- •Материаловедение
- •Лекция 1. Строение и свойства материалов
- •1.1. Материаловедение как научная дисциплина
- •1.2. Типы связей между атомами и молекулами
- •1.3. Атомно-кристаллическая структура металлов
- •1.4. Строение реальных кристаллических материалов
- •Лекция 2. Основы теории кристаллизации
- •2.1. Понятие фазы
- •2.2. Первичная кристаллизация
- •2.3. Форма кристалла и строение слитка
- •2.4. Вторичная кристаллизация
- •Лекция 3. Изменение структуры и свойств металлов в процессе пластической деформации
- •3.1. Виды деформаций
- •3.2. Механизмы пластической деформации и деформационное упрочнение
- •3.3. Процессы, происходящие в наклепанных металлах при нагреве
- •Лекция 4. Основы теории сплавов
- •4.1. Основные фазы в сплавах
- •4.2. Диаграмма состояния
- •Лекция 5. Диаграммы фазового равновесия
- •5.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.2. Диаграмма состояния сплавов с полной нерастворимостью в твердом состоянии
- •5.3. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.4. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих превращения в твердом состоянии
- •5.5. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химическое соединение
- •5.6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния (правило Курнакова н.С.)
- •Лекция 6. Железо и его сплавы
- •6.1. Железо как конструкционный материал
- •6.2. Диаграмма состояния «железо - цементит»
- •6.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей
- •6.4. Виды чугунов
- •Лекция 7. Теория термической обработки
- •7.1. Сущность термообработки
- •7.2. Превращение перлита в аустенит при нагреве
- •7.3. Превращения аустенита при охлаждении
- •7.4. Превращения, протекающие при нагреве закаленной стали
- •Лекция 8. Технология термической обработки
- •8.1. Виды термической обработки
- •8.2. Отжиг
- •8.3. Закалка
- •8.4. Нормализация
- •8.4. Отпуск
- •Лекция 9. Термомеханическая и химико-термическая обработка стали
- •9.1. Термомеханическая обработка
- •9.2. Химико-термическая обработка
- •Лекция 10. Машиностроительные стали
- •10.1. Виды машиностроительных сталей
- •10.2. Стали, не упрочняемые термической обработкой
- •10.3. Стали, упрочняемые в поверхностном слое
- •10.4. Стали, упрочняемые по всему сечению
- •10.5. Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием
- •Лекция 11. Инструментальные стали и сплавы
- •11.1. Требования к инструментальным сталям и сплавам
- •11.2. Углеродистые инструментальные стали
- •11.3. Легированные стали для режущего инструмента
- •11.4. Твердые сплавы
- •11.5. Нетеплостойкие штамповые стали
- •11.6. Теплостойкие штамповые стали
- •11.7. Стали для измерительного инструмента
Лекция 4. Основы теории сплавов
4.1. Основные фазы в сплавах
Вещество, полученное сплавлением двух или более исходных простых веществ (компонентов), называется сплавом.
Твердыми растворами называются фазы, в которых один из компонентов сплава (растворитель) сохраняет свою кристаллическую решетку, в которой располагаются атомы других компонентов, изменяя ее размеры (периоды). Образование твердых растворов возможно, если атомные радиусы компонентов различаются не более чем на 15%.
При образовании твердого раствора замещения атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке.

При неограниченной
растворимости
кристаллическая решетка растворителя
по мере увеличения концентрации
растворенного компонента плавно
переходит в его кристаллическую решетку
(
,
,
,
).
Для образования неограниченных твердых растворов необходимо:
однотипность кристаллических решеток сплавляемых компонентов;
близость атомных радиусов компонентов (они не должны отличаться больше чем на 8%);
близость их физико-химических свойств.
Твердые растворы
с ограниченной
растворимостью
(
и др.) образуются, если, в частности,
атомные радиусы компонентов различаются
на
.
В такой системе повышение концентрации
растворенного вещества возможно лишь
до определенного предела, при превышении
которого твердый раствор распадается
и образуется двухфазная смесь.
При образовании
твердого
раствора внедрения
атомы растворенного компонента
располагаются в междоузлиях (пустотах)
кристаллической решетки растворителя.
Это возможно, если внедряемые атомы
имеют малые размеры. Такими атомами
являются атомы элементов, находящихся
в начале Периодической системы Д.И.
Менделеева (
,
,
,
).
Характерными свойствами химических соединений являются:
новый тип кристаллической решетки, отличный от кристаллических решеток сплавляемых компонентов;
постоянство состава, которое отражается формулой химического соединения
;постоянство температуры кристаллизации.
Соединения с
нормальной валентностью
образуют металлы с типичными неметаллами
(
,
,
и др.). В сплавах они присутствуют в виде
неметаллических включений.
Фазы внедрения
– соединения
переходных металлов с углеродом
(карбиды), азотом (нитриды), водородом
(гидриды), бором (бориды). Фазы внедрения
имеют формулы типа
,
,
,
.
Фазы внедрения имеют переменный состав,
а приведенные выше химические формулы
обычно характеризуют максимальное
содержание в них неметалла. Фаза внедрения
имеют большое практическое значение,
обеспечивая значительное упрочнение
металлических сплавов.
Электронные
соединения
чаще образуются между одновалентными
(
,
,
,
,
)
металлами или металлами переходных
групп (
,
,
и
др.) с одной стороны и простыми металлами
с валентностью от 2 до 5 (
,
,
,
,
и др.) с другой стороны. Электронные
соединения, подобно обычным химическим
соединениям, имеют кристаллическую
решетку, отличную от решеток образующих
элементов. Но в отличие от химических
соединений с нормальной валентностью
электронные соединения образуют с
компонентами, из которых они состоят,
твердые растворы в широком интервале
концентраций.
Механические
смеси
образуют металлы, значительно отличающиеся
атомными объемами и температурой
плавления. В подобной системе металлы,
образующие сплав, сохраняют кристаллическую
решетку в пределах кристаллов исходных
компонентов (сплавы
,
и др.).
Упорядоченными
называются твердые растворы, в которых
атомы компонентов
и
расположены не хаотично, как в обычных
твердых растворах, а упорядоченно.
Образование таких систем (сверхструктур)
сопровождается резким изменением
свойств сплава – растет прочность,
снижается пластичность.
Фазы Лавеса
имеют формулу
и образуются между компонентами
и
при отношении их атомных диаметров,
равном
.
Фазы Лавеса могут иметь решетку ГЦК (
)
или ГПУ (
).
