Шпаргалка по "Металлургии"

  ВОПРОС 14

Строение металлического сплава зависит от того, в какие  взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав. Почти все металлы  в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях. При образовании сплавов в процессе их затвердевания возможно различное взаимодействие компонентов.

Сплавы механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению  в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.

Образуются между  элементами значительно различающимися по строению и свойствам, когда сила взаимодействия между однородными  атомами больше чем между разнородными. Сплав состоит из кристаллов и входящих в него компонентов.

Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.

Особенности этих сплавов:

-Постоянство  состава

-ярко выраженные  индивидуальные свойства

-постоянство  температуры кристаллизации.

Сплав твердые  растворы- это твердые фазы, в  которых соотношения между компонентами могут изменяться. Являются кристаллическими веществами.

Характерной особенностью твердых растворов является: наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя.

ВОПРОС 15

Металлы и их сплавы в твердом состоянии являются кристаллическими телами. Их свойства определяются структурой. Под структурой понимают внутреннее строение металлов и сплавов, которое характеризуется определенным закономерным расположением атомов и молекул, образующих кристаллическую решетку.

 Наиболее  распространенными считаются кристаллические  решетки: кубическая объемно-центрированная (рис. 1,а), кубическая гранецентрированная (рис. 1, б), гексагональная (рис. 1, в). Кубическую объемно-центрированную решетку имеют а-железо, хром, ванадий, молибден, волйдюам и др.; кубическую гранецентрированную — железо, алюминий, медь; никель, свинец и др.; гексагональную — цинк, магний, бериллий, кадмий и др.

Кристаллизация  происходит при охлаждении металла  до определенной температуры, когда  в нем образуются центры кристаллизации или мельчайшие кристаллические  зародыши.

Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на 4 - е группы:

1. Точечные (нульмерные); К точечным дефектам относят  вакансии («дырки» - дефекты Шоттки), межузельные атомы (дефекты Френкеля), примесные атомы образующие твердые растворы внедрения и замещения.

2. Линейные (одномерные); К линейным дефектам относятся  дислокации, цепочки вакансий или  цепочки межузельных атомов.

3. Поверхностные  (двухмерные); 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) (рис.11). Граница между зернами называется - большеугловой.

4. Объемные (трехмерное).

Вопрос 16

Все методы получения  металлического титана основаны на использовании  рутила в качестве основного продукта сырья. В настоящее время известны следующие, главные методы получения титана:

1. Магниетермический  метод, заключающийся в хлорировании  ТiO2, получении TiCl4 и восстановлении  его магнием. Для получения  губки титана с малым содержанием  кислорода и азота и некоторых  других вредных примесей TiCl4 перед восстановлением подвергается тщательной очистке путем многократной фракционной перегонки с одновременной химической очисткой.

2. Гидридно-кальциевый  метод, основанный на получении  гидрида титана и последующем  разложении его на Ti и Н2 путем нагрева в высоком вакууме. Образующийся СаО отмывается разбавленными кислотами.

3. Электролизный  метод, заключающийся в разложении  электрическим током ТiO2 или ТiСl4, (растворенных в расплавленных  солях хлоридов и фторидов  щелочных и щелочно-земельных металлов, при 700—800° в атмосфере инертных газов.

4. Иодидный метод,  основанный на термической диссоциации  иодида титана TiJ4, который предварительно  получают путем реакции металлического  титана низкой чистоты с парами  иода.

Титан — легкий серебристо-белый металл.

малая плотность (4500 кг/м3) способствует уменьшению массы  используемого материала;

высокая механическая прочность. Стоит отметить, что при  повышенных температурах (250-500 °С) титановые  сплавы по прочности превосходят  высокопрочные сплавы алюминия и магния;

необычайнао высокая  коррозионная стойкость, обусловленная  способностью титана образовывать на поверхности тонкие (5-15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO2, прочно связанные  с массой металла;

удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.

Недостатки:

высокая стоимость  производства, титан значительно  дороже железа, алюминия, меди, магния;

активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, составляющими атмосферу, в результате чего титан и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов;

трудности вовлечения в производство титановых отходов;

плохие антифрикционные свойства, обусловлснные налипанием титана иа многие материалы, титан в паре с титаном не может работать на трение;

высокая склонность титана и миогих его сплавов к  водородной хрупкости и солевой  коррозии;

плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса;

большая химическая активность, склонность к росту зерна  при высокой температуре и  фазовые превращения при сварочном  цикле вызывают трудности при  сварке титана.

Магний

Обычный промышленный метод получения металлического магния — это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl2 (бишофит), натрия NaCl и калия KCl.

  Магний хорошо  обрабатывается резанием (стружка  хорошо режется), но механические  и литейные свойства его невысоки, что исключает применение его в качестве конструкционного материала.

      Со многими металлами магний  образует сплавы, которые обладают  более высокими по сравнению  с чистым магнием механическими  свойствами и коррозионной стойкостью, что значительно расширяет область применения магния. Используются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем, бериллием, титаном, редкоземельными элементами. Добавка к магнию небольших количеств этих металлов резко изменяет его механические свойства: сплавы магния легки, тверды, прочны, коррозионностойки. 

      Вопрос 17

Металл серебристо-белого цвета, высокая пластичность, прокатывается  в тонкий лист и даже фольгу,Алюминий обладает высокой электропроводностью 

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и  прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими  окислителями: с H2O (t°);O2, HNO3 (без нагревания).

Современный метод  получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

  ВОПРОС 18

Медь — золотисто-розовый  пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая  придаёт ей характерный интенсивный  желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра)

Существует ряд  сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими  элементами, мельхиор — с никелем, баббиты — со свинцом и другие.

Для получения  меди применяют пиро-, гидро- и электрометаллургические  процессы.

      Вопрос 19

В разнообразных  областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых  являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства  материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы.

Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых  алюминиевых бронз) не принимают  термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру.

Медноникелевые  сплавы, в том числе и так  называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской  воды из-за образцовой коррозионной устойчивости.

Сплавы, в которых  медь значима

Дюраль (дюралюминий) определяют, как сплав алюминия и  меди (меди в дюрали 4,4 %).

Ювелирные сплавы

В ювелирном  деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности  изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.

Вопрос  20

Для металлов наиболее характерны следующие свойства: металлический  блеск,  ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества.

механическими свойствами: твердостью, прочностью, пластичностью, ударной вязкостью и т. д.

      Вопрос 21 ,22

Твёрдость —  свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более  твёрдого тела — индентора.

Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга (твердость по Мейеру)); размерность единиц твердости по Бринеллю Па (кгс/мм²). Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль;

Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной  глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в  поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу соответствует HR 100.

Метод Виккерса — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность единиц твёрдости по Виккерсу кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV;

      Вопрос 23  

На прочность, на пластичность, на тягучесть, твердость, на электропроводимость, на удельное сопротивление, на вязкость, ковкость, проводимость тепла.

Испытание на растяжение заключается в деформировании образца  в условиях однородного и одноосного напряженного состояния до его разрушения.