trở nên giòn lạnh; Những tạp chất này ít ảnh hưởng đến độ dẫn điện.

3. Tạp chất oxy và lưu huỳnh tạo thành hợp chất hóa học giòn Cu với đồng₂Ô và Cu₂S, là một phần của eutectic. Nếu có oxy trong dung dịch, nó sẽ làm giảm độ dẫn điện nhưng lưu huỳnh không ảnh hưởng đến nó. Lưu huỳnh cải thiện khả năng gia công của đồng bằng cách cắt và oxy, nếu có trong đồng, sẽ tạo thành oxit dạng đồng và gây ra “bệnh hydro”.

Khi đồng được nung nóng trong môi trường có chứa hydro, nó sẽ khuếch tán sâu vào đồng. Nếu đồng có chứa tạp chất Cu₂Ồ, sau đó chúng phản ứng với hydro, dẫn đến sự hình thành hơi nước. Hai nhóm hợp kim đồng chính: đồng thau - hợp kim của đồng và kẽm; đồng thau là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác.

Đồng thau là hợp kim làm từ đồng nhiều thành phần, trong đó thành phần chính là kẽm. Đồng thau kỹ thuật chứa tới 40-45% Zn. Đồng thau b một pha, dễ bị biến dạng ở trạng thái nóng và lạnh, bao gồm L96 (tompak), L80 (semi-tompak), L68, có độ dẻo lớn nhất. Đồng thau hai pha (α + β), L59 và L60, kém dẻo hơn ở trạng thái lạnh và phải xử lý bằng áp suất nóng.

Dựa trên đặc điểm công nghệ, đồng thau được chia thành hai nhóm: biến dạng và đúc. Đồng thau đúc ít bị thanh lý và có đặc tính chống ma sát

Đồng thau biến dạng có đặc tính ăn mòn cao trong điều kiện khí quyển.

Đồng thau dùng để đúc hình có chứa một số lượng lớn các chất phụ gia đặc biệt giúp cải thiện tính chất đúc của chúng.

Đồng thiếc. Hợp kim giàu thiếc rất giòn. Đồng thiếc thường được hợp kim với Zn, Fe, P, Pb, Ni và các nguyên tố khác. Kẽm cải thiện tính chất công nghệ của đồng và giảm giá thành đồng. Phốt pho cải thiện tính chất đúc. Niken làm tăng tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn và mật độ của vật đúc và giảm sự phân tầng. Sắt tinh luyện hạt nhưng làm xấu đi các đặc tính công nghệ của đồ đồng và khả năng chống ăn mòn.

Có những loại đồng thiếc được rèn và đúc, có đặc tính đúc tốt. Đồng hai pha có đặc tính chống ma sát cao. Chúng được sử dụng để sản xuất các bộ phận chống ma sát.

Hợp kim niken được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cơ khí. Niken giúp đồng tăng khả năng chống ăn mòn và cải thiện các tính chất cơ học và đúc của nó. Đồ đồng, chỉ chứa niken, không được sử dụng do giá thành niken cao. Niken được đưa vào kết hợp với các nguyên tố khác.

Hợp kim niken thường gặp trong công nghiệp, có tên: cupronickel (hợp kim của đồng với 18-20% niken) - dùng làm ống bọc, có màu trắng, khả năng chống ăn mòn cao; Constantan là hợp kim của đồng với 39-41% niken. Constantan có điện trở cao và được sử dụng ở dạng dây và băng cho biến trở và dụng cụ đo điện.

Đồng và hợp kim của nó được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện, điện tử, chế tạo dụng cụ, đúc và chế tạo động cơ. Như vậy, 50% lượng đồng sản xuất được tiêu thụ cho ngành điện và điện tử. Nó đứng thứ hai (sau nhôm) về khối lượng sản xuất trong số các kim loại màu.

Đặc tính kỹ thuật và công nghệ của đồng: tính dẫn điện và nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn đủ, khả năng gia công tốt dưới áp lực, có khả năng hàn được mọi loại hàn, dễ hàn, dễ đánh bóng. Đồng nguyên chất có độ bền thấp và độ dẻo cao. Những nhược điểm của đồng bao gồm:

- giá cao;

- mật độ đáng kể;

- độ co lớn trong quá trình đúc;

- độ giòn nóng;

- độ phức tạp của việc cắt.

46. Magiê và hợp kim của nó

Magiê là một kim loại hoạt động hóa học: màng oxit của MdO hình thành trong không khí, do mật độ cao hơn magie, nên bị nứt và không có đặc tính bảo vệ; Bột và mảnh vụn magie rất dễ cháy; Magie nóng chảy sẽ phát nổ khi tiếp xúc với nước.

Magiê và các hợp kim của nó có khả năng chống ăn mòn kém, giảm tính lưu động trong quá trình đúc và chỉ bị biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao (225 °C trở lên). Điều thứ hai là do sự dịch chuyển trong mạng lục giác của magiê ở nhiệt độ thấp chỉ xảy ra dọc theo mặt phẳng cơ bản (đế của lăng kính lục giác). Làm nóng đến 200-300 ° C dẫn đến sự xuất hiện của các mặt phẳng trượt bổ sung và theo đó, làm tăng độ dẻo. Độ linh động khuếch tán thấp của các nguyên tử trong hợp kim magiê dẫn đến sự biến đổi pha trong chúng bị chậm lại. Do đó, xử lý nhiệt (ủ khuếch tán hoặc kết tinh lại, làm cứng, lão hóa) đòi hỏi thời gian phơi sáng lâu (lên đến 24 giờ).

Đồng thời, hợp kim magiê có đặc điểm là cường độ riêng cao, hấp thụ rung động tốt và không tương tác với uranium. Chúng được xử lý tốt bằng cách cắt và được hàn đạt yêu cầu bằng hồ quang argon và tiếp xúc.

hàn Các nguyên tố hợp kim chính trong hợp kim magiê là Mn, Al và Zn.

Mangan làm tăng khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn của hợp kim magiê. Nhôm và kẽm có ảnh hưởng lớn đến độ bền và độ dẻo của hợp kim magie: giá trị tối đa của các đặc tính cơ học đạt được khi đưa 6-7% nhôm hoặc 4-6% kẽm vào hợp kim. Các nguyên tố này (Al, Zn) tạo thành các pha tăng cường bằng magie, được giải phóng ở dạng phân tán mịn sau khi đông cứng lại do lão hóa.

Các kim loại zirconium, titan, kiềm thổ (Ca) và đất hiếm (Ce, 1a) và thorium tinh chế hạt, khử oxy cho hợp kim và tăng khả năng chịu nhiệt của nó.

Theo công nghệ sản xuất sản phẩm, hợp kim magiê được chia thành đúc (được đánh dấu "ML") và rèn ("MA"). Hợp kim magiê phải chịu nhiều loại xử lý nhiệt khác nhau.

Vì vậy, để loại bỏ sự phân tách trong hợp kim đúc (hòa tan các pha dư thừa được giải phóng trong quá trình đúc và cân bằng thành phần hóa học theo thể tích hạt), quá trình ủ khuếch tán (đồng nhất hóa) của vật đúc và phôi định hình được thực hiện (400-490 ° C, 10 -24 giờ). Sự cứng lại được loại bỏ bằng cách ủ kết tinh lại ở 250-350 ° C, trong đó tính dị hướng của các tính chất cơ học phát sinh trong quá trình biến dạng dẻo cũng giảm đi.

Hợp kim magiê, tùy thuộc vào thành phần, có thể được tăng cường bằng cách làm cứng (thường làm mát trong không khí) và lão hóa tiếp theo ở 150-200 o C (chế độ Tb). Một số hợp kim được làm cứng trong quá trình làm nguội vật đúc hoặc vật rèn và có thể được tăng cường ngay lập tức bằng quá trình lão hóa nhân tạo (bỏ qua quá trình làm cứng). Nhưng trong hầu hết các trường hợp, chúng chỉ bị giới hạn ở việc đồng nhất hóa (làm cứng) ở 380-540 °C (chế độ T4), vì quá trình lão hóa tiếp theo, đồng thời tăng độ bền lên 20-35%, sẽ dẫn đến giảm độ dẻo của hợp kim. Hợp kim đúc.

Trong các hợp kim magie đúc, các tính chất cơ học tăng lên đạt được bằng cách tinh chế hạt bằng cách nung nóng chảy hoặc biến đổi nó bằng các chất phụ gia phấn hoặc magnesit.

Trong trường hợp này, các hạt rắn được hình thành trong quá trình tan chảy, trở thành trung tâm kết tinh. Để ngăn chặn sự bốc cháy của hợp kim magiê, chúng được nấu chảy trong nồi nấu kim loại dưới một lớp chất trợ dung và quá trình đúc được thực hiện trong hơi sulfur dioxide được hình thành khi lưu huỳnh được đưa vào dòng kim loại. Khi đúc trong khuôn cát, các chất phụ gia đặc biệt (nhôm florua) được thêm vào hỗn hợp để giảm quá trình oxy hóa magiê. Trong số các hợp kim magiê đúc, hợp kim ML5 và ML6, được đặc trưng bởi tính chất cơ học và đúc được cải thiện, được sử dụng rộng rãi. Chúng có thể được tăng cường bằng cách đồng nhất hóa và làm cứng trong không khí (T4) hoặc bằng cách lão hóa bổ sung (T6).

Hợp kim biến dạng.

Magiê bị biến dạng (ép) có tính chất cơ học cao hơn magiê đúc.

Hợp kim rèn được sản xuất ở dạng rèn, khuôn phôi, dải cán nóng, thanh và hồ sơ. Phạm vi nhiệt độ của các quy trình công nghệ tạo hình hợp kim magie nằm trong giới hạn sau: ép ở 300-480°C, cán ở 440-225°C và dập (trong khuôn kín) ở 480-280°C. Hợp kim MA1 thuộc nhóm hợp kim có độ bền thấp, có khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn và độ dẻo công nghệ tốt.

Hợp kim MA2-1 kết hợp một bộ đặc tính cơ học và công nghệ tối ưu (được hàn tốt, được dập), nhưng dễ bị ăn mòn do ứng suất. Chịu nhiệt (lên đến 250 °C) là hợp kim của hệ thống (Md-Zn-Zr) MA14. Hợp kim được tăng cường bằng quá trình lão hóa nhân tạo (chế độ T5) sau khi ép và làm mát trong không khí. Nó được đặc trưng bởi tính chất cơ học tăng lên, nhưng dễ hình thành các vết nứt nóng trong quá trình cán.

Ứng dụng của hợp kim magiê. Hợp kim magiê được sử dụng để chế tạo vỏ cho tên lửa, máy bơm, dụng cụ, bình nhiên liệu và oxy, khung động cơ và vỏ. Vì vậy, hợp kim ML5 và ML6 được dùng để đúc trống phanh, vô lăng, hộp số, ML10 - các bộ phận của thiết bị có độ kín cao.

Các phụ kiện, hệ thống gas và dầu cũng như các bộ phận hàn được làm từ hợp kim biến dạng MA1, các bộ phận chịu tải cao được làm từ MA14.

47. Titan và hợp kim của nó

Titan và các hợp kim dựa trên nó có khả năng chống ăn mòn cao và độ bền riêng. Nhược điểm của titan: tương tác tích cực của nó với khí quyển, có xu hướng dễ bị hydro hóa.

Nitơ, carbon, oxy và hydro, tăng cường titan, làm giảm độ dẻo, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn của nó. Titan được xử lý kém bằng cách cắt, đạt yêu cầu về áp suất và được hàn trong môi trường bảo vệ. Đúc chân không, bao gồm cả nấu chảy hồ quang chân không bằng điện cực tiêu hao, đã trở nên phổ biến.

Biến đổi đẳng hướng của titan: nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao.

Có hai nhóm nguyên tố hợp kim chính, tùy thuộc vào ảnh hưởng của chúng đến nhiệt độ biến đổi đa hình của titan (882,5 °C): chất ổn định b (các nguyên tố mở rộng vùng tồn tại của pha b và tăng nhiệt độ biến đổi - A1 , Oa, C) và c- chất ổn định (các nguyên tố thu hẹp vùng b và làm giảm nhiệt độ của quá trình biến đổi đa hình - V, Mo, Cr).

Các nguyên tố hợp kim được chia thành hai nhóm chính: các nguyên tố có độ hòa tan cao (trong giới hạn - không giới hạn) và độ hòa tan hạn chế trong titan. Các nguyên tố có độ hòa tan hạn chế, cùng với titan, có thể tạo thành các hợp chất liên kim loại, silicua và pha kẽ.

Các nguyên tố hợp kim ảnh hưởng đến đặc tính hoạt động của titan (Fe, Al, Mn, Cr), làm tăng độ bền của nó nhưng làm giảm độ đàn hồi và độ dẻo dai; A1, Zr tăng khả năng chịu nhiệt còn Mo, Zr, Ta tăng khả năng chống ăn mòn.

Phân loại hợp kim titan. Cấu trúc của hợp kim titan công nghiệp là dung dịch rắn của các nguyên tố hợp kim trong các biến thể b và c của titan.

Các loại xử lý nhiệt của hợp kim titan.

Ủ kết tinh lại (đơn giản) các hợp kim biến dạng nguội (650-850 °C).

Ủ đẳng nhiệt (gia nhiệt đến 780-980 °C, sau đó làm nguội trong lò đến 530-680 °C, giữ ở nhiệt độ này và làm mát trong không khí), đảm bảo độ dẻo cao và ổn định nhiệt của hợp kim.

Ủ hai bước (khác với ủ đẳng nhiệt ở chỗ quá trình chuyển từ giai đoạn thứ nhất sang giai đoạn thứ hai được thực hiện bằng cách làm nguội hợp kim trong không khí, sau đó nung lại đến nhiệt độ của giai đoạn thứ hai), dẫn đến tăng cường độ bền của hợp kim và giảm về độ dẻo do sự xuất hiện một phần của quá trình đông cứng và lão hóa.

Ủ một phần ở nhiệt độ 500-680°C nhằm loại bỏ ứng suất dư phát sinh trong quá trình gia công cơ khí.

Tăng cường xử lý nhiệt. Hầu hết các hợp kim titan được hợp kim với nhôm, làm tăng độ cứng, độ bền, khả năng chịu nhiệt và chịu nhiệt của vật liệu, đồng thời làm giảm mật độ của nó.

Hợp kim α-titan không được tăng cường bằng cách xử lý nhiệt; sự tăng cường của chúng đạt được thông qua hợp kim hóa dung dịch rắn và biến dạng dẻo.

(α + β) - hợp kim titan được đặc trưng bởi cấu trúc hỗn hợp và được tăng cường bằng cách xử lý nhiệt, bao gồm làm cứng và lão hóa.

Hợp kim giả-β-titan được đặc trưng bởi hàm lượng chất ổn định β cao và dẫn đến không có sự biến đổi martensitic. Các hợp kim được đặc trưng bởi độ dẻo cao ở trạng thái cứng và độ bền cao ở trạng thái già; chúng được hàn đạt yêu cầu bằng phương pháp hàn hồ quang argon.

Hợp kim titan đúc. So với hợp kim rèn, hợp kim đúc có độ bền, độ dẻo và độ bền thấp hơn nhưng giá thành rẻ hơn. Khó khăn trong việc đúc hợp kim titan là do sự tương tác tích cực của titan với khí và vật liệu đúc. Hợp kim đúc VT5L, VT14L và VTZ-1L về cơ bản có thành phần giống hệt với các hợp kim rèn tương tự (đồng thời, hợp kim VT14L còn chứa thêm sắt và crom).

Hợp kim VT5L có tính chất công nghệ cao: dẻo, không dễ bị nứt trong quá trình đúc và hàn tốt. Vật đúc định hình làm từ hợp kim VT5L hoạt động ở nhiệt độ lên tới 400 ° C. Nhược điểm của hợp kim là độ bền thấp (800 MPa). hợp kim đúc hai pha VT14L được ủ ở nhiệt độ 850 °C thay vì xử lý nhiệt tăng cường, điều này làm giảm mạnh độ dẻo của vật đúc.

Hợp kim titan dạng bột. Việc sử dụng các phương pháp luyện kim bột để sản xuất hợp kim titan cho phép, với các đặc tính hiệu suất tương tự như vật liệu đúc hoặc biến dạng, có thể giảm tới 50% chi phí và thời gian sản xuất sản phẩm. Hợp kim bột titan VT6, thu được bằng cách ép đẳng tĩnh nóng (HIP), có tính chất cơ học tương tự như hợp kim rèn sau khi ủ. Hợp kim bột kém hơn so với hợp kim rèn VT6 đã cứng và già về độ bền nhưng lại có độ dẻo cao hơn.

Ứng dụng của hợp kim titan: vỏ máy bay, tàu thủy, tàu ngầm; thân tên lửa và động cơ; đĩa và cánh của tuabin cố định và máy nén của động cơ máy bay; cánh quạt; bình đựng khí hóa lỏng; thùng chứa các phương tiện hóa học mạnh, v.v.

48. Các loại vật liệu composite. Cấu trúc, tính chất, ứng dụng

Vật liệu composite bao gồm hai thành phần, được kết hợp theo nhiều cách khác nhau thành một khối nguyên khối mà vẫn giữ được những đặc tính riêng của chúng.

Dấu hiệu của vật liệu:

- thành phần, hình dạng và sự phân bố của các bộ phận được xác định trước;

- gồm hai thành phần và có nhiều thành phần hóa học khác nhau, cách nhau một ranh giới;

- có các đặc tính khác với các đặc tính của các thành phần được lấy riêng lẻ;

- đồng nhất ở cấp độ vĩ mô và không đồng nhất ở cấp độ vi mô;

- không có trong tự nhiên, do con người tạo ra.

Các thành phần của vật liệu khác nhau về mặt hình học. Ma trận là một thành phần có tính liên tục trong toàn bộ khối của nó. Chất độn là một thành phần gia cố không liên tục.

Trong vật liệu composite, kim loại và hợp kim của chúng, polyme hữu cơ và vô cơ và vật liệu gốm được sử dụng làm ma trận. Các tính chất phụ thuộc vào tính chất hóa lý của các thành phần và độ bền liên kết giữa chúng. Các thành phần của vật liệu composite được lựa chọn có những đặc tính khác nhau. Những vật liệu như vậy có độ cứng riêng và độ bền riêng cao.

Vật liệu composite phổ biến có chất độn không chiều là ma trận kim loại được làm bằng kim loại hoặc hợp kim. Vật liệu composite có sự phân bố đồng đều các hạt tăng cường được đặc trưng bởi tính chất đẳng hướng. Các chế phẩm được gia cố bằng các hạt phân tán được sản xuất bằng phương pháp luyện kim bột.

Vật liệu composite với ma trận nhôm dựa trên nhôm được tăng cường bằng các hạt A1203, thu được bằng cách ép bột nhôm sau đó thiêu kết (SAP).

Hợp kim SAP bị biến dạng thỏa đáng ở trạng thái nóng và hợp kim SAP-1 cũng bị biến dạng ở trạng thái lạnh. SAP dễ dàng gia công bằng cách cắt và có thể hàn tốt bằng hồ quang argon và hàn điện trở. SAP sản xuất các sản phẩm bán thành phẩm ở dạng tấm, profile, ống và giấy bạc.

Vật liệu composite với ma trận niken.

Thành phần gia cố là các hạt độc hại của thorium dioxide (TI02) hoặc hafnium dioxide (Hf02). Những vật liệu này được chỉ định lần lượt là VDU-1 và VDU-2. Vật liệu composite VDU-1 và VDU-2 là nhựa, được biến dạng trong khoảng nhiệt độ rộng bằng nhiều phương pháp khác nhau (rèn, dập, xáo trộn, kéo sâu). Để kết nối các bộ phận làm bằng hợp kim loại VDU, hàn nhiệt độ cao hoặc hàn khuếch tán được sử dụng để ngăn chặn sự nóng chảy. Hợp kim VDU-2 được sử dụng trong chế tạo động cơ máy bay.

Vật liệu composite với chất độn một chiều được tăng cường bằng các phần tử một chiều ở dạng râu, sợi (dây).

Các sợi được giữ với nhau bằng một ma trận thành một khối nguyên khối. Ma trận có tác dụng bảo vệ sợi gia cố khỏi bị hư hại, là phương tiện truyền tải trọng đến các sợi và phân phối lại ứng suất trong trường hợp đứt từng sợi.

Vật liệu composite trên nền niken

Hợp kim niken chịu nhiệt được gia cố để tăng thời gian hoạt động và nhiệt độ hoạt động lên 1100-1200 ° C. Để gia cố hợp kim niken, chất gia cố được sử dụng: râu, dây kim loại chịu lửa và hợp kim, sợi carbon và cacbua silic.

Vật liệu composite eutectic là hợp kim có thành phần eutectic. Trong đó, pha tăng cường là các tinh thể định hướng, được hình thành trong quá trình kết tinh định hướng.

Sử dụng phương pháp kết tinh định hướng thu được vật liệu composite nền Al, Md, Cu, Co, Tk

Vật liệu composite eutectic gốc nhôm

Các chế phẩm A1-A^M và A1-CuA12 thu được bằng cách kết tinh định hướng. Chế phẩm được đặc trưng bởi độ ổn định cấu trúc cao cho đến nhiệt độ nóng chảy.

Vật liệu composite eutectic gốc niken là vật liệu chịu nhiệt được sử dụng trong công nghệ tên lửa và vũ trụ. Các chế phẩm dạng tấm chứa một phần thể tích của giai đoạn tăng cường hơn 33-35% là giòn. Các chế phẩm nhựa bao gồm các chế phẩm gốc niken chứa một phần thể tích sợi từ 3-15% từ các cacbua tantalum, niobi và hafnium.

Vật liệu composite trên cơ sở phi kim loại.

Nhựa epoxy, polyester và nhựa phenolic đã lưu hóa được sử dụng làm chất nền.

Vật liệu tổng hợp được gia cố bằng cùng loại sợi được đặt tên theo sợi gia cố. Chế phẩm chứa chất độn ở dạng sợi thủy tinh dài được sắp xếp theo từng sợi riêng lẻ được định hướng được gọi là sợi thủy tinh định hướng.

Chất độn của sợi thủy tinh không định hướng là sợi ngắn. Nếu cốt thép là sợi thủy tinh thì vật liệu đó được gọi là sợi thủy tinh. Vật liệu composite có chứa sợi carbon được gọi là sợi carbon, sợi boron được gọi là sợi boron và sợi hữu cơ được gọi là organo-lockite. Ưu điểm của vật liệu composite với ma trận polymer: cường độ riêng và đặc tính đàn hồi cao; khả năng chống lại môi trường xâm thực; đặc tính chống ma sát, ma sát tốt cùng với đó là khả năng chắn nhiệt, hấp thụ sốc cao.

49. Thành phần hóa học, phương pháp sản xuất bột, tính chất và phương pháp kiểm soát chúng

Vật liệu bột là vật liệu thu được bằng cách ép bột kim loại thành các sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu, sau đó nung kết các sản phẩm được tạo thành trong chân không hoặc môi trường bảo vệ.

Hợp kim bột chống ma sát có hệ số ma sát thấp, dễ gia công và có khả năng chống mài mòn tốt.

Hợp kim dựa trên vật liệu kim loại màu được sử dụng trong chế tạo dụng cụ và kỹ thuật điện tử. Vật liệu bột được sử dụng để sản xuất các bộ phận có hình dạng đối xứng đơn giản, trọng lượng và kích thước nhỏ.

Luyện kim bột là một nhánh công nghệ liên quan đến việc sản xuất bột kim loại và các bộ phận từ chúng. Bột kim loại được ép thành phôi rồi đem đi xử lý nhiệt - thiêu kết. Bột kim loại là: sắt, đồng, niken, crom, coban, vonfram, molypden, titan. Có hai phương pháp sản xuất bột: cơ học và hóa lý.

Phương pháp phổ biến nhất là nghiền cơ học nguyên liệu thô (chip, phế liệu). Máy nghiền cơ khí được sử dụng để mài. Mài cơ học có nhược điểm của nó. Chúng bao gồm chi phí bột cao, bao gồm chi phí sản xuất kim loại và hợp kim đúc ban đầu, và năng suất tương đối thấp của quy trình.

Phương pháp hóa lý sản xuất bột: khử oxit, kết tủa bột kim loại từ dung dịch muối. Việc sản xuất bột có liên quan đến sự thay đổi thành phần hóa học của nguyên liệu thô. Các phương pháp hóa lý để sản xuất bột linh hoạt hơn các phương pháp cơ học. Nhờ sử dụng nguyên liệu rẻ tiền nên phương pháp vật lý và hóa học rất tiết kiệm.

Thành phần hóa học của bột được xác định bởi hàm lượng kim loại cơ bản hoặc thành phần và tạp chất. Các tính chất vật lý của bột được xác định bởi kích thước và hình dạng của các hạt, độ cứng vi mô, mật độ và việc tạo ra mạng tinh thể. Đặc tính công nghệ được đặc trưng bởi tính lưu động, độ nén và khả năng thiêu kết của bột.

Khả năng chảy là khả năng của bột đổ đầy khuôn. Tính lưu động có tầm quan trọng lớn trong quá trình ép tự động, trong đó hiệu suất của máy ép bị ảnh hưởng bởi tốc độ đổ đầy khuôn. Tính lưu động thấp ảnh hưởng đến tính không đồng nhất về mật độ của phôi.

Khả năng nén đề cập đến khả năng của bột được nén dưới tác động của tải trọng bên ngoài và cường độ bám dính của các hạt do bị ép. Khả năng nén của bột bị ảnh hưởng bởi độ dẻo của vật liệu hạt, kích thước và hình dạng của chúng. Nó tăng lên khi đưa chất hoạt động bề mặt vào thành phần bột.

Vật liệu kết cấu được sử dụng để sản xuất phôi và các bộ phận hoàn thiện thu được bằng phương pháp luyện kim bột. Vật liệu composite có tính chất vật lý, cơ học và hiệu suất đặc biệt được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Vật liệu gốm kim loại chống ma sát được sử dụng để sản xuất vòng bi trơn. Trong vật liệu chống ma sát, thành phần cứng là đế kim loại và thành phần mềm là các lỗ chứa đầy dầu hoặc nhựa.

Vật liệu composite ma sát là các chế phẩm phức tạp dựa trên đồng hoặc sắt. Than chì hoặc chì giúp giảm sự mài mòn của chế phẩm. Vật liệu ma sát được sử dụng làm phần tử lưỡng kim bao gồm một lớp ma sát được thiêu kết dưới áp suất với một đế (đĩa).

Vật liệu có độ xốp cao được sử dụng để làm bộ lọc. Bộ lọc có thể được làm từ bột thép chống ăn mòn, nhôm và titan.

Vật liệu kim loại có độ xốp cao được sản xuất bằng cách nung bột mà không cần ép trước. Để giải phóng khí trong quá trình thiêu kết, các chất đặc biệt được thêm vào bột.

Hợp kim cứng kim loại-gốm có độ cứng cao, chịu nhiệt và chống mài mòn. Chúng được sử dụng để sản xuất dụng cụ cắt và khoan, đồng thời cũng được ứng dụng lên bề mặt của các bộ phận bị mài mòn.

Luyện kim bột tạo ra vật liệu kim cương-kim loại. Bột kim loại (đồng, niken) được sử dụng làm chất kết dính.

Trong công nghệ vật liệu composite hiện đại, vật liệu dạng sợi được sử dụng rộng rãi. Để sản xuất chúng, người ta sử dụng dây làm từ vonfram, molypden, boron và than chì, tùy thuộc vào đặc tính yêu cầu của vật liệu được tạo ra. Luyện kim sợi là một nhánh của luyện kim bột chuyên giải quyết các vấn đề nghiên cứu và chế tạo vật liệu dạng sợi.

Quá trình chuẩn bị hỗn hợp bao gồm ủ sơ bộ, phân loại bột theo cỡ hạt (sàng lọc) và trộn đều.

50. Tạo hình và thiêu kết bột, phạm vi ứng dụng

Thiêu kết là cường độ bám dính của các hạt do xử lý nhiệt của phôi ép.

Bột đã chuẩn bị được trộn trong máy nghiền bi và máy nghiền trống. Các phôi từ bột kim loại được hình thành bằng cách ép (lạnh, nóng, thủy tĩnh) và cán. Tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của phôi được ép mà người ta sử dụng cách ép một mặt và hai mặt. Phôi một mặt tạo ra phôi có hình dạng đơn giản và phôi dạng ống lót. Bằng cách ép hai mặt, các khoảng trống có hình dạng phức tạp được hình thành.

Trong quá trình ép nóng, các quá trình tạo hình và thiêu kết phôi được kết hợp về mặt công nghệ. Kết quả của quá trình ép nóng, thu được các vật liệu có đặc điểm là cường độ, mật độ và tính đồng nhất của cấu trúc cao. Than chì thích hợp nhất để làm khuôn.

Ép thủy tĩnh được sử dụng để sản xuất phôi gốm-kim loại. Dầu, nước và glycerin được sử dụng làm chất lỏng làm việc.

Thanh, ống và biên dạng của các phần khác nhau được sản xuất bằng phương pháp ép đùn. Biên dạng của bộ phận được sản xuất phụ thuộc vào hình dạng của lỗ đã được hiệu chỉnh của khuôn. Máy ép cơ và thủy lực được sử dụng làm thiết bị.

Cán là một trong những phương pháp hiệu quả và hứa hẹn nhất được sử dụng để chế biến nguyên liệu dạng bột. Trong một số trường hợp, quá trình cán được kết hợp với quá trình thiêu kết và xử lý cuối cùng các phôi thu được.

Quá trình thiêu kết được thực hiện để tăng cường độ của phôi thu được trước đó bằng cách ép hoặc lăn. Trong các phôi được nén, các hạt riêng lẻ có tỷ lệ tiếp xúc nhỏ, do đó quá trình thiêu kết đi kèm với sự gia tăng tiếp xúc giữa các hạt bột riêng lẻ. Tùy thuộc vào thời gian và nhiệt độ thiêu kết, cường độ và mật độ tăng lên xảy ra do sự kích hoạt quá trình hình thành các bề mặt tiếp xúc. Nếu vượt quá các thông số của quy trình, điều này có thể dẫn đến giảm độ bền do sự phát triển của các hạt kết tinh.

Yêu cầu đối với môi trường thiêu kết là điều kiện không oxy hóa để làm nóng phôi.

Sau quá trình thiêu kết, các phôi được xử lý bổ sung để tăng các tính chất cơ lý, thu được kích thước và hình dạng cuối cùng, phủ lớp phủ trang trí và bảo vệ bề mặt của bộ phận khỏi bị ăn mòn.

Để tăng tính chất cơ lý của phôi thiêu kết, người ta sử dụng quá trình ép và thiêu kết lặp đi lặp lại, ngâm tẩm chất bôi trơn, xử lý nhiệt hoặc nhiệt hóa học.

Việc ép và thiêu kết nhiều lần sẽ tạo ra các bộ phận có mật độ cao hơn. Vật liệu thiêu kết có thể được rèn, cán, dập ở nhiệt độ cao. Xử lý áp suất làm giảm độ xốp của vật liệu và tăng độ dẻo của chúng.

Vật liệu kim loại dạng bột là vật liệu thiêu kết được sản xuất bằng phương pháp chuẩn bị hỗn hợp bột, tạo hình và thiêu kết. Những vật liệu này bao gồm hợp kim cứng, vật liệu tổng hợp tăng cường phân tán, vật liệu chống ma sát, thép bột, kim loại màu thiêu kết và vật liệu kim loại xốp.

Để thu được các bộ phận thiêu kết từ thép bột, người ta sử dụng hỗn hợp bột sắt và bột hợp kim, cũng như bột cacbon và thép hợp kim. Phương pháp sản xuất thép bột: ép nguội và thiêu kết; ép đôi và thiêu kết; ép nóng; dập nóng. Xử lý nhiệt thép bột được thực hiện trong môi trường bảo vệ đặc biệt. Để ngăn chặn quá trình oxy hóa, dầu hoặc nước được sử dụng để làm nguội thép. Thép bột có một thành phần cấu trúc đặc trưng - lỗ chân lông. Độ xốp của vật liệu càng lớn thì mật độ, độ bền và độ dẻo dai của thép càng thấp. Nhưng nhiều đặc tính của vật liệu không phụ thuộc đơn điệu vào độ xốp. Như vậy, khả năng chống nứt và độ bền va đập của sắt bột thay đổi không đơn điệu tùy thuộc vào độ xốp.

Vật liệu chống ma sát thiêu kết dạng bột được chế tạo bằng ma trận đồng và thép đã trở nên phổ biến trong kỹ thuật cơ khí hiện đại. Để chuẩn bị các vật liệu bền hơn và chất lượng cao hơn, các chất phụ gia đặc biệt được sử dụng: canxi florua, than chì, boron nitrit tăng áp. Kết quả là sau quá trình thiêu kết, một cấu trúc xốp được hình thành. Các hạt dầu và chất bôi trơn lỏng khác có thể được lưu trữ trong các lỗ rỗng của cấu trúc này. Vật liệu có cấu trúc xốp là thích hợp nhất để thay thế hợp kim chống ma sát bằng đồng và kim loại babbitt, những loại hợp kim này khá đắt khi sử dụng.

Luyện kim bột sản xuất gốm khoáng, thu được bằng cách sử dụng sắt, coban và các kim loại chịu lửa khác. Các sản phẩm berili cũng được sản xuất bằng phương pháp luyện kim bột. Quy trình sản xuất: đúc và thiêu kết, biến dạng nhựa nóng.

51. Kính vô cơ. Gốm kỹ thuật

Thủy tinh vô cơ là một vật liệu đẳng hướng vô định hình phức tạp về mặt hóa học với các đặc tính của chất rắn giòn.

Kính gồm có:

1. Máy tạo hình kính – cơ sở:

a) Si0₂ - Thủy tinh silicat nếu Si02 > 99% là thủy tinh thạch anh;

b) AI₂O₃ + Si0₂ - thủy tinh aluminosilicate;

c) B₂0₃ + Si0₂ - thủy tinh borosilicat;

d) AI₂0₃ +B₂0₃ + Si0₂ - thủy tinh aluminoborosilicate;

2. Các chất điều chỉnh được đưa vào để truyền đạt một số đặc tính nhất định cho kính. Sự đưa vào các oxit của kim loại kiềm thổ (nhóm I, II: Na, K) làm giảm điểm hóa mềm. Oxit của crom, sắt và vanadi tạo ra một số màu nhất định cho thủy tinh. Oxit chì làm tăng chỉ số khúc xạ. Tùy thuộc vào lượng chất biến tính, thủy tinh có thể: có tính kiềm với hàm lượng chất biến tính lên tới 20-30%, không chứa kiềm - lên đến 5% chất biến tính, thủy tinh thạch anh - không có chất biến tính;

3. Các chất bù đắp, triệt tiêu tác động tiêu cực của các chất sửa đổi. Kính trong ô tô, sợi thủy tinh, quang học, độ dẫn nhiệt thấp, không tan trong axit và kiềm.

Tính chất của thủy tinh: thủy tinh có đặc tính là độ cứng và độ bền kéo cao. Về mặt lý thuyết, độ bền kéo đạt 10-12 GPa. Mô đun đàn hồi E = 70 GPa. Độ cứng Vickers HV ~ 750 kgf/mm2. Thực tế sức mạnh cuối cùng là 50-100 MPa. aB thấp được giải thích bởi các yếu tố sau: hệ số giãn nở tuyến tính cao. Khi kính nguội đi, ứng suất kéo hình thành trên bề mặt của nó, dẫn đến xuất hiện các vết nứt. Thủy tinh là chất cách nhiệt tốt, điều này cũng dẫn đến hình thành các vết nứt. Kính không chịu được tải trọng động.

Phương pháp tăng cường kính:

1) khắc để loại bỏ lớp bề mặt bị lỗi. Độ bền kéo tăng lên 3000 MPa. Đây là một phương pháp không hiệu quả vì sau đó kính sẽ tương tác với các hạt mài mòn hoặc vật liệu cứng;

2) tạo ra ứng suất nén trên bề mặt. Để làm được điều này, quá trình đông cứng được thực hiện, đun nóng đến một nhiệt độ nhất định, sau đó làm nguội ở chế độ nhất định (nhiệt độ gia nhiệt, làm mát và thời gian giữ). Độ bền kéo tăng lên 1000-1500 MPa;

3) ứng dụng vật liệu polymer lên bề mặt kính. Chất kết dính polymer dán các vết nứt nhỏ trên bề mặt kính.

Thủy tinh thạch anh có tính thấm khí cao (heli, hydro, neon) so với các loại thủy tinh silicat khác, ngoài silicon dioxide, còn chứa oxit của kim loại kiềm và kiềm thổ.

Hai thông số kết hợp cấu trúc của kính photphat kép với cấu trúc của kính silicat kép: đơn vị cấu trúc cơ bản là các nhóm oxy nguyên tố tứ diện; Khi thêm các oxit biến tính, số lượng nguyên tử oxy không bắc cầu sẽ tăng lên.

Quá trình đông cứng và nóng chảy của thủy tinh xảy ra dần dần trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Do đó, không có nhiệt độ hóa rắn hoặc nóng chảy cụ thể. Trong quá trình làm mát, chất tan chảy chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái dẻo và sau đó sang trạng thái rắn (quá trình chuyển thủy tinh).

Thủy tinh hữu cơ là các polyme hữu cơ - polyacrylate, polycarbonate, polystyrene, copolyme của vinyl clorua với methyl methacrylate, ở trạng thái thủy tinh. Thủy tinh làm từ polymethyl methacrylate đã có ứng dụng thực tế lớn nhất. Về công nghệ, cơ chế và cấu trúc làm cứng, thủy tinh hữu cơ khác với thủy tinh vô cơ.

Kính cơ bản có khả năng tạo thành một số lượng nhỏ các nguyên tố - lưu huỳnh, selen, asen, phốt pho, cacbon.

Kính halogenua được sản xuất dựa trên thành phần tạo thủy tinh BeF2. Các chế phẩm đa thành phần của kính fluoroberyllate bao gồm florua của nhôm, canxi, magiê, strontium và bari. Kính Fluoroberyllate được sử dụng rộng rãi trong thực tế do khả năng chống bức xạ cứng cao, bao gồm tia X và môi trường khắc nghiệt như flo và hydro florua.

Các phương pháp sản xuất thủy tinh bằng bay hơi chân không, ngưng tụ từ pha hơi và phun plasma đang ngày càng trở nên quan trọng trong công nghiệp. Trong những trường hợp này, thủy tinh có thể thu được từ pha khí, bỏ qua trạng thái nóng chảy.

Gốm sứ là một vật liệu vô cơ thu được bằng cách đúc các khối trong quá trình nung ở nhiệt độ cao. Gốm oxit có cường độ nén cao so với độ bền kéo hoặc độ uốn. Cấu trúc tinh thể mịn bền hơn. Khi nhiệt độ tăng, độ bền của gốm giảm. Gốm sứ làm từ oxit nguyên chất không bị oxy hóa.

Gốm sứ không chứa oxy. Các vật liệu rất dễ vỡ. Khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao của cacbua và borua là 900-1000 ° C; đối với nitrua thì thấp hơn. Chất diệt silic có thể chịu được nhiệt độ 1300-1700°C. Ở nhiệt độ như vậy, một màng silica hình thành trên bề mặt.

52. Polyme, nhựa

Polyme là những chất có đại phân tử bao gồm nhiều đơn vị cơ bản lặp lại đại diện cho cùng một nhóm nguyên tử. Trọng lượng phân tử của các phân tử dao động từ 500 đến 1000000.

Trong các phân tử polymer có một chuỗi chính được tạo thành từ một số lượng lớn các nguyên tử. Chuỗi bên ngắn hơn.

Các polyme có chuỗi chính chứa các nguyên tử giống hệt nhau được gọi là homochain, và nếu có các nguyên tử carbon thì chúng được gọi là carbochain. Các polyme có chuỗi chính chứa các nguyên tử khác nhau được gọi là dị chuỗi.

Các đại phân tử polymer được chia theo hình dạng của chúng thành tuyến tính, phân nhánh, phẳng, ruy băng, không gian hoặc mạng.

Các đại phân tử polymer tuyến tính là các chuỗi dài ngoằn ngoèo và xoắn ốc, được đặc trưng bởi tính linh hoạt giới hạn ở các phần cứng - các phân đoạn bao gồm một số đơn vị. Các đại phân tử như vậy có độ bền cao dọc theo chuỗi chính, liên kết với nhau yếu và mang lại độ đàn hồi cao cho vật liệu. Việc gia nhiệt làm mềm và sau đó làm nguội sẽ làm cứng polyme (polyamit, polyetylen).

Một đại phân tử phân nhánh chứa các nhánh bên và điều này khiến các đại phân tử khó tiếp cận nhau và làm giảm tương tác giữa các phân tử. Các polyme có hình dạng này được đặc trưng bởi độ bền giảm, độ nóng chảy và độ giòn tăng. Các dạng đại phân tử liên kết ngang là đặc trưng của các polyme bền hơn, không hòa tan và không tan, dễ bị trương nở trong dung môi và mềm đi khi đun nóng.

Các đại phân tử polymer rất linh hoạt.

Nhựa (nhựa) là vật liệu hữu cơ dựa trên các polyme có thể mềm ra khi đun nóng và có hình dạng ổn định nhất định dưới áp suất. Nhựa đơn giản chỉ bao gồm các polyme hóa học. Nhựa phức tạp bao gồm các chất phụ gia: chất độn, chất dẻo, thuốc nhuộm, chất làm cứng, chất xúc tác.

Chất độn được đưa vào nhựa với lượng 40-70% để tăng độ cứng, độ bền, độ cứng và mang lại các đặc tính cụ thể đặc biệt. Chất độn có thể là vải và các chất dạng bột, dạng sợi.

Chất hóa dẻo (stearin, axit oleic) giúp tăng độ đàn hồi, độ dẻo và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công nhựa.

Chất làm cứng (amine) và chất xúc tác (hợp chất peroxide) được thêm vào nhựa để xử lý chúng.

Thuốc nhuộm (sắc tố khoáng, dung dịch cồn của sơn hữu cơ) tạo cho nhựa một màu nhất định và giảm giá thành. Thành phần của các thành phần, sự kết hợp và tỷ lệ định lượng của chúng giúp thay đổi tính chất của nhựa trong phạm vi rộng. Nhựa được phân loại theo đặc tính của chúng.

Theo loại chất độn: có chất độn rắn; với chất độn khí.

Theo phản ứng của chất kết dính polymer với quá trình gia nhiệt lặp đi lặp lại. Nhựa nhiệt dẻo dựa trên polyme nhiệt dẻo làm mềm khi đun nóng và cứng lại khi làm nguội tiếp theo (polyme nguyên chất hoặc chế phẩm của polyme có chất làm dẻo, chất chống oxy hóa).

Nhựa nhiệt dẻo có độ co thấp 1-3%. Chúng được đặc trưng bởi độ mong manh thấp, độ đàn hồi cao và khả năng định hướng.

Nhựa nhiệt rắn dựa trên polyme nhiệt rắn (nhựa) sau khi xử lý nhiệt - đóng rắn - chuyển sang trạng thái bền nhiệt và giòn, có độ co ngót cao 10 - 15% và chứa chất độn.

Theo ứng dụng, chúng được chia thành các nhóm: cấu trúc - dành cho các bộ phận và kết cấu có nguồn điện, dành cho các bộ phận không có nguồn điện; gioăng, bịt kín; ma sát và chống ma sát; cách điện, cách nhiệt trong suốt; chống cháy, dầu, axit; đối diện và trang trí.

Polyethylene có thể được sử dụng trong thời gian dài ở nhiệt độ 60-100°C. Khả năng chống băng giá đạt -70 ° C trở xuống. Chịu được hóa chất và không hòa tan trong dung môi, nó được sử dụng để cách điện vỏ bảo vệ của dây cáp, các bộ phận lắp đặt tần số cao và để sản xuất các bộ phận chống ăn mòn - ống, miếng đệm, ống mềm. Nó được sản xuất dưới dạng màng, tấm, ống, khối. Polyethylene có thể bị lão hóa.

Polystyrene là một loại polymer vô định hình, cứng, trong suốt, có cấu trúc tuyến tính, tính chất điện môi cao, độ bền cơ học đạt yêu cầu, nhiệt độ hoạt động thấp (lên đến 100 ° C), kháng hóa chất trong kiềm, axit khoáng và hữu cơ và dầu. Nó trương nở trong 65% axit axetic băng và nitric, xăng và dầu hỏa. Ở nhiệt độ trên 200°C nó bị phân hủy tạo thành styren. Polystyrene được sử dụng để sản xuất các bộ phận chịu tải nhẹ và chất cách điện tần số cao. Nhược điểm - giòn ở nhiệt độ thấp, có xu hướng hình thành dần các vết nứt bề mặt.

Nhựa được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cơ khí và chế tạo dụng cụ để sản xuất các bộ phận. Nhựa dùng cho mục đích điện được sử dụng làm vật liệu cách điện trong kết cấu máy.

Tác giả: Buslaeva E.M.

Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá:

▪ Miễn dịch học đại cương và lâm sàng. Ghi chú bài giảng

▪ Pháp luật tố tụng hình sự. Phần chung và phần Đặc biệt. Giường cũi

▪ Luật dân sự. Một phần chung. Giường cũi

Xem các bài viết khác razdela Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Máy tỉa hoa trong vườn 02.05.2024

Trong nền nông nghiệp hiện đại, tiến bộ công nghệ đang phát triển nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình chăm sóc cây trồng. Máy tỉa thưa hoa Florix cải tiến đã được giới thiệu tại Ý, được thiết kế để tối ưu hóa giai đoạn thu hoạch. Công cụ này được trang bị cánh tay di động, cho phép nó dễ dàng thích ứng với nhu cầu của khu vườn. Người vận hành có thể điều chỉnh tốc độ của các dây mỏng bằng cách điều khiển chúng từ cabin máy kéo bằng cần điều khiển. Cách tiếp cận này làm tăng đáng kể hiệu quả của quá trình tỉa thưa hoa, mang lại khả năng điều chỉnh riêng cho từng điều kiện cụ thể của khu vườn, cũng như sự đa dạng và loại trái cây được trồng trong đó. Sau hai năm thử nghiệm máy Florix trên nhiều loại trái cây khác nhau, kết quả rất đáng khích lệ. Những nông dân như Filiberto Montanari, người đã sử dụng máy Florix trong vài năm, đã báo cáo rằng thời gian và công sức cần thiết để tỉa hoa đã giảm đáng kể. ... >>

Kính hiển vi hồng ngoại tiên tiến 02.05.2024

Kính hiển vi đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học, cho phép các nhà khoa học đi sâu vào các cấu trúc và quá trình mà mắt thường không nhìn thấy được. Tuy nhiên, các phương pháp kính hiển vi khác nhau đều có những hạn chế, trong đó có hạn chế về độ phân giải khi sử dụng dải hồng ngoại. Nhưng những thành tựu mới nhất của các nhà nghiên cứu Nhật Bản tại Đại học Tokyo đã mở ra những triển vọng mới cho việc nghiên cứu thế giới vi mô. Các nhà khoa học từ Đại học Tokyo vừa công bố một loại kính hiển vi mới sẽ cách mạng hóa khả năng của kính hiển vi hồng ngoại. Thiết bị tiên tiến này cho phép bạn nhìn thấy cấu trúc bên trong của vi khuẩn sống với độ rõ nét đáng kinh ngạc ở quy mô nanomet. Thông thường, kính hiển vi hồng ngoại trung bị hạn chế bởi độ phân giải thấp, nhưng sự phát triển mới nhất của các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã khắc phục được những hạn chế này. Theo các nhà khoa học, kính hiển vi được phát triển cho phép tạo ra hình ảnh có độ phân giải lên tới 120 nanomet, cao gấp 30 lần độ phân giải của kính hiển vi truyền thống. ... >>

Bẫy không khí cho côn trùng 01.05.2024

Nông nghiệp là một trong những lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế và kiểm soát dịch hại là một phần không thể thiếu trong quá trình này. Một nhóm các nhà khoa học từ Viện nghiên cứu khoai tây trung tâm-Hội đồng nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ (ICAR-CPRI), Shimla, đã đưa ra một giải pháp sáng tạo cho vấn đề này - bẫy không khí côn trùng chạy bằng năng lượng gió. Thiết bị này giải quyết những thiếu sót của các phương pháp kiểm soát sinh vật gây hại truyền thống bằng cách cung cấp dữ liệu về số lượng côn trùng theo thời gian thực. Bẫy được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng năng lượng gió, khiến nó trở thành một giải pháp thân thiện với môi trường và không cần điện. Thiết kế độc đáo của nó cho phép giám sát cả côn trùng có hại và có ích, cung cấp cái nhìn tổng quan đầy đủ về quần thể ở bất kỳ khu vực nông nghiệp nào. Kapil cho biết: “Bằng cách đánh giá các loài gây hại mục tiêu vào đúng thời điểm, chúng tôi có thể thực hiện các biện pháp cần thiết để kiểm soát cả sâu bệnh và dịch bệnh”. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ

Phục hình răng trong dịch vụ ngôn ngữ học 17.04.2009

Christophe Jeannin, một kỹ sư tại Viện Giao tiếp Bằng lời ở Grenoble, Pháp, đã chế tạo các cảm biến điện tử vào răng giả để ghi lại chuyển động của lưỡi khi họ nói.

Dữ liệu thu được sẽ cải thiện cách phát âm tiếng Pháp của người nước ngoài. Đúng vậy, những nghiên cứu như vậy chỉ có thể được thực hiện trên những người cần phục hình răng và cách phát âm của họ thường không hoàn hảo.

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của trang web Intercoms. Lựa chọn bài viết

▪ bài báo Bức màn của Isis. biểu hiện phổ biến

▪ bài viết Người Trung Quốc trân trọng điều gì hơn đôi mắt? đáp án chi tiết

▪ Bài báo về Chernobyl. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng

▪ bài viết Máy đo điện dung - tiền tố cho người kiểm tra. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài viết Biến thẻ rách thành thẻ nguyên vẹn. bí mật tập trung

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web