Материаловедение перспективных материалов

1.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(Конструкционные металлические,
неметаллические,
аморфные и наноматериалы)

2.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Металлические (83 металла) Неметаллические Со специальными
(Т): при Т 0, 0 (Т): при Т 0, свойствами

3.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Металлические материалы
Неметаллические материалы
Сплавы на основе Fe (чистое Fe,
Полимеры (пластмассы –
стали, чугуны), стали и сплавы с
термореактивные и
особыми физическими свойствами, термопластичные), волокна, плёнки,
цветные металлы и сплавы,
резины, клеи, стекло, керамика,
композиты с металлической
лакокраски, композиты с
матрицей
неметаллической матрицей

4.

МАТЕРИАЛЫ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
электронные материалы материалы с особыми проводниковые
оптическими свойствами материалы

5.

ГРУППЫ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ
ВЫБРАННОГО ПРИНЦИПА ИХ КЛАССИФИКАЦИИ:
- обеспечивающие жёсткость, статическую и циклическую прочность (стали);
- с особыми технологическими свойствами;
- износостойкие;
- с высокими упругими свойствами;
- с малой плотностью;
- с высокой удельной прочностью;
- устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды.

6.

б
(а) линейная
(б) линейноразветвлённая
(г) сетчатая
(д) пространственная
г
Рис. 1.1. Типы структур полимеров
(в) лестничная

7.

ПОЛИМЕРЫ
термопластичные
термореактивные
ОСНОВА ПЛАСТМАСС
связующее наполнитель пластификатор стабилизатор краситель

8.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИН
По назначению
По степени твёрдости
Общего назначения
Мягкие
Теплостойкие
Средней твёрдости
Морозостойкие
Твёрдые
Масло- и бензостойкие
Диэлектрические
Электропроводные
Магнитные
Фрикционные

9.

Каучук
(связующее)
Наполнитель
(сажа,
оксид кремния,
оксид титана,
мел, тальк)
РЕЗИНЫ
Пластификатор Стабилизатор
(канифоль,
(парафин,
вазелин)
воск)
Вулканизатор
(сера,
оксид цинка)
ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЫРОЙ РЕЗИНЫ:
пластифицирование введение компонентов смешивание
каландрование.
ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНОВОГО ИЗДЕЛИЯ:
пластифицирование смешивание каландрование
формообразование вулканизация.

10.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С НЕМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ
МАТРИЦЕЙ (СТЕКЛОПЛАСТИКИ, УГЛЕПЛАСТИКИ, ОРГПЛАСТИКИ)
матрица
наполнитель
металлическая неметаллическая
по геометрии:
нульмерный (порошок),
одномерный (нить),
двумерный (полотно)
по расположению:
нульмерный,
одноосный (нити расположены в 1-м
направлении),
двухосный (нити расположены в 2-х
осях),
трёхосный (нити образуют
пространственную решётку)

11.

СТЕКЛО
3 типа оксидов в стекле
стеклообразующие
модифицирующие
промежуточные
(оксиды Si, B, P, As) (оксиды ЩМ и ЩЗМ: (оксиды Al, Pb, Ti, Fe)
(Na, K, Li, Ca, Ba)
РАЗНОВИДНОСТИ СТЕКЛА
Кварцевое стекло
Пеностекло
Ситаллы

12.

Рис. 1.2. Скачкообразные изменения термодинамических свойств в
окрестности температур превращений: а) удельный объём; б) энтальпия; в)
ТКЛР; г) удельная теплоёмкость; 1 – стеклообразное состояние; 2 –
переохлаждённая жидкость; 3 – кристаллическое состояние

13.

Рис. 1.3. Структура керамики

14.

СТАЛИ
углеродистые
легированные
низкоуглеро среднеуглерод высокоуглеро низколегирова среднелегиров высоколегир
дистые,
истые,
дистые,
нные,
анные,
ованные,
от 2,5 до 10%
C 0,25% C 0,25-0,60% C 0,60%
2,5%
10%
легирующих легирующих легирующих
элементов элементов
элементов

15.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
конструкционные инструментальные
с особыми
(для
(режущего
физическими
строительных и инструмента (низкой
свойствами
машиностроитель
теплостойкости,
(с определёнными
ных изделий)
полутеплостойкие и
магнитными
теплостойкие),
характеристиками или
штампового (для
малым коэффициентом
холодного и горячего линейного расширения:
деформирования) и
электротехническая
измерительного)
сталь, суперинвар)
с особыми
химическими
свойствами
(нержавеющие,
жаростойкие,
жаропрочные,
кислотостойкие)

16.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО СТЕПЕНИ РАСКИСЛЕНИЯ
кипящие (кп)
полуспокойные (пс)
спокойные (сп)
КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО КАЧЕСТВУ
обыкновенного качественные высококачественные особовысококачественные
качества
S 0,035%,
S 0,025%,
S 0,015%,
S 0,06%,
P 0,035%
P 0,025%
P 0,025%.
P 0,07%

17.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛИ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА
ПО ПОСТАВКАМ
группа «Б» –
группа «В» – с
группа «А» по
по
гарантированными
механическим свойствам
(может иметь повышенное химическому механическими свойствами и
составу
химическим составом
содержание S или P)

18.

МАРКИРОВКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА
«Ст» + № (1…6) в зависимости от химического состава и механических
свойств.
Обозначение степени раскисления (кп, пс, сп) после марки.
Категория стали (2-5) после обозначения степени раскисления (1-я
категория не указывается).
Группа стали (Б, В) перед маркой (группы А не указывается).
Буква «Г» после номера марки повышенное содержание Mn.

19.

СОСТАВ УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ОБЫКНОВЕННОГО
КАЧЕСТВА, % (ГОСТ 380)
Марка стали
C
Mn
Si
S
P
Ст0
0,23
0,06
0,07
Ст1кп
0,06-0,12
0,25-0,50
0,05
0,05
0,04
Ст1пс
0,06-0,12
0,25-0,50
0,05-0,15
0,05
0,04
Ст1сп
0,06-0,12
0,25-0,50
0,15-0,30
0,05
0,04
Ст2кп
0,09-0,15
0,25-0,50
0,05
0,05
0,04
Ст2пс
0,09-0,15
0,25-0,50
0,05-0,15
0,05
0,04
Ст2сп
0,09-0,15
0,25-0,50
0,15-0,30
0,05
0,04
Ст3кп
0,14-0,22
0,30-0,60
0,05
0,05
0,04
Ст3пс
0,14-0,22
0,40-0,65
0,05-0,15
0,05
0,04
Ст3сп
0,14-0,22
0,40-0,65
0,15-0,30
0,05
0,04
Ст3Гпс
0,14-0,22
0,80-1,10
0,15
0,05
0,04
Ст3Гсп
0,14-0,20
0,80-1,10
0,15-0,30
0,05
0,04
Ст4кп
0,18-0,27
0,40-0,70
0,05
0,05
0,04
Ст4пс
0,18-0,27
0,40-0,70
0,05-0,15
0,05
0,04
Ст4сп
0,18-0,27
0,40-0,70
0,15-0,30
0,05
0,04
Ст5пс
0,28 - 0,37
0,50-0,80
0,05-0,15
0,05
0,04
Ст5сп
0,28 - 0,37
0,50-0,80
0,15-0,30
0,05
0,04
Ст5Гпс
0,22-0,30
0,80-1,20
0,15
0,05
0,04
Ст6пс
0,38-0,49
0,50-0,80
0,05-0,15
0,05
0,04
Ст6сп
0,38-0,49
0,50-0,80
0,15-0,30
0,05
0,04

20.

МАРКИРОВКА КАЧЕСТВЕННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
конструкционных:
инструментальных (У):
«Сталь», далее двухзначная цифра «У», далее 1 или 2 цифры среднее
среднее содержание С в сотых долях содержание С в десятых долях
процента.
процента.
Маркировка качественных легированных сталей идентична маркировке
качественных углеродистых сталей.
ОБОЗНАЧЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ,
ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ СТАЛИ:
А – N; К – Co; Т – Ti; Б – Nb; М – Mo; Ф – V; В – W; Н – Ni; Х – Cr;
Г – Mn; П – P; Ц – Zr; Д – Cu; Р – B; Е – Se; С – Si; Ю – Al; Ч РЗМ
Отсутствие цифры после индекса содержание элемента 0,8-1,5%, кроме
Mo и V ( 0,2-0,3%), а также В ( 0,001%).

21.

СОСТАВ УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ КАЧЕСТВЕННЫХ
СТАЛЕЙ, % (ГОСТ 1050)
Массовая доля элементов, %
Марка
стали
C
Si
Mn
Cr
05кп
0,06
0,03
0,40
0,10
08кп
0,05-0,12
0,25-0,50
0,03
0,10
08пс
0,05-0,11
0,05-0,17
0,35-0,65
0,10
08
0,05-0,12
0,17-0,37
0,35-0,65
0,10
10кп
0,07-0,14
0,25-0,50
0,07
0,15
10пс
0,07-0,14
0,05-0,17
0,35-0,65
0,15
10
0,07-0,14
0,17-0,37
0,35-0,65
0,15
15кп
0,12-0,19
0,25-0,50
0,07
0,25
15пс
0,12-0,19
0,05-0,17
0,35-0,65
0,25
15
0,12-0,19
0,17-0,37
0,35-0,65
0,25
18кп
0,12-0,20
0,30-0,50
0,06
0,15
20кп
0,17-0,24
0,25-0,50
0,07
0,25
20пс
0,17-0,24
0,05-0,17
0,35-0,65
0,25
20
0,17-0,24
0,17-0,37
0,35-0,65
0,25
25
0,22-0,30
0,17-0,37
0,50-0,80
0,25
30
0,27-0,35
0,17-0,37
0,50-0,80
0,25
35
0,32-0,40
0,17-0,37
0,50-0,80
0,25
40
0,37-0,45
0,17-0,37
0,50-0,80
0,25
45
0,42-0,50
0,17-0,37
0,50-0,80
0,25
50
0,47-0,55
0,17-0,37
0,50-0,80
0,25
55
0,52-0,60
0,17-0,37
0,50-0,80
0,25
60
0,57-0,65
0,17-0,37
0,50-0,80
0,25

22.

СОСТАВ И СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ
РЕССОРНО-ПРУЖИННЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ 14959)
Механические
Состав сталей, %
свойства, не менее
Марка
стали
0,2,
в,
, ,
С
Мn
Si
Cr
МПа МПа % %
65
0,62-0,70
0,5-0,8
0,17-0,37
420
710 10 30
0,25
70
0,67-0,75
0,5-0,8
0,17-0,37
430
730
9 30
0,25
75
0,72-0,80
0,5-0,8
0,17-0,37
900 1100 7 30
0,25
80
0,77-0,85
0,5-0,8
0,17-0,37
950 1100 6 30
0,25
85
0,82-0,90
0,5-0,8
0,17-0,37
1000 1150 6 30
0,25

23.

СОСТАВ УГЛЕРОДИСТЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ 1435)
0,17-0,33
Ni
0,25
Не более
S
0,028
Р
0,030
0,17-0,28
0,17-0,33
0,20
0,25
0,018
0,028
0,025
0,030
0,17-0,28
0,17-0,33
0,20
0,25
0,018
0,028
0,025
0,030
0,17-0,28
0,17-0,33
0,20
0,25
0,018
0,028
0,025
0,030
0,17-0,28
0,17-0,33
0,20
0,25
0,018
0,028
0,025
0,030
0,17-0,28
0,17-0,33
0,20
0,25
0,018
0,028
0,025
0,030
0,17-0,28
0,17-0,33
0,20
0,25
0,018
0,028
0,025
0,030
У13А
0,17-0,28
0,20
0,018
Для всех марок содержание Si 0,17-0,33%, Cr 0,20%.
0,025
Марка
стали
У7
С
Мn
0,65-0,74
У7А
У8
0,75-0,84
У8А
У9
0,85-0,94
У9А
У10
0,95-1,04
У10А
У11
1,05-1,14
У11А
У12
1,15-1,24
У12А
У13
1,25-1,35

24.

ОСОБЕННОСТИ МАРКИРОВКИ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ И
ОСОБОВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ
Основная маркировка – идентична качественным сталям. В конце марки
для высококачественной буква «А», для особовысококачественной
буква «Ш».
Шарикоподшипниковая сталь перед содержанием углерода в десятых
долях процента ставятся буквы «ШХ».
Быстрорежущие (сложнолегированные) стали после буквы «Р»
указывается процентное содержание элемента.
Автоматные стали после буквы «А» указывается среднее содержание
углерода в сотых долях процента.
Специальные методы получения высоколегированных сталей
проставляются через тире в конце марки:
ВД – вакуумно-дуговой переплав, Ш – электрошлаковый переплав,
СШ – обработка синтетическим шлаком.

25.

КЛАССЫ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ИМ МАРКИ СТАЛЕЙ ДЛЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Класс стали
Марка стали по ГОСТ и ТУ
т, МПа
С235
Ст3кп, 18кп
235
С245
Ст3пс, 18пс
245
С255
Ст3Гпс, 18пс
255
С275
Ст3пс
275
С285
Ст3сп, Ст3Гсп
285
С345, С345Т, С345К
09Г2С, 15ХСНД, Ст3псТ, 10ХНДП
345
С375, С375Д
12Г2С, 12Г2СД
375
С390, С390Т, С390К
14Г2АФ, 10ХСНД, 15Г2АФД
390
С440
16Г2АФ
440
С590, С590К
12Г2СМФ, 12ГН2МФАЮ
590

26.

3 ГРУППЫ МАГНИТОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ:
1. Сталь электротехническая тонколистовая и сортовая нелегированная
(техническое Fe), ГОСТ 3836 и 11035.
2. Сталь электротехническая кремнистая, ГОСТ 21427.
3. Прецизионные магнитомягкие сплавы, ГОСТ 10160.
МАРКИРОВКА МАГНИТНЫХ СТАЛЕЙ:
Для сталей первых 2-х групп разработана чисто цифровая система.
Нелегированные стали обозначаются пятизначной цифрой: 10895, 20895,
10880, 20880, 10864, 20864, 11895, 21895, 11880, 21880, 11864, 21864.
1-я цифра в марке способ изготовления: 1 – горячекатанная, 2 –
холоднотянутая.
2-я цифра «0» или «1» сталь не легирована и имеет нормируемый или
ненормируемый коэффициент старения (упрочнения).
3-й, 4-й и 5-й цифры в марке обозначаются магнитные характеристики.

27.

СТАЛЬ КРЕМНИСТАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ
И СТАЛЬ ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
Сталь кремнистая электротехническая имеет четырёхзначную цифровую
марку.
1-я цифра варьируется от 1 до 3 и обозначает способ изготовления: 1 –
горячекатанная, 2 – холоднотянутая, 3 – текстурованная.
2-я цифра показывает содержание Si и варьируется от 0 до 5, что
соответствует среднему содержанию Si в целых процентах. Две последние
цифры указывают на магнитные характеристики:
1211 (Si 2%), 1312 (Si 3%), 1413 (Si 4%), 1514 (Si 5%) – горячекатанная
сталь; 2111 (Si 1%), 2212 (Si 2%), 2312 (Si 3%), 2412 (Si 4%) –
холоднокатанная сталь;
3411 (Si 4%), 3412 (Si 4%), 3413 (Si 4%), 3415 (Si 4%) – текстурованная
сталь.
Стали для постоянных магнитов маркируются буквой Е, которая ставится
первой в марке, далее обозначение стандартное: ЕХ3, ЕВ6, ЕХ5К5,
ЕХ9К15М2.

28.

(а) равномерная
(б) местная
(в) межкристаллитная
Рис. 1.4. Схемы основных разновидностей электрохимической коррозии.

29.

Рис. 1.5. Зависимости относительного влияния равномерной, местной и
межкристаллитной коррозии на прочность листового дюралюминия

30.

КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ
низкоуглеродистые
высокоуглеродистые (различные
(детали конструкций)
инструменты ножи, скальпели)
коррозионную стойкость Cr, (Al, Si хрупкость).
Коррозионностойкий эффект при содержании Cr 12%.
Ni формирует аустенитную структуру стали, дополнительно её
коррозионную стойкость, в т.ч. при нагреве.

31.

ЖАРОСТОЙКОСТЬ
Способность материала сопротивляться химической коррозии при высоких
температурах.
ЖАРОПРОЧНОСТЬ
Способность материала сопротивляться деформации и разрушению при
высоких температурах.
Жаропрочность стали придают Cr, V, W, Mo.
Примеры жаропрочных сталей:
12ХМФ, 08Х12ВНМФ, 12Х18Н10Т, 08Х18Н9.

32.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУНОВ ПО СОСТОЯНИЮ УГЛЕРОДА
белые
половинчатые
графитизированные
КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА
ГРАФИТИЗИРОВАННЫХ ЧУГУНОВ
Серый с
Высокопрочный
Ковкий с
С
пластинчатым
с шаровидным хлопьевидным вермикулярным
графитом:
графитом:
графитом:
графитом:
«СЧ» + вmin
«ВЧ» + вmin
«КЧ» + вmin
«ЧВГ» + вmin

33.

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ
С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
Антифрикционные:
Жаростойкие:
«АЧ» + 1-я буква обозначения
«ЖЧ» + буквенное обозначение
чугуна С, В или К (СЧ, ВЧ или КЧ)
легирующих элементов и их
+ порядковый номер (1, 2, …)
процентное содержание

34.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ (%) И ТВЁРДОСТЬ НЕКОТОРЫХ
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ТВЁРДЫХ СПЛАВОВ (ГОСТ 3882)
Сплав
ВК3, ВК3М
ВК6, ВК6М, ВК6В
ВК15
ВК25
Т30К4
Т15К6
Т14К8
Т6К10
ТТ7К12
ТТ10К8
WC
97
94
85
75
66
79
78
85
81
82
TiC
30
15
14
6
4
3
TaC
3
7
Co
3
6
15
25
4
6
8
9
12
8
Твёрдость НRА, не менее
89,5-91,0
87,5-90,0
86,0
83,0
92,0
90,0
89,5
88,5
87,0
89,0

35.

ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ
МЕТАЛЛОКЕРАМИКА ДЕЛИТСЯ НА 3 ГРУППЫ:
1. Вольфрамо-кобальтовая (или вольфрамовая), обозначаемая буквами ВК и
цифрой, показывающей содержание Co; сплав ВК3 содержит 3% Co и 97%
WC.
2. Титано-вольфрамо-кобальтовая (или титановая) обозначается буквами
ТК; цифра, стоящая после буквы Т, указывает количество карбидов Ti,
цифра после К количество Co, остальное WC; сплав Т5К10 содержит 5%
ТiC, 10%Со, 85% WC.
3. Титано-тантало-вольфрамо-кобальтовые сплавы (или титанотанталовые)
обозначаются индексом ТТК, цифра после букв ТТ показывает суммарное
содержание ТiC + ТаС, цифра после буквы К – содержание Co, остальное
WC; в сплаве ТТ7К12 содержится 12% Со, 81% WC, 7% ТiC+ТаС.

36.

Al
особочистый (А999) высокочистый (А995, А95)
технической чистоты
(А85, А7Е, А0 и др.)
Маркировка: «А» + цифра доли процента свыше 99%.
«Е» в конце обозначения при повышенном содержании Fe и пониженном
– Si.
Al-СПЛАВЫ
деформируемые
литейные
(маркировка: «АД» + степень
чистоты)
термоупрочняемые
термонеупрочняемые
термоупрочняемые
термонеупрочняемые

37.

Д – деформируемые сплавы. I – деформируемые термонеупрочняемые
сплавы; II деформируемые термоупрочняемые сплавы.
Рис. 1.6. Типовая диаграмма (схема) состояния системы
Al – легирующий элемент (Ме).

38.

ДЕФОРМИРУЕМЫЕ Al-СПЛАВЫ
Термоупрочняемые
Термонеупрочняемые
(маркировка: дюралюмины «Д» +
(маркировка: начальные буквы
порядковый номер сплава;
компонентов + цифры содержания
высокопрочные сплавы «В» +
легирующих элементов)
порядковый номер сплава)

39.

Л – литейные сплавы.
Рис. 1.7. Типовая диаграмма (схема) состояния системы Al – легирующий
элемент (Ме).

40.

ЛИТЕЙНЫЕ Al-СПЛАВЫ
Термоупрочняемые
Термонеупрочняемые
МАРКИРОВКА
с порядковым номером:
по составу:
«АЛ» + порядковый «АК» + среднее процентное содержание элемента
номер
(«М» Cu, «К» – Si, «Ц» – Zn, «Н» – Ni)
АНТИФРИКЦИОННЫЕ Al-СПЛАВЫ
(маркировка: «А» + начальные буквы входящих в состав элементов и их
процентное содержание)
Литейные
Деформируемые

41.

Cu
МВЧк
М00
М0
M1
М2
М3
(99,993% (99,99%
(99,95%
(99,9%
(99,7%
(99,5%
Cu+Ag)
Cu+Ag)
Cu+Ag)
Cu+Ag)
Cu+Ag)
Cu+Ag)
Маркировка: после обозначения марки буква «к», «б» или «р» (катодная,
бескислородная или раскисленная).
Cu-СПЛАВЫ
Бронзы
Латуни

42.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, СВОЙСТВА И НАЗНАЧЕНИЕ НЕКОТОРЫХ
МАРОК БРОНЗ (ГОСТ 5017, ГОСТ 18175)
Механические свойства
Марка бронзы
Химический состав, %
БрОФ 8,0-0,30
БрОФ-6,5-0,15
БрОЦ4-3
БрОЦС4-4-2,5
БрОЦСН3-7-5-1
БрА7
БрАЖ9-4
БрАЖН10-4-4
БрАМц9-2
БрАЖМц10-3-1,5
БрКМц3-1
БрБ2
БрБНТ1,7
в, МПа
370-450
350-450
320-800
300-550
, %
15-55
60-70
10-25
5-35
7,0-8,5 Sn; 0,25-0,35 Р
6,0-7,0 Sn; 0,10-0,25 Р
3,5-4,5 Sn; 2,7-3,3 Zn
3,0-5,0 Sn; 3,5-4,5 Zn; 1,5-3,5 Рb
2,4-4,0 Sn; 6,0-9,5 Zn;
180-210
5-8
3,0-6,0 Рb; 0,5-2,0 Ni
6,0-8,0 Аl
580-800 5-10
7-10 Аl; 2-4 Fе
550
15
9,5-11,0 Аl; 3,5-5,5 Fе; 3,5-5,5 Ni
650
5
9,0-10,0 Аl; 1, 5-2,5 Мn
450-600 5-18
9,0-11,0 Аl; 2-4 Fе; 1-2 Мn
600
12
2,75-3,5 Si; 1,0-1,5 Мn
350-850 5-35
1,9-2,2 Ве
400-1500 20-30
1,6-1,85 Ве; 0,2-0,4 Ni; 0,1-0,25 Тi 600-1500 2,0-2,5
НВ
750-900
700-900
600-1600
600-1100
400-600
1800-2300
1100-1800
1700-2200
1300-2000
1700-2200
1000-3300
1500-3400

43.

МАРКИ, СОСТАВ И НАЗНАЧЕНИЕ ЛАТУНЕЙ (ГОСТ 15527)
Химический состав, %
Латунь
Марка
Cu
Легирующие
Алюминиевая
ЛА 77-2 76-79
1,75-2,5 Аl
Кремнистая
ЛК 80-3
78-81
3,0-4,5 Si
Свинцовая
ЛС 59-1
57-61
0,8-2,0 Рb
Марганцевая
ЛМц 58-2 57-60
1,0-2,0 Мn
Марганцево-оловяноЛМцОС
57-60 1,5-2,5 Мn; 1,5-2,5 Sn; 1,5-2,5 Рb
свинцовая
58-2-2-2
Алюминиево-железистоЛАЖМц
64-68
5-7 Аl; 2-4 Fе; 1,5-2,5 Мn
марганцовистые
66-6-3-2
Марганцево-никелеЛМцНЖА
0,5-1,0 Ni; 0,5-1,0 Аl;
58-62
железо-алюминиевая
60-2-1-1-1
0,5-1,1 Fе;1,5-2,5 Мn

44.

МАРКИРОВКА Cu-СПЛАВОВ
бронз:
латуней:
«Бр», далее первые буквы названий, «Л», далее первые буквы названий,
образующих сплав основных
образующих сплав основных
элементов и цифры, указывающие
элементов и цифры, указывающие
количество элемента в процентах.
количество элемента в процентах.
Остальное Cu.
Остальное Zn.
ОБОЗНАЧЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ,
ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ МЕДНЫХ СПЛАВОВ:
А – Al; Мц – Mn; Су – Sb; Б – Be; Мш – As; Т – Ti; Ж – Fe; Н – Ni; Ф – P;
К – Si; О – Sn; Х – Cr; Кд – Cd; С – Pb; Ц – Zn; Мг – Mg; Ср – Ag
Отсутствие цифры после индекса содержание элемента 0,8-1,5%.
Буква «Л» в конце марки указывает, что сплав литейный.

45.

СВОЙСТВА И СОСТАВ НЕКОТОРЫХ МАРОК Ti И ЕГО СПЛАВОВ (ГОСТ 19807)
Марка
сплава
Химический состав, %
Аl
ВТ1-00
ВТ1-0
Мо
V
Мn
Сr
Основа Ti, примесей 0,5%
Основа Ti, примесей 0,84%
0,2
1,3
0,7
2,0
0,8
2,0
Zr
Механические
свойства
в, МПа
, %
300
20-30
380
20-30
420
20-30
600
13-25
700
10-20
Sn
2,0-3,0
750
8-15
850
10-12
1000
8-10
0,8-2,0
11001200
950
ОТ4-0
0,2-1,4
ОТ4-1
1,0-2,5
ОТ4
3,5-5,0
ВТ5
4,3-6,2
ВТ5-1
4,3-6,0
ВТ6С
5,3-6,8
3,5-5,0
ВТ3-1
5,5-7,0
2,0-3,0
ВТ9
5,8-7,0
2,8-3,8
0,82,3
ВТ14
3,5-6,3
2,5-3,8
0,9-1,9
ВТ16
ВТ20
ПТ-7М
ПТ-3В
1,8-3,8
5,5-7,5
1,8-2,5
3,5-5,0
4,5-6,5
0,5-2,0
4,0-5,5
0,8-1,8
1,2-2,5
1,5-2,5
2,0-3,0
4-6
8-12

46.

Марка
сплава
МА1
МА2
МА5
МА8
МА10
МА11
МА14
МА15
СВОЙСТВА И СОСТАВ НЕКОТОРЫХ МАРОК
ДЕФОРМИРУЕМЫХ Mg-СПЛАВОВ (ГОСТ 14957)
Химический состав, %
Мехсвойства
в,
0,2,
Аl
Мn
Zn
Zr
Другие
, %
МПа МПа
200- 1001,3-2,5
2-8
210
120
230- 1303,0-4,0 0,15-0,50 0,2-0,8
6-10
280
180
7,8-9,2 0,15-0,50 0,2-0,8
320
220
14
1,3-2,2
Се 0,15-0,35 200
100 3-10
7,8-8,8 0,2-0,6
Сd 7,0-8,0
430
300
6
1,5-2,5
Nd 2,5-3,5
260
130
5
0,35,0-6,0
320
240
6
0,9
0,45- Lа 0,7-1,1;
2,5-3,5
290
210
6
0,9
Сd 1,2-2,0

47.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ЛИТЕЙНЫХ Mg-СПЛАВОВ
Механические свойства
Сплав
Состояние
в, МПа 0,2 , МПа , %
МЛ5
Без ТО
160
110
1,5
МЛ5
Закалка + старение
260
150
2
МЛ10
Закалка + старение
220
125
5

48.

n
С; n
∆Т1
C
1
2
∆Т
Рис. 2.1. Кривые Таммана для металлических сплавов.

49.

1.
2.
3.
4.
КЛАССИФИКАЦИЯ И СОСТАВ
АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЁКОЛ
Системы «металл-металлоид» Ме80X20,
где
Ме – редкоземельные и переходные металлы: Мn, Fe, Co, Ni, Pd, Au, Pt;
Х – металлоиды: В, С, Si, Ge, Р, N, S.
ПРИМЕР: Fe80P13B7; Ni80S20; Fe40Ni40S14B6
Системы «металл-металл»:
а) поздние переходные металлы, такие как Fe, Со, Ni, Rh, Pd, Сu.
б) ранние переходные металлы группы Sc, Ti, V.
ПРИМЕР: Zr-Cu; Nb-Ni; Ti-Ni; Ta-Ni.

50.

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА АМОРФИЗАЦИИ
Температура стеклообразования: Tg
Приведённая температура стеклообразования: Tgr = Тg/Тпл.,
где Тпл. температура плавления.
6 8
Скорости охлаждения: 10 -10 K/c.

51.

а)
б)
Рис. 2.2. Компьютерные модели атомной структуры
дальнего (а) и ближнего (б) порядков

52.

ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЁКОЛ
Температура кристаллизации амофных сплавов – это температура
перестройки аморфного состояния в кристаллическое при нагреве:
Тх 0,5Тпл.
Структурная релаксация – процесс перемещения атомов в более
равновесные конфигурационные состояния при сохранении аморфной
структуры сплава.
Способы стабилизации аморфного состояния:
1. Варьирование технологических параметров закалки.
2. Отжиг при Т Тх.

53.

СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЁКОЛ
Высокая прочность: в = 2000-4000 МПа.
Высокая твёрдость: 1000-1400 HV.
Пластичность при сжатии: = 50%; деформация на изгиб 180 .
Модуль упругости: ЕАМС = (0,3-0,4)Екр..
Отсутствие наклёпа после пластического деформирования.
Низкая коэрцитивная сила.
Высокая магнитная проницаемость.
Высокое удельное электросопротивление: АМС = 4 кр.
Низкий коэффициент диффузии (D).
Высокая радиационная стойкость.

54.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АМС
Конструкционные материалы.
Инструментальные материалы.
Электротехнические и материалы для микроэлектроники.
Износостойкие и защитные покрытия.
Диффузионные барьеры.

55.

а)
б)
Рис. 2.3. Схемы установок для получения аморфных сплавов закалкой из
жидкого состояния: а) нанесение расплава на вращающийся металлический
диск или цилиндр; б) извлечение расплава вращающимся диском; 1 –
расплав; 2 – нагревательное устройство (индукционная печь); 3 – лента
аморфного сплава, 4 – кварцевая трубка.

56.

НАНОМАТЕРИАЛЫ
Наноматериалы материалы, содержащие структурные элементы в виде
кристаллитов, блоков или кластеров, геометрические размеры которых хотя
бы в одном измерении не превышают 100 нм.
Нанотехнологии контролируемые способы создания, модифицирования и
интегрирования наноматериалов в полноценные функциональные системы
большего масштаба.
Наноструктурные материалы материалы с размером зёрен или
кристаллитов 1-100 нм.

57.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ
МИКРОСТРУКТУРЫ
1 нм
100 нм
потеря
заметные изменения
элементов
функциональных
симметрии
свойств
ДОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ
ГРАНИЦ РАЗДЕЛА
V 50%, V 3s/D,
где s ширина приграничной
области; D размер зерна

58.

РАСЧЁТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ И ЗЁРЕН, НЕ
СОДЕРЖАЩИХ ДИСЛОКАЦИОННЫХ ПЕТЕЛЬ (НМ)
Материал
Cu
Al
Ni
-Fe
Отдельные частицы порошка
250
60
140
23
Зёрна в поликристалле
38
18
16
3
Условие проявления физических эффектов: Dэл
кр ˃Dнано
Комплексный подход одновременно учитывает и размерный фактор и
возникновение качественно новых свойств.

59.

КЛАССИФИКАЦИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ
Наноизделия.
Нанопорошки, нанопроволоки, нановолокна
тонкие плёнки, нанотрубки
Размер 100 нм
Микроизделия.
Проволоки, ленты, фольги
Размер 2 мм
Массивные
Однофазные: стёкла, гели, пересыщенные твёрдые
наноматериалы.
растворы
Многофазные: сложные сплавы и керамики
Размер 2 мм
Композиты с
С наноизделиями: наночастицами, нановолокнами,
компонентами из ионно-модифицированной поверхностью
наноматериалов
С микроизделиями: наноструктурными волокнами или
частицами, наноструктурыными покрытиями или
слоями
Со сложным сочетанием компонентов

60.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СТРУКТУР НАНОМАТЕРИАЛОВ
Характер
Кристаллитное
Матричное
распределения
Различный
состав
Кристаллиты
Состав
Различный
кристаллитов
распределены
Химический кристаллитов
состав и
при
в матрице
состав
и границ
кристаллитов
одинаковом
другого
одинаковый
и границ
составе
состава
границ
Слоистая
форма
кристаллитов
Волокнистая
форма
кристаллитов
Равноосная
форма
кристаллитов

61.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ СПЕЦИФИКИ НАНОМАТЕРИАЛОВ
Большая доля приповерхностных
Увеличение объёмной доли границ
атомов
раздела
Искажение КР у поверхности
Эффективный сток для
кристаллических дефектов
Тонкие физические эффекты
взаимодействия электронов со
свободной поверхностью
Большая доля приповерхностных
атомов
Облегчённость миграции атомов
Более выраженные силы
притяжения атомов
Склонность к самоорганизации
кластерных структур
Возможность проявления квантовых
эффектов
Неравновесность границ зёрен
Упругие дальнодействующие
напряжения
Поверхностные эффекты
механических свойств и повышение
микротвёрдости
Увеличение объёмной доли границ
раздела
Зависимость процессов переноса от
размера и формы зерна при D Le,
где Le – эффективная длинна
свободного пробега носителей

62.

Рис. 3.1. Зависимость Холла-Петча ( т от размера зерна
1