Физическое металловедение
Физическое металловедение — это раздел физики, изучающий процессы, происходящие в металлах на атомном и структурном уровнях.
Понимание механизмов этих процессов дает возможность разработки новых технологий. Сведения о структуре и свойствах металлов на атомном
и структурном уровнях получают с помощью физических методов исследования. Физическое металловедение рассматривает теорию дислокаций,
физические свойства металлов и сплавов, изучает вопросы фазового равновесия в различных металлических системах.
Металловедение тесно связано с металлофизикой.
Металлофизика изучает строение и свойства металлов и сплавов, а также условия термодинамического
равновесия и характер протекания в них различных процессов (диффузии, фазовых превращений и т.д.).
В металлофизике исследуются прочность, пластичность, электропроводность
и другие свойства металлов и сплавов.
Одним из разделов металловедения является металлография – наука о структуре металлов и сплавов, которая исследует
закономерности образования структуры металла, изучает его макро- и микроструктуру, атомно-кристаллическое строение,
влияние структуры на механические, электрические, магнитные и другие свойства.
Подробнее в статье Металлография>>
Слайды и текст этой презентации
металлов и сплавов, а также закономерности их изменения при тепловых,
механических, физико-химических и др. видах воздействия.
научная основа изысканий состава, способов изготовления и обработки металлических материалов с разнообразными механическими, физическими и химическими свойствами.
гг. 20 в. в Германии, причём было предложено сохранить термин «металлография» только для учения о макро- и микроструктуре металлов и сплавов. Возникновение металловедения как науки было обусловлено потребностями техники.
Слайд 5П. П. Аносов Г. К. Сорби
Д. К. Чернов В 1831 П. П. Аносов,
разрабатывая способ получения булата, изучал под микроскопом строение отполированной поверхности стали, предварительно протравленной кислотой В 1864 Г. К. Сорби произвёл подобные же исследования микроструктуры железных метеоритов и образцов стали, применив при этом микрофотографию. В 1868 Д. К. Чернов указал на существование температур, при которых сталь претерпевает превращения при нагревании и охлаждении (критические точки). Эти температуры измерил Ф. Осмонд (1888) при помощи термоэлектрического термометра.
Слайд 6А. А. БайковВ России А. А. Байков исследовал явления
дифференциальных кривых нагревания и охлаждения (1910) и травления микрошлифов при высокой температуре (1909). Байков основал в Петербургском политехническом институте первую в России учебную лабораторию металловедения
Слайд 7А. М. Бочвар А. Портевен
М. Гарвен В
1908 А. М. Бочвар организовал в Высшем техническом училище первую
в Москве металлографическую лабораторию В 1918 А. Портевен и М. Гарвен (Франция) установили зависимость критических точек стали от скорости охлаждения.
Слайд 8Г. В. Курдюмова, С. Т. Конобеевского, Н. В. АгееваИсключительную
роль в развитии металловедения играл начиная с 20-х гг. 20в.
рентгеноструктурный анализ, который позволил определить кристаллическую структуру различных фаз, описать её изменения при фазовых переходах, термической обработке и деформации. В этой области важнейшее значение имели работы Г. В. Курдюмова, С. Т. Конобеевского, Н. В. Агеева и др.,
Слайд 9Развитие материаловедения во 2-й половине 20 в. характеризуется значительным
металлов применяют электронную микроскопию, которая позволяет изучать локальные изменения строения сплавов, взаимное расположение структурных составляющих и несовершенства кристаллического строения.
изучающее основы технологических процессов обработки (термическая обработка, литьё, обработка давлением) и конкретные классы металлических материалов.
металлов и сплавов кристаллизация фазовые равновесия в металлах и сплавах
диффузия в металлах и сплавах фазовые превращения в твёрдом состоянии физическая теория процессов пластической деформацииупрочнения, разрушения и рекристаллизации
конструкционной стали, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов, алюминиевых сплавов, магниевых сплавов, металлокерамики).
периодическом поле положительных ионов. На основе учёта сил межатомного взаимодействия
оценена теоретическая прочность металлических монокристаллов, которая в 100—1000 раз больше практической.
и примесей.
др.).
Слайд 20Список литературыБунин К. П., Железоуглеродистые сплавы, К. — М.,
5 изд., М., 1956; Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; Лившиц Б. Г., Металлография, М., 1963; Физическое металловедение, пер с англ., в. 1—3, М. 1967—68.
Металлические сплавы
Определение 3
Металлические сплавы – это сложные вещества, которые образовались в результате взаимодействия двух и более металлов или металлов с некоторыми неметаллами.
Химические элементы, которые входят в состав сплава называются компонентами. Компоненты, который количественно преобладает в сплаве — основной компонент, а те, что вводятся в его состав с целью придания необходимых свойств — легирующие. Сплавы классифицируются по следующим основаниям:
- Количеству компонентов — двойные, тройные и т. д.
- Основному компоненту — алюминиевые, титановые, медные, магниевые и т. д.
- Применению — конструкционные, жаропрочные, инструментальные, пружинные, антифрикционные, шарикоподшипниковые и т. д.
- Температуре плавления — тугоплавкие и легкоплавкие.
- Плотности — легкие и тяжелые.
- Технологии изготовления изделий и полуфабрикатов — спеченные, литейные, деформируемые, композиционные, гранулированные и т. п.
Из истории металловедения
Согласно Гуляеву А.П., годом возникновения науки металловедения можно считать 1868 год, когда была опубликована работа Д.К. Чернова
«Критический обзор статей Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные исследования Д.К. Чернова по этому же предмету»,
которой было положено начало изучению диаграммы железо-углерод (а также железоуглеродистых сплавов и процессов термической обработки).
Д.К. Чернов открыл зависимость свойств стали от температуры нагрева и охлаждения, выявил взаимосвязь структуры и свойств стали,
и этим были заложены основы научного металловедения. И по сей день работы Д.К. Чернова являются основой теории термической обработки
стали и современного металловедения.
Позднее французский учёный Ф. Осмонд, применив пирометр, определил температуры (критические точки), при которых происходят
значительные изменения свойств стали, описал микроструктуры при переходе через эти точки и
дал названия основных структур железоуглеродистых сплавов, употребляющихся в металловедении и сегодня.
Широкое применение металлов в промышленности обусловило дальнейшее быстрое развитие металловедения. Велика роль в развитии
металловедения русских учёных: в начале XX века Н.С. Курнаков применил для исследования металлов методы физико-химического анализа.
Н.С. Курнаков вместе с учениками провёл исследования многих сплавов, построил их диаграммы состояния и установил зависимости между составом,
структурой и свойствами различных сплавов (правило Курнакова). Г.В. Вульф внёс большой вклад в изучение кристаллического строения сплавов
и различных фаз методами рентгеновского анализа. В создании теории и практики термической обработки металлов многое сделано С.С. Штейнбергом
и его учениками. Для развития металловедения и металлофизики имеют большое значение работы Г.В. Курдюмова, Д.В. Садовского,
И.А. Одинга, А.А. Бочвара, С.Т. Конобеевского. Многое для развития технологии термической и химико-термической обработки металлов и сплавов
сделали Н.А. Минкевич, Н.Т. Гудцов, А.А. Бочвар и др.
Широкое применение в металловедении находят различные физические методы исследования металлов. С их помощью определяют теплоёмкость,
теплопроводность, электросопротивление, тепловое расширение, магнитные свойства.
История металловедения
Определение 1
Металловедение – это наука, которая изучает свойства и внутреннее строение металлов и сплавов в их взаимосвязи.
Все свойства металлов делятся на следующие группы:
- Механические, к которым относятся вязкость, прочность и твердость.
- Физические, к которым относятся тепловые, магнитные, объемные и электрические свойства.
- Химические, к которым относится сопротивление действию агрессивной среды.
- Технологические, к которым относятся прокаливаемость, жидкотекучесть, штампуемость и обрабатываемость режущим инструментом.
Историю развития металловедения можно разделить на три периода. Первый период продолжался до двадцатых годов двадцатого века. В данный период были заложены основы металловедения, как самостоятельной науки и созданы общие представления о металлах и сплавах. Делалось это на основе исследований их строения невооруженным глазом и при помощи специального металлографического микроскопа. Второй период продолжался до пятидесятых годов двадцатого века. На данном этапе удалось создать представление о расположении атомов в кристаллах металлов, а также процессах, которые происходят в них. Делалось это при помощи рентгеноструктурного анализа и разнообразны лабораторных исследований. Тогда выяснилось, что все свойства металлов определяются дефектами строения, а не идеальным расположением атомов в кристаллах металлов. Третий период развития металловедения продолжается с пятидесятых годов прошлого века. Этот период связан с появлением ядерного излучения и его совместного использования с электронной микроскопией и современными методами исследования, что обеспечило возможность всестороннего и глубокого изучения структуры реальных металлов. Появилась возможность изменять строение расположение атомов, тем самым создавая дефекты строения и изучения их взаимодействия, от которого во многом зависят свойства металлов. Теперь металловедение могло не только объяснять свойства и строение металлов, но и предвидеть их и изменять таком направлении, которое необходимо для эксплуатации и производства.
Современное металловедение обобщает и использует опыт промышленных и научных лабораторий на основе достижений физики и физической химии. Это способствовало созданию нескольких теорий, которые позволили разработать новые процессы, применяемые в современных машиностроении и металлургии.
Свойства металлов
Общность свойств металлов обусловлена типом связи между их атомами. Валентные электроны металла, в отличии от электронов неметаллов, плохо связаны с ядром атома. Поэтому атомы металлов легко теряют валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Свободные электроны образуют электронный газ, который беспрепятственно перемещается между ионами. Электростатическое притяжение между отрицательно заряженными электронным газом и положительно заряженными ионами является металлическим типом связи.
Определение 2
Ион – это частица с электрическим зарядом.
У металлической связи нет направленного характера. Электроны, которые образовали электронный газ никак не связаны с отдельными атомами — в одинаковой мере принадлежат всем атомам. Благодаря этому они могут перемещаться внутри атомам, но не нарушая межатомную связь. Особенностями металлической связи обусловлены свойства металлов. Например, хорошая электропроводность объясняется возможностью ускорения свободных электронов под действием электрического поля, а высокая теплопроводность определяется участием свободных электронов в процессе передачи тепла. Причиной способности металлов к пластической деформации связана с ненаправленным характером связи, результат приложения внешних сил — взаимное относительное смещение атомов металла, а не разрыв связей между ними. При новом расположении характер связи остается таким же, как и до итого. Металлический блеск является результатом взаимодействия электромагнитных световых волн с освободившимися электронами.
