Значение кристаллической решетки металлов в материаловедении и проектировании новых сплавов

Серебромагний — бинарное неорганическое соединение, интерметаллид серебра и магния с формулой AgMg, кристаллы.

Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Соединение конгруэнтно плавится при температуре 820 °C и имеет широкую область гомогенности 35,4÷65,4 ат.% магния.

В этой статье мы рассмотрим все основные вопросы по нержавейке, а если вам нужно купить лист нержавеющей стали в Минске, то переходите по ссылке.

Какая сталь нержавеющая?

Нержавеющая сталь – это сплав железа с хромом и другими элементами, который обладает высокой устойчивостью к коррозии в различных средах. Хром придает стали свойство самопассивации, то есть образования на поверхности тонкой защитной пленки из оксида хрома, которая предотвращает дальнейшее окисление металла. Для того, чтобы сталь считалась нержавеющей, она должна содержать не менее 10,5% хрома. Кроме того, в состав нержавеющей стали могут входить другие элементы, такие как никель, молибден, титан, ниобий, азот и др., которые улучшают ее свойства, такие как прочность, пластичность, жаропрочность, свариваемость и др.

Какая нержавейка пищевая?

Пищевая нержавейка – это та, которая подходит для контакта с пищевыми продуктами и водой. Пищевая нержавейка должна обладать высокой коррозионной стойкостью, гигиеничностью, легкостью очистки и отсутствием вредных примесей. В основном для пищевой промышленности используются аустенитные стали, так как они имеют наилучшие свойства. Среди них наиболее распространены марки AISI 3043 и AISI 3164. Эти стали содержат никель, который придает им высокую пластичность и жаропрочность, а также молибден, который повышает их устойчивость к коррозии в агрессивных средах, таких как солевые растворы и хлориды. При выборе пищевой нержавейки необходимо учитывать условия ее эксплуатации, такие как температура, влажность, кислотность и др.

Виды нержавеющей стали

Существует множество марок нержавеющей стали, которые классифицируются по разным признакам. Один из наиболее распространенных способов классификации – это по типу кристаллической решетки. В зависимости от этого выделяют четыре основные группы нержавеющей стали: аустенитные, ферритные, мартенситные и дуплексные.

Аустенитная нержавеющая сталь это особый тип нержавеющей стали, который имеет аустенит в качестве своей основной кристаллической структуры. Аустенит – это гранецентрированная кубическая решетка, в которой атомы железа расположены на вершинах и центрах граней куба. Аустенитная нержавеющая сталь обладает высокой пластичностью, жаропрочностью, свариваемостью и коррозионной стойкостью. Аустенитная нержавеющая сталь достигает своей структуры за счет добавления аустенитных стабилизирующих элементов, таких как никель, марганец и азот. Примеры аустенитной нержавеющей стали: AISI 304, AISI 316, 12Х18Н10Т и т.д.

Дуплексная нержавеющая сталь

Дуплексная нержавеющая сталь это нержавеющая сталь, которая имеет двухфазную структуру, состоящую из аустенита и феррита.

Состав дуплексной нержавеющей стали

Дуплексная нержавеющая сталь имеет сложный химический состав, который включает хром, молибден, никель и азот. Примеры дуплексной нержавеющей стали: AISI 2205, AISI 2507, 08Х22Н6Т и т.д

Преимущества дуплексной нержавеющей стали

Дуплексная нержавеющая сталь сочетает в себе преимущества обоих фаз: высокую прочность, жаропрочность, коррозионную стойкость и свариваемость.

Ферритная нержавеющая сталь

Ферритная нержавеющая сталь – это сталь с объемно-центрированной кубической решеткой, которая содержит хром и мало или вообще не содержит никель.

Примеры ферритной нержавеющей стали

Примеры ферритной нержавеющей стали: AISI 430, AISI 439, 08Х13 и т.д

Особенности ферритной нержавеющей стали

Это дешевый вид нержавеющей стали, который обладает хорошей магнитной проницаемостью, термостойкостью и устойчивостью к питтинговой коррозии. Однако ферритная нержавеющая сталь имеет низкую пластичность, свариваемость и устойчивость к межкристаллитной коррозии.

Мартенситная нержавеющая сталь

Мартенситная нержавеющая сталь – это сталь с объемно-центрированной тетрагональной решеткой, которая содержит хром и углерод.

Примеры мартенситной нержавеющей стали

Примеры мартенситной нержавеющей стали: AISI 420, AISI 440, 20Х13 и т.д

Особенности мартенситной нержавеющей стали

Это твердый и прочный вид нержавеющей стали, который обладает высокой износостойкостью, режущей способностью и магнитными свойствами. Однако мартенситная нержавеющая сталь имеет низкую коррозионную стойкость, свариваемость и пластичность.

Магнитные свойства нержавеющей стали

Магнитные свойства нержавеющей стали зависят от ее структуры и химического состава. Нержавеющая сталь может быть магнитной или немагнитной в зависимости от того, какие фазы присутствуют в ее микроструктуре.

Почему нержавейка магнитится?

В общем случае, ферритная и мартенситная нержавеющая сталь являются магнитными, так как они имеют объемно-центрированную кубическую или тетрагональную решетку, в которой атомы железа образуют магнитные домены.

Почему нержавейка не магнитится?

Аустенитная и дуплексная нержавеющая сталь являются немагнитными, так как они имеют гранецентрированную кубическую решетку, в которой атомы железа не образуют магнитные домены.

Однако, в реальности магнитные свойства нержавеющей стали могут изменяться под воздействием различных факторов, таких как:

Температура
Легирование

При повышении температуры магнитность нержавеющей стали уменьшается, так как тепловое движение атомов нарушает порядок магнитных доменов. Например, при температуре около 770 °C (точка Кюри) ферритная и мартенситная нержавеющая сталь теряют свою магнитность. Легирование также может влиять на магнитные свойства стали. Например, добавление никеля уменьшает магнитность стали, добавление углерода – увеличивает.

Деформация: при холодной деформации (например, при катании, гибке или штамповке) часть аустенита в нержавеющей стали может превратиться в феррит или мартенсит, что приводит к появлению магнитных свойств. Это явление называется мартенситным превращением.

Таким образом, магнитные свойства нержавеющей стали не являются абсолютным показателем ее качества или применения. Нельзя сказать, что магнитная нержавейка хуже или лучше немагнитной. Важно учитывать все факторы, которые влияют на магнетизм стали, и выбирать подходящий вид стали для конкретных целей.

Как определить нержавейку?

С помощью магнита

Нержавеющая сталь может быть магнитной или немагнитной в зависимости от ее структуры и состава. Ферритная и мартенситная нержавеющая сталь обычно являются магнитными, а аустенитная и дуплексная – немагнитными. Однако свойства могут изменяться под воздействием различных факторов.

С помощью искрения

При контакте с абразивным диском нержавеющая сталь выдает искры разного цвета и интенсивности в зависимости от состава. Больше углерода – больше искр. Светлые цвета указывают на низкоуглеродистую сталь, белые – на высокое содержание титана.

С помощью растворов

Погружение стали в различные растворы может изменить ее цвет или покрыть пятнами в зависимости от коррозионной стойкости. Большое содержание хрома обычно указывает на лучшую устойчивость к окислению.

Как выбрать нержавейку?

Тип нагрузки

Выбор стали зависит от вида нагрузки: растяжение, сжатие, изгиб и др. Необходимо учитывать прочность, пластичность и жесткость стали.

Температура окружающей среды

Работоспособность стали при разных температурах требует определенной термостойкости, жаропрочности и теплопроводности.

Химический состав окружающей среды

Контакт с различными химическими веществами требует выбора стали с соответствующей коррозионной устойчивостью.

Эстетические требования

Внешний вид стали (матовый, шлифованный, зеркальный) важен при выборе стали для конкретного применения.

В целом, аустенитная нержавеющая сталь пригодна для большинства применений.

Как делают нержавейку?

Метод производства	Описание
Плавка	Плавка стали в доменной печи или электропечи
Литье	Литье расплавленной стали в формы
Прокатка	Прокатка заготовок из расплавленной стали
Химическая обработка	Обработка стали различными растворами для улучшения свойств

Выбор метода производства зависит от требуемых характеристик и типа нержавеющей стали.

Нержавеющая сталь: процесс производства

Нержавеющая сталь делается из сплава железа с хромом и другими элементами, которые придают ей устойчивость к коррозии и другие полезные свойства. Процесс производства нержавеющей стали состоит из нескольких этапов:

Плавка

Сырье для нержавеющей стали (железная руда, хром, никель, марганец и т.д.) плавится в электрической или конвертерной печи при температуре около 1600 °C. При этом контролируется химический состав и температура расплава.

Ковка

Расплавленный металл выливается в формы и охлаждается, образуя заготовки (слябы, блюмы или билеты). Затем заготовки подвергаются горячей ковке при температуре около 1200 °C, при которой они приобретают нужную форму и размер (листы, полосы, прутки и т.д.).

Прокатка

Кованые заготовки подвергаются холодной или горячей прокатке, при которой они проходят через валки с разной формой и давлением, уменьшая свою толщину и увеличивая свою длину. При этом меняется структура и свойства металла.

Термообработка

Прокатанные изделия подвергаются различным видам термообработки, таким как отжиг, закалка, отпуск, нормализация и т.д., при которых они нагреваются до определенной температуры и затем охлаждаются разными способами. При этом меняется фазовый состав и микроструктура металла.

Поверхностная обработка

Прокатанные и термообработанные изделия подвергаются различным видам поверхностной обработки, таким как шлифование, полировка, электрохимическое или механическое осветление, эмалирование, покрытие лаками и т.д., при которых улучшается внешний вид и коррозионная стойкость металла.

Виды кристаллических решеток металлов

Кристаллические решетки могут быть простыми, базоцентрированными, гранецентрированными и объемно-центрированными. Если частицы вещества расположены лишь в углах параллелепипеда, такая решетка называется простой. Образцы кристаллических решеток металлов:

Тип решетки	Описание
Элементарная	Параллелепипед с углами
Объемно-центрированная	Углы и середины граней
Гранецентрированная	Углы, середины граней и грани

Слайд 3 Объемно-центрированный тип решетки в определенных диапазонах температур имеют

Железо, хром, ванадий, вольфрам, молибден и др. металлы. Гранецентрированный

тип решетки имеют железо, алюминий, медь, никель, свинец и др. металлы. Третьей распространенной разновидностью плотноупакованных решеток является гексагональная плотноупакованная. Такую решетку имеют магний, цинк, кадмий, бериллий, титан и др.

Слайд 4 Дефекты кристаллической решетки металлов В реальности кристаллическое строение металлов

Отличается от идеального тем, что содержит множество дефектов или

структурных несовершенств, обусловленных отсутствием атомов (ионов) в узлах или нарушением правильного расположения их в кристаллической решетке. По геометрическим признакам дефекты кристаллического строения подразделяются на точечные, линейные, поверхностные и объемные.К точечным дефектам структуры относятся вакансии, т. е. отсутствие атомов (ионов) в узлах решетки (дефект Шоттки ), и междузельные атомы, расположенные внутри элементарной ячейки (дефект Френкеля). Образованию вакансий способствует, например, процесс легирования, когда «примесный» атом располагается либо в узле решетки, либо в междоузлии.

Слайд 5 Точечные дефектыК точечными дефектам относятся дефекты связанные с

Вакансии, атомы замещения и атомы внедрения.идеальный

вакансия замещение внедрениекристалл (дефект Шоттки ) (дефект Френкеля)

Слайд 6 Линейные дефектыДислокация – это линейные дефекты кристаллического строения,

Представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное

расположение атомных плоскостей, характерное для кристалла .Простейшие видами дислокаций являются краевые и винтовые. идеальный кристалл краевая дислокация винтовая дислокация

Слайд 7 Двухмерные дефектыК дефектам этого типа можно отнести зоны

Двойникования, границы зерен и другие.Металлы, используемые в технике, состоят

из большого числа кристаллов неправильной формы, называемых зернами или кристаллитами. По границам между зернами металла нарушается правильность строения кристаллической решетки. Обычно зерна повернуты произвольно. Разориентация между соседними зернами составляет от нескольких градусов до десятков градусов (обычно более 50 ). Граница между зернами называется – большеугловой.

Слайд 8 Каждое зерно металла состоит из отдельных блоков, субзерен.

Разориентировка между соседними субзернами составляет от нескольких секунд до

нескольких минут (малоугловые границы). В пределах каждого субзерна (блока) решетка почти идеальна.Дефект «границы зерен» дефект «границы субзерен»

Слайд 9 Границы между отдельными кристаллитами (зернами) представляют собой переходную

Область шириной в 5 – 10 атомных размеров, в

которой решетка одного кристалла, имеющего определенную кристаллографическую ориентацию, переходит в решетку другого кристалла, имеющего иное кристаллографическое направление. Поэтому на границе зерна атомы имеют менее правильное расположение, чем в объеме зерна.К объемным (трехмерным) дефектам относят такие, которые имеют размеры в трех измерениях: неметаллические включения, царапины, макроскопические трещины, поры и т. д

Слайд 10 Сущность полиморфизма Многие металлы в зависимости от температуры

Могут существовать в разных кристаллических формах или, как их

называют, в разных полиморфных модификациях. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа. Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать α, при более высокой – β, затем γ и т.д.

Слайд 11 При полиморфном превращении кристаллы (зерна) новой полиморфной формы

Растут в результате неупорядоченных, взаимно связанных переходов атомов через

границу фаз. Отрываясь от решетки исходной фазы (например, β), атомы по одиночке или группами присоединяются к решетке новой фазы (α), и в результате этого граница зерна α-модификации передвигается в сторону зерна β-модификации, «поедая» исходную фазу. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерен исходных кристаллитов. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристаллам исходной модификации.

Слайд 12 Полиморфизм железаИспользуя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять

Сплавы при помощи термической обработки.Особенностью железа является тот факт,

что при разных температурах оно имеет различную форму кристаллической решетки (полиморфизм). При температуре ниже 911 °С атомы располагаются в форме объемоцентрированной кубической решетки (ОЦК).

Слайд 13 При нагревании выше 911 °С становится энергетически выгодной другая

Конфигурация кристаллической решетки — гранецентрированная кубическая (ГЦК). Благодаря этому

в ГЦК-форме железо обретает способность к повышенному растворению в себе других элементов, в том числе углерода, атом которого относительно невелик.

Слайд 14 При дальнейшем увеличении температуры порядок атомов вновь изменяется.

Выше 1 392 °С и до точки плавления (1539 0С) железо

опять представлено в качестве последовательности ОЦК – элементов.Практическое применение:- сталь при получении, охлаждаясь, проходит все эти полиморфические превращения, которые накладывают на ее конечные свойства отпечаток в зависимости от состава исходного расплава и от режима его затвердевания.

Слайд 15 Виды сплавовОбщие физические свойства По способу изготовления сплавов

Различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией

расплава смешанных компонентов. Порошковые — прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых веществ, но и порошки химических соединений. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана.По способу получения заготовки (изделия) различают литейные (например, чугуны, силумины), деформируемые (например, стали) и порошковые сплавы.

Слайд 16 – В твердом агрегатном состоянии сплав может быть

Гомогенным (однородным, однофазным — состоит из кристаллитов одного типа) и

гетерогенным (неоднородным, многофазным).Твёрдый раствор является основой сплава. Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава. В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений и кристаллиты простых веществ.Основные классификационные сведения. Стали. Все соединения железа, содержащие до 2% углерода, называются сталями. Если в составе имеется хром, ванадий или молибден, то их называют легированными.Чугун. Если в сплаве железа содержится более 3-4% углерода, то он называется чугуном. Кроме того, его важным элементом является кремний.

Слайд 17 Медные сплавы. Чаще всего под этим термином понимаются

Разные сорта латуни. Это такие сплавы меди, в которых

содержится от 5 до 45% цинка. Если его содержание колеблется в пределах 5 – 20%, то это красная латунь (томпак). Если же в материале содержится уже 20 – 36% Zn, то это – желтая латунь.Сплавы свинца. Наиболее известен в настоящее время обычный припой, который изготавливается из одной части свинца и двух частей олова.Сплавы на основе алюминия. Сплавы алюминия делятся сразу на три большие группы: – литейные (Al – Si); – сплавы, предназначенные для литья под давлением (Al – Mg); – соединения повышенной прочности, самозакаливающиеся (Al – Cu).Сплавы магния.

Слайд 18 Правило фаз ГиббсаФаза — это однородная часть системы

Или совокупность частей, имеющих одинаковый состав, строение и физико-химические

свойства. Разные фазы всегда отделены друг от друга поверхностями раздела (межфазными поверхностями). Химический состав каждой фазы в сплаве можно выразить через концентрации компонентов. Состояние системы определяется температурой, давлением, концентрацией компонентов в разных фазах. При изменении этих факторов система переходит из одного состояния в другое, при этом совершаются фазовые превращения, при которых появляются новые фазы или исчезают старые. Возможность изменения равновесного состояния системы определяется вариантностью.

Слайд 19 Число факторов, которые могут изменяться независимо друг от

Друга без нарушения равновесия системы, называется числом степеней свободы

f.Правило Гиббса – вариантность системы зависит от числа компонентов, числа равновесных фаз и количества внешних переменных.f = К – Ф + 2 , где К – число компонентов в системе; Ф – число фаз в системе; 2 – число переменных, воздействующих на систему.Если f = 0 (система называется нонвариантной), то все независимые переменные, определяющие состояние системы, имеют строго фиксированные (единственные) значения, которые нельзя изменить, не нарушив фазового равновесия системы. Наличие одной, двух или большего числа степеней свободы позволяет независимо изменять одну, две или большее число переменных без изменения числа фаз, находящихся в равновесии.

Слайд 20 Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах Диаграмму состояния можно

На вертикальной оси откладывается температура, на

горизонтальной – масс. доля, % . Один конец горизонтальной оси соответствует 100 % одного компонента, другой – 100 % второго компонента. Промежуточные точки на горизонтальной оси выражают любые соотношения двух компонентов. На вертикальные оси, соответствующие содержанию 100 % компонентов, наносят их температуры плавления ТA и ТB.

Слайд 21 Диаграмма плавкости системы, не образующей твердых растворов

Слайд 22 Если к чистому веществу А добавлять возрастающие количества

Вещества В, то в соответствии с законом Рауля будет

наблюдаться прогрессирующее понижение плавления смесей. Это же будет происходить и при добавлении вещества А к веществу В. На диаграмме L – область существования системы в виде жидкости (расплава). Линия ТА-Е-ТВ называется «ликвидус», ниже ликвидуса вещество находится в состоянии (L+SA) и (L+SB) соответственно, т.е. область существования жидкой и твердой фаз одновременно. Кривые л и к в и д у с а, показывают, при какой температуре и при каком составе расплава начинается кристаллизация компонентов А и В в зависимости от состава исходного расплава. Линия МЕFN называется линией «солидус», ниже которой система находится в твердом состоянии, т.е в виде механической смеси кристаллов вещества А и В (SA+SB). Точка Е на диаграмме называется точкой эвтектики. Эвтектикой называется механическая смесь двух и более видов кристаллов, кристаллизующихся одновременно.

Слайд 23 Реакция, когда жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами

И образует новый вид кристаллов называется перитектической.Любая точка на

линии ликвидуса называется фигуративной точкой и отражает состояние системы при изменении концентрации. Если фигуративная точка исходной смеси располагается выше линии ликвидуса, система представляет собой одну фазу – расплав, если фигуративная точка располагается в полях ТА- Е- М и ТВ –Е- N, то система состоит из одной твердой (А или В соответственно) и жидкой фаз; ниже линии солидуса система состоит из двух твердых фаз – кристаллов А и кристаллов В. Кристаллы компонентов А и В, выпавшие первоначально в полях ТА- Е- М и ТВ –Е- N, имеют более крупные размеры, чем кристаллы А и В, выпавшие в эвтектике. Диаграмма состояния двухкомпонентных систем позволяет определить не только температуры фазовых превращений и составы соответствующих фаз, но и их относительный состав при любой температуре.

Слайд 24 Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединенияДанная диаграмма

Образуется, когда сплавляемые компоненты образуют устойчивое химическое соединение АnВm

, не диссоциирующее при нагреве вплоть до температуры плавления.

Слайд 25 Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением для сплавов,

Образующих химическое соединениеПри концентрации, соответствующей химическому соединению Аn Вm

, отмечается характерный перелом на кривой свойств. Это объясняется тем, что некоторые свойства химических соединений обычно резко отличаются от свойств образующих их компонентов. В данном случае химическое соединение Аn Вm образует с компонентами А и В сплавы, относящиеся к диаграмме состояний, представленной на рисунке. Структурный состав любого сплава системы А-В в твердом состоянии будет представлять смесь химического соединения и одного из исходных компонентов.

Слайд 26 Типы диаграмм состояний в зависимости от вида сплаваа)-механическая

Смесь; б)-твердый раствор с неограниченной растворимостью; в)- твердый раствор

с ограниченной растворимостью; г)-химическое соединение

Слайд 27 СтальСталь представляет собой сплав железа с углеродом, концентрация

Которого не превышает 2,14%. В стали общего назначения его

содержание колеблется от 0,05 до 1%.Легирование железа углеродом состоит из двух этапов. На первом к железу добавляют 6,67% углерода, в результате чего образуется карбид железа, или цементит. При нормальных условиях обычная сталь состоит из двух гомогенных фаз – цементита и феррита. При нагревании цементит растворяется в железе с образованием аустенита. Концентрация углерода влияет на основные механические свойства стали. Ее увеличение способствует снижению пластичности и вязкости, повышению твердости и прочности вещества.Кроме того, углерод повышает литейные свойства, но ухудшает свариваемость и обрабатываемость стали.

Слайд 28 Марганец и кремний являются специальными добавками, вводимыми в

Состав стали с целью удаления сернистых соединений железа и

двухвалентного оксида. Концентрация кремния находится в пределах 0,4%, а марганца – 0,8%. Марганец и кремний также повышают предел прочности и упругость соответственно. Фосфор повышает прочность вещества, уменьшая пластичность и вязкость. Отрицательное воздействие элемента заключается в придании стали хладноломкости, поэтому при производстве не допускается превышение его содержания в 0,045%. Сера обуславливает красноломкость сплава, ее концентрация ограничена 0,05%.

Слайд 29 Классификации сталиСуществует несколько классификаций стали

– углеродистые, в них присутствует железо, углерод

и примеси; – легированные с различными специальными добавками. 2. В зависимости от концентрации углерода:- высокоуглеродистые (свыше 0,7 %);- среднеуглеродистые (0,25 – 0,7 %);- низкоуглеродистые (до 0,25 %). 3. По назначению: – конструкционные; – инструментальные; – специального назначения. 4. В зависимости от качества: – обыкновенного качества, – качественные, – высококачественные; – особо высококачественные

Слайд 31 Центры кристаллизации образуются в исходной фазе независимо друг

От друга в случайных местах. Сначала кристаллы имеют правильную

форму, но по мере столкновения и срастания с другими кристаллами форма нарушается. Рост продолжается в направлениях, где есть свободный доступ питающей среды. После окончания кристаллизации имеем поликристаллическое тело.

Слайд 32 Термическая обработка стали. Назначение термической обработки стали –

Изменение структуры сплава, а следовательно, и его свойств, например,

придание изделию твердости и хрупкости или, наоборот, мягкости и пластичности.Режимы термической обработки стали: Суть процессов заключается в нагревании стальной заготовки, ее выдержке и охлаждении. Все это происходит при строгом соблюдении определенных параметров, в частности, температуры и скорости. На режимы влияет и классификация сталей. Термическая обработка сталей определенных видов требует разных условий для достижения одного и того же результата.

Слайд 33 Отжиг Технология этого процесса состоит из нагревания стальных

Заготовок, выдержки с последующим медленным охлаждением, после чего в

металле достигается равновесная структура. Его задачей является уменьшение внутреннего напряжения в сплаве, а также увеличение пластичности. Такая термическая обработка стали подразделяется на два рода. Они имеют существенные различия. Отжиг I рода. Данный вид термообработки подразделяют на 4 группы: – гомогенизация. Сплавам после кристаллизации присущ неравномерный состав химических компонентов как для одного зерна, так и для всего объема слитка, что обуславливается разными температурами плавления элементов. Такие неравновесные структуры в большей степени характерны для легированных сталей.

Слайд 34 Заготовки стали нагреваются в специальных печах, в которых

Выдерживаются от 8 до 15 часов, после чего происходит

медленное охлаждение в печи. Такая термическая обработка легированных сталей обеспечивает их пластичность, что значительно облегчает их обработку деформацией. Рекристаллизационный отжиг. Его применяют для снятия эффекта упрочнения стали, связанного с холодной пластической деформацией, в результате которой образуются дефекты кристаллической решетки, называемые дислокациями и вакансиями Отжиг для снятия остаточных напряжений. Внутренние напряжения в стальных деталях возникают в результате таких процессов, как сварка, литье, резание, шлифовка, горячая деформация.

Слайд 35 Отжиг II рода С помощью этого процесса равновесная

Структура материала достигается при фазовых превращениях. Структура стали после

термической обработки частично или полностью изменяется. Кардинальное изменение строения сплава происходит благодаря двойной перекристаллизации, в результате которой происходит уменьшение размеров зерен, устранение внутренних напряжений, снятие наклепа. Виды термической обработки стали – полный (смягчающий) и неполный отжиг. Полный отжиг. В результате данного процесса происходит превращение крупной ферритно-перлитной структуры в мелкую аустенитную, которая при медленном охлаждении (30-50 ºС) преобразуется в мелкую ферритно-перлитную. Таким способом обрабатывается конструкционная сталь с целью повышения пластичности и снижения твердости Неполный отжиг. В результате неполного отжига пластинчатый перлит превращается в зернистый ферритоцементит, проходя через стадию аустенита (около 780 ºС). Такой процесс используется для инструментальных сталей

Слайд 36 Стадии структуризации строения стали при отжиге II рода

Слайд 37 Закалка Это термическая обработка стали, благодаря которой происходит

снижение пластичных свойств. Технология закалки состоит из нагрева до определенной температуры (примерно 850-900 ºС), выдержки и резкого охлаждения, благодаря которому эти свойства и достигаются. Закалка является самым распространенным способом улучшения физико-механических свойств сплава

Значение кристаллической решетки металлов в материаловедении и проектировании новых сплавов

Металлы и сплавы, несмотря на все их разнообразие, имеют одну общую черту — кристаллическую структуру. Это означает, что атомы материала расположены в определенных точках пространства и на фиксированном расстоянии друг от друга. В пределах одного кристалла схема расположения атомов повторяется.

Для описания атомной структуры используется понятие кристаллической решетки (КР) — пространственной сетки, в узлах которой располагаются ионы (атомы) металлов, а между ними свободно перемещаются электроны. Наименьшей единицей КР является элементарная ячейка. С ее помощью можно построить всю пространственную структуру материала путем параллельных переносов.

Ниже мы рассмотрим основные типы кристаллических решеток металлов и расскажем про их значение при создании новых сталей и прецизионных сплавов.

Типы кристаллических решеток

К основным типами КР металлов относятся гексагональная плотноупакованная (ГПУ) решетка и кубические гранецентрированная (ГЦК) и объемно-центрированная (ОЦК). Каждая из них характеризуется координационным числом (количеством ближайших атомов), расстоянием между ними и плотностью упаковки, а также отражает проявляемые металлами свойства.

Объемно-центрированная (ОЦК) кубическая решетка

Представляет собой куб, состоящий из девяти атомов: восемь из них располагаются в узлах элементарной ячейки, а девятый — на пересечении диагоналей. ОЦК-решетка характерна для таких металлов, как ванадий, вольфрам, молибден, хром и альфа-железо (Feα). В последнем (Feα) эта структура существует при температурах до 911℃.

Сплавы на основе железа, в которых легирующие элементы внедряются непосредственно в решетку Fe, имеют именно такую кристаллическую структуру при комнатной температуре. Это характерно для углеродистых и низколегированных сталей (65Г, 65С2А, 70С2ХА, У8А), а также для сплавов на основе железа с достаточно большой добавкой другого химического элемента, например, кобальта, как в прецизионном магнитно-мягком сплаве 27КХ.

Гранецентрированная (ГЦК) кубическая решетка

Как и ОЦК, ГЦК-решетка представляет собой куб, но с дополнительными атомами. Частицы элемента располагаются не только в узлах КР и внутри куба (в сумме 9), но и в середине каждой грани на пересечении диагоналей (в сумме 6, всего 14). Гранецентрированная кубическая структура характерна для таких металлов, как алюминий, серебро, золото, никель, медь, а также гамма-железо (Fe𝛾) при температуре от 911℃ до 1 392℃. Кроме того, ГЦК-решеткой обладает большинство сплавов на основе никеля, например, прецизионный магнитно-мягкий сплав с высокой магнитной проницаемостью 79НМ.

Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) решетка

ГПУ-решетка имеет сложную структуру, которая представляет собой гексагональную (шестигранную) призму. Элементарная ячейка состоит из 17 атомов. Они располагаются в узлах каждого основания, а также в их центрах (всего 14 атомов). В середине призмы находятся еще три атома, образующие равносторонний треугольник. Гексагональная плотноупакованная структура характерна для таких материалов, как марганец, цинк, титан, кобальт и кадмий.

Важность кристаллической решетки в создании новых сплавов

Кристаллическая решетка — это основной строительный блок материалов, определяющий их структуру и свойства. Понимание типов кристаллических решеток важно для разработки новых сталей и прецизионных сплавов по нескольким причинам, которые описаны ниже.

Определение структуры

Знание типа кристаллической решетки позволяет определить точную структуру материала, включая расположение атомов или ионов внутри него. Это крайне важно для понимания особых свойств материала, таких как прочность, упругость и электропроводность. Например, прецизионный магнитно-мягкий сплав 49К2ФА демонстрирует процессы упорядочивания, которые требуют особого технологического подхода при производстве. Понимание кристаллической структуры таких материалов позволяет точно контролировать их свойства.

Роль деформаций

Кристаллические решетки могут претерпевать различные деформации при изменении условий окружающей среды или при механическом воздействии. Знание типа решетки помогает понять, как материал будет реагировать на деформации и какие свойства будут модифицированы в результате этих изменений. Исследования деформаций кристаллической решетки открывают путь к разработке материалов с улучшенными механическими свойствами и повышенной устойчивостью к различным воздействиям.

Проектирование новых материалов

Знание типа кристаллической решетки материала позволяет инженерам и ученым проектировать новые материалы с желаемыми свойствами. Опираясь на знания и понимание структуры и свойств существующих материалов, они могут создавать инновационные сплавы с уникальными характеристиками. Примером может служить новый материал ХН53МТЮБ (NN 178), разработанный НИЦ ПЗПС, который отличается улучшенными механическими и термическими свойствами.

Заключение

Итак, знание типов кристаллических решеток материалов является ключевым фактором при создании новых сплавов. Оно позволяет определять их структуру, прогнозировать и контролировать их деформационное поведение, а также разрабатывать материалы с оптимальными свойствами для различных сфер применений. Понимание кристаллической решетки становится неотъемлемой частью современной науки и технологии материалов, открывая новые горизонты для инноваций и прогресса в области материаловедения и инженерии.

Если ваши проекты требуют разработки новых материалов или исследования применяемых сталей и сплавов, научно-исследовательский центр ПЗПС приглашает вас к сотрудничеству. Узнать подробнее о направлениях деятельности, аналитических возможностях и условиях сотрудничества вы можете, позвонив по телефону +7 812 740-76-87 или оставив заявку на сайте.

Кристаллы CdF2, на которых проводилось исследование, легировались посредством добавления в исходный материал для выращивания кристаллов фторида индия или арсенида галлия. Легированные атмосферы поддавались отжигу в восстановительной атмосфере кадмия в вакуумированной установке (так называемое „аддитивное окрашивание кристаллов“), в ходе чего на поверхности кристалла протекают химические реакции, следствием которого является диффузия в его объём двух потоков — анионных вакансий и электронов, часто рекомбинирующие с межузельными ионами F-, которые компенсируют в процессе выращивания заряд трёхвалентных примесей и выполняющими в этом преимущественно ионном кристалле роль акцепторов.

Образец 1/Т1(113Cd), c^-1 1/Т1(19F), c^-1

Ядерная спин-решёточная релаксация в кристаллах с парамагнитными центрами

Ядерная спин-решёточная релаксация в кристаллах с парамагнитными центрами делится на два подтипа: 1) Квадрупольная релаксация и 2) Ядерная спин-решёточная релаксация в кристаллах с парамагнитными центрами.

Применение ЯМР в исследованиях полупроводников

Методом импульсного ЯМР проведены измерения времени спин-решеточной релаксации в двух образцах твердых растворов 3He-4He с исходным содержанием 0,5 % 3He в 4He и 0,5% 4He в 3He. В результате фазового расслоения в обоих случаях образуются двухфазные кристаллы с одинаковым содержанием гелия в концентрированной ОЦК фазе . Однако в первом образце ОЦК фаза образуется в виде малых включений в ГПУ (гексагональной плотноупакованной) матрице, а во втором образце ОЦК фаза является матрицей. Установлено, что во втором случае спин-решеточная релаксация осуществляется так же, как в массивном чистом 3He, в то время как в первом случае наблюдается аномальное поведение времени спин-решеточной релаксации при низких температурах. Эксперименты показали, что эта аномалия связана не с возможным влиянием малых примесей 4He, а с малыми размерами включений ОЦК фазы. В этом случае основной вклад в релаксацию, по-видимому, вносят дефекты, образованные на границах ОЦК включений и ГПУ матрицы.

Причины возникновения спин-решёточной релаксации

Долби Атмос — это передовая аудиотехнология, обеспечивающая захватывающий и многомерный звук в домашних аудио-видео (AV) системах. Вот некоторые преимущества наличия звуковой системы Dolby Atmos у вас дома:

Погружение в звук: Dolby Atmos создает трехмерную звуковую среду за счет использования верхних динамиков или динамиков с возможностью направленного вверх звука. Это позволяет точно размещать звуковые объекты в трехмерном пространстве, создавая ощущение высоты и глубины. Он улучшает качество звука, позволяя вам почувствовать себя частью происходящего в фильмах, играх или музыке.

Объектно-ориентированное аудио: Традиционные системы объемного звучания используют каналы для распространения звука, но Dolby Atmos использует объектно-ориентированный звук. Вместо предварительного микширования звука в определенные каналы звукорежиссеры могут назначать аудиоэлементы в виде отдельных объектов, которые можно расположить в любом месте звукового ландшафта. Такая гибкость позволяет точно локализовать и перемещать звук, обеспечивая более реалистичное и динамичное звучание.

Эффекты высоты и верхний звук: с помощью Dolby Atmos звук можно направить на определенные верхние динамики, создавая ощущение звука, доносящегося сверху. Это позволяет создавать более реалистичные эффекты, такие как пролетающие над головой вертолеты, падающий дождь или парящие самолеты, добавляя новое измерение звуковому опыту.

Расширенная звуковая сцена: Dolby Atmos улучшает звуковую сцену, выводя звук за пределы традиционных систем на основе каналов. Он позволяет звукам свободно перемещаться в трехмерном пространстве, создавая более просторную и захватывающую звуковую сцену, которая оживляет фильмы, телешоу и музыку.

Совместимость и масштабируемость: Dolby Atmos обратно совместим, что означает, что он может работать с существующими настройками динамиков и контентом. Даже если у вас традиционная система объемного звучания, Dolby Atmos все равно может улучшить качество прослушивания, микшируя звук для использования доступных динамиков. Кроме того, Dolby Atmos является масштабируемым, что позволяет вам начать с базовой настройки и со временем расширять ее, добавляя дополнительные динамики для создания более захватывающей установки.

Важно отметить, что для того, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами Dolby Atmos, вам понадобится совместимый контент, закодированный в формате Dolby Atmos, например диски Blu-ray, потоковые сервисы, такие как Netflix или Disney+, или игры, специально созданные для Dolby Atmos. Кроме того, вам понадобится совместимый AV-ресивер или звуковая панель, а также достаточное количество динамиков или модулей, направленных вверх, для создания эффекта объемного звука.

В целом, Dolby Atmos обеспечивает новый уровень реализма и погружения в вашу домашнюю аудиосистему, позволяя вам наслаждаться фильмами, играми и музыкой более увлекательно и реалистично.