I materiali utilizzati e l'applicazione di tutti. Il ruolo dei materiali nella tecnologia moderna. Sulla storia dello sviluppo della scienza dei materiali come scienza. Diagramma di stato Fe - C
I materiali svolgono un ruolo decisivo nel progresso tecnologico. Sopra, abbiamo preso in considerazione un esempio dal campo della tecnologia informatica, quando il miglioramento del materiale e della tecnologia per la produzione di elementi di equipaggiamento da esso porta a risultati radicalmente nuovi. Puoi dare altri esempi da altre aree tecnologiche.
Ad esempio, la fabbricazione di bombole per lo stoccaggio di gas sotto pressione. Il peso del cilindro è determinato dallo spessore della parete della nave, che a sua volta è determinato dalla resistenza meccanica del materiale. Meno resistente è il materiale, più pesante è la nave. Quindi, una nave per immagazzinare azoto, ad una pressione di circa 100 atm, con un volume di 100 l, realizzata in acciaio ha pesi diversi in diversi paesi, dove esiste una tecnologia diversa per la produzione di acciaio e, di conseguenza, la sua diversa resistenza meccanica. Ad esempio, la suddetta nave negli Stati Uniti ha un peso di 40 kg, nel nostro paese - 80 kg e in Cina - 150 kg.
Dal momento che capisci la classificazione dei materiali, questo è molto importante perché consente agli ingegneri di conoscere le loro condizioni nel primo caso e di riconoscere quali sono le migliori per loro in base alla struttura o all'edificio che vogliono creare, o in relazione all'oggetto che hanno intendo fare.
Questo è il caso dell'industria automobilistica, che merita attenzione per il montaggio degli stessi veicoli che conoscono le proprietà dei materiali in modo che possano conoscere la loro compatibilità con ciò a cui sono destinati. Come capisci, questa classificazione di alti aspetti teorici ha grandi previsioni teoriche, poiché consiste nella costruzione di elementi della realtà, in cui il loro uso è evidente, quindi lo indichiamo in modo conciso ma stabile e abbastanza illustrativo ricreato con esempi di utilità, in modo da poter scoprire quali ti sta meglio.
Puoi fare un esempio con i materiali delle navette spaziali.
Lo sviluppo di nuovi materiali elettrici con proprietà operative migliorate o nuove aiuta a migliorare le caratteristiche operative dei prodotti elettrici.
Un altro esempio, più vicino all'energia. L'intensità di campo elettrico di lavoro in un potente dispositivo di accumulo di energia pulsata (un grande condensatore in cui viene utilizzata l'acqua come dielettrico) è selezionata a 150 kV / cm nell'azionamento americano Jupiter e solo 80 kV / cm nell'azionamento russo Angara. Gli americani hanno una tecnologia migliore per preparare acqua ed elettrodi, quindi migliori proprietà del materiale (acqua) nell'unità, quindi la rottura in acqua si ottiene a una tensione più elevata e puoi scegliere una tensione di lavoro più alta.
Tuttavia, per quanto riguarda il suo utilizzo, è noto che i materiali metallici sono spesso utilizzati, dato l'elevato grado di resistenza e durata che sono rivestiti con particelle e componenti degli stessi materiali sopra menzionati. La formazione offerta soddisfa pienamente le esigenze dell'industria tessile. Si affida al lavoro del settore in questo settore per: tutte le professioni tessili e per tutte le applicazioni.
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Tutti gli studenti hanno alloggio in città o nel campus, dove possono praticare sport anche nei fine settimana.Un esempio ancora più vicino sono gli isolanti delle linee ad alta tensione. Storicamente, gli isolanti in porcellana sono stati i primi a inventare isolanti. La tecnologia della loro fabbricazione è piuttosto complicata, capricciosa. Gli isolanti sono piuttosto voluminosi e pesanti. Abbiamo imparato a lavorare con gli isolanti vetro - vetro. Sono più facili, più economici, la loro diagnosi è un po 'più semplice. E, infine, le ultime invenzioni sono isolanti in gomma siliconica. I primi isolanti in gomma non ebbero molto successo. Nel corso del tempo, si sono formate microcricche sulla loro superficie, in cui si è accumulata la sporcizia, si sono formati binari, quindi sono stati fatti isolanti. Uno studio dettagliato del comportamento degli isolanti nel campo elettrico delle linee aeree in presenza di influenze atmosferiche esterne ha permesso di selezionare una serie di additivi che miglioravano la resistenza agli agenti atmosferici, la resistenza all'inquinamento e gli effetti delle scariche elettriche. Di conseguenza, è stata ora creata un'intera classe di isolanti leggeri e resistenti per vari livelli di tensione di azione.
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Per fare un confronto, il peso degli isolatori di sospensione per linee aeree a 1150 kV è paragonabile al peso dei fili nell'intervallo tra i supporti e ammonta a diverse tonnellate. Ciò forza l'installazione di ulteriori ghirlande parallele di isolatori, aumentando il carico sul supporto. È necessario utilizzare supporti più durevoli e quindi più massicci. Ciò aumenta il consumo di materiale, l'ampio peso dei supporti aumenta significativamente i costi di installazione. Per riferimento, il costo di installazione è fino al 70% del costo di costruzione di una linea elettrica. L'esempio mostra come un elemento strutturale influisce sulla struttura nel suo insieme. L'uso della gomma di silicone può ridurre drasticamente i costi e accelerare la costruzione. La base di questo progresso è lo sviluppo e l'uso di nuovi materiali elettrici per gli isolanti. Gli isolanti leggeri consentono di alleggerire i supporti, riducendo così il carico del vento, rendendo più economici la produzione, la consegna e l'installazione di linee aeree.
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Gli abstract si concentrano principalmente su aree di ricerca selezionate o si estendono parzialmente ad aree di ricerca correlate, come ingegneria del calore e materiali o materiali ceramici. La Facoltà di Fisica offre una laurea e tre programmi di master, strettamente correlati agli studi condotti dagli insegnanti. I due programmi principali sono completamente rappresentati in inglese. Questi programmi sono progettati per preparare gli studenti non solo per la scuola di specializzazione in fisica, ma anche per l'impiego con un laureato in fisica e altre discipline legate alla scienza e alla tecnologia.
Ad esempio, la creazione di dielettrici organosiliconici resistenti al calore ha permesso di aumentare le temperature operative delle macchine elettriche e quindi di aumentare significativamente la potenza della macchina senza aumentarne le dimensioni e il peso.
RISPOSTE
Scienza dei materiali. Classificazione dei metalli. Struttura atomico-cristallina dei metalli. Tipi di grigliati e loro caratteristiche.
Master in scienze applicate nella scienza dei materiali
Il dipartimento di ricerca sui materiali si concentra sullo sviluppo di nuovi processi e modelli tecnologici principalmente per nuovi materiali nel settore dei trasporti e biomateriali per uso medico, sostituzione o riparazione di parti danneggiate del corpo. promuove una stretta collaborazione con l'industria attraverso i suoi dipartimenti di ricerca del settore. La ricerca orientata all'industria si combina con la ricerca di base per comprendere meglio i meccanismi della microstruttura e le proprietà risultanti.
2.1. La scienza dei materiali è una disciplina scientifica sulla struttura, le proprietà e lo scopo dei materiali. Le proprietà dei materiali tecnici si formano nel processo di fabbricazione. Con la stessa composizione chimica, ma diverse tecniche di fabbricazione, si forma una struttura diversa e, di conseguenza, proprietà.
Lo scopo della scienza dei materiali è studiare le leggi della formazione della struttura e le proprietà dei materiali mediante metodi di indurimento per un uso efficace nella tecnologia.
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Cosa rende unico il programma? L'obiettivo a lungo termine del nostro istituto è quello di creare un'unità educativa che studi materiali di scienza di livello mondiale.
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Allo stesso tempo, il programma considera i principi fisici di base dei sistemi e dispositivi dell'elettronica quantistica, nonché alcune importanti tecnologie per la produzione e la misurazione delle caratteristiche fisiche e chimiche delle strutture e dei materiali quantistici. Gli studenti hanno studiato ai corsi universitari di fisica generale e introduzione alla fisica teorica per una laurea, che comprende corsi: meccanica teorica e teoria dell'elasticità, elettrodinamica, meccanica quantistica e fisica statistica.Il compito principale della scienza dei materiali è stabilire la relazione tra composizione, struttura e proprietà, studiare il trattamento termico, chimico-termico e altri metodi di indurimento, per formare la conoscenza delle proprietà dei principali tipi di materiali.
2.2. Tutti i metalli sono convenzionalmente divisi in neri e non ferrosi. I metalli ferrosi di solito hanno un colore grigio scuro, alta densità (eccetto alcalini), alto punto di fusione, durezza relativamente alta. Alcuni di essi (ferro, titanio, cobalto, manganese, zirconio, uranio, ecc.) Possiedono polimorfismo (allotropia). Il metallo ferroso più tipico è il ferro.
Master in materiali complessi: analisi termica e reologia
Struttura del modulo di studio. Metodi di base Proprietà termomeccaniche dei materiali. Best practice Analisi dei dati statistici Applicazioni ambientali Trattamento termico e analisi laser Fatica termo-meccanica. Reofisica di liquidi complessi Materiali strutturati. Nanomateriali Chimica fisica dei polimeri Statistiche della fisica dei polimeri, metodi di diffusione della luce.
Opportunità di lavoro Le competenze pratiche acquisite durante questo tirocinio forniranno ai laureati un vantaggio competitivo nella domanda per gli esami finali. Requisiti per l'ingresso in inglese. Laurea triennale con differenze minime del secondo livello di livello superiore o equivalente internazionale nel programma di diploma. genio corrispondente.
I metalli non ferrosi sono rossi, gialli, bianchi. Hanno grande duttilità, bassa durezza, basso punto di fusione. Lo stagno è noto per avere polimorfismo. Un rappresentante tipico è il rame.
I metalli ferrosi includono:
- ferro metalli - ferro, cobalto, nichel, manganese;
- metalli refrattari; avere un punto di fusione superiore a quello del ferro, ovvero più di 15390С
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Il Master of Science in Materials Sciences cerca di fornire una solida base per il comportamento chimico, fisico e tecnologico di una vasta gamma di materiali con un focus sui progressi attuali in questo campo. Il corso offre una formazione teorica e pratica avanzata e completa nelle seguenti aree interdisciplinari: chimica e fisica dello stato solido, produzione di materiali, fabbricazione e test, con particolare attenzione alla caratterizzazione e modellizzazione delle strutture e delle proprietà dei materiali.
Titanio, vanadio, cromo, zirconio, niobio, molibdeno, tungsteno, tecnezio, afnio, renio;
- metalli uranio (attinidi) - torio, anemone di mare, uranio, nettunio, plutonio, ecc. (da 89 a 103 elementi);
- metalli delle terre rare (con 57 -71 elementi), lantanio, cerio, niodimum, ecc.
- metalli alcalini terrosi
Litio, sodio, calcio, potassio, rubidio, stronzio, cesio, bario, Francia, rodio, scandio.
Nanotecnologia e nanoscienza
L'unità di controllo del nanoworld è un nanometro. La nanotecnologia è un campo multidisciplinare di ricerca e sviluppo che si basa sulla conoscenza e sulle capacità dell'infinitesimale. Raggruppano, o meglio, tutti i metodi che consentono la produzione, la manipolazione e la caratterizzazione del materiale su scala nanometrica. La nanotecnologia è la formalizzazione di concetti e processi da nanoscienza, ad es. scienze che mirano a studiare e comprendere le proprietà della materia alla scala di un atomo e una molecola.
Esistono molte definizioni del termine "nanomateriale". Il nanomateriale è un materiale naturale, formato casualmente o fatto di particelle libere, sotto forma di aggregato o sotto forma di agglomerato, di cui almeno il 50% delle particelle nella distribuzione numerica delle dimensioni ha una o più dimensioni esterne. tra 1 nm e 100 nm.
I metalli non ferrosi includono:
- polmoni - berillio, magnesio, alluminio;
- metalli nobili
Rutenio, radio, palladio, osmio, iridio, platino, oro, argento e rame semiprezioso;
- metalli fusibili - zinco, cadmio, mercurio, gallio, indio, vita, germanio, stagno, piombo, arsenico, antimonio, bismuto.
I metalli e le leghe includono sostanze ottenute dalla metallurgia delle polveri.
Esistono due famiglie principali di nanomateriali. Nano-oggetti, che sono materiali, di cui una, due o tre dimensioni esterne sono su scala nanometrica, cioè tra circa 1 e 100 nm. Tra i nanoobiettivi, si possono distinguere tre categorie. Nanoparticelle, che designano nano-oggetti, le cui tre dimensioni esterne sono su scala nanometrica: nanoparticelle di lattice, ossido di zinco, ferro e cerio, ossido di alluminio, biossido di titanio, carbonato di calcio, ecc .; nanofibre, nanotubi, nanofibre o nanocassette, che sono nano-oggetti in cui due dimensioni esterne sono su scala nanometrica e la terza dimensione è molto più grande. I nano-oggetti possono essere usati come tali sotto forma di polvere, sospensione liquida o gel.
Classificazione dei materiali non metallici:
- polimeri organici e inorganici;
- materie plastiche;
- materiali compositi;
- gomme e gomma;
- materiali adesivi e sigillanti;
- verniciatura;
- grafite;
- vetro;
- ceramica.
Il diagramma di stato del sistema con l'insolubilità completa dei componenti allo stato solido (con eutettico).
Materiali nanostrutturati che hanno una struttura interna o superficiale su scala nanometrica. Tra i materiali nanostrutturati, si possono distinguere diverse famiglie, tra cui. I nano oggetti possono essere in forma individuale o sotto forma di aggregati o agglomerati, la cui dimensione supera significativamente i 100 nm. nanocompositi. Questi materiali sono compilati per tutti o parte dei nano-oggetti, che conferiscono loro proprietà migliorate o specifiche della nanoscala. Nano oggetti sono inclusi nella matrice o sulla superficie per introdurre nuove funzionalità o modificare determinate proprietà meccaniche, magnetiche, termiche, ecc. esempi di nanocompositi sono i polimeri caricati con nanotubi di carbonio utilizzati nel settore delle attrezzature sportive al fine di aumentarne la resistenza meccanica e ridurne il peso. materiali nanoporosi. Gli aerogel di silicone sono materiali nanoporosi con eccellenti proprietà di isolamento termico.
- Aggregati e agglomerati di nanoobject.
- Questi materiali hanno pori su nanoscala.
Figura 1 - Diagramma di stato delle leghe eutettiche
In queste leghe, i componenti allo stato solido sono insolubili l'uno nell'altro e non interagiscono chimicamente.
Aree monofase del diagramma:
1) liquido L - sopra la linea di liquidus DCE;
2) fase A - linea 0FD;
3) fase B - linea 100-G-E.
Il punto caratteristico del diagramma è il punto triplo C, corrisponde a una lega eutettica contenente C "% B. L'eutettico in queste leghe è costituito da cristalli A e B, la sua regione nel diagramma è la linea SS." Linea FCG - linea di trasformazione eutettica: L eut -\u003e eut (A + B). La stessa linea è solidus. La cristallizzazione delle leghe di questo sistema inizia sulla linea DCE con il rilascio di cristalli solidi del componente che è ridondante rispetto alla composizione eutettica, e termina sulla linea FCG dalla trasformazione eutettica.
Tra questi nanomateriali fabbricati, alcuni di essi sono stati prodotti per molti anni in tonnellaggi importanti come biossido di titanio, nerofumo, ossido di alluminio, carbonato di calcio o silice amorfa. I successivi sono realizzati in quantità minori, come nanotubi di carbonio, punti quantici o dendrimeri.
Esistono anche nanomateriali prodotti inavvertitamente da persone, a volte chiamati particelle ultrafini, a seguito di determinati processi termici e meccanici, come saldatura o spruzzi termici, emissioni da motori a combustione interna, ecc.
Componenti strutturali delle leghe (e loro aree nel diagramma):
1) cristalli A - linea 0FD;
2) cristalli B - linea 100-G-E;
3) cristalli eutettici (eut (A + B)) - linea SS. "
Il processo di grafitizzazione durante la ricottura della ghisa bianca.
Metodo Rockwell (GOST 9013)
Si basa sulla pressione nella superficie della punta sotto un certo carico (Fig. 7.1 b)
Infine, nel nostro ambiente sono presenti particelle ultrafini naturali, come vapori vulcanici o virus. Il passaggio della materia in dimensioni su scala nanometrica rivela proprietà inattese che spesso differiscono completamente dalle proprietà degli stessi materiali su scala micro o macroscopica, in particolare per quanto riguarda stabilità meccanica, reattività chimica, conducibilità elettrica e fluorescenza. La nanotecnologia porta allo sviluppo di materiali le cui proprietà fondamentali possono essere modificate.
Ad esempio, l'oro è completamente inattivo su scala micrometrica, mentre diventa un eccellente catalizzatore per reazioni chimiche quando è richiesta la misurazione su scala nanometrica. Tutte le principali famiglie di materiali riguardano: metalli, ceramiche, dielettrici, ossidi magnetici, polimeri, carboni, ecc.
Indentatore per materiali morbidi (fino a HB 230) - una sfera d'acciaio con un diametro di 1/16 "(Ø1,6 mm), per materiali più duri - un cono di diamante.
Il caricamento viene effettuato in due fasi. Innanzitutto, viene applicato un precarico (10 kf) per toccare saldamente la punta con il campione. Quindi viene applicato il carico principale P 1, per qualche tempo viene applicato il carico di lavoro generale P. Dopo aver rimosso il carico principale, il valore di durezza viene determinato dalla profondità della rientranza residua della punta h sotto carico.
Vengono utilizzate tre scale di durezza A, B, C a seconda della natura del materiale.
La durezza è determinata dalla dimensione dell'impronta (Fig. 7.1 c).
Una piramide tetraedrica con diamante viene utilizzata come penetratore con un angolo all'apice di 136º.
La durezza viene calcolata come rapporto tra il carico applicato P e la superficie della stampa F:
Il carico P è 5 ... 100 kgf. Diagonale dell'impronta digitale dmisurato mediante un microscopio montato sul dispositivo.
Il vantaggio di questo metodo è che è possibile misurare la durezza di qualsiasi materiale, prodotto sottile, strato superficiale, elevata precisione e sensibilità del metodo.
Metodo di microdurezza utilizzato per determinare la durezza dei singoli componenti strutturali e fasi della lega, strati superficiali molto sottili (centesimi di millimetro).
Simile al metodo Vickers. L'indentatore è una piramide di dimensioni inferiori, i carichi di indentazione P sono 5 ... 500 g
Metodo Scratch.
Con un cono di diamante, una piramide o una sfera, viene applicato un graffio, che è una misura. Quando graffiano altri materiali e li confrontano con una misura, giudicano la durezza del materiale.
Un graffio largo 10 mm può essere applicato sotto un certo carico. Osservare l'entità del carico che dà questa larghezza.
Metodo dinamico (Shore)
La palla viene lanciata in superficie da una determinata altezza, rimbalza di una certa quantità. Maggiore è il rimbalzo, più difficile è il materiale.
Come risultato dei test dinamici per la flessione dell'impatto di speciali campioni dentellati (GOST 9454), viene valutata la viscosità dei materiali e viene stabilita la loro tendenza a passare da uno stato viscoso a uno fragile.
Proprietà tecnologiche
Proprietà tecnologiche caratterizza la capacità del materiale di sottoporsi a vari metodi di lavorazione a freddo e a caldo.
1. Proprietà della fonderia.
Caratterizza la capacità del materiale di ottenere fusioni di alta qualità da esso.
Flusso fluido - la capacità del metallo fuso di riempire lo stampo.
Restringimento (lineare e volumetrico) - caratterizza la capacità del materiale di modificare le sue dimensioni lineari e il volume durante la solidificazione e il raffreddamento. Per evitare il restringimento lineare durante la creazione di modelli utilizzando misuratori non standard, tenendo conto del restringimento di un determinato metallo ...
segregazione - eterogeneità della composizione chimica per volume.
2. La capacità del materiale di esercitare un trattamento a pressione.
Questa è la capacità di un materiale di cambiare dimensione e forma sotto l'influenza di carichi esterni senza crollare.
È controllato a seguito di test tecnologici condotti in condizioni il più vicino possibile alla produzione.
Il materiale del foglio è testato per piegare e disegnare un foro sferico. Il filo è testato per piegare, torcere, avvolgere. I tubi vengono testati per la distribuzione, l'appiattimento a una certa altezza e la flessione.
Il criterio per l'idoneità del materiale è l'assenza di difetti dopo il test.
3. Saldabilità.
Questa è la capacità del materiale di formare composti permanenti della qualità richiesta. Valutato dalla qualità della saldatura.
4. La capacità di elaborare tagliando.
Caratterizza la capacità del materiale di essere lavorato da vari utensili da taglio. Valutato dalla durabilità dell'utensile e dalla qualità dello strato superficiale.
Proprietà operative
Le proprietà operative caratterizzano la capacità del materiale di lavorare in condizioni specifiche.
Resistenza all'usura - la capacità del materiale di resistere alla distruzione superficiale sotto l'azione dell'attrito esterno.
Resistenza alla corrosione - la capacità del materiale di resistere all'azione di ambienti acidi e alcalini aggressivi.
Resistenza al calore - questa è la capacità di un materiale di resistere all'ossidazione in un ambiente gassoso ad alta temperatura.
Resistenza al calore - questa è la capacità di un materiale di mantenere le sue proprietà ad alte temperature.
Resistenza al freddo - la capacità del materiale di mantenere le proprietà plastiche a basse temperature.
antifrizione - la capacità del materiale di penetrare in un altro materiale.
Queste proprietà sono determinate da prove speciali a seconda delle condizioni di lavoro dei prodotti.
Quando si sceglie un materiale per creare una struttura, è necessario tenere pienamente conto delle proprietà meccaniche, tecnologiche e operative.
La formazione di austenite e la sua crescita di grano al riscaldamento. Surriscaldamento e esaurimento.
La formazione di austenite quando riscaldata
Diagramma di stato Fe - C
La transizione della perlite in austenite, la sua cinetica obbedisce alle leggi di base delle trasformazioni di fase che si verificano durante il riscaldamento.
È stato stabilito sperimentalmente che i nuclei di austenite sorgono ai confini della ferrite con la cementite. Le fasi iniziali della formazione dei nuclei di austenite non sono state studiate sperimentalmente e ci sono solo ipotesi su di loro. La conversione di α o.c.c. → γ g.c.c. nel ferro puro è possibile solo a temperature non inferiori a 911 ° C. Se la ferrite è in contatto con la cementite, quindi, secondo il diagramma di stato, la trasformazione α - γ dovrebbe avvenire a temperature a partire da 727 ° С. L'austenite a una temperatura leggermente al di sopra del punto A 1 contiene circa lo 0,8% C, mentre la ferrite nell'acciaio contiene centesimi di carbonio percentuale.
Come, quindi, nasce la fase con il centro città. K. reticolo e contenuto di carbonio relativamente elevato?
La maggior parte delle ipotesi sull'origine dell'austenite proviene da rappresentazioni di fluttuazione e due casi estremi sono formalmente considerati. Innanzitutto, si può immaginare che la base per la nucleazione dell'austenite siano le fluttuazioni di concentrazione. All'interno della ferrite, la probabilità della formazione di un numero significativo di regioni di fluttuazione di dimensioni critiche è trascurabile, poiché vi sono pochissimi atomi di carbonio. Al limite della ferrite con la cementite tra le fasi, c'è uno scambio continuo di atomi (equilibrio dinamico) e nello strato limite (la ferrite ha molte più probabilità di fluttuare nel verificarsi di sezioni di dimensioni critiche con una concentrazione di circa lo 0,8% C.
Tali siti, al minimo surriscaldamento al di sopra del punto A 1, subiscono una trasformazione polimorfica α - γ della soluzione solida e diventano centri stabili di crescita di granuli austenitici. Al di sotto del punto A 1, possono insorgere anche siti simili nella ferrite, ma non si trasformano in centri stabili di crescita dell'austenite, poiché il reticolo γ è termodinamicamente instabile qui.
Un altro presupposto è che quando l'austenite nuclea, non sono le fluttuazioni di concentrazione che sono primarie, ma il riarrangiamento delle fluttuazioni del reticolo. All'interno della ferrite, appaiono e scompaiono regioni con un reticolo γ di origine fluttuante e il carbonio dal carburo entra in queste regioni a temperature superiori ad A 1 a temperature superiori ad A 1 e, se sono di dimensioni critiche, diventano centri stabili di crescita dell'austenite.
22.2.
Se riscaldi il metallo fino al punto critico superiore e continui ad aumentare la temperatura, quindi, esaminando il metallo al microscopio, puoi rilevare la crescita dei suoi grani.
Maggiore è la temperatura, più vigorosamente cresce il grano e più sono grandi, più lungo è il processo di riscaldamento a una data temperatura. Un metallo con granuli molto grossolani è chiamato metallo surriscaldato.
Durante la forgiatura, il metallo fortemente surriscaldato dà difetti e crepe, specialmente negli angoli di un lingotto o di una billetta, e in una frattura ha una struttura fortemente allargata, che può essere relativamente facilmente osservata con un semplice occhio. Il surriscaldamento dipende da due fattori: temperatura e tempo di riscaldamento.
Dalla pratica della forgiatura di forni è noto che se un lingotto o una billetta viene tenuto in una fornace ad alta temperatura (ad esempio, nella parte di saldatura di una fornace di metodo) più del solito, quindi quando si forgia un tale lingotto o billetta, i difetti risultano dal surriscaldamento. Al contrario, un lingotto situato nel forno alla stessa temperatura, ma per un tempo più breve, viene forgiato abbastanza normalmente.
Pertanto, il surriscaldamento del metallo è possibile a qualsiasi temperatura superiore al punto critico, ma la quantità di surriscaldamento a questa temperatura dipende dal tempo di esposizione.
Il metallo surriscaldato può essere corretto mediante successiva ricottura, ovvero mediante riscaldamento lento a una temperatura di 10-30 sopra il punto e successivo raffreddamento lento.
Se il metallo riscaldato viene lasciato a lungo nel forno a temperatura elevata, si brucerà. La combustione si verifica perché l'ossigeno nei gas del forno penetra in profondità nel metallo dalla superficie, i bordi del grano del metallo vengono ossidati e la sostanza formata tra i grani grandi si scioglie. Di conseguenza, si formano pellicole liquide tra i grani del metallo, il legame tra i grani si rompe e il metallo diventa fragile, sul pezzo appaiono grandi crepe e si rompe in pezzi. Un ulteriore riscaldamento porta alla fusione o alla distruzione di singole sezioni del pezzo. La combustione dipende principalmente dalla temperatura di riscaldamento, dalla composizione dei gas del forno e dal tempo di riscaldamento del metallo ad alte temperature.
Il metallo bruciato non può essere riparato, la billetta viene generalmente respinta e il metallo conservato può essere utilizzato solo fondendo in una fornace a focolare aperto.
Per evitare il burnout del metallo, è necessario osservare le seguenti condizioni di base durante il riscaldamento:
1. Bruciare il combustibile con il coefficiente più basso di aria in eccesso in modo che non vi sia ossigeno libero nei gas del forno.
2. Non caricare gli spazi vuoti sotto il forno alla rinfusa, ma disporli in modo tale che siano lavati con gas del forno, se possibile, e i bruciatori o gli ugelli della torcia non (leccherebbero) la superficie degli spazi vuoti riscaldati.
3. È possibile caricare così tanto metallo nel forno che l'unità di forgiatura può forgiarlo nel tempo necessario per riscaldare il pezzo alla temperatura di forgiatura. È meglio caricare la fornace con il metodo del pezzo, ovvero una o due billette riscaldate vengono scaricate dalla fornace e le billette fredde vengono alimentate al loro posto, ecc. In caso di caricamento del pezzo, il tempo in cui il metallo rimane ad alte temperature sarà quello che serve per riscaldarlo. E ciò consentirà di evitare il surriscaldamento e il burnout del metallo.
Auto tempera.
I prodotti riscaldati vengono collocati in un mezzo di raffreddamento e conservati fino a un raffreddamento incompleto. Dopo aver rimosso il prodotto, i suoi strati superficiali vengono riscaldati a causa del calore interno alla temperatura richiesta, ovvero viene effettuato un auto-temperamento (vedi. Tempera dell'acciaio). È utilizzato per prodotti che devono combinare elevata durezza superficiale e elevata viscosità nel nucleo (strumenti a impatto: martelli, scalpelli).
La tecnologia di processo è la seguente: caricamento di parti in una scatola d'acciaio con un otturatore a sabbia ermetico. Le parti sono disposte in modo tale da essere coperte con un carburatore su tutti i lati, non a contatto tra loro e le pareti della scatola. Inoltre, la scatola è sigillata ermeticamente con una persiana di sabbia o coperta di argilla refrattaria e caricata nella fornace.
Modalità standard: 900-950 gradi, 1 ora di esposizione (dopo aver riscaldato la scatola) per 0,1 mm di spessore dello strato cementato. per ottenere uno strato di 1 mm - esposizione per 10 ore.
Nella modalità "accelerata", la cementazione viene eseguita a 980 gradi. L'esposizione è dimezzata e sono necessarie 5 ore per ottenere uno strato di 1 mm. Ma allo stesso tempo, si forma una rete di cementite, che dovrà essere rimossa mediante la normalizzazione multipla del metallo
Questo processo viene eseguito in un'atmosfera di gas contenenti carbonio. La cementazione con gas presenta numerosi vantaggi rispetto alla cementazione in un carburatore solido, pertanto è ampiamente utilizzata nelle fabbriche che fabbricano parti sfuse.
Nel caso della cementazione con gas, è possibile ottenere una determinata concentrazione di carbonio nello strato; la durata del processo è ridotta, poiché non è necessario riscaldare le scatole riempite con un carburatore a basso calore; la possibilità di meccanizzazione completa e automazione dei processi è garantita e il successivo trattamento termico delle parti è notevolmente semplificato, poiché l'indurimento può essere effettuato direttamente dal forno di cementazione.
Acciai ad alta velocità
Gli acciai ad alta velocità sono ampiamente utilizzati per la fabbricazione di utensili da taglio che operano in condizioni di carico e riscaldamento di forza significativi (fino a 600-640 ° C) dei taglienti. Questo gruppo di acciai comprende tungsteno altamente legato insieme ad altri elementi formanti carburi (molibdeno, cromo, vanadio), che acquisiscono elevata durezza, resistenza, resistenza al calore e all'usura come risultato del doppio indurimento: a) martensitico durante l'indurimento; b) indurimento per dispersione ad un rinvenimento relativamente elevato (500-620 ° C), che provoca il rilascio di fasi di indurimento.
Gli acciai ad alta velocità sono contrassegnati con la lettera "P" (rapido - veloce) e un numero che mostra il contenuto medio di W, nonché lettere e numeri successivi che indicano altri elementi di lega e la loro quantità, come nella marcatura standard degli acciai legati. Il carbonio e il cromo non indicano acciai ad alta velocità (la loro frazione di massa è 1% e 4%, rispettivamente), nonché il molibdeno fino all'1% incluso e il vanadio negli acciai P18, P9, P9K5, P6M5, ecc.
La composizione chimica degli acciai ad alta velocità è riportata nella tabella. 6.7.
Secondo le proprietà principali, gli acciai ad alta velocità sono divisi in cinque sottogruppi: 1) acciaio con moderata resistenza al calore (tipo P9, P6M5); 2) maggiore resistenza all'usura (tipo R12F3, R6M5F3); 3) aumento della resistenza al calore (tipo P6M5K5, P9K5); 4) elevata resistenza all'usura e al calore (tipo R18K5F2); 5) elevata durezza e resistenza al calore con migliore rettificabilità (tipo P9M4K8, V11M7K23).
Tuttavia, questi acciai hanno molte caratteristiche comuni. Pertanto, per semplificare la considerazione di caratteristiche strutturali, proprietà e modalità di trattamento termico, possono essere suddivisi in tre gruppi in base alle prestazioni di elaborazione:
· Acciaio con prestazioni normali (acciaio con moderata resistenza al calore);
· Acciaio di maggiore produttività (acciaio di maggiore resistenza al calore e all'usura);
· Acciai ad alte prestazioni (acciai ad alta resistenza al calore e all'usura).
· La struttura degli acciai con tempra in metallo duro (acciaio tipo "P") è approssimativamente la stessa per tutti i gruppi. Dopo il trattamento termico finale (tempra + tempra), la loro struttura è costituita da martensite con rilascio di particelle disperse di carburi legati principalmente del tipo M 6 C e MS. Tale struttura fornisce resistenza al calore dell'utensile fino a 600–640 ° С.
· La massima resistenza al calore (fino a 700–720 ° С) si osserva nelle leghe Fe-Co-W-Mo altamente legate con tempra intermetallica (gradi V4M12K23 e V11M7K23). Dopo il trattamento termico finale, la struttura di queste leghe è costituita da martensite priva di carbonio (o a basso tenore di carbonio) con bassa durezza (30–40 HRC E) e composti intermetallici finemente suddivisi (Fe, Co) 7 (W, Mo) 6, Fe 3 W 2 (Fe 3 Mo 2) , (Fe, Co, Ni) 7 (W, Mo) 6.
· L'elevata durezza (HRC E 68–70) e la resistenza al calore (720 ° C) sono garantite da: a) temperature più elevate (900-950 ° C) dell'inizio delle trasformazioni di fase, che è 100 ° C superiore a quella dell'acciaio con indurimento al carburo; b) grandi quantità di fasi di indurimento, caratterizzate da elevata dispersione (fino a 2-3 micron) e distribuzione uniforme nella matrice principale.
· Gli acciai ad alta velocità appartengono alla classe della ledeburite (carburo) e la loro struttura è approssimativamente la stessa. I lingotti di questi acciai contengono carburo eutettico sotto forma di una griglia lungo i confini dei grani austenitici (Fig. 6.1, a), che riduce drasticamente le consuete proprietà meccaniche, in particolare la duttilità. Nel processo di trattamento a pressione calda (forgiatura, laminazione), l'eutettico del carburo viene schiacciato e i carburi frantumati vengono distribuiti più uniformemente nella matrice principale (Fig. 6.1, b).
· Dopo la laminazione o la forgiatura, gli acciai ad alta velocità sono sottoposti a ricottura isotermica per ridurre la durezza e facilitare la lavorazione. L'acciaio viene mantenuto a 800–850 ° С fino a quando l'austenite viene completamente convertita in una struttura perlite-sorbitolo con carburi in eccesso
Trattamento termico.Elevata durezza e resistenza al calore con strumenti di resistenza e tenacità soddisfacenti da acciai ad alta velocità acquisiscono dopo l'indurimento e la tempera ripetuta.
tempra . Quando si riscalda sotto raffreddamento, è necessario garantire la massima dissoluzione in austenite di carburi insolubili di tungsteno, molibdeno e vanadio. Tale struttura aumenta la temprabilità e consente di ottenere martensite altamente legata con elevata resistenza al calore dopo l'estinzione. Pertanto, la temperatura di spegnimento è molto elevata e ammonta a 1200–1300 ° С
Per prevenire rotture e deformazioni dell'utensile dovute alla bassa conducibilità termica degli acciai, l'estinzione viene eseguita con uno o due riscaldamenti in sali fusi: il primo a 400–500 ° С, il secondo a 800–850 ° С. Il riscaldamento finale viene anche effettuato in un bagno di sale (BaCl 2) con una velocità dell'otturatore molto bassa a T c: 10-12 s per 1 mm di spessore dell'utensile in acciai “P” e 30–60 s per acciaio di tipo B11M7K23. Questo evita la crescita del grano austenitico (non più grande del n. 10), l'ossidazione e la decarburazione.
Gli strumenti di una forma semplice sono spenti in olio e quelli complessi in soluzioni di sali (KNO 3) a 250–400 ° С.
Dopo la tempra, la struttura dell'acciaio rapido (Fig. 6.1, c) è costituita da martensite altamente legata contenente 0,3-0,4% C, non disciolta durante il riscaldamento dei carburi in eccesso e circa il 20-30% di austenite residua. Quest'ultimo riduce la durezza, le proprietà di taglio dell'utensile, degrada la sabbiabilità e la sua presenza è indesiderabile.
Vacanze. Con il temperaggio multiplo, i carburi dispersi precipitano dall'austenite residua, il doping dell'austenite diminuisce e subisce una trasformazione martensitica. Di solito, il triplo rinvenimento viene utilizzato a 550–570 ° С per 45–60 min. La modalità di trattamento termico dell'utensile in acciaio ad alta velocità P18 è mostrata in Fig. 6.2. Il numero di foglie può essere ridotto mediante trattamento a freddo dopo l'estinzione, il che riduce il contenuto di austenite residua. Gli strumenti di lavorazione a freddo sono sottoposti a una forma relativamente semplice. Durezza dopo indurimento HRC E 62–63 e dopo rinvenimento aumenta a HRC E 63–65.
Trattamento di superficie. Per aumentare ulteriormente la durezza, la resistenza all'usura e la corrosione dello strato superficiale degli utensili da taglio, vengono utilizzate operazioni tecnologiche come cianidazione, nitrurazione, solfidazione, trattamento a vapore e altre tecnologie di tempra superficiale. Vengono eseguiti dopo il trattamento termico finale, la rettifica e l'affilatura degli strumenti.
la ionizzazione viene eseguita a 550–570 ° С per 5-30 minuti in liquidi e 1,5–3,0 ore in atmosfera gassosa. Per la cianidazione liquida vengono utilizzati bagni con NaCN fuso (90 o 50%), Na 2 CO 3, NaOH (KOH). La cianidazione del gas viene effettuata in una miscela di ammoniaca e gas di carburazione.
La nitrurazione degli strumenti viene effettuata a 550–660 ° С per una durata di 10–40 minuti in atmosfera di ammoniaca. La nitrurazione del gas viene anche effettuata in una miscela al 20% di ammoniaca e all'80% di azoto; quest'ultimo è preferibile, poiché in questo caso è assicurata una minore fragilità dello strato.
La solfidazione viene effettuata a 450-560 ° С, della durata di 45 minuti a 3,0 ore in fusione liquida, ad esempio 17% NaCl, 25% BaCl 2, 38% CaCl 2, 3-4% K 4 Fe (CN) 6, che aggiungono composti contenenti zolfo FeS, Na 2 SO 4, KCNS.
Durante la cottura a vapore, gli strumenti vengono collocati in un forno sigillato e tenuti a una temperatura di 300–350 ° С a una pressione di 1-3 MPa per 20-30 minuti per rimuovere l'aria. Quindi, la temperatura sale a 550–570 ° С, la tenuta viene effettuata per 30–60 minuti, raffreddando l'atmosfera di vapore a 300–350 ° С, dopodiché si interrompe l'alimentazione di vapore. Il raffreddamento termina in un forno o in aria, quindi lo strumento viene immediatamente sciacquato con olio per mandrino caldo.
Applicazione. Una scelta competente del tipo di acciaio per un particolare strumento, a seconda delle condizioni del suo funzionamento e del materiale in lavorazione, consente di massimizzare l'uso delle proprietà dell'acciaio selezionato e, di conseguenza, consumare razionalmente materiali leganti, nonché determinare la necessità di determinati rivestimenti, superfici e altri metodi di tempra superficiale. Nella tabella. 6.9. le aree di applicazione raccomandate delle marche più comuni di acciai ad alta velocità sono presentate a seconda dei tipi di materiali lavorati e dei tipi di lavorazione. Questo approccio alla selezione degli acciai per utensili per qualsiasi scopo aiuta ad aumentare sia la produttività che l'efficienza produttiva.
RISPOSTE
Il ruolo dei materiali nella tecnologia moderna. Sulla storia dello sviluppo della scienza dei materiali come scienza
La scienza dei materiali può essere attribuita a quei rami della fisica e della chimica che studiano le proprietà dei materiali. Inoltre, questa scienza utilizza una serie di metodi per studiare la struttura dei materiali. Nella produzione di prodotti ad alta tecnologia nell'industria, specialmente quando si lavora con oggetti in micro e nanoscala, è necessario conoscere in dettaglio le caratteristiche, le proprietà e la struttura dei materiali. Per risolvere questi problemi e chiamato scienza - scienza dei materiali.
L'inizio dello sviluppo della scienza dei materiali può essere considerato il momento in cui una persona ha iniziato a scegliere cosa prendere in mano: un bastone o una pietra, cioè la nascita della scienza dei materiali coincide con l'inizio dell'età della pietra.
Pertanto, la scienza dei materiali è una delle più antiche forme di scienza applicata, che, insieme all'umanità, ha fatto molta strada dalla lavorazione della pietra primitiva e dalla produzione di ceramiche semplici alle moderne nanotecnologie superpopolari. Per molto tempo, la metallurgia e la scienza dei metalli hanno prevalso nella scienza dei materiali, cioè la scienza dei materiali è stata equiparata in realtà con la scienza dei metalli.
La moderna scienza dei materiali si basa anche sulla scienza dei metalli, tuttavia, oltre a metalli e leghe, la scienza dei materiali studia molti altri materiali diversi, sia per scopo (materie plastiche, semiconduttori, biomateriali) sia per composizione (materiali in carbonio, ceramica, polimeri, ecc.)