Реферат по материаловедению на тему металлы

Обновлено: 02.07.2024

Оценить 2624 0

Введение _______________________________________________ 3

Глава 1. Цветные металлы _________________________________4

1.1.История открытия и использование цветных металлов и

их сплавов ____________________________________________ 4

1.2. Виды цветных металлов _______________________________5

Глава 2.Сплавы цветных металлов _________________________ 7

Список использованных источников _______________________11

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы, и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники. Цветные металлы обладают рядом ценных свойств: высокой теплопроводностью, очень малой плотностью (алюминий и магний), очень низкой температурой плавления (олово, свинец), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий). В различных отраслях промышленности широко применяются сплавы алюминия с другими легирующими элементами. Чаще всего цветные металлы применяют в технике и промышленности в виде различных сплавов, что позволяет изменять их физические, механические и химические свойства в очень широких пределах. Кроме того, свойства цветных металлов изменяют путём термической обработки, нагартовки, за счёт искусственного и естественного старения и т. д. Цветные металлы подвергают всем видам механической обработки и обработки давлением — ковке, штамповке, прокатке, прессованию, а также резанию, сварке, пайке.

Из цветных металлов и сплавов изготовляют литые детали, а также различные полуфабрикаты в виде проволоки, профильного металла, круглых, квадратных и шестигранных прутков, полосы, ленты, листов и фольги. Значительную часть цветных металлов используют в виде порошков для изготовления изделий методом порошковой металлургии, а также для изготовления различных красок и в качестве антикоррозионных покрытий.

Глава1. Цветные металлы.

История открытия и использования цветных металлов и их сплавов.

Прежде чем научиться добывать и плавить руду, люди не позднее 9-го тыс. до н. э. познакомились со свойствами металлов, находя и обрабатывая самородки металлов (золота, меди и др.) и метеоритное железо. Самородная медь (обычно почти не содержит примесей) в результате ударов каменным орудием становится более твёрдой. После изобретения горячей кузнечной обработки процесс изготовления медных изделий стал более распространённым (эпоха энеолита). Овладение искусством плавки и получения необходимой формы литьём привело к росту производства меди и расширению её применения Бронзовые изделия отличались большей устойчивостью против коррозии, упругостью, твёрдостью, остротой лезвия. Кроме того, из бронзы легче было отливать всевозможные изделия, т. к. она имеет более низкую температуру плавления, чем медь, и лучше заполняет литейную форму. Более широкое применение бронзы (взамен меди) означало переход от медного к бронзовому веку. В бронзовом веке уже были известны т. н. семь металлов древности – медь, золото, свинец, серебро, железо, ртуть и олово, которые встречаются в природе преимущественно в виде самородков или сульфидов. Большинство металлов в то время получали в виде расплава.

В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др. Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны.

Медь и ее сплавы широко используют в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике и т. п. Техническая медь, содержащая не более 0,1 % примесей, применяется для различных видов проводников тока.

Алюминий и его сплавы применяют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и т. п. в связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.

1.2 Виды цветных металлов.

Цветные металлы. К цветным металлам, наиболее широко применяемым в технике, относятся медь, алюминий, олово, свинец, цинк, магний, титан. В чистом виде некоторые цветные металлы используют редко, в основном их применяют в виде сплавов. Цветные металлы - это наиболее дорогой и ценный технический материал.

Алюминий - серебристо-белый металл.

Широкое применение алюминия обусловлено его малой плотностью (2,7 г/см3), высокой пластичностью, т.е. способностью обрабатываться давлением, высокой коррозионной стойкостью. Она получается за счет того, что алюминий быстро покрывается окисной пленкой (Al2O3), предотвращая проникновение агрессивных веществ к основному металлу. Кроме того, алюминий обладает хорошей тепло- и электропроводностью.

по распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди конструкционных металлов. В земной коре содержится около 7,5 % Аl, в то время как железа - всего 5,1 %. Алюминий входит в состав всех глин, полевого шпата, боксита и других горных пород.

Медь - металл красновато-розового цвета с кристаллической структурой в виде ГЦК. По электропроводности медь занимает второе место после серебра. Поэтому она - важнейший материал для изготовления электропроводников (провода, шины, кабеля и т.п.). Медь имеет также высокую теплопроводность, в связи с чем ее широко используют в теплообменниках (радиаторы, холодильники и т.п.). Медь и ее сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки и легко поддаются пайке. На основе меди получены сплавы с очень ценными свойствами. Однако медь относится к тяжелым металлам, ее плотность 8,94 г/см3. Чистая медь обладает небольшой прочностью и высокой пластичностью. Медь отлично обрабатывается, давлением, но плохо - резанием и имеет плохие литейные свойства, поскольку дает большую усадку. Чистую медь и ее малолегированные сплавы широко используют в электротехнике и других видах производства. Медь - один из первых металлов, с которыми познакомился человек. Хотя в земной коре меди немного (до 0,01%), однако известны ее богатые месторождения, в которых встречаются даже самородки. Медь и ее сплавы обладают многими ценными свойствами, что определило ее широкое применение.

Олово очень мягкий металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Оно разделяется на шесть марок (ГОСТ 860-41): ОВЧ-000, О1ПЧ, 01, 02, 03, 04. Самое чистое олово - марки ОВЧ-000, содержащее 99,999% олова и 0,001% примесей. Олово в чистом виде применяют для лужения жести.

Цинк - это хрупкий металл белого цвета с голубоватым оттенком. В зависимости от химического состава установлены шесть марок цинка (ГОСТ 3640-47): ЦВ (99,99% цинка), Ц0, Ц1, Ц2, ЦЗ, Ц4 (99,50% цинка). Цинк используют для покрытия изделий (цинкование), чтобы предохранить их от атмосферной коррозии.

Магний - самый легкий металл из всех применяемых в технике (удельный вес его 1,74). Он легко воспламеняется и при его горении возникает высокая температура. Наиболее •опасны в этом отношении порошок, тонкая лента, мелкая стружка и т. п. Механические свойства магния низкие, поэтому он находит ограниченное применение в технике. В литейном деле из магния выплавляют высокопрочный магниевый чугун. Чаще всего магний используют в виде сплавов с алюминием, цинком.

Титан - металл серебристо-белого цвета, тугоплавкий (плавится при 1725° С) и легкий, стойкий на воздухе и даже в атмосфере морского климата. По распространенности титан занимает четвертое место среди конструкционных металлов, уступая лишь алюминию, железу и магнию. Прочность его вдвое больше, чем у железа, и почти в шесть раз больше, чем у алюминия. Ценными свойствами титана являются его высокие химическая и коррозийная стойкость. Титан обладает высокой пластичностью. Он хорошо куется, легко прокатывается в листы, ленты и даже в фольгу. Наибольшее применение титан находит в виде сплавов для изготовления лопастей газовых турбин и производства жаропрочных сталей.

Глава 2. Сплавы цветных металлов.

Медные сплавы. Важнейшими сплавами на основе меди являются латунь и бронза.

Латунь - это сплав меди с цинком. Кроме цинка, латунь содержит и другие элементы, но в меньшем, чем цинк, количестве. Латунь маркируют буквой Л, за которой стоят цифры, указывающие на содержание меди, например латунь марки Л80 состоит из 80% меди и 20% цинка. Если в латунь вводится 1% свинца, то она будет обозначаться ЛС59-1 и содержать 59% меди, 40% цинка и 1% свинца. Латуни обладают высокой коррозийной стойкостью, пластичностью, легко поддаются прокатке, ковке и вытяжке. В технике находят применение латуни, содержащие от 10 до 42% цинка. В зависимости от назначения латуни могут быть обрабатываемыми давлением, литейными и специальными. Латуни, обрабатываемые давлением, используют для радиаторных трубок, прокладок, труб и т. д. Из литейных латуней изготовляют червячные винты, зубчатые колеса, подшипники и т. д. Специальные латуни, обладающие более высокими механическими свойствами, чем литейные латуни, применяют для изготовления химически стойких деталей, конденсаторных трубок и водяной арматуры. Латунные изделия, получаемые холодной обработкой (наклеп), для смягчения и пластичности подвергают отжигу рекристаллизации на 350-450° С.

Бронза - это сплав меди с оловом, свинцом, алюминием и другими элементами. Название бронзы зависит от второго компонента. Важнейшими из бронз являются оловянистые, свинцовистые, алюминиевые и кремнистые.

Бронзы маркируют следующим образом: сначала пишут буквы Бр., означающие бронзу, затем буквы, показывающие, какие элементы введены в бронзу, и далее цифры, указывающие на содержание этих элементов в процентах. Например, бронза марки Бр.ОЦС6-6-3 означает, что в ней содержится 6% олова, 6% Цинка, 3%. свинца и остальные (85%) медь. 62

Оловянистые бронзы обладают хорошими литейными свойствами, коррозийной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами, т. е. хорошо сопротивляются износу и трению. Оловянистые бронзы в основном применяют для деталей, работающих на трение, - подшипников скольжения, червячных колес и т. п.

Алюминиевые бронзы содержат до 10% алюминия. Они обладают прочностью, высокими антифрикционными и технологическими свойствами, устойчивостью в атмосферных условиях и морской воде. Введение в алюминиевую бронзу железа, марганца и других элементов еще больше повышает ее механические свойства. Химический состав специальных бронз, например Бр. АЖН10-4-4, следующий: алюминия - 9,5-11,0%; марганца 3,5- 5,5%; железа - 3,5-5,5%; остальное - медь.

Алюминиевые бронзы применяют как антифрикционный материал, изготовляя из них подшипники, втулки, червячные колеса и т. д.

Кремнистые бронзы содержат 2-3% кремния. Они обладают высокими литейными свойствами и коррозийной стойкостью. Из таких бронз изготовляют пружинящие детали, проволоку, ленту и т. д.

Никелевые бронзы обладают высокой вязкостью и кислотостойкостью, сохраняют механические свойства даже при повышенных температурах.

Бериллиевые бронзы (2% бериллия) обладают исключительно высокими свойствами - хорошо упрочняются термической обработкой, имеют предел прочности σ_ь = 130-150 кгс/мм 2 и твердость НВ 370-400. Бериллиевые бронзы применяют, например, для изготовления ударного инструмента, зубил, молотков, не дающих при ударе искр. Пружины из бериллиевой бронзы выдерживают до 25 млн. колебаний, в то время как стальные закаленные пружины в таких же условиях разрушаются после 3 млн. колебаний.

Алюминиевые сплавы. Они получаются добавкой к алюминию меди, цинка, магния, кремния, марганца и других компонентов. Такие сплавы имеют небольшой удельный вес и высокие механические свойства.

Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы , упрочняемые термической обработкой, могут быть следующих марок: АК6, АК8, АК2, АК4. Они обладают высокой прочностью и пластичностью, поэтому из них изготовляют полуфабрикаты ковкой, прокаткой и прессованием. Сплавы АК2 и АК4 содержат никель и являются жаропрочными. Они применяются после термической обработки для изготовления поршней, головок цилиндров, работающих при повышенных температурах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относится также дюралюминий марок Д1, Д6, Д16, Д18. Дюралюминий выпускается в виде листов, прессованных и катаных профилей, прутков и штамповок. Сплав Д18 применяют для заклепок, так как он может расклепываться в любое время после старения.

Для повышенной коррозийной стойкости дюралюминий покрывается (плакируется) чистым алюминием. Плакированием называют горячую прокатку слитков дюралюминия вместе с листами чистого алюминия. Сплавы АМц и АМг термическому упрочнению не подвергают. Из них изготовляют трубопроводы и сварные масляные резервуары.

Литейные алюминиевые сплавы почти не стареют естественно. Их прочностные свойства повышаются искусственным старением.

Из литейных сплавов наибольшее распространение получили силумины - сплавы алюминия с кремнием. Силумины обладают высокими механическими свойствами и большой жидкотекучестью, позволяющей отливать сложные и тонкостенные детали.

Магниевые сплавы . Подобно алюминиевым магниевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Прочность и пластичность магниевых сплавов ниже, чем у алюминиевых. Удельный вес магниевых сплавов-1,74. Характерной особенностью термообработки магниевых сплавов является длительная выдержка их при закалке и отпуске. Деформируемые магниевые сплавы марок МА1, МА2, МА5, МА8 применяют для изготовления высоконагруженных деталей самолетов, а литейные сплавы марок МЛ2, МЛЗ, МЛ4, МЛ5 - для изготовления деталей двигателей, корпусов приборов, колодок колесных тормозов автомобилей и корпусов фотокамер. Сплавы на магниевой основе отличаются малой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошо обрабатываются резанием. Они нашли широкое применение в машиностроении и в частности в авиастроении. Из магниевых сплавов изготавливают фасонные отливки, а также полуфабрикаты – листы, плиты, прутки, профили, трубы, проволоки.

Исходя из рассмотренной в реферате информации, можно сделать вывод, что на сегодняшний день цветные металлы и их сплавы имеют огромное значение для производства любого типа техники. Ценными свойствами цветных металлов и их сплавов являются высокие химическая и коррозийная стойкость. В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.В пищевой промышленности широко применяется упаковочная фольга из алюминия и его сплавов – для обертки кондитерских и молочных изделий, а также в больших количествах используется алюминиевая посуда (пищеварочные котлы, поддоны, ванны и т. д.).

Список использованных источников

1. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1981.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Материаловедение: металлы и сплавы

Самостоятельная работа №1

2. Самостоятельная работа № 2

«Диаграмма состояния “железо-цементит”

3. Самостоятельная работа №3

4. Самостоятельная работа № 4

5. Самостоятельная работа № 5

Самостоятельная работа 1

Вариант задания № 9

Объясните, к какой деформации (холодной или горячей), следует отнести прокатку низкоуглеродистой стали, свинца и вольфрама при комнатной температуре.

Горячая деформация производится при температуре выше температуры рекристаллизации для получения полностью рекристаллизованной структуры. Холодная прокатка производится ниже температуры рекристаллизации, сопровождается упрочнением (наклепом) металла. Прокатка низкоуглеродистой стали, свинца и вольфрама при комнатной температуре следует отнести к холодной деформации.

В цветной металлургии холодная прокатка применяется для получения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других металлов.

Напишите, каким способом надо измерять твёрдость листовой мягкой стали толщиной 1мм.

Твёрдость в большинстве случаев испытывается при статическом характере вдавливания индентора в виде шарика, конуса или пирамиды в тело исследуемого объекта или царапанием поверхностного слоя пирамидой из твёрдого материала (склерометрический метод).

Для определения твёрдости тонких слоёв или мелких образцов используют прибор “Супер-Роквелл”, отличающийся от обычного прибора “ТК” меньшими нагрузками.

Объясните, когда процесс кристаллизации протекает быстрее – при небольшой, большой и очень большой степени переохлаждения? (ответ обосновать).

Пространственные кристаллические решетки образуются в металле при переходе из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией.

Процесс кристаллизации может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры Тп (температура плавления).

На рис.1. изображены термические кривые, характеризующие процесс кристаллизации металлов при охлаждении с разной скоростью. При очень медленном охлаждении степень переохлаждения невелика (рис.1 кривая ?Т). В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения (кривые ?Т₁, ?Т₂) число зародышей возрастает в большей мере, чем скорость их роста, и размер зерна в металле уменьшается.

Зерно металла сильно влияет на механические свойства: чем мельче зерно, тем выше вязкость и пластичность.

При увеличении степени переохлаждения скорость образования кристаллов и скорость их роста возрастают, при определенной степени переохлаждения достигают максимума, после чего снижаются.

Самостоятельная работа 2

Вариант Задания № 9

Рис..1. Диаграмма состояния железо – цементит

К углеродистым сталям относятся сплавы железа с углеродом с массовой долей углерода от 0,02 до 2,14 %.

Основными компонентами углеродистых сталей являются железо и углерод.

Железо является полиморфным металлом. При температурах ниже 910° С, железо существует в ? -модификации. Эта аллотропическая модификация железа называется ? -железом. В интервале температур от 910° С до 1392° С существует ? -железо с гранецентрированной кубической решеткой.

Углерод является неметаллическим элементом. В углеродистых сталях эти компоненты взаимодействуют, образуя, и зависимости от их количественного соотношения и температуры, разные фазы, представляющие собой однородные части сплава. Углерод может растворяться как в жидком (расплавленном) железе, так и в различных его модификациях в твердом состоянии. В углеродистых сталях различают следующие фазы (рис.1): жидкий сплав (Ж), твердые растворы -феррит (Ф) и аустенит (А) и химическое соединение цементит (Ц),

Феррит - твердый раствор внедрения углерода в ? -железе. Содержит при нормальной температуре 0,006 % углерода. У феррита низкие твердость (HB = 790 МПа) и прочность (?₆ = 245МПа), высокие пластичность (? = 50%, ? = 85%) и ударная вязкость (KCU = 2940кДж/м 2 ).

Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в ? -железе, при нормальной температуре в углеродистых сталях в равновесном состоянии не существует.

Цементит - химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fc₃C. Содержит 6,67 % углерода. Для цементита характерна высокая твердость (НV = 9800 МПа) и очень низкая пластичность.

Перлит – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита (Ф+Ц). Существует ниже 727° С и содержит 0,8% С.

Определить вид углеродистой стали и белого чугуна по заданному содержанию углерода, отметить эти точки на своей диаграмме.

Линия ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита (), на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного.

Линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита (). На линии HJB при постоянной температуре 1499°С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита (), в результате чего образуется аустенит.

На участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита.

На участке ECF при постоянной температуре 1147 o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного

При 1147°С протекает эвтектическая реакция Lc-A_E+Ц.

Жидкость, состав которой соответствует точке С, превращается в эвтектическую смесь аустенита, состав которого соответствует точке Е, и цементита, называемую ледебуритом.

При 727°С протекает эвтектическая реакция A - Фр+Ц.

В отличие от эвтектики, образующейся из жидкости, эвтектоид возникает из твердых фаз. Продукт превращения – эвтектоидная смесь феррита и цементита, называемая перлитом.

Описан феномен и суть явления эффекта памяти механической формы сплавов металлов, материалы с эффектом памяти формы и сферы их применения.

Вложение	Размер
metally_s_ef_pamyati.docx	35.37 КБ

Предварительный просмотр:

ДЕПАРТАМЕН ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

КОЛЛЕДЖ ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВА И СЕРВИСА № 38

ГБОУ СПО КГиС № 38

Алексеев Дмитрий Михайлович

Гирич Светлана Анатольевна

Любой природный материал обладает своими уникальными качествами. Так многим металлам присущи такие качества, как твердость, прочность и долговечность. Также металлы могут обладать еще одним интереснейшим свойством, о котором не все знают, а именно, металлы могут обладать памятью.

Работы по изучению данного свойства велись и ведутся до сих пор во многих странах. Поэтому тема данной работы весьма актуальна. Для нас кажется весьма привычным и естественным, что пружина всегда возвращается в исходное положение, так же как и изогнутая стальная линейка, и это никого не удивляет. Однако если предел упругости материала будет превышен, то непременно наступит пластическая деформация и тогда предмет уже не примет исходную форму сам, если только не продеформировать материал в противоположном направлении. Но это лишь привычные для нас, общепринятые представления.

Глава 1. Феномен и суть явления. Мартенситное превращение.

Чтобы понять феномен явления его достаточно один раз увидеть. Для эксперимента можно взять металлическую проволоку и изогнуть ее, а затем нагреть. Проволока от нагрева начинает распрямляться и затем восстанавливает свою исходную форму.

Данный феномен происходит потому что при деформации внешние слои материала вытягиваются, а внутренние в свою очередь сжимаются, при этом средние вовсе остаются неизменными. [3]

Такие вытянутые структуры называют мартенситными пластинами, которые не являются чем-то необычным для металлических сплавов. Здесь необычность проявляется в другом: в мартенсит термоупругий в материалах с памятью формы. И начинает проявляться эта термоупругость мартенситных пластин при именно при нагреве, когда появляется внутреннее напряжение, стремящееся вернуть в исходное состояние структуру, а именно растянуть сплюснутые пластины и сжать вытянутые. Поэтому материал восстанавливает свою исходную форму, так ка в целом получается, что он проводит автодеформацию только в обратном направлении. [2]

Все металлы и сплавы имеют свою кристаллическую решетку, параметры которой заданы изначально. Но может осуществляться перестройка этой кристаллической решетки в связи с изменением температуры и давления. В данном случае говорят, что происходит полиморфное превращение, то есть смена типа кристаллической решетки (происходит ее перестройка). Полиморфное превращение может осуществляться при помощи двух способов: воздействия высоких температур, при которой подвижность атомов возрастает и мартенситного превращения.

Что бы понять сущность первого способа можно представить в виде атомов детские кубики, а в виде кристаллической решетки- здание из этих кубиков-атомов. Чтобы осуществить полиморфное превращение, то есть построить из этих же кубиков, но уже другое здание необходимо просто разобрать старое и собрать новое здание. Поскольку путь каждого кубика при перестройке совершенно не связан с другими, то он может оказаться абсолютно в любом месте нового здания. Перестройка решетки по такой схеме может произойти только в случае, когда диффузия, то есть подвижность атомов достаточно высока, для того чтобы осуществить перемещение их на совершенно новые места.

Однако, для того чтобы произвести перестройку кристаллической решетки, когда температура полиморфного превращения не достаточно высока, нужно применять бездиффузионный способ.

При изучении закалки – одного из древнейших и основных процессов термической обработки стали был и обнаружен такой бездиффузионный способ. В результате закалки образуется фаза с новой кристаллической решеткой, то есть мартенсит. Именно поэтому второй способ смены типа кристаллической решетки (полиморфного превращения) получил название мартенситного превращения. [4]

Мартенситное превращение является одним из фундаментальных способов перестройки кристаллической решетки. Данный способ характерен для сталей, чистых металлов, полупроводников, цветных сплавов и полимеров всегда в случае перестройки решетки при отсутствии диффузии.

Если вернуться к примеру с кубиками-атомами, то в случае с мартенситным превращением особенность заключается в том, что отсутствует диффузия и поэтому старое здание невозможно просто разобрать. Здесь кубики перемещаются без разрушения межатомных связей, то есть не отрываясь друг от друга и почти одновременно из старых положений в новые. Мартенситное превращение потому иногда называют сдвиговым, что такое согласованное и коллективное перемещение носит характер сдвига.

Именно кооперативный сдвиг атомов приводит к неизбежному изменению формы объема сплава, а изменение формы и является главной особенностью мартенситного превращения.

С данной особенностью и связан эффект памяти сплавов, однако не все сплавы, которые претерпевают мартенситное превращение, могут обладать памятью. При мартенситном превращении изменение формы является необходимым условием, но все же недостаточным для проявления памяти.

Можно выделить три основных события в истории изучения мартенситных превращений, оказавших непосредственное влияние на формировании нового направления, которое занимается изучением эффекта памяти формы в сплавах и применением данного эффекта.

В данной статье описывалась особенность мартенситного превращения в медном сплаве. Она заключалась в том, что при охлаждении этого медного сплава мартенситные кристаллы росли медленно, а при нагреве и вовсе постепенно исчезали. В данном случае, если провести аналогию с пружиной, можно сказать, что она способна останавливать рост кристалла прежде, чем разрушится сама. Подпружиненным оказывается кристалл мартенсита, что в свою очередь и обеспечивает динамическое равновесие границы между ним и исходной фазой. Получается, что если охлаждать, то граница будет смещаться в одну сторону, а если нагревать- в другую, т.е. обратную.

Описанное явление получило название термоупругого равновесия фаз в твердом теле. Стоит отметить, что изменением формы сопровождается и термоупругое мартенситное превращение, только в данном случае изменение имеет обратимый характер. И именно такое превращение и обеспечивает память металлов.

Второе событие относят к 1958 году, когда на Всемирной выставке в Брюсселе было представлено устройство двух американских ученых: Т. Рида и Д. Либермана. Основой такого устройства служил тонкий длинный стержень из золото-кадмиевого сплава. Один его конец был жестко закреплен в стойке в горизонтальном положении, а на другой вешали груз и под тяжестью он изгибался. Однако необычным было то, что когда стержень нагревали, то он выпрямлялся и спокойно поднимал груз, если же его охлаждали, то он снова становился изогнутым. Таким способом было наглядно продемонстрированно свойство памяти формы у металлов.

В начале 60-х годов в Америке произошло третье ключевое событие, когда в результате поиска прочного, относительно легкого и при этом имеющего способность работать в агрессивных средах, ученые создали сплав никеля с титаном в пропорции один к одному.

Данный сплав при обработке проявил свойство памяти формы, о котором даже не подозревали. Эффект памяти проявлялся очень сильно и это открывало широкие перспективы для использования такого сплава.

Новый материал получил название нитинол- производное от трех слов: никель, титан и название лаборатории НОЛ. Как стало известно позже, и в данном случае свойство памяти формы основывалось на мартенситном превращении. [1]

Глава 2. Материалы с эффектом памяти формы и сферы их применения.

В современном мире существуют сотни сплавов с мартенситным превращением, однако не все из них способны вспоминать свою форму. И известно лишь несколько сплавов, где эффект памяти формы может иметь практическое значение.

Наиболее перспективным и распространенным из всех материалов с памятью формы является нитинол. Именно нитинол часто используют в устройствах и приборах разного назначения. Так происходит еще и потому, что он имеет ряд других полезных свойств помимо памяти формы. Так нитинол обладает высокой коррозионной стойкостью, технологичностью и значительной прочностью. [5]

Таким образом получается довольно прочное соединение, которое способно выдержать давление до 800 атм. Такой тип соединения заменяет собой сварку, предотвращая недостатки сварного шва. Помимо этого, метод можно применять при сборке конструкции, когда сварка труднодоступна из-за переплетения узлов и трубопроводов. Данные втулки нашли свое применение не только а авиационной технике, но и космической, а так же в автомобильной.

Металлы с эффектом памяти формы нашли свое применение в такой важной области нашей жизни, как медицина. С помощью металлов с таким свойством, как память формы были разработаны перчатки, которые применяются в процессе реабилитации, фильтры для введения в сосуды кровеносной системы, зажимы для защемления слабых вен, стержни для коррекции позвоночника при сколиозе, оправа для очков, ортопедические импланты, проволока для исправления зубного ряда и еще огромное множество других полезных и жизненно необходимых медицинских устройств.

Так же свойство эффекта памяти широко применяется в тепловых сигнализациях, а именно в пожарных сигнализациях, противопожарных заслонках, различных сигнальных устройствах для ванн, бойлерных баках тепловой регенерации. Также свойство широко применяется в автомобилестроении, а именно в системах для предотвращения выхлопа газов, которые содержат пары топлива, в устройствах для удаления тепла из радиатора, устройствах для включения противотуманных фар.

Металлы с эффектом памяти применяются и в других различных областях, например, для герметизации корпусов микросхем, изготовления кофеварок, электронных кухонных плит конвекционного типа, чувствительных клапанов кондиционера, при изготовлении электромагнитных кухонных комбайнов, и разнообразных зажимных инструментов. Также сплавы с таким свойством могут быть использованы в качестве рабочего тела холодильников и тепловых насосов.

План
1. Физические и химические свойства металлов 2.Механические свойства металлов
3.Значение свойств металлов

4.Свойства и применение цветных металлов

1. Физические и химические свойства.

Цвет . Металлы непрозрачны, т.е. не пропускают сквозь себя свет, и в этом отраженном свете каждый металл имеет свой особенный оттенок цвет.

Из технических металлов окрашенными являются только медь (красная) и ее сплавы. Цвет остальных металлов колеблется от серо- стального до серебристо белого. Тончайшие пленки окислов на поверхности металлических изделий придают им дополнительные окраски.

Удельный вес. Вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах, называется удельным весом.

По величине удельного веса различают легкие металлы и тяжелые металлы. Из технических металлов легчайшим является магний ( удельный вес 1,74), наиболее тяжёлым вольфрам (удельный вес 19,3). Удельный вес металлов в некоторой степени зависит от способа их производства и обработки.

Плавкость. Способность при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое является важнейшим свойством металлов. При нагревании все металлы переходят из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении расплавленного металла из жидкого состояния в твердого. Температура плавления технических сплавов имеет не одну определённую температуру плавления, а интервал температур, иногда весьма значительный.

Электропроводность заключается в переносе электричества свободными электронами. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. При повышении температуры электропроводность металлов падет, и при понижении возрастает. При приближении к абсолютному нулю (- 2730С) электропроводность беспредельно металлов колеблется от +2320 (олово) до 33700 (вольфрам). Большинство увеличивается (сопротивление, падает почти до нуля).

Электропроводность сплавов всегда ниже электропроводности одного из компонентов, составляющих сплавов.

Магнитные свойства. Явно магнитными (ферромагнитными) являются только три металла: железо, никель, и кобальт, а также некоторые их сплавы. При нагревании до определённых температур эти металлы также теряют магнитные свойства. Некоторые сплавы железа и при комнатной температуре не являются ферромагнитными. Все прочие металлы разделяются на парамагнитные (притягивают магнитами) и диамагнитные (отталкиваются магнитами).

Теплопроводность. Теплопроводность называется переход тепла в теле от более нагретого места к менее нагретому без видимого перемещения частиц этого тела. Высокая теплопроводность металлов позволяет быстро и равномерно нагревать их и охлаждать.

Из технических металлов наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплопроводность железа значительно ниже, а теплопроводность стали меняется в зависимости от содержания в ней компонентов. При повышении температуры теплопроводность уменьшается, при понижении увеличивается.

Теплоёмкость. Теплоёмкость называется количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 10.

Удельной теплоемкостью вещества называется то количество тепла в килограмм калориях, которое нужно сообщить 1кг вещества, чтобы повысить его температуру на 10.

Удельная теплоёмкость металлов в сравнении с другими веществами невелика, что позволяет относительно легко нагревать их до высоких температур.

Расширяемость при нагревании. Отношение приращения длины тела при его нагревании на 10к первоначальной его длине называется коэффициентом линейного расширения. Для различных металлов коэффициентом линейного расширения колеблется в широких пределах. Так, например, вольфрам имеет коэффициент линейного расширения 4,0·10-6 , а свинец 29,5 ·10-6.

Коррозионная стойкость. Коррозия есть разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия его с внешней средой. Примером коррозии является ржавление железа.

Высокая сопротивляемость коррозии (коррозионная стойкость) является важным природным свойством некоторых металлов: платины, золота и серебра, которые именно поэтому и получили название благородных. Хорошо сопротивляются коррозии также никель и другие цветные металлы. Черные металлы коррозируют сильнее и быстрее, чем цветные.

2. Механические свойства.

Прочность. Прочностью металла называют его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Твердость. Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.

Упругость. Упругостью металла называется его свойство востонавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы(деформацию.)

Вязкость. Вязкость называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость свойство, обратное хрупкости.

Пластичность. Пластичностию называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность свойство, обратное упругости.

3. Значение свойств металлов.

Механические свойства. Первое требование, предъявляемое ко всякому изделию, - это достаточная прочность.

Металлы обладают более высокой прочностью по сравнению с другими материалами, поэтому нагруженные детали машин, механизмов и сооружений обычно изготовляются из металлов.

Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать ещё особыми свойствами, характерными для работы данного изделия. Так, например, режущие инструменты должны обладать высокой твердостью. Для изготовления режущих других инструментов применяются инструментальные стали и сплавы.

Для изготовления рессор и пружин применяются специальные стали и сплавы, обладающие высокой упругостью

Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергается ударной нагрузке.

Пластичность металлов дает возможность производить их обработку давлением (ковать, прокатывать).

Физические свойства. В авиа-, авто- и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и особенно магния являются здесь незаменимыми. Удельная прочность( отношение предела прочности к удельному весу) для некоторых, например алюминиевых, сплавов выше, чем для мягкой стали.

Плавкость используется для получения отливок путём заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы(например, свинец) используются в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют столь низкую температуру плавления, что расплавляется в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки типографических матриц, в приборах, служащих для предохранения от пожаров.

Металлы с высокой электропроводностью (медь, алюминий) используются в электромашиностроении, для устройства линий электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением для ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Магнитные свойства металлов играют первостепенную роль в электромашиностроении (динамомашины, мотора, трансформаторы),для приборов связи ( телефонные и телеграфные аппараты) и используются во многих других видах машин и приборов.

Теплопроводность металлов дает возможность производить их физические свойства. Теплопроводность используется также при производстве пайки и сварки металлов.

Некоторые сплавы металлов имеют коэффициент линейного расширения , близкий к нулю; такие сплавы применяются для изготовления точных приборов, радиоламп. Расширение металлов должно применяться во внимание при постройке длинных сооружений, например, мостов. Нужно также учитывать, что две детали, изготовленные из металлов с различным коэффициентом расширения и скрепленные между собой, при нагревании могут дать изгиб и даже разрушение.

Химические свойства. Коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в сильно окислительных средах (колосниковые решётки, детали химических машин и приборов). Для достижения высокой коррозионной стойкости производят специальные нержавеющие, кислостойкие и жаропрочные стали, а также применяются защитные покрытия.

Технологические свойства. Имеют весьма важное значение при производстве тех или иных технологических операций.

4.Свойства и применение цветных металлов.

Медь высокая пластичность, электропроводность, теплопроводность, повышенная коррозионная стойкость является ценнейшими свойствами меди.

Высокая пластичность меди позволяет легко производить её обработку давлением: прокатку, волочение и штамповку.

Вследствие высокой электропроводности медь является самым лучшим металлом для электромашиностроения, изготовления кабелей и проводов для передачи электроэнергии.

Для изготовления состоянии она мало подвижна и плохо заполняет форму.

Медь служит основой для изготовления различных сплавов, широко применяется в машиностроении.

Алюминий - легкий металл, обладает высокой пластичностью, хорошей электропроводностью и коррозионной стойкостью. Поэтому он применяется для изготовления электропроводов, посуды, для предохранения других металлов и сплавов от окислений путем плакирования.

Магний очень легкий металл. Это его большое и единственное преимущество.

Главным недостатком магния является его малая стойкость против коррозии. Будучи нагрет на воздухе до температуры 550-6000 магний вспыхивает и горит ярким пламенем, поэтому резку его нужно производить очень осторожно. Кроме того, он имеет малую пластичность. Ввиду этих недостатков чистый магний не нашёл применения в технике, а применяется в качестве основы для производства весьма легких сплавов.

Свинец очень мягкий и тягучий металл, легко обрабатывается в холодном состоянии и хорошо отливается; активно сопротивляется действию кислот. Применяется для изготовления труб, аккумуляторных пластин, а также для получения подшипниковых сплавов.

Цинк при нормальной температуре хрупок, при нагреве до 100-1500 - пластичен и легко обрабатывается давлением, при дальнейшем нагреве (свыше 2500) вновь становится хрупким и может быть измельчен в порошок. В расплавленном состоянии обладает жидкотекучестью. Применяется для защиты железа от коррозии ( оцинкованное железо) и в сплавах.

Олово обычно применяемое, является очень мягким и вязким металлом, хорошо обрабатывается давлением, на воздухе почти не окисляется. Используется для лужения, пайки и для получения различных сплавов. В расплавленном состоянии хорошо заполняет формы.

Руды олова редки и запасы их ограничены, поэтому олово является весьма дефицитным металлом.

Читайте также: