ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Строение и кристаллизация металлов Строение и свойства металлов из "Металловедение " В книге рассмотрены строение и кристаллизация металлов и их сплавов, современные методы исследования структуры и свойств металлов, влияние технологических процессов и условий эксплуатации на структуру и свойства металлов и сплавов, основы термической обработки, специальные стали и цветные металлы и сплавы. Большое внимание уделено вопросам длительной прочности и эксплуатационной надежности материалов энергетическопо оборудования и сварным соединениям. [c.2] Книга предназначена в качестве учебника по курсу Металловедение и термическая обработка для учащихся энергетических и энер-гостраительных техникумов, а также может быть использована учащимися металлургических, машиностроительных техникумов и для гаовышения квалификации -работников, занятых проектированием и монтажом теплоэнергетического оборудования электростанций. [c.2] Металловедение — наука, изучающая строение и свойства металлов и устанавливающая связь между их составом, строением и свойствами. Металловедение гаозволяет выбирать наиболее экономически выгодные металлы и их сплавы для конкретных условий эксплуатации. Оно помогает разрабатывать новые сплавы, изменять в требуемых направлениях свойства уже используемых металлов и сплавов, применять наиболее рациональные методы и режимы обработки. В этом заключается практическая ценность металловедения. [c.5] Сварщики, работающие на монтаже тепломеханического оборудования электростанций, и энергетики, занимающиеся эксплуатацией этого оборудования, должны хорошо знать применяемые в настоящее время и перспективные стали и сплавы, методы их термической обработки. Они должны также четко себе представлять, как влияют условия эксплуатации на строение и свойства сталей и сплавов. [c.5] Наша энергетика развивается на базе широкого внедрения новой техники с применением пара высоких и сверхвысоких параметров. [c.5] Для изготовления многих узлов котельного оборудования пригодны не все стали и сплавы, которые обладают высокими механическими свойствами при комнатной температуре и широко используются в машиностроении. Во многих деталях котельного агрегата и турбины в процессе эксплуатации развиваются явления ползучести, структура их не остается стабильной, на поверхности происходит окалинообразование и т. д. Эти явления приводят к снижению надежности работы деталей и узлов и к необходимости замены их через определенные сроки службы. [c.6] В котельной и турбинной технике непригодны стали и сплавы, обладающие плохой свариваемостью, низкой пластичностью, неудовлетворительными литейными свойствами и т. д. [c.6] Использование сталей не по назначению или нарушение режимов термической обработки может привести к авариям с тяжелыми последствиями. [c.6] Более двухсот лет иазад великий русский ученый М. В. Ломоносов дал научное определение металлов Металлы суть светлые тела, которые ковать можно . Это определение говорит о том, что все металлы обладают характерным металлическим блеском и пластичностью. Сейчас к определению, данному М. В. Ломоносовым, можно добавить, что все металлы обладают также относительно высокой электро- и таплопроводностью, что электропроводность металлов уменьшается с ростом температуры. У некоторых металлов характерные металлические свойства выражены сильнее, у других слабее. Характерные свойства металлов обусловлены строением их атомов. [c.7] Несмотря на малые размеры, атомы неоднородны. Каждый атом состоит из положительно заряженного тяжелого ядра, расположенного в центре, и окружающих ядро отрицательно заряженных электронов. Число электронов равно порядковому номеру элемента в таблице Д. И. Менделеева. В ядре атома находятся положительно заряженные элементарные частицы, называемые протонами. Количество протонов равно количеству окружающих ядро электронов. Кроме протонов, в ядре находятся тяжелые электрически нейтральные элементарные частицы, называемые нейтронами. Масса электрона в 1840 р аз меньще массы протона или нейтрона. Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. [c.7] Электроны быстро вращаются вокруг ядра. Внещние, так называемые валентные, электроны у всех металлов относительно слабо связаны с ядром. Элементы-металлы легко отдают внешние валентные электроны, вступая в химические реакции с элементами-неметаллами, при приложении ничтожной разности электрических потенциалов и т. д. Слабой связью внешних валентных электронов с ядром и объясняются характерные металлические свойства. [c.7] К металлам относится примерно % всех химических элементов. [c.7] Между понятием металл как химический элемент и как вещество есть некоторая разница. Химия делит все элементы на металлы и неметаллы по их поведению в химических реакциях. Теория металлического состояния рассматривает крупные скопления атомов металлов, в котором они обладают характерными металлическими свойствами пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью, металлическим блеском. Эти свойства характерны для больших групп атомов. У отдельных атомов таких свойств нет. [c.8] При комнатной температуре все металлы, кроме ртути, представляют собой твердые тела, имеющие кристаллическое строение. Для кристаллов характерно строго определенное расположение в пространстве ионов, образующих кристаллическую решетку (рис. 1). [c.8] Металлы имеют кристаллические решетки различных типов. Каждая кристаллическая решетка может быть охарактеризована элементарной кристаллической ячейкой — ааименьшим комплексом атомов, повторяя который многократно, можно построить весь кристалл. У металлов чаще всего встречаются Tipn типа элементарных кристаллических ячеек объемноцентрированная кубическая, гранецентрированная кубическая и гексагональная плотноупакованная (рис. 2, а, б, в). [c.8] Многие металлы, используемые в технике, имеют гранецен-трироваиную кубическую решетку (рис. 2, б). В элементарной решетке гранецентрированного куба ионы расположены по вершинам куба и в центре каждой грани (на пересечении ее диагоналей). Центр куба (пересечение диагоналей куба) остается свободным. Такую решетку имеют кристаллы меди, никеля, алюминия, свинца, серебра и некоторых других металлов. Гране-центрированная решетка также характеризуется одним параметром— длиной ребра куба а. Например, параметр решетки меди составляет 3,61 кХ, алюминия 4,04 кХ. [c.9] Металлы могут иметь кристаллические решетки и других типов, К(роме рассмотренных нами. [c.10] Покажем, что все характерные свойства металлов обусловлены наличием электронного газа. Сначала рассмотрим природу сил взаимодействия между ионами и электронами в металлах и установим, почему металлы пластичны. [c.10] Между положительно зар.я-женными ионами металла в кристаллической решетке существуют силы электростатического отталкивания. Одновременно действуют электростатические силы притяжения между положительно заряженными ионами и электронами, образующими электронный газ. Взаимодействие между ионами и электронами осложняется быстрым перемещением электронов. В результате возникают электродинамические силы. Когда ионы металлов отстоят друг от друга на расстоянии, равном параметру решетки, силы притяжения и отталкивания уравновешиваются. Характер изменения суммарных сил взаимодействия между )1,вумя атомами при изменении расстояния между ними показан на рис. 3. При растяжении металлического тела расстояния между ионами увеличиваются, и силы притяжения начинают преобладать над силами отталкивания. Так возникают внутренние силы, уравновешивающие внешние растягивающие силы. [c.10] приложенная к металлу, вызывает деформацию. Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузок, и пластической, остающейся после снятия нагрузок. На рис. 4, а показаны два ряда ионов в кристаллической решетке металла. Верхний ряд сдвигается относительно нижнего возрастающей силой Р. Если сдвигающая сила будет возрастать и вызовет смещение верхнего ряда ионов относительно нижнего на целый параметр решетки, то верхний ряд окажется опять в устойчивом положении (рис. 4, б). Вслед за ионами сместятся электроны. Сила взаимодействия между рядами атомов не будет нарушена. Произойдет остаточная деформация кристалла без его разрушения. Поэтому все металлы пластичны. [c.10] Вернуться к основной статье