Материаловедение: Конспект лекций (Темы 1.1-2.4. Общие свойства материалов. Материалы и изделия на основе древесины), страница 21

6.  Твердение бетона, способы ускорения твердения.

Тема 1.6. Металлические материалы и сплавы

Широкому использованию металлов способствует ряд таких свойств как высокая прочность, пластичность, что дает возможность их механической обработки; высокая тепло- и электропроводность, свариваемость.

Металлы представляют собой кристаллические тела с закономерным расположением атомов в узлах кристаллической решетки. Различают кубическую объемно-центрированную, когда все атомы располагаются симметрично – середины куба, (например, хром, α, β, δ -модификации железа) и кубическую гранецентрированную решетки, когда атомы располагаются симметрично относительно центра грани, (например, цветные металлы, алюминий, медь, никель, свинец, γ -модификация железа).

Для железа характерно свойство аллотропии – способность одного и того же химического элемента при различных температурах иметь различную кристаллическую решетку. Железо имеет 4 аллотропных модификации), в которые переходит при указанных критических температурах:

α -модификация (t < 768 ºC);

β -модификация (t =768-910 ºC);

γ -модификация (t 910-1392 ºC);

δ-модификация (t=1392-1540 ºC.

Температуры преобразования аллотропных модификаций имеют значение при термической обработке стали (закалке, отжиге), когда регулируют ту или иную аллотропную модификацию и придают стали нужные свойства.

Физические свойства металлов

1.  Плотность.

Тяжелые металлы р >7000 кг/м³; легкие р <3000 кг/м³.

2.  Температура плавления, которую необходимо знать для режима горячей обработки металлов и литья.

3.  Коэффициент линейного расширения

α =1*10^-5м, учитывается при проектировании размеров изделий и конструкций.

4.  Прочность. Предел прочности - испытывается при растяжении металлов. Соответствует разрывной нагрузке к единице площади поперечного сечения образца.

5.  Текучесть. Предел текучести определяется как механическое напряжение соответствующее относительному удлинению испытуемого образца (0.2%)

6.  Упругость. Предел упругости определяется как механическое напряжение соответствующее относительному удлинению испытуемого образца (0.05%).

7.  Относительное удлинение при разрыве.

8.  Для различных видов стали в интервале от 10-25%

                                         (24)

9.  Относительное сужение.

                                      (25)

S₁ – первоначальная площадь,

S₀ – площадь сужения шейки при разрыве.

10.  Теплопроводность. Металлы отличаются высокой теплопроводностью и электропроводностью (малым удельным электрическим сопротивлением), что позволяет применять в особенности цветные металлы в электротехнике (см. табл. 8).

Таблица 8

Удельная теплопроводность и удельное электрическое

сопротивление некоторых металлов и сплавов

11.  Твердость по Бринеллю определяется путем вдавливания стального шарика в металлическую пластинку и измерения площади отпечатка (см. формулу 10).

12.  Ударная вязкость. Характеризуется количеством работы для разрушения металлического образца 1х1х5 см с надрезом посредине (концентратор напряжения) ударами маятникового копра. Характеризует хрупкость, т.е. хладноломкость метла, которая для стали 0,5-1 МДж/м².

Сплавы черных металлов

Чугун-сплав железа с углеродом, где содержание углерода 2-4%, а так же есть добавки марганца, меры, фосфора, и др.

Чугун получают в доменных печах путем восстановления из железной руды (оксидов железа Fe₂O₃ и Fe₃O₄ – красного и бурого железняков), путем добавления плавней, т.е. кварцев, доломитом и известняков.  Fe₂O₃à Fe₃O₄ à FeO à Fe

FeO + CaCO₃ à Fe + CaO + CO₂