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Notas de clase, hojas de trucos
Ciencia de los Materiales. Hoja de trucos: brevemente, lo más importante
Directorio / Notas de clase, hojas de trucos tabla de contenidos
1. El tema de la ciencia de los materiales; clasificación moderna de materiales, etapas principales en el desarrollo de la ciencia de los materiales La ciencia de los materiales estudia la composición, la estructura, las propiedades y el comportamiento de los materiales en función de las influencias ambientales. El impacto puede ser térmico, eléctrico, magnético, etc. Cualquier componente de estructuras o estructuras está sometido a cargas tanto de otros componentes como del medio exterior. Clasificación de materiales: materiales metálicos, no metálicos y compuestos. Los materiales metálicos se dividen en metales no ferrosos, materiales en polvo. Materiales no metálicos: caucho, vidrio, cerámica, plásticos, vitrocerámica. Los materiales compuestos son materiales compuestos, que incluyen dos o más materiales (fibra de vidrio). Existe una clasificación de materiales según el tipo de productos semielaborados: láminas, polvos, gránulos, fibras, perfiles, etc. La técnica de creación de materiales es la base para la clasificación por estructura. Los materiales metálicos se dividen en grupos según el componente que los subyace. Materiales metalúrgicos ferrosos: acero, fundiciones, ferroaleaciones, aleaciones en las que el componente principal es el hierro. Materiales metalúrgicos no ferrosos: aluminio, cobre, zinc, plomo, níquel, estaño. La base de la tecnología moderna se compone de metales y aleaciones de metales. Hoy en día, los metales son la clase de materiales más versátil en términos de aplicación. Para mejorar la calidad y la fiabilidad de los productos, se requieren nuevos materiales. Los materiales en polvo poliméricos compuestos se utilizan para resolver estos problemas. Los metales son sustancias que tienen maleabilidad, brillo, conductividad eléctrica y conductividad térmica. En ingeniería, todos los materiales metálicos se denominan metales y se dividen en dos grupos. Metales básicos: metales que tienen una pequeña cantidad de impurezas de otros metales. Metales compuestos: metales que son combinaciones de un metal simple como base con otros elementos. Las tres cuartas partes de todos los elementos de la tabla periódica son metales. La ciencia de los materiales o la ciencia de los materiales se ha desarrollado desde la antigüedad. La primera etapa en el desarrollo de la ciencia de los materiales comienza con la fabricación especializada de cerámica. M.V. hizo una contribución especial al desarrollo de la ciencia de los materiales en Rusia. Lomonosov (1711-1765) y D.I. Mendeleiev (1834-1907). Lomonosov desarrolló un curso de química física y atomística química, confirmó la teoría de la estructura atómica y molecular de la materia. A Mendeleev se le atribuye el desarrollo de la tabla periódica de elementos. Ambos científicos prestaron mucha atención al problema de la producción de vidrio. En el siglo XNUMX F.Yu hizo una contribución al desarrollo de la ciencia de los materiales. Levinson-Lessing, ES Fiódorov, V. A. Obruchev, A. I. Fersman, N. N. Belelubsky. Se están produciendo nuevos materiales: cemento Portland, nuevos yesos, hormigones de cemento, materiales poliméricos, etc. En la ingeniería mecánica, los metales y las aleaciones de metales se utilizan ampliamente, por lo que la ciencia de los metales es una parte importante de la ciencia de los materiales. La ciencia del metal como ciencia surgió en Rusia en el siglo XIX; es la base científica para el desarrollo de nuevos procesos tecnológicos óptimos: tratamiento térmico, fundición, laminación, estampado, soldadura. La combinación de alta resistencia y dureza con buena ductilidad, tenacidad y maquinabilidad, que no se encuentra en otros materiales, fue la razón del uso de los metales como principal material estructural en todas las áreas de la tecnología. Por primera vez, la existencia de una conexión entre la estructura del acero y sus propiedades fue establecida por el destacado científico ruso P.P. Anosov (1799-1851), quien reveló el secreto perdido hace mucho tiempo de la fabricación y obtención por parte de los antiguos maestros del acero de damasco oriental, que se utiliza para la producción de cuchillas. El acero de damasco de Anosov era famoso en todo el mundo e incluso se exportaba al extranjero. Las cuchillas, que estaban hechas de este acero, se distinguían por su gran dureza y tenacidad. PÁGINAS. Anosov es considerado el "iniciador" de la producción de acero de alta calidad, fue el primero en utilizar un microscopio para determinar la estructura del acero e inició el estudio de la relación regular entre la estructura y las propiedades de las aleaciones. El fundador de la metalurgia científica D.K. Chernov (1839-1921), quien descubrió las transformaciones de fase en el acero en 1868. Descubrimiento de D.K. Los puntos críticos a y b de Chernov (según la designación moderna A1 y A3) revolucionaron el conocimiento de la naturaleza de las aleaciones metálicas y permitieron explicar una serie de fenómenos "misteriosos" que ocurren durante el tratamiento térmico de los aceros. N.S. hizo una gran contribución al desarrollo de la ciencia de los metales. Kurnakov, A.A. Baikov, N. T. Gudtsov, A.A. Bochnar, G. V. Kurdyumov, S. S. Shteyiberg, A.P. Gulyaev, así como otros científicos soviéticos. De gran importancia en el desarrollo de la ciencia de los metales y el tratamiento térmico fueron los trabajos de Osmond (Francia), Seitz, Bein y Meil (EE. UU.), Tammann y Hahnemann (Alemania). En el siglo XX, se lograron importantes logros en la teoría y la práctica de la ciencia de los materiales, se crearon materiales de alta resistencia para herramientas, se desarrollaron materiales compuestos, se descubrieron y usaron las propiedades de los semiconductores, métodos para fortalecer piezas mediante procesos térmicos y químicos. Se mejoró el tratamiento térmico. 2. Estructura granular de los metales. Límites de grano y subgrano Los metales son cuerpos policristalinos, consisten en pequeños cristales. Se caracterizan por sus propiedades metálicas y constituyen el 50% de todos los elementos químicos. La estructura de los metales y sus aleaciones es cristalina. En el proceso de cristalización, los cristales adquieren una forma irregular. Se llaman granos. Cada grano tiene su propia orientación de red cristalina, que difiere de la orientación de los granos vecinos. El tamaño de grano de un metal afecta sus propiedades mecánicas. Estas propiedades, tenacidad y ductilidad, son mucho mayores si el metal es de grano fino. Las interfaces de grano se denominan límites de grano, que pueden estar: inclinados cuando el eje de rotación se encuentra en el mismo plano que el límite; torcido con el eje perpendicular al plano. Tal pieza de metal es un policristal. Los límites de grano están determinados por los puntos de contacto entre cristales adyacentes. El tamaño, la estructura y la naturaleza de la estructura de los granos se pueden juzgar a partir de las fracturas del metal. En materiales policristalinos, el tamaño de grano es de 1 a 1000 micras. Los granos están desorientados, rotados uno respecto del otro hasta decenas de grados. Los límites son el principal defecto de los metales. En los límites entre los granos, los átomos no tienen la disposición correcta. Hay una región de transición de varios diámetros atómicos de ancho, en la que la red de un grano pasa a la red de otro grano con una orientación diferente. La estructura de la capa de transición (límite) contribuye a la acumulación de dislocaciones en ella, ya que al pasar por el límite, ni el plano de deslizamiento ni el vector de Burgers permanecen inalterados. La violación de la disposición correcta contribuye al hecho de que en los límites de grano aumenta la concentración de aquellas impurezas que reducen la energía superficial. Dentro de los granos, se altera la estructura cristalina correcta. Los límites de los subgranos están menos alterados. Todos los metales tienen propiedades comunes: ductilidad, alta conductividad térmica y eléctrica, brillo metálico específico, aumento de la resistencia eléctrica al aumentar la temperatura. Un solo cristal crece a partir de un líquido fundido, que es un solo cristal. Los tamaños de monocristales son pequeños, se utilizan en laboratorios para estudiar las propiedades de cualquier sustancia. Los metales y aleaciones, que se obtienen en las condiciones más ordinarias, consisten en una gran cantidad de cristales, tienen una estructura policristalina. El estudio de la estructura de los metales mediante análisis de difracción de rayos X y microscopio electrónico permitió establecer que la estructura cristalina interna del grano no es la correcta. En las redes cristalinas de los metales reales, existen varios defectos (imperfecciones) que rompen los enlaces entre los átomos y afectan las propiedades de los metales. Todos los defectos de red son violaciones del apilamiento de átomos en la red. La disposición de los átomos en la red puede tener la forma de un cubo centrado (b- y c-hierro, b-titanio, cromo, molibdeno, tungsteno, vanadio), un cubo cuyas caras están centradas (r-hierro, aluminio, cobre, níquel, plomo, c-cobalto) o hexagonal, o en forma de celda (magnesio, zinc). Los granos en los policristales no son monolíticos, sino que consisten en subgranos separados, que giran entre sí en un pequeño ángulo. Un subgrano es un poliedro que contiene una pequeña cantidad de dislocaciones o ninguna. Las principales características de los subgranos: tipo, ubicación, estructura, densidad de dislocación. Muchas dislocaciones se forman como resultado del corte mecánico. Los límites de los subgranos y los granos en los metales se dividen en de ángulo bajo y de ángulo alto. Los límites de ángulo bajo se observan entre los subgranos y tienen una estructura de dislocación. Un límite de ángulo bajo se puede representar mediante una serie de dislocaciones de borde paralelas. La formación de subgranos con dislocaciones de ángulo bajo se denomina poligonización. La estructura de los límites de ángulo alto es más compleja. Los sublímites están formados por ciertos sistemas de dislocaciones. Dependiendo de qué material y qué efecto tiene el medio ambiente sobre él, se ubica la ubicación de las dislocaciones. Si el metal está ligeramente deformado, entonces los planos de deslizamiento son el lugar de acumulación de dislocaciones. Sin embargo, si los metales como el aluminio y el hierro se someten a una deformación severa, entonces las dislocaciones se presentan en forma de plexos complejos: espacios, redes. La estructura, en la que los subgranos están mal orientados entre sí en un ángulo de 15-300, es un bloque o mosaico. La densidad de las dislocaciones en un metal aumenta con el aumento del ángulo de desorientación de los subgranos y la disminución de su tamaño. Los átomos ubicados en los límites de los granos y los átomos en la superficie del cristal, debido a las fuerzas de interacción interatómica no compensadas, tienen una energía potencial más alta en comparación con los átomos en el volumen de los subgranos. La presencia de dislocaciones afecta las propiedades de resistencia de los metales. Según cálculos teóricos, el límite elástico de los metales puros es 1000 veces mayor que el real, y el límite elástico del acero es 100 veces mayor. 3. Microscopía óptica; características cuantitativas de la microestructura Se utiliza una amplia variedad de métodos para estudiar la estructura interna de las aleaciones, la mayoría de los cuales se basan en principios físicos. El estudio de la estructura de los metales comienza con la ayuda de un método simple y común en los laboratorios científicos e industriales: microscopía óptica (método metalográfico). Por primera vez, el estudio de los metales con un microscopio fue realizado por P.P. Anosov. Se dedicó al estudio del acero de damasco. La microscopía óptica se utiliza para estudiar el tamaño, la forma, la disposición de los granos, los defectos en la estructura cristalina (gelas, dislocaciones) y también se utiliza para predecir el comportamiento de los metales en condiciones de operación. Todos los metales son sustancias opacas (a la luz visible). La forma de los cristales, su tamaño y ubicación se estudian en microsecciones especiales. En este caso, se realiza un corte de metal en el plano de interés del investigador, el plano resultante es rectificado y pulido. Puede aplicar tanto un esmerilado grueso como fino, con el fin de eliminar las irregularidades de la superficie de la sección. El esmerilado se realiza antes del pulido. Para obtener una superficie plana, es necesario cambiar la dirección de movimiento de las muestras en 90° al cambiar el abrasivo. La molienda debe continuarse hasta la desaparición de los riesgos de la operación anterior. De acuerdo con los resultados de la molienda, la rugosidad de la superficie debe ser inferior a 0,08 micras. El pulido se lleva a cabo para obtener una superficie de espejo de la muestra. El pulido puede ser mecánico, electroquímico y químico-mecánico. El pulido mecánico se lleva a cabo utilizando una máquina con una rueda giratoria, que se cubre con material de pulido. Se aplican partículas abrasivas a este material. El pulido químico-mecánico se realiza utilizando partículas abrasivas y elementos químicos. El pulido electroquímico se lleva a cabo en un baño electrolítico. La corriente se utiliza para alisar la superficie. Durante el esmerilado y pulido mecánico, se produce una deformación plástica de la superficie de la muestra. Dependiendo de la dureza del material, la profundidad de la deformación de la superficie puede alcanzar hasta 25 micras. Después de moler y pulir, la muestra procesada se sumerge en agua, luego en alcohol, después de lo cual se seca con papel de filtro. Para revelar la estructura, se crea un relieve o los componentes estructurales se pintan en diferentes colores, lo que se logra mediante grabado químico. Al grabar, el ácido actúa en los límites de grano, porque hay lugares con una estructura defectuosa, que se convertirán en depresiones en la sección grabada; la luz que cae sobre ellos se dispersa y en el campo de visión del microscopio aparecerán oscuros, y el cuerpo del grano, claro. Para examinar microsecciones en el estudio de la microestructura de los metales, se utilizan microscopios especiales en los que el haz de la fuente de luz, reflejado en la sección, pasa a través del objetivo y el ocular, lo que proporciona un aumento adecuado. El aumento total de un microscopio es igual al producto de los aumentos del objetivo y el ocular. Bajo un microscopio en una microsección después del pulido, puede ver microfisuras e inclusiones no metálicas (grafito en hierros fundidos, óxidos). Para revelar la microestructura misma del metal, se graba la superficie de la sección delgada, es decir, se trata con reactivos especiales, cuya composición depende de la composición del metal. La detección de la microestructura durante el grabado se basa en el hecho de que las diferentes fases se graban de forma diferente y se colorean de forma diferente. Como resultado del grabado de microsecciones de metales puros, es posible revelar la forma y el tamaño de los granos individuales. El microanálisis permite establecer el tamaño, la forma y la orientación de los granos, las fases individuales y los componentes estructurales, los cambios en la estructura interna de los metales y las aleaciones según las condiciones para su producción y procesamiento. Para examinar los detalles de la estructura, se usa un microscopio electrónico, donde la imagen se forma usando una corriente de electrones que vuelan rápidamente. Existen métodos directos e indirectos para estudiar la estructura. Los métodos indirectos se basan en una técnica especial para preparar impresiones de película delgada que reflejan el relieve de una sección grabada. Al examinar la réplica resultante, se observan los detalles de la estructura, su tamaño mínimo es de 2 a 5 nm. Los métodos directos permiten estudiar láminas metálicas delgadas de hasta 300 nm de espesor en transmisión utilizando microscopios electrónicos de alta resolución (microscopios UEMV-100, UEMV-100A, UEMV-100V). Un microscopio óptico no es un aparato que pueda detectar un cristal de cualquier tamaño. La metalografía cuantitativa se enfrenta a ciertas dificultades. Así, el problema de determinar los parámetros cuantitativos de un objeto tridimensional mediante el estudio de su sección bidimensional se resuelve de varias formas. Usando el método comparativo y el método de la longitud promedio del segmento que cruza el grano, se determina el tamaño de los granos metálicos. Hoy en día, se utiliza un sistema automatizado para el estudio de microsecciones de metales, que incluye el uso de un microscopio, una cámara de video, un blaster de video y una computadora personal. 4. Celda unitaria; número de coordinación; singonía Direcciones y planos cristalográficos, anisotropía; distancias interplanares Una red cristalina es una disposición ordenada de átomos. La celda unitaria de un cristal es el volumen mínimo de un cristal que conserva completamente todas sus propiedades. Los átomos en la red están dispuestos de manera diferente. La celda unitaria se repite en tres dimensiones y forma una red cristalina. La estructura de un cristal está determinada por la posición de los átomos en la celda unitaria. Número de coordinación: el número total de moléculas e iones neutros que tienen un enlace con el ion central en el complejo. 1. Los elementos del cuarto grupo tienen un enlace covalente saturado y dirigido, y cada átomo tiene cuatro vecinos. El número de vecinos más cercanos es el número de coordinación. La red elemental es un tetraedro con un átomo en el centro y cuatro átomos en los vértices. 2. Cuando se forma un enlace iónico, las redes cristalinas son más compactas, el número de coordinación llega a 6 debido a la insaturación del enlace iónico. Ejemplo: la red cristalina de NaCl es un cubo primitivo con iones de cloruro y sodio en los vértices. 3. Los enlaces metálicos hacen que las redes cristalinas sean más compactas. Los números de coordinación alcanzan valores de 8 y 12. En los materiales metálicos se forman tres tipos de redes cristalinas: cúbica centrada en el cuerpo (bcc), cúbica centrada en las caras (fcc) y compacta hexagonal (HP). Syngony - una de las divisiones de cristales sobre la base de la simetría de su celda elemental con los mismos sistemas de ejes de coordenadas. Syngony caracteriza la simetría de estructuras tridimensionales con simetría traslacional en tres direcciones. Se distinguen siete sistemas axiales según la longitud de los segmentos cortados en los ejes cristalográficos y la posición relativa de estos ejes. 1. Singonía cúbica. Tres ejes iguales se cortan en ángulo recto. 2. Singonía tetragonal. Dos segmentos del eje de la misma longitud se cortan en ángulo recto, el tercer eje es perpendicular a ellos y el segmento cortado en él tiene una longitud diferente. 3. Singonía rómbica. Tres ejes de diferentes longitudes se cortan en ángulo recto. 4. Singonía monoclínica. Dos ejes de diferentes longitudes se cortan en un ángulo oblicuo, el tercer eje forma un ángulo recto con ellos. 5. Singonía triclínica. Tres ejes de diferentes longitudes se cortan en ángulos oblicuos. 6. Singonía trigonal. Tres segmentos de los ejes de igual longitud se cortan en un plano con un ángulo de 60 °C, el tercer eje es perpendicular a este plano y el segmento cortado en él tiene una longitud diferente. 7. Singonía hexagonal. La posición de los ejes es similar a su posición en la singonía trigonal. El ordenamiento de la disposición de los átomos en la red cristalina hace posible señalar direcciones y planos cristalográficos individuales. Direcciones cristalográficas: rayos directos que provienen de cualquier punto de referencia, a lo largo de los cuales se ubican los átomos. Los puntos de referencia son los vértices del cubo. Direcciones cristalográficas: aristas y diagonales de las caras de los cubos. Puede haber otras direcciones. Los planos cristalográficos son planos en los que se encuentran los átomos. Las direcciones y los planos cristalográficos se caracterizan por los índices de Miller, que determinan sus distintas posiciones. Los planos paralelos en la red cristalina, construidos de manera idéntica, tienen los mismos índices. Para que los índices se obtengan a partir de números enteros simples, el plano se puede desplazar en paralelo. La posición de cualquier nodo de la red cristalina en relación con un origen elegido arbitrariamente se determina estableciendo las coordenadas x, y, z. Para una celda elemental, estas coordenadas son iguales a los parámetros de red a, b, c, respectivamente. Para determinar el índice, encuentre las coordenadas del átomo más cercano al punto de referencia, que se encuentra en esta dirección, expresadas en términos del parámetro de red. Todas las propiedades físicas, incluida la resistencia, de los metales a lo largo de diferentes direcciones cristalográficas dependen del número de átomos ubicados en las direcciones mencionadas. Hay diferentes números de átomos en la red cristalina en diferentes direcciones. En sustancias cristalinas, se debe observar la anisotropía, es decir, propiedades desiguales a lo largo de diferentes direcciones. Anisotropía: el resultado de una disposición ordenada de átomos en cuerpos cristalinos, se manifiesta dentro de un solo cristal. Los metales reales son cuerpos policristalinos, incluidos numerosos granos orientados arbitrariamente entre sí por sus direcciones y planos cristalográficos. La anisotropía de las propiedades mecánicas se observa cuando se prueban muestras cortadas a lo largo de diferentes direcciones cristalográficas. Los metales reales tienen una isotropía promedio y se denominan cuerpos cuasi-isotrópicos o pseudo-isotrópicos. Distancia interplanar: la distancia más corta que separa planos nodales paralelos e igualmente espaciados. 5. Clasificación de defectos en la estructura cristalina. Defectos puntuales, dependencia de su concentración de la temperatura. Dislocaciones de borde y de tornillo Se puede cultivar un solo cristal a partir de un líquido fundido. Un monocristal es una pieza de metal de un solo cristal. Los metales y aleaciones, que se obtienen en condiciones normales, se componen de un gran número de cristales y tienen una estructura policristalina. Estos cristales se llaman granos y tienen forma irregular. Cada grano tiene su propia orientación de red cristalina y difiere de la orientación de los granos vecinos. La estructura cristalina interna del grano no es correcta. Hay defectos (imperfecciones) en las redes cristalinas de los metales que rompen los enlaces entre los átomos y afectan las propiedades de los metales. Todos los defectos de red son violaciones del apilamiento de átomos en la red. Las imperfecciones de la superficie son los límites de los granos de metal. Se distinguen las siguientes imperfecciones estructurales: defecto de red, punto, pequeño, lineal, plano. Los defectos de cristal cambian significativamente las propiedades físicas, mecánicas, químicas y tecnológicas de los metales. Los defectos puntuales incluyen vacantes (sitios vacíos), átomos intersticiales extraños. A mayor temperatura, más defectos. Los átomos de impurezas son una de las imperfecciones más comunes en la estructura cristalina (vacíos, átomos dislocados). Las vacantes son un nodo vacío de la red cristalina, que se forma debido a varias razones. Las fuentes de vacantes son límites de grano en los que se viola la disposición correcta de los átomos. El número de vacantes y su concentración dependen de la temperatura de procesamiento. El número de vacantes aumenta con el aumento de la temperatura. Las vacantes individuales se encuentran cuando se mueven a través del cristal y se combinan en pares, formando divacancias, mientras que su superficie total disminuye, la estabilidad de la vacante emparejada aumenta y es posible la formación de trivacancias y cadenas enteras. Los átomos dislocados son átomos que han salido del nodo de la red cristalina y han ocupado un lugar en los intersticios. Se refiere a defectos puntuales. Los átomos de impurezas ocupan el lugar de los átomos principales en la red cristalina o se introducen en la célula (una especie de defectos puntuales). Si se viola la corrección de la estructura cristalina alrededor de las vacantes, los átomos dislocados y los átomos de impurezas, también se viola el equilibrio de los campos de fuerza de los átomos en todas las direcciones. Todos los cambios no son más que unos pocos diámetros atómicos. Los defectos puntuales interactúan entre sí. Hay una interacción de defectos puntuales y con defectos lineales: dislocaciones. Los defectos lineales son pequeños en dos dimensiones, en la tercera son más grandes, lo que puede ser proporcional a la longitud del cristal. Los defectos lineales incluyen cadenas de vacantes, átomos intersticiales y dislocaciones. Las dislocaciones pueden extenderse bastante en una dirección y tener una pequeña extensión en la dirección opuesta. La resistencia y ductilidad de los metales dependen directamente de la presencia de dislocaciones. Imperfecciones lineales - dislocaciones, son un tipo especial de imperfecciones en la red cristalina. Una característica de la estructura de dislocación es la densidad de dislocaciones. En la actualidad, se conocen varios mecanismos de formación de dislocaciones. Las dislocaciones pueden surgir durante el crecimiento de los granos, durante la formación de subgranos. Se ha establecido experimentalmente que los límites de granos y bloques tienen una alta densidad de dislocaciones. Durante la cristalización a partir de una masa fundida, es energéticamente favorable que el núcleo crezca con la formación de una dislocación de tornillo en su superficie. Promover la formación de dislocaciones y segregación de impurezas. En un metal solidificado, las dislocaciones surgen como resultado de la acumulación de vacantes. La región de imperfección del cristal alrededor del borde del extraplano se denomina dislocación de borde (lineal). Una dislocación de borde representa un campo de tensiones elásticas que decae rápidamente en la red cristalina alrededor del borde del extraplano, que es causado por el hecho de que por encima de este borde los parámetros de la red están algo comprimidos y debajo, respectivamente, se estiran. En una dimensión, la longitud de la dislocación tiene un carácter macroscópico (una dislocación puede romperse solo en el límite del cristal; es el límite de la zona de corte). El movimiento de la dislocación de borde es conservativo. Si el extraplano está en la parte superior del cristal, entonces la dislocación se llama positiva; si el extraplano está en la parte inferior del cristal, entonces se llama negativo. Las dislocaciones de tornillo se forman si dos partes del cristal se desplazan hacia el plano de acumulación de vacantes. Si se forma una dislocación de tornillo por rotación en el sentido de las agujas del reloj, entonces se llama derecha, si es en sentido antihorario, izquierda. Los átomos vacantes e intersticiales no fluyen hacia la dislocación del tornillo. También es posible la formación de luxaciones parciales y mixtas. La formación de dislocaciones aumenta la energía del cristal. Las dislocaciones contribuyen a un aumento de la tensión interna en los metales. El uso de luz polarizada permite revelar los campos de tensión que surgen alrededor de las dislocaciones. 6. Difusión en metales La difusión es la transferencia de materia debido al movimiento térmico aleatorio de las partículas que se difunden. Cuando un gas se difunde, sus moléculas cambian su dirección de movimiento cuando chocan con otras moléculas.Los principales tipos de movimiento durante la difusión en sólidos son saltos periódicos aleatorios de átomos desde un sitio de red cristalina a un sitio vecino o vacante. El desarrollo del proceso de difusión conduce a la formación de una capa de difusión, entendida como una capa del material de la pieza próxima a la superficie de saturación, que difiere de la inicial en composición química, estructura y propiedades. El movimiento de difusión de cualquier átomo es un paseo aleatorio debido a la gran amplitud de las oscilaciones, que no depende del movimiento de otros átomos, ni del movimiento previo de este átomo. Las vibraciones independientes de la temperatura de los átomos alrededor de la posición de equilibrio generalmente ocurren con una frecuencia de ~1013 с-1 La cuestión de determinar el mecanismo de difusión es muy compleja. Los trabajos de Ya.I. jugaron un papel importante en la solución de este problema. Frenkel, que muestra la enorme influencia de los defectos en la red cristalina, especialmente las vacantes, en el proceso de movimiento de difusión de los átomos. El más difícil es el mecanismo de intercambio simple de difusión, y el más probable es el mecanismo de vacancia. Cada mecanismo de difusión corresponde a una determinada energía de activación Q, es decir, el valor de la barrera energética que debe superar un átomo al pasar de una posición a otra. El movimiento bajo el mecanismo de difusión de crowdion es similar a la propagación de una onda: cada átomo se desplaza una pequeña cantidad y la perturbación se propaga rápidamente. Para la difusión, las vacantes y sus asociaciones (bivacantes, complejos atómicos vacantes-impurezas), así como los defectos que son sus fuentes (lineales y superficiales) son de gran importancia. El principal mecanismo de autodifusión y difusión en soluciones sólidas de sustitución es el mecanismo de vacancia. En soluciones sólidas intersticiales, el mecanismo principal para el movimiento de pequeños átomos de impurezas es intersticial. Si dos piezas bien conectadas de metales puros A y B se recocen durante mucho tiempo, entonces se observará la penetración mutua de los metales y un cambio de la interfaz inicial marcada por marcas inertes (partículas de óxido o alambres de tungsteno) por un valor Δx, que es directamente proporcional a la raíz cuadrada del tiempo de recocido. Si DА > DВ, entonces el componente A penetra en B a una velocidad más rápida que B en A, como resultado de lo cual la parte B de la muestra aumenta de volumen. La metalización por difusión es el proceso de saturación por difusión de la superficie de los productos con metales o metaloides. La saturación por difusión se lleva a cabo en una mezcla de polvo, medio gaseoso o metal fundido (si el metal tiene un punto de fusión bajo). Boruración: saturación por difusión de la superficie de metales y aleaciones con boro para aumentar la dureza, la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste se lleva a cabo mediante electrólisis en sal de boro fundida. Boriding proporciona una dureza superficial particularmente alta, resistencia al desgaste, aumenta la resistencia a la corrosión y la resistencia al calor. Los aceros al boro tienen una alta resistencia a la corrosión en soluciones acuosas de ácidos clorhídrico, sulfúrico y fosfórico. La boruración se utiliza para piezas de fundición y acero que funcionan en condiciones de fricción en un entorno agresivo (en ingeniería química). Cromado: la saturación por difusión con cromo se lleva a cabo en mezclas de polvo de cromo o ferrocromo con la adición de cromo amónico (1%) y óxido de aluminio (49%) a una temperatura de 1000 ... 1050 ° C con una exposición de 6 ... 12 horas El cromado se utiliza para piezas que trabajan para desgaste en vapor-agua y ambientes agresivos (accesorios, válvulas). Cuando se croman los productos de aceros con bajo contenido de carbono, la dureza aumenta y se adquiere una buena resistencia a la corrosión. La aluminización es un proceso de saturación por difusión de la capa superficial con aluminio, que se lleva a cabo en mezclas de aluminio en polvo o en aluminio fundido. El objetivo es obtener una alta resistencia al calor de la superficie de las piezas de acero. La aluminización se lleva a cabo en medios sólidos y líquidos. Siliconización: la saturación por difusión con silicio se lleva a cabo en una atmósfera gaseosa. La capa saturada de silicio de la pieza de acero no tiene una dureza muy alta, pero tiene una alta resistencia a la corrosión y una mayor resistencia al desgaste en agua de mar, ácido nítrico, ácido clorhídrico en ácido sulfúrico. Las piezas siliconadas se utilizan en las industrias química, papelera y petrolera. Para aumentar la resistencia al calor, la siliconización se utiliza para productos hechos de aleaciones a base de molibdeno y tungsteno, que tienen una alta resistencia al calor. En ciencia de materiales, se están desarrollando teorías macro y microscópicas de difusión. En la teoría macroscópica, se pone énfasis en el formalismo, es decir, en las fuerzas y parámetros termodinámicos. La teoría microscópica utiliza mecanismos basados en la teoría de los saltos atómicos. 7. Transiciones de fase de primer y segundo tipo. Los componentes en estado líquido (componentes A) son solubles indefinidamente, los componentes en estado sólido (componentes B) no forman compuestos químicos y son insolubles. Los diagramas de estado representan un gráfico en las coordenadas de la aleación - temperatura, que refleja los productos formados como resultado de la interacción de los componentes de la aleación entre sí en condiciones de equilibrio termodinámico a diferentes temperaturas. Son sustancias que, dependiendo de la temperatura y la composición, presentan un determinado estado de agregación, un carácter específico de la estructura y determinadas propiedades, se denominan fases. Una fase es una parte homogénea de la aleación, que tiene la misma composición, estructura y propiedades. La fase líquida es una solución de componentes fundidos. Las fases sólidas son granos que tienen cierta forma, tamaño, composición, estructura y propiedades específicas. Estas son soluciones sólidas, compuestos químicos, así como granos de componentes puros que no forman soluciones sólidas ni compuestos químicos con otros componentes. El diagrama de estado, que muestra el estado límite de las aleaciones, se puede dividir en áreas. Las áreas separadas consisten en una fase, y algunas, en dos, tienen diferentes composiciones, estructuras y propiedades. Los diagramas de estado contienen información necesaria para crear y procesar aleaciones. Diagrama de estado del primer tipo. Regla del segmento. Este diagrama cubre las aleaciones cuyos componentes forman mezclas de sus granos prácticamente puros con una solubilidad mutua insignificante. La estructura de fase de las aleaciones en el diagrama depende de la temperatura. Con la acción termodinámica de los componentes entre sí, la temperatura de su transición al estado líquido disminuye. Una aleación de dos componentes que se funden a una temperatura mínima se denomina eutéctica o eutéctica. El eutéctico es una mezcla uniforme de pequeños granos cristalizados simultáneamente de ambos componentes. La temperatura a la que ambos componentes se funden simultáneamente se denomina temperatura eutéctica. La transición de las aleaciones de un estado líquido a un estado sólido durante la cristalización se produce en el rango de temperatura que se encuentra entre la línea liquidus y la temperatura eutéctica, que corresponde a la línea solidus. Todos los cambios cuantitativos en las aleaciones durante la cristalización están sujetos a la regla de los segmentos. Dependiendo de la composición, todas las aleaciones se dividen en hipoeutécticas e hipereutécticas. Las aleaciones hipoeutécticas contienen componente A sobre (100-Ve)%. En ellos, es un componente redundante. En aleaciones hipereutécticas, el componente B es redundante (su cantidad supera a Be). La cantidad de cada componente estructural se calcula según la regla de los segmentos en relación con la temperatura eutéctica. Diagrama de estado del segundo tipo. Segregación dendrítica. Con una solubilidad ilimitada de los componentes entre sí, que tienen los mismos tipos de redes y una estructura similar de las capas externas de electrones, se obtienen diagramas del segundo tipo. Hay tres regiones de fase en el diagrama: 1. Por encima de la línea liquidus ADB está la región de la fase líquida G. 2. Debajo, hasta la línea solidus ADB, hay una región de dos fases b + G. La fase b es una solución sólida de los componentes A y B, los granos tienen una red monocristalina. Sin embargo, para aleaciones de diferentes composiciones, el número de átomos de los componentes A y B en las celdas unitarias de la red es diferente. 3. La zona situada bajo la línea solidus es monofásica (fase b). A diferencia de las aleaciones de mezclas de granos de componentes prácticamente puros, cada una de las aleaciones solidificadas en el diagrama de fase representa un conjunto de granos de fase que no difieren entre sí exteriormente. En el caso de enfriamiento acelerado de la aleación durante la cristalización, los procesos de difusión no tienen tiempo para completarse, y la parte central de cada grano se enriquece con un componente más refractario, y la parte periférica se enriquece con un componente fusible (A). Este fenómeno se denomina segregación dendrítica, que reduce las propiedades de resistencia de las aleaciones. Su prevención es posible gracias al lento enfriamiento de la aleación, que asegura su cristalización en equilibrio. Si se produce una segregación dendrítica, se elimina mediante un recocido por difusión prolongado de la aleación. Los procesos de difusión que tienen lugar en este caso igualan la composición química de los granos. Durante la deformación plástica de un material metálico, una fuerza externa debe vencer la resistencia al movimiento de las dislocaciones, la cual viene determinada por el valor de la fuerza de Peierls-Nabarro. Esta fuerza depende de la intensidad de la interacción interatómica en la red cristalina de la aleación. Los átomos del componente soluble en la red de la solución sólida forman un enlace metálico más fuerte con los átomos del componente solvente que en las redes de ambos componentes puros. Debido a esto, la resistencia a la deformación plástica de una solución sólida con un aumento en el contenido de otro componente disuelto en ella debería aumentar según una ley curvilínea. 8. Fusión de metales y estructura de fundidos La fusión es el proceso físico de la transición de un metal de un estado sólido a un estado líquido fundido. La fusión es un proceso que es el reverso de la cristalización, ocurre a una temperatura por encima del equilibrio, es decir, durante el sobrecalentamiento. Dado que el metal líquido tiene más energía interna que el metal sólido, se libera calor durante la cristalización. Existe una cierta relación entre el calor Q y la temperatura de cristalización Tk. El grado de sobrecalentamiento durante la fusión de metales no supera unos pocos grados. En el estado líquido, los átomos de una sustancia se mueven aleatoriamente debido al movimiento térmico, en el líquido existen grupos de átomos de pequeño volumen, dentro de ellos la disposición de los átomos es similar a la disposición en la red cristalina. Estos agrupamientos son inestables, se disuelven y reaparecen en el líquido. Cuando el líquido se sobreenfría, algunos grupos grandes se vuelven estables y capaces de crecer. Estos grupos estables de átomos se denominan centros de cristalización (núcleos). Para implementar el proceso de fusión, es necesario tener algún sobrecalentamiento por encima de la temperatura de equilibrio, es decir, un potencial termodinámico. Por encima de la temperatura de equilibrio, un metal líquido es más estable, tiene una menor reserva de energía libre. Por debajo de esta temperatura, el metal sólido es más estable. A temperatura de equilibrio, las energías libres de los estados líquido y sólido son las mismas, por tanto, a esta temperatura, ambas fases (líquido y sólido) pueden coexistir simultáneamente y, además, durante un tiempo infinitamente largo. La temperatura de equilibrio está muy cerca del punto de fusión Tm, con el que a menudo se compara. Al enfriarse, la transición de un estado líquido a sólido va acompañada de la formación de una red cristalina, es decir, cristalización. Para inducir la cristalización, el metal líquido debe sobreenfriarse a una temperatura por debajo de su punto de fusión. Los líquidos a una temperatura cercana al punto de fusión se denominan fundidos. Los fundidos son metálicos, iónicos, semiconductores, orgánicos y de alto polímero. Dependiendo de qué compuestos químicos formen fundidos, se aíslan sales, óxidos, óxido-silicatos y otros fundidos. La mayoría de los fundidos contienen partículas sesgadas édricas. En el proceso de fusión, los enlaces químicos en las masas fundidas sufren modificaciones. En los semiconductores se observa la formación de conductividad metálica; en algunos haluros, en lugar de la conductividad iónica, se produce una disminución de la conductividad eléctrica debido a la formación de una masa fundida de composición molecular. El nivel de temperatura también afecta el tipo de unión en los fundidos. El número de coordinación promedio y las distancias interatómicas también son características de los fundidos. En el proceso de fusión de metales, el número de coordinación disminuye entre un 10 y un 15 %. Al mismo tiempo, las distancias interatómicas siguen siendo las mismas. Cuando los semiconductores se funden, su número de coordinación aumenta en un factor de 1,5 y la distancia entre los átomos también aumenta. Los fundidos multicomponente se caracterizan por estados metaestables de no equilibrio, que están relacionados con la estructura de las fases sólidas iniciales. En muchos casos, hay un retraso (histéresis) en las propiedades de los fundidos en el proceso de cambio de temperatura. Las propiedades y estructuras de los fundidos están influenciadas por los siguientes factores: temperatura, tiempo de retención, tasa de fluctuación de temperatura, el material del que está hecho el recipiente y la presencia de impurezas. La composición de los fundidos se distingue por su complejidad. Los fundidos iónicos pueden contener iones simples o complejos, moléculas poliméricas y no disociadas, así como volúmenes libres. Los fundidos de silicato pueden contener tetraedros de silicio-oxígeno aislados y las cadenas, anillos, redes y estructuras que forman. Es bastante difícil formar un modelo inequívoco de la estructura de los fundidos, ya que los fundidos contienen diferentes tipos de partículas y enlaces. La función principal de los modelos es la definición e interpretación de las propiedades de los fundidos, así como el cálculo de propiedades. Los fundidos en el campo metalúrgico se dividen en productos intermedios, subproductos y productos finales. Usando fundidos como electrolitos, los metales se producen y refinan en metalurgia, así como también se aplican recubrimientos. Muchas aleaciones se forman cuando se funden. Los monocristales y las películas epitaxiales se cultivan a partir de masas fundidas. Es habitual utilizar fundidos de metales, sales y óxidos como catalizadores. Los fundidos de sal se utilizan en baños de recocido y endurecimiento, celdas de combustible de alta temperatura, como portadores de calor, fundentes en el proceso de soldadura y soldadura de metales, medios de reacción en síntesis orgánica e inorgánica, así como absorbentes, extractantes, etc. Se utiliza para obtener silicatos, fluoruros y otras pilas especiales y metales amorfos. 9. Cristalización de metales; nucleación de cristales, germen crítico; nucleación homogénea y heterogénea de cristales; crecimiento de cristales curvas tamman La cristalización es el proceso de transición de un metal de un estado líquido a un estado sólido con la formación de una estructura cristalina. En la naturaleza, todas las transformaciones espontáneas, cristalización y fusión, se deben a que el nuevo estado bajo nuevas condiciones es energéticamente más estable y tiene una menor reserva de energía. La transición de un metal de un estado líquido o de vapor a un estado sólido con la formación de una estructura cristalina se denomina cristalización primaria. La formación de nuevos cristales en una sustancia cristalina sólida se denomina cristalización secundaria. El proceso de cristalización consta de dos procesos simultáneos de nucleación y crecimiento de cristales. Los cristales pueden nuclearse espontáneamente - cristalización espontánea o crecer en centros de cristalización prefabricados existentes - cristalización no espontánea. Puede rastrear el proceso de cristalización del metal usando un contador de tiempo y un pirómetro termoeléctrico. Dos alambres diferentes, que están soldados en los extremos, se sumergen en metal fundido y la corriente térmica resultante es proporcional a la temperatura del metal, y la aguja del milivoltímetro se desvía, indica la temperatura en una escala especialmente graduada. Las lecturas del pirómetro se registran en el tiempo y, de acuerdo con los datos obtenidos, se construyen curvas de enfriamiento en las coordenadas temperatura-tiempo. El punto crítico es la temperatura que corresponde a cualquier transformación en el metal. Al enfriarse, la transición de un estado líquido a sólido va acompañada de la formación de una red cristalina, es decir, cristalización. Para inducir la cristalización, el metal líquido debe sobreenfriarse a una temperatura por debajo de su punto de fusión. Durante la solidificación y durante la transformación alotrópica en el metal, primero se forman los centros de cristalización, alrededor de los cuales se agrupan los átomos, formando la red cristalina correspondiente. El proceso de cristalización consta de dos etapas: la formación de centros de cristalización y el crecimiento de cristales. En cada uno de los cristales emergentes, los planos cristalográficos están orientados aleatoriamente, además, durante la cristalización primaria, los cristales pueden rotar, ya que están rodeados de líquido. Los cristales adyacentes crecen uno hacia el otro y sus puntos de colisión definen los límites de los cristalitos (granos). Las sustancias amorfas tienen curvas de enfriamiento suaves, sin áreas ni salientes: está claro que estas sustancias no pueden tener alotropía. El mecanismo de cristalización del metal es que con la correspondiente disminución de la temperatura dentro del crisol con metal líquido, comienzan a formarse pequeños cristales, llamados centros o núcleos de cristalización. Para iniciar el crecimiento de cristales de metal líquido, es necesario que la energía libre del metal disminuido Si, como resultado de la formación de un núcleo, aumenta la energía libre del metal, entonces el núcleo se disuelve. El tamaño mínimo de un germen capaz de crecer se denomina tamaño crítico del germen, y dicho germen se denomina estable. Cuanto mayor sea el grado de superenfriamiento, que reduce la energía libre del metal, menor será el tamaño crítico del núcleo. Los cristales comienzan a crecer alrededor de los centros formados. A medida que crecen los cristales en el metal, que aún se encuentra en estado líquido, continúan apareciendo nuevos centros de cristalización. Cada uno de los nuevos cristales en crecimiento está orientado aleatoriamente en el espacio. Los cristales de forma irregular se denominan granos o cristales. Los sólidos, incluidos los metales, que consisten en una gran cantidad de granos, se denominan policristalinos. DV Chernov estableció que el proceso de cristalización consta de dos procesos elementales: la nucleación de los centros de cristalización y el crecimiento de cristales a partir de estos centros. Mucho más tarde, Tamman, estudiando el proceso de cristalización, estableció la dependencia del número de centros de cristalización y la tasa de crecimiento de los cristales en el grado de sobreenfriamiento. Si bien los cristales formados crecen libremente, tienen una forma geométrica más o menos regular. Sin embargo, cuando los cristales en crecimiento chocan, se viola su forma regular, ya que el crecimiento de las caras se detiene en estas áreas. El crecimiento continúa en aquellas direcciones donde hay libre acceso al fluido de "alimentación". Como resultado, los cristales en crecimiento, que inicialmente tienen una forma geométricamente regular, después de la solidificación, adquieren una forma externa irregular y, por lo tanto, se denominan cristalitos o granos. El crecimiento de los núcleos se produce como resultado de la transición de los átomos de un líquido sobreenfriado a cristales. El cristal crece en capas, cada capa tiene un grosor de un átomo. Hay dos procesos elementales de crecimiento de cristales. Formación de un embrión bidimensional. Crecimiento de un núcleo bidimensional por suministro de átomos a partir de un líquido sobreenfriado. Después de la formación de un núcleo bidimensional en una cara plana, el crecimiento adicional de una nueva capa procede con relativa facilidad, ya que aparecen regiones que son convenientes para fijar los átomos que pasan del líquido. El tamaño de los granos formados durante la cristalización depende no solo del número de centros de cristalización generados espontáneamente, sino también del número de partículas de impurezas insolubles que siempre están presentes en el metal líquido, que desempeñan el papel de centros de cristalización listos para usar. 10. Estructura del lingote y aleaciones amorfas La estructura de un lingote de acero fue dada por primera vez en 1878 por D.K. Chernov. La estructura del lingote fundido consta de tres zonas principales. La primera zona es la corteza exterior de grano fino, que consiste en pequeños cristales desorientados: dendritas. La segunda zona de lingotes es la zona de cristales columnares. Después de la formación de la propia corteza, las condiciones para la eliminación de calor cambia, el gradiente de temperatura disminuye y el grado de sobreenfriamiento del acero disminuye. La tercera zona del lingote es la zona de cristales equiaxiales. Los cristales que se forman durante la solidificación del metal tienen una forma diferente según la velocidad de enfriamiento, la naturaleza y la cantidad de impurezas. Más a menudo, durante el proceso de cristalización, se forman cristales ramificados (en forma de árbol), que se llaman dendritas debido a su forma, que se asemeja a la forma de un árbol. Esta forma de cristales se explica por el hecho de que los núcleos que han surgido en el metal líquido crecen en la dirección con una distancia mínima entre átomos. Así se forman los ejes de primer orden. Simultáneamente con la elongación de los ejes de primer orden, los ejes de segundo orden se nuclean y crecen en sus bordes perpendiculares a ellos en ciertos ángulos, a partir de los cuales ya crecen ejes de tercer orden y, finalmente, se forman cristales en forma de dendritas. La estructura dendrítica se revela después de un grabado especial de secciones delgadas, ya que todos los espacios entre las ramas de las dendritas se llenan y, por lo general, solo las uniones de las dendritas son visibles en forma de límites de grano. La forma correcta de las dendritas se distorsiona como resultado de la colisión y acumulación de partículas en las últimas etapas del proceso. La estructura dendrítica es característica de la macro y microestructura del metal fundido (aleación). En contacto con la pared fría del molde se forma una zona de pequeños cristales equiaxiales. El volumen de metal sólido es menor que el líquido, por lo tanto, aparece un espacio de aire entre la pared del molde y el metal solidificado; la pared misma se calienta por el contacto con el metal. Como resultado, la velocidad de enfriamiento del metal disminuye, el crecimiento de los cristales adquiere un carácter direccional: crecen desde la pared del molde hacia el centro en la dirección de eliminación de calor y se forma una zona de cristales columnares. Este fenómeno, por así decirlo, de la germinación por cristales largos del espesor del lingote se llama transcristalización. La zona resultante frena la transferencia de calor hacia el exterior, la velocidad de enfriamiento disminuye y se forma una zona de grandes cristales no orientados. El metal líquido contiene una cierta cantidad de gases disueltos, por lo tanto, en el volumen del lingote, cuando se enfría, para metales que tienen tendencia a sobreenfriarse, solo ramas ascendentes de las curvas para el número de centros de cristalización y el crecimiento cristalino. tasa se encuentran. El tamaño de los granos formados durante la cristalización depende no solo del número de centros de cristalización generados espontáneamente, sino también del número de partículas de impurezas insolubles que siempre están presentes en el metal líquido, que desempeñan el papel de centros de cristalización listos para usar. Tales partículas pueden ser óxidos, nitruros, sulfuros. Los centros de cristalización en un metal o aleación pueden ser partículas sólidas que tienen una pequeña diferencia en el tamaño de los átomos con los átomos del metal base, su red cristalina debe tener una estructura y parámetros similares a la red del metal que cristaliza. Las paredes de los moldes y otras formas donde ocurre la cristalización del metal líquido tienen irregularidades y asperezas. Estas irregularidades afectan el proceso de cristalización aumentando la tasa de cristalización. Si el acero no está lo suficientemente desoxidado (el llamado acero en ebullición), se formarán burbujas de gas en todo el volumen del lingote. Si el acero está bien desoxidado (acero silencioso), entonces se vierte en moldes con una extensión aprovechable aislada. En este lugar cristalizarán las últimas porciones del metal líquido. Aquí es donde se acumularán los gases. Esto crea un gran vacío, llamado cavidad de contracción. Cerca de la cavidad de contracción, el metal será menos denso, suelto. Por lo tanto, después de laminar los lingotes de acero tranquilo, se corta la parte superior (rentable) del lingote (alrededor del 15-20% de la longitud del lingote). Durante el laminado, la forma de los cristales primarios del metal fundido cambia. Las dendritas se deforman, se estiran en la dirección del flujo de metal y se convierten en fibras. Las uniones de los cristales tienen menor resistencia, por lo tanto, a lo largo de las fibras, el acero deformado tiene mayor resistencia y tenacidad que transversalmente. Las aleaciones amorfas suelen ser quebradizas en tensión, pero relativamente dúctiles en flexión y compresión, y pueden someterse a laminación en frío. Las aleaciones amorfas magnéticas blandas se dividen en tres grupos. 1. A base de hierro (Fe81Si3 5B13 5C2) con altos valores de inducción magnética y baja fuerza coercitiva. 2. A base de cobalto (CO66Fe4(Mes, Si, B)30que tiene una inducción de saturación relativamente baja, pero altas propiedades mecánicas, baja fuerza coercitiva y alta permeabilidad magnética. 3. Aleaciones de hierro-níquel (Fe40Ni40P14B6) con inducción magnética media y menor fuerza coercitiva que las aleaciones de hierro. Las aleaciones amorfas magnéticas blandas se utilizan en ingeniería eléctrica y en la industria electrónica. 11. Modificación de metales. Pruebas estándar de tracción, compresión, flexión, dureza, resistencia al impacto Se pueden agregar modificadores al metal líquido para obtener la estructura deseada del metal en las piezas fundidas. Este es el proceso de modificación. De acuerdo con el mecanismo de influencia en el proceso de cristalización, los modificadores se pueden dividir en dos grupos: 1) modificadores, que son centros adicionales de cristalización; 2) modificadores - tensioactivos. Estos modificadores se disuelven en el metal líquido. El proceso de cristalización depende de los centros de cristalización disponibles. Estos centros son partículas de inclusiones no metálicas refractarias, óxidos, compuestos intermetálicos formados por impurezas. Al comienzo del proceso de cristalización, los centros están en el metal líquido y tienen la forma de inclusiones sólidas. Durante la cristalización, los átomos de metal se depositan en la superficie de la impureza activada. Esta cristalización se llama heterogénea, en la que las paredes del molde juegan el papel de núcleos. Tras la solidificación, la presencia de centros de cristalización listos para usar conduce a una disminución en el tamaño de los cristales. El efecto de refinamiento de la estructura aumenta cuando se observa la correspondencia estructural y dimensional de la fase impureza con el metal base, lo que contribuye a la conjugación de sus redes cristalinas. El metal líquido contiene impurezas disueltas que provocan el refinamiento de la estructura. Al ser adsorbidos, reducen la tensión superficial en la interfaz líquido-sólido y la tasa de crecimiento lineal de los cristales. El refinamiento de la estructura contribuye a la mejora de las propiedades mecánicas del metal. Para refinar la estructura de las aleaciones, se utiliza una operación tecnológica: modificación. Esta operación consiste en introducir aditivos especiales - modificadores en la aleación líquida antes del vertido. Para ello se utilizan tensioactivos, así como elementos formadores de finas partículas refractarias. Los modificadores se agregan a las aleaciones. Un aumento en la temperatura del metal líquido antes del vertido conduce a un engrosamiento del grano durante la cristalización y, a la inversa, se produce una disminución del tamaño del grano como resultado del enfriamiento del metal. El enfriamiento es efectivo en presencia de modificadores que forman fases junto con correspondencia estructural y dimensional con el metal base. Pruebas estándar La prueba de tracción estática es un método de prueba mecánica de metales. Para las pruebas estáticas, se fabrican muestras redondas del metal ensayado o muestras planas para materiales laminares. Las muestras constan de una pieza de trabajo y cabezas, que están diseñadas para fijarse en las mordazas de una máquina de ensayos de tracción. Los tamaños de muestra están estandarizados. Cuando se estira, la muestra se alarga. Algunas aleaciones de metales tienen un coeficiente de expansión lineal cercano a cero (utilizado para la fabricación de instrumentos de precisión, tubos de radio). Se instala una muestra redonda o plana de tamaños estándar en las abrazaderas de la máquina de prueba de tracción y, al aumentar la carga, se monitorea el cambio en su longitud. El dispositivo de escritura de la máquina registra el diagrama de estiramiento, que determina las propiedades mecánicas. Dureza - la propiedad de un material para resistir la deformación por contacto, la capacidad de un material para resistir la penetración en su superficie de un cuerpo sólido - un indentador. Indentador: punta de diamante en forma de cono. La prueba de dureza es el tipo de prueba mecánica más accesible. Las pruebas de dureza se realizan rápidamente y no requieren muestras complejas; permiten juzgar otras propiedades mecánicas de los metales (por ejemplo, la resistencia a la tracción). Los métodos de sangría de punta dura son comunes. Determinación de la dureza por el método de Rockwell. Se presiona un cono de acero o diamante con un ángulo de 120° o una bola de acero endurecido con un diámetro de 1,59 mm en la superficie de la muestra de ensayo, y la dureza del material se estima a partir de la profundidad de penetración en la superficie. Se aplican tres escalas en el probador de dureza Rockwell: A (negro): la prueba se realiza con un cono de diamante, la dureza se indica mediante HRA; B (rojo): la prueba se realiza con una bola, la dureza se indica con H13B; C (negro): la prueba se realiza con un cono de acero, la dureza se indica mediante HRC. Determinación de la dureza por el método de Vickers. Se presiona una pirámide de diamante tetraédrica en la superficie de la muestra y se determina la dureza a lo largo de la diagonal de la impresión. El método Vickers permite medir la dureza de metales y aleaciones blandos y duros y la dureza de capas superficiales delgadas. Las pruebas de impacto miden la capacidad de un metal para resistir las cargas de impacto a las que están sujetas las piezas de la máquina durante el funcionamiento. Las pruebas de impacto se llevan a cabo en especímenes de forma estándar en instrumentos llamados probadores de impacto de péndulo. Resistencia al impacto: el trabajo invertido en la fractura por impacto de la muestra y relacionado con su área de sección transversal en la muesca. La prueba de impacto se lleva a cabo para evaluar la propensión de los materiales a la fractura frágil. La flexión es una forma de carga más suave que la tensión. Los materiales con bajo contenido de plástico se someten a pruebas de flexión. Los ensayos se realizan sobre muestras de gran longitud, de forma cilíndrica o rectangular. Se instalan sobre dos soportes. Las características determinadas son la resistencia a la tracción y la deflexión. 12. Transformaciones de fase en el estado sólido Una fase es una parte homogénea del sistema, que se encuentra separada de otra parte del sistema (fase) por una interfase, al pasar por la cual la composición química o estructura cambia abruptamente. Durante la cristalización de un metal puro, hay dos fases en el sistema: líquida (metal fundido) y sólida (granos de metal solidificado). En aleaciones duras, las fases pueden ser granos de metal puro, granos de solución sólida y granos de compuestos químicos. Muchos metales en estado líquido se disuelven unos en otros en cualquier proporción. Como resultado de la disolución, se forma una solución líquida homogénea con una distribución uniforme de átomos de un metal entre los átomos de otro metal. Debido a esta interacción, en la práctica, para distribuir uniformemente las sustancias en la aleación, recurren a su fusión. Algunos metales, que difieren mucho en el tamaño de los átomos, no se disuelven en estado líquido, mientras que otros metales se disuelven en estado líquido hasta cierto punto. En la formación de aleaciones durante su solidificación, son posibles varias interacciones de los componentes. Si en el proceso de cristalización la fuerza de interacción entre átomos homogéneos es mayor que la fuerza de interacción entre átomos heterogéneos, después de la cristalización se forma una mezcla mecánica que consiste en granos de metales puros. En este caso, en la aleación dura estarán presentes granos de un metal puro y junto a ellos granos de otro metal puro. Esta forma de interacción ocurre cuando existe una gran diferencia en las propiedades de los metales incluidos en la aleación. Otra forma de interacción entre las sustancias que componen la aleación es la formación de soluciones sólidas. Las soluciones sólidas son fases sólidas en las que las proporciones entre los componentes pueden cambiar. En una solución sólida, al igual que en los metales puros, los átomos en el espacio están ordenados regularmente y forman una red cristalina. Esto es lo que los distingue de las soluciones líquidas. En una solución sólida, una de las sustancias que componen la aleación conserva su red cristalina, y la segunda sustancia, que ha perdido su estructura cristalina, se distribuye en forma de átomos individuales en la red cristalina de la primera. La primera sustancia es un solvente y la segunda es soluble. Dependiendo de la naturaleza de la distribución de átomos de un elemento soluble, se distinguen soluciones sólidas de intersticial, sustitución y sustracción; independientemente del tipo de solución sólida, tienen en común que son monofásicos y existen en un rango de concentraciones. Las soluciones sólidas se caracterizan por un tipo de enlace metálico. Algunos metaloides (hidrógeno, nitrógeno, carbono, boro, que forman soluciones sólidas intersticiales con metales) tienen los tamaños atómicos más pequeños. Pero incluso para estos elementos, el tamaño de los átomos supera un poco el tamaño de los espacios interatómicos en la red cristalina de los metales, por lo tanto, cuando se forman soluciones sólidas intersticiales, la red se distorsiona y surgen tensiones en ella. En este caso, la concentración de la solución sólida intersticial no puede ser alta. Rara vez supera el 12-1%. En soluciones sólidas de sustitución, los átomos del elemento soluble toman el lugar de los átomos del metal base. Los átomos extraños pueden reemplazar a los átomos del solvente en cualquier lugar, por lo que tales soluciones se denominan soluciones sólidas desordenadas. Los tamaños de los átomos de un elemento soluble siempre difieren de los tamaños del átomo del solvente (son más grandes o más pequeños), por lo tanto, cuando se forma una solución sólida de sustitución, la red cristalina del metal solvente se distorsiona sin perder su estructura básica. . Las soluciones sólidas de sustitución pueden ser limitadas e ilimitadas. Una de las condiciones para la solubilidad ilimitada es el factor de tamaño. Cuanto mayor es la diferencia en los radios atómicos, menor es la solubilidad. Con una disminución de la temperatura en soluciones sólidas de sustitución, se produce un proceso de redistribución de átomos, como resultado de lo cual los átomos del elemento disuelto ocuparán lugares estrictamente definidos en la red del solvente. Estas soluciones sólidas se denominan soluciones sólidas ordenadas y su estructura se denomina superestructura. Algunos elementos modifican su estructura cristalina dependiendo de los cambios en las condiciones externas - temperatura y presión. En estado sólido, el litio y el molibdeno tienen una red cúbica centrada en el cuerpo; aluminio, plata, oro, platino - centrado en la cara, y magnesio, circonio - hexagonal. Cuando la temperatura cambia, puede resultar que para el mismo metal una red diferente sea más estable que la que estaba a una temperatura diferente. Este fenómeno se llama polimorfismo. Cada tipo de red representa una modificación o modificación alotrópica. En las transformaciones polimórficas de los metales, la temperatura es de primordial importancia. La transformación de una forma alotrópica en otra se produce a una temperatura constante, denominada temperatura de transformación polimórfica, y va acompañada de un efecto térmico, similar a los fenómenos de fusión-solidificación o evaporación-condensación. Esto se debe a la necesidad de gastar una cierta cantidad de energía en la reorganización de la red cristalina. 13. Deformación elástica y plástica de los metales. La deformación es un cambio en la forma y el tamaño del cuerpo, la deformación puede ser causada por la influencia de fuerzas externas, así como por otros procesos físicos y mecánicos que ocurren en el cuerpo. Las deformaciones incluyen fenómenos tales como cortante, compresión, tensión, flexión y torsión. La deformación elástica es una deformación que desaparece después de que se retira la carga. La deformación elástica no provoca cambios residuales en las propiedades y estructura del metal; bajo la acción de la carga aplicada, se produce un desplazamiento reversible insignificante de átomos. Cuando se estira un solo cristal, las distancias entre los átomos aumentan, y cuando se comprime, los átomos se acercan entre sí. Cuando los átomos se desplazan de la posición de equilibrio, se altera el equilibrio de las fuerzas de atracción y repulsión electrostática. Una vez eliminada la carga, los átomos desplazados, debido a la acción de fuerzas de atracción o repulsión, vuelven a su estado de equilibrio original y los cristales adquieren sus dimensiones y forma originales. La deformación puede ser elástica, desapareciendo después de retirar la carga, y plástica, permaneciendo después de retirar la carga. El esfuerzo más pequeño causa deformación, y las deformaciones iniciales son siempre elásticas y su magnitud depende directamente del esfuerzo. Las principales propiedades mecánicas son fuerza, plasticidad, elasticidad. La plasticidad es importante, determina la posibilidad de fabricar productos por varios métodos de tratamiento a presión. Estos métodos se basan en la deformación plástica del metal. Los materiales que tienen mayor plasticidad son menos sensibles a los concentradores de tensión. Para ello se realiza una valoración comparativa de diversos metales y aleaciones, así como su control de calidad en la fabricación de productos. La naturaleza física de la deformación de los metales. Bajo la acción de las tensiones, se produce un cambio en la forma y el tamaño del cuerpo. Las tensiones surgen cuando fuerzas externas de tensión, compresión actúan sobre el cuerpo, así como también como resultado de transformaciones de fase y algunos otros procesos fisicoquímicos que están asociados con un cambio de volumen. Un metal que se encuentra en estado tensionado, bajo cualquier tipo de tensión, siempre experimenta tensiones normales y tangenciales, la deformación bajo la acción de las tensiones puede ser elástica y plástica. El plástico se produce bajo la acción de esfuerzos cortantes. Elástico: esta es una deformación que, después de la terminación de la acción que causó el estrés, desaparece por completo. Durante la deformación elástica, hay un cambio en las distancias entre los átomos en la red cristalina del metal. Con un aumento en las distancias interatómicas, aumentan las fuerzas de atracción mutua de los átomos. Cuando se elimina el estrés bajo la acción de estas fuerzas, los átomos vuelven a su posición original. La distorsión de la red desaparece, el cuerpo recupera completamente su forma y dimensiones. Si las tensiones normales alcanzan el valor de las fuerzas de enlace interatómico, se producirá una fractura frágil por separación. La deformación elástica es causada por pequeñas tensiones tangenciales. La deformación plástica es la deformación que permanece después de la terminación de la acción de los esfuerzos que la causaron. Durante la deformación plástica en la red cristalina de un metal, bajo la acción de tensiones tangenciales, se produce un desplazamiento irreversible de los átomos. A voltajes bajos, los átomos se desplazan ligeramente y, una vez que se elimina la tensión, vuelven a su posición original. Con un aumento en el esfuerzo cortante, se observa un desplazamiento irreversible de los átomos por el parámetro de la red, es decir, se produce una deformación plástica. Con un aumento de los esfuerzos cortantes por encima de un cierto valor, la deformación se vuelve irreversible. Cuando se elimina la carga, se elimina el componente elástico de la deformación. Queda parte de la deformación, que se llama plástica. Durante la deformación plástica, la estructura del metal y sus propiedades cambian irreversiblemente. La deformación plástica se realiza por deslizamiento y maclado. El deslizamiento en la red cristalina procede a lo largo de planos y direcciones con un denso empaquetamiento de átomos, donde la resistencia al corte es la más baja. Esto se explica por el hecho de que la distancia entre planos atómicos adyacentes es máxima, es decir, la conexión entre ellos es mínima. Los planos de deslizamiento y las direcciones de deslizamiento que se encuentran en estos planos forman un sistema de deslizamiento. En los metales pueden actuar simultáneamente uno o varios sistemas de deslizamiento. Los metales con una red cristalina cúbica (fcc y bcc) tienen una alta plasticidad, el deslizamiento en ellos ocurre en muchas direcciones. El proceso de deslizamiento no debe representarse como el movimiento simultáneo de una parte del cristal con respecto a otra, se lleva a cabo como resultado del movimiento de dislocaciones en el cristal. El desplazamiento de una dislocación en el plano de deslizamiento MM a través del cristal conduce a un desplazamiento de la parte correspondiente del cristal en una distancia interplanar, y se forma un escalón en el lado derecho de la superficie del cristal. 14. Tipos de fractura: conceptos de fractura dúctil y frágil La fatiga es la destrucción de los metales bajo la acción de cargas repetidas. Ocurre en los resortes de la automatización. La mayoría de las fallas de las piezas se deben a la fatiga del material. La falla por fatiga se desarrolla en partes que operan a esfuerzos menores que el límite elástico del material. La deformación elástico-plástica, cuando se alcanzan tensiones suficientemente altas, puede resultar en la destrucción del cuerpo. El proceso de destrucción consta de varias etapas: el inicio de microfisuras, la formación de macrofisuras y la propagación de una macrofisura por toda la sección del cuerpo. En general, se hace una distinción entre fracturas dúctiles y frágiles. El tipo de destrucción depende de muchos factores: la composición del metal, su estado estructural, las condiciones de carga y la temperatura. El tipo de fractura, dúctil o frágil, se determina mediante el estudio de las fracturas. La fractura frágil se caracteriza por una fractura de arroyo. La fractura dúctil se produce por cizallamiento bajo la acción de esfuerzos de cizallamiento y se acompaña de una importante deformación plástica. La fractura dúctil se caracteriza por una fractura fibrosa (mata) de una pieza o muestra. La fractura por fragilidad se produce bajo la acción de las tensiones de tracción normales, lo que provoca la separación de una parte del cuerpo de otra sin dejar rastros perceptibles de deformación macroplástica. La fractura frágil se caracteriza por una fractura cristalina (brillante). La fractura frágil está precedida por una deformación plástica hasta que se alcanza una fisura de tamaño crítico y luego por una fractura frágil libre de dislocaciones. La fractura frágil es un proceso espontáneo. La aparición de microfisuras en fracturas dúctiles y frágiles se produce por la acumulación de dislocaciones frente a los límites de grano u otros obstáculos (inclusiones no metálicas, partículas de carburo, límites de interfase), lo que conduce a la concentración de tensiones. Al analizar la microestructura, se distingue la destrucción transcristalina (a lo largo del cuerpo del grano) e intercristalina (a lo largo de los límites del grano). La destrucción del metal en las condiciones operativas de estructuras y máquinas puede ser no solo dúctil o frágil, sino también mixta: dúctil-frágil. Los materiales se destruyen de manera diferente en casos de fatiga y bajo cargas individuales. La fractura se caracteriza por la ausencia de signos externos de deformación plástica en una fractura, es decir, en general, una fractura por fatiga tiene el carácter de una fractura frágil. Sin embargo, en microvolúmenes y capas delgadas de la sección transversal de una muestra cargada, puede haber deformaciones plásticas que conduzcan al inicio de grietas. Estas grietas, que se desarrollan y propagan gradualmente, conducen a la destrucción final del material. En el caso de la carga de fatiga, el inicio de la deformación plástica causada por el movimiento de las dislocaciones puede ser en esfuerzos por debajo del límite elástico. Con un aumento en el número de ciclos de carga, aumenta la densidad de dislocaciones, principalmente en las capas superficiales. Las finas líneas de deslizamiento en la superficie se convierten en franjas características, cuyo perfil se presenta en forma de protuberancias y depresiones. La profundidad de las cavidades, dependiendo del tiempo de prueba, puede llegar a 10-30 µm. Durante la formación de bandas deslizantes estables, se alternan regiones con densidades de dislocaciones altas y bajas. Las grietas por fatiga se originan en depresiones superficiales. Uno de los posibles mecanismos para la formación de protuberancias y cavidades está asociado con el movimiento circular de las dislocaciones de los tornillos. Una dislocación de tornillo se mueve de un plano a otro a lo largo de un contorno cerrado con la ayuda del deslizamiento cruzado. Como resultado, la dislocación alcanza la superficie, en la que se forman protuberancias y depresiones. Las microfisuras bajo carga cíclica se nuclean en la etapa inicial de la prueba debido a la entrada de vacantes y la subsiguiente formación y coalescencia de microporos. Se puede formar una gran cantidad de microfisuras en la muestra. Pero en el futuro, no se desarrollan todas las microfisuras, sino solo aquellas que tienen los picos más agudos y están ubicadas de manera más favorable en relación con las tensiones actuantes. La fisura más larga, aguda y profunda, que se propaga a lo largo de la sección transversal de la muestra, conduce a la destrucción final de la muestra: la presencia de una zona de fisura de crecimiento progresivo y una zona de fractura final es típica de la fractura por fatiga de la muestra. En la zona de una fisura de crecimiento progresivo se observan franjas en forma de líneas curvas. Las bandas se forman como resultado de tirones y retrasos en el movimiento de una fisura debido al endurecimiento del metal en su base y expansión de su frente. El proceso de destrucción bajo cargas cíclicas se ve significativamente afectado por los concentradores de tensión. Los concentradores de tensión pueden ser constructivos (transiciones bruscas de sección a sección), tecnológicos (arañazos, grietas, riesgos del cortador), metalúrgicos (poros, conchas). Independientemente de su origen, los concentradores de tensión reducen en cierta medida el límite de fatiga al mismo nivel de tensiones alternas. Para evaluar el efecto de un concentrador de esfuerzos sobre la fatiga, se ensayan especímenes lisos y con muescas bajo un ciclo de esfuerzos simétrico. La incisión en la muestra se realiza en forma de socavadura circular aguda. 15. Propiedades eléctricas de los materiales conductores Los metales puros y las aleaciones de metales se utilizan como materiales conductores. Los metales puros tienen la conductividad más alta, con la excepción del mercurio. Los cables y alambres de bobinado, instalación e instalación están hechos de cobre y aluminio. El aluminio pertenece al grupo de los metales ligeros. Su densidad es de 2,7 g/cm3. La disponibilidad, la alta conductividad y la resistencia a la corrosión atmosférica han permitido que el aluminio se utilice ampliamente en la ingeniería eléctrica. Las desventajas del aluminio son la baja resistencia a la tracción mecánica y una mayor suavidad, incluso en el aluminio estirado. El aluminio es un metal de color plateado o blanco plateado. Su punto de fusión es de 658-660 °C. Los cables de aluminio desnudo pueden funcionar durante mucho tiempo debido a que el aluminio se cubre con una fina película de óxido en poco tiempo. Esto sirve como protección contra el oxígeno. La película de óxido en los alambres de aluminio tiene una resistencia eléctrica significativa y, por lo tanto, se forman grandes resistencias transitorias en las uniones de los alambres de aluminio. Las juntas se limpian con vaselina para evitar el efecto del oxígeno sobre el aluminio. Al humedecer las uniones de alambres de aluminio con otros alambres de otros metales (cobre, hierro) obtenidos mecánicamente (uniones atornilladas), se forman pares galvánicos con cierta fuerza electromotriz. En este caso, se destruirá el cable de aluminio bajo la influencia de la corriente local. Para evitar la formación de vapores galvánicos en una atmósfera húmeda, las uniones con otros cables fabricados con otros metales deben protegerse cuidadosamente de la humedad mediante barnizado y otros métodos. Los óxidos de nitrógeno (NO), el cloro (Cl), el dióxido de azufre (SCy, los ácidos clorhídrico y sulfúrico y otros agentes) causan la corrosión directa del aluminio. Las conexiones de cables confiables entre sí, así como con cables de otros metales, se realizan utilizando soldadura en frío o en caliente Cuanto mayor sea la pureza química del aluminio, mejor resistirá la corrosión.Por lo tanto, los grados más puros de aluminio con un contenido de metal puro del 99,5% se utilizan para la fabricación de electrodos en condensadores eléctricos, para la fabricación de aluminio. láminas y alambres de bobinado de diámetros pequeños de 0,05-0,08 mm Se utiliza aluminio conductor, que contiene al menos un 99,7 % de metal puro El aluminio se utiliza para la fabricación de alambre con un contenido de metal puro de al menos 99,5%. El alambre de aluminio se produce trefilando y laminando. Hay tres tipos de alambre de aluminio: AM (recocido blando), APT (semiduro) y AT (sin recocer duro). El alambre se produce con un diámetro de 0,08 a 10 mm. Los semiconductores conforman una vasta área de materiales que se diferencian entre sí por una gran variedad de propiedades eléctricas y físicas, así como por una gran variedad de composición química, lo que determina diversas finalidades en su uso técnico. De acuerdo con su naturaleza química, los semiconductores se pueden dividir en los siguientes cuatro grupos principales. 1. Materiales semiconductores cristalinos construidos a partir de átomos y moléculas de un elemento. 2. Materiales semiconductores cristalinos de óxido, es decir, materiales a partir de óxidos metálicos. 3. Materiales semiconductores cristalinos basados en compuestos de átomos de los grupos tercero y quinto del sistema de elementos de la tabla periódica. 4. Materiales semiconductores cristalinos basados en compuestos de azufre, selenio, cobre, plomo: se denominan sulfuros, seleniuros. El carburo de silicio pertenece al primer grupo de materiales semiconductores y es el material monocristalino más común. Este material semiconductor es una mezcla de muchos cristales pequeños, soldados aleatoriamente entre sí. El carburo de silicio se forma a alta temperatura cuando se combinan grafito y silicio. Se utiliza en fotocélulas, diodos. La posibilidad de aumentar la temperatura de funcionamiento del aislamiento es muy importante para la práctica. En las máquinas y aparatos eléctricos, un aumento del calentamiento, que suele estar limitado precisamente por los materiales de aislamiento eléctrico, permite obtener más potencia con las mismas dimensiones, o manteniendo la potencia, reducir el tamaño y el coste del producto. GOST prevé la división de materiales de aislamiento eléctrico para máquinas, transformadores y aparatos eléctricos en clases de resistencia al calor, para las cuales se fijan las temperaturas de funcionamiento más altas permitidas cuando estos materiales se utilizan en equipos eléctricos de uso general que funcionan durante mucho tiempo en condiciones normales de funcionamiento. condiciones para este tipo de equipos eléctricos. A estas temperaturas, se garantiza una vida útil razonable de los equipos eléctricos. La clase Y incluye los materiales fibrosos a base de celulosa y seda (hilados, tejidos, cintas, papeles, cartones, madera, etc.), salvo que estén impregnados y sumergidos en una capa líquida aislante eléctrica. 16. Métodos para determinar las propiedades eléctricas. Los metales con alta conductividad eléctrica (cobre, aluminio) se utilizan en ingeniería eléctrica, para la instalación de líneas eléctricas y aleaciones con alta resistencia eléctrica, para calentadores eléctricos incandescentes. Propiedades térmicas de los dieléctricos: resistencia al calor, resistencia al frío, conductividad térmica, dilatación térmica. Resistencia al calor: la capacidad de los materiales y productos de aislamiento eléctrico para resistir la exposición a altas temperaturas durante algún tiempo sin dañarlos. La resistencia al calor de los dieléctricos inorgánicos está determinada por el comienzo de un cambio significativo en las propiedades eléctricas. Y la resistencia al calor de los dieléctricos orgánicos está determinada por la aparición de deformaciones mecánicas de tracción o flexión, la inmersión de la aguja en el material bajo presión cuando se calienta y por las características eléctricas. El envejecimiento térmico del aislamiento es un deterioro en la calidad del aislamiento, determinado por una exposición prolongada a temperaturas elevadas. La tasa de envejecimiento se ve afectada por la temperatura a la que opera el aislamiento de las máquinas eléctricas y otras estructuras de aislamiento eléctrico. La tasa de envejecimiento también está influenciada por cambios en la presión del aire o la concentración de oxígeno, la presencia de ozono, reactivos químicos que retrasan o aceleran el envejecimiento. El envejecimiento térmico se acelera por exposición a los rayos ultravioleta, por exposición a un campo eléctrico, estrés mecánico. GOST prevé la división de materiales de aislamiento eléctrico para máquinas, transformadores y aparatos eléctricos en clases de resistencia al calor. A temperaturas aceptables, se garantiza una vida útil razonable de los equipos eléctricos. Clase Y: Materiales fibrosos a base de celulosa y seda no impregnados o sumergidos en una capa líquida aislante eléctrica. Clase A: materiales fibrosos orgánicos que trabajan con barnices impregnados y sumergidos en material líquido aislante eléctrico, es decir, protegidos del oxígeno atmosférico. Clase E: plásticos con carga orgánica y ligante termoendurecible como fenol-formaldehído y resinas similares, aislamiento de hilos esmaltados sobre barnices de poliuretano y epoxi. Las clases Y, A, E incluyen materiales aislantes eléctricos puramente orgánicos. La rigidez dieléctrica está determinada por el voltaje de ruptura relacionado con la corriente dieléctrica en el sitio de ruptura. La ruptura de los dieléctricos líquidos ocurre como resultado de procesos térmicos de ionización. El principal factor de descomposición es la presencia de impurezas extrañas. La presencia de impurezas dificulta la creación de una teoría de descomposición para estas sustancias. Por lo tanto, las ideas de la teoría de la ruptura eléctrica se aplican a líquidos que se purifican al máximo de las impurezas. A altas intensidades de campo eléctrico, los electrones pueden ser expulsados del metal de los electrodos y las moléculas del propio líquido pueden destruirse debido a impactos con partículas cargadas. En este caso, la mayor rigidez dieléctrica de los dieléctricos líquidos en comparación con los dieléctricos gaseosos se explica por el camino libre medio de electrones significativamente más corto. La descomposición de los líquidos que contienen inclusiones de gas se explica por el sobrecalentamiento local del líquido (debido a la energía liberada en las burbujas de gas que se ionizan con relativa facilidad), lo que conduce a la formación de un canal de gas entre los electrodos. La presencia de agua en un dieléctrico líquido reduce su rigidez dieléctrica. El agua a temperatura normal está contenida en el dieléctrico en forma de pequeñas gotas. Bajo la influencia de un campo eléctrico, las gotas se polarizan y crean cadenas con mayor conductividad entre los electrodos, a lo largo de las cuales se produce una ruptura eléctrica. Se observa una peculiar dependencia de la temperatura de la fuerza eléctrica de un dieléctrico líquido que contiene agua. A medida que aumenta la temperatura, el agua pasa al estado de una solución molecular, en la que tiene poco efecto sobre la fuerza eléctrica. La fuerza eléctrica del dieléctrico líquido aumenta hasta un cierto máximo. Una disminución adicional de la fuerza eléctrica se explica por los fenómenos de ebullición de líquidos. Un aumento de la rigidez eléctrica del aceite del transformador a bajas temperaturas está asociado con un aumento de la viscosidad del aceite y valores más bajos de la constante dieléctrica del hielo en comparación con el agua. Las inclusiones sólidas (hollín, fibras) distorsionan el campo eléctrico dentro del líquido y también conducen a una disminución de la fuerza eléctrica de los líquidos dieléctricos. La purificación de dieléctricos líquidos de impurezas aumenta significativamente la rigidez dieléctrica. Por ejemplo, el aceite de transformador sin refinar tiene una fuerza eléctrica de aproximadamente 4 MV/m; después de una limpieza a fondo, se eleva a 20-25 MV / m. La ruptura de los dieléctricos líquidos, así como los gases, se ve afectada por la forma de los electrodos: con un aumento en el grado de falta de homogeneidad del campo eléctrico, la tensión de ruptura a las mismas distancias disminuye. En campos eléctricos no homogéneos, así como en gases, puede haber una ruptura incompleta: una corona. La corona a largo plazo en dieléctricos líquidos es inaceptable, ya que provoca la descomposición del líquido. La frecuencia de la corriente afecta la rigidez dieléctrica. 17. Capacidad calorífica y conductividad térmica de metales y aleaciones La capacidad calorífica es la capacidad de una sustancia para absorber calor cuando se calienta. Su característica es la capacidad calorífica específica: la cantidad de energía absorbida por una unidad de masa cuando se calienta un grado. La posibilidad de grietas en el metal depende de la magnitud de la conductividad térmica. Si la conductividad térmica es baja, aumenta el riesgo de agrietamiento. Así, los aceros aleados tienen una conductividad térmica cinco veces menor que la del cobre y el aluminio. El tamaño de la capacidad calorífica afecta el nivel de combustible consumido para calentar la palanquilla a una temperatura determinada. Para aleaciones metálicas, la capacidad calorífica específica está en el rango de 100-2000 J / (kg * K). Para la mayoría de los metales, la capacidad calorífica es de 300-400 J/(kg * K). La capacidad calorífica de los materiales metálicos aumenta al aumentar la temperatura. Los materiales poliméricos, por regla general, tienen una capacidad calorífica específica de 1000 J/(kg·K) o más. Las propiedades eléctricas de los materiales se caracterizan por la presencia de portadores de carga de electrones o iones y su libertad de movimiento bajo la acción de un campo eléctrico. Las altas energías de los enlaces covalentes e iónicos imparten propiedades dieléctricas a los materiales con este tipo de enlaces. Su débil conductividad eléctrica se debe a la influencia de las impurezas, y bajo la influencia de la humedad, que forma soluciones conductoras con impurezas, aumenta la conductividad eléctrica de dichos materiales. Los materiales con diferentes tipos de enlaces tienen diferentes coeficientes de temperatura de resistencia eléctrica: para los metales es positivo, para los materiales con enlaces covalentes e iónicos es negativo. Cuando los metales se calientan, la concentración de portadores de carga: los electrones no aumentan y la resistencia a su movimiento aumenta debido a un aumento en las amplitudes de las vibraciones atómicas. En materiales con un enlace covalente o iónico, cuando se calientan, la concentración de portadores de carga aumenta tanto que se neutraliza el efecto de interferencia por un aumento en las vibraciones atómicas. La conductividad térmica es la transferencia de energía térmica en sólidos, líquidos y gases con inmovilidad macroscópica de partículas. La transferencia de calor se produce de las partículas más calientes a las más frías y obedece a la ley de Fourier. La conductividad térmica depende del tipo de enlace interatómico, temperatura, composición química y estructura del material. El calor en los sólidos se transfiere mediante electrones y fonones. El mecanismo de transferencia de calor está determinado principalmente por el tipo de enlace: en los metales, el calor se transfiere mediante electrones; en materiales con un tipo de enlace covalente o iónico: fonones. El diamante es el más térmicamente conductor. En los semiconductores, a muy baja concentración de portadores de carga, la conductividad térmica la realizan principalmente los fonones. Cuanto más perfectos sean los cristales, mayor será su conductividad térmica. Los monocristales conducen el calor mejor que los policristales, ya que los límites de los granos y otros defectos en la estructura del cristal dispersan los fonones y aumentan la resistencia eléctrica. La red cristalina crea un espacio de energía periódica en el que se facilita la transferencia de calor por electrones o fonones en comparación con el estado amorfo. Cuantas más impurezas contenga el metal, más finos serán los granos y más distorsionada la red cristalina, menor será la conductividad térmica. Cuanto mayor sea el tamaño de grano, mayor será la conductividad térmica. El dopaje introduce distorsión en las redes cristalinas de soluciones sólidas y reduce la conductividad térmica en comparación con el metal puro, la base de la aleación. Los componentes estructurales que representan mezclas dispersas de varias fases (eutécticos, eutectoides) reducen la conductividad térmica. Las estructuras con una distribución uniforme de partículas de fase tienen una conductividad térmica más baja que la base de aleación. El tipo limitante de tal estructura es un material poroso. En comparación con los sólidos, los gases son aislantes térmicos. El grafito tiene una alta conductividad térmica. Cuando el calor se transfiere paralelo a las capas de átomos de carbono del plano basal, la conductividad térmica del grafito supera la conductividad térmica del cobre en más de 2 veces Las placas de grafito ramificado en fundición gris tienen una estructura monocristalina y por lo tanto tiene una alta conductividad térmica. La fundición dúctil con grafito nodular con la misma fracción volumétrica de grafito tiene una conductividad térmica de 25...40 W/m*K, que es casi la mitad que la fundición gris. Cuando se calientan, convergen las conductividades térmicas de los aceros de diferentes clases. El vidrio tiene una baja conductividad térmica. Los materiales poliméricos conducen mal el calor; la conductividad térmica de la mayoría de los termoplásticos no supera los 1,5 W/(mOK). La conductividad térmica puede cambiar de la misma manera que la conductividad eléctrica si la conductividad térmica electrónica del metal es baja. Luego, cualquier cambio que ocurra en la composición química y de fase y en la estructura de la aleación afecta la conductividad térmica así como la conductividad eléctrica (de acuerdo con la regla de Wiedemann-Franz). A medida que la composición de la aleación se aleja de los componentes puros, la conductividad térmica disminuye. La excepción son, por ejemplo, las aleaciones de cobre y níquel, en las que se produce el fenómeno contrario. 18. Dilatometría. Propiedades magnéticas de metales y aleaciones. Métodos de determinación Dilatometría - rama de la física; tarea principal: estudio de la influencia de las condiciones externas (temperatura, presión, campos eléctricos, magnéticos, radiación ionizante) en las dimensiones de los cuerpos. El principal tema de estudio: la expansión térmica de los cuerpos y las anomalías resultantes. método dilatométrico. Cuando los metales y las aleaciones se calientan, el volumen y las dimensiones lineales del cuerpo cambian: expansión térmica. Si estos cambios se deben solo a un aumento en la energía de las vibraciones atómicas debido a un aumento en la temperatura, cuando la temperatura vuelve al nivel anterior, también se restauran las dimensiones originales del cuerpo. Si se producen transformaciones de fase en el cuerpo durante el calentamiento (o el enfriamiento), los cambios de tamaño pueden ser irreversibles. Los cambios en el tamaño de los cuerpos asociados con el calentamiento y el enfriamiento se estudian en dispositivos especiales: dilatómetros. El método dilatométrico es un método mediante el cual se determinan los puntos críticos de metales y aleaciones, se estudian los procesos de descomposición de soluciones sólidas y se establecen los intervalos de temperatura para la existencia de fases de endurecimiento. La ventaja de estos instrumentos es su alta sensibilidad e independencia de las lecturas de la tasa de cambio de temperatura. La alta sensibilidad de los métodos de medición eléctrica se usa ampliamente en el estudio de transformaciones de fase, defectos de estructura fina y otros fenómenos que ocurren en metales y aleaciones que no pueden ser estudiados por otros métodos de investigación. La resistencia eléctrica se mide utilizando varios circuitos puente, así como métodos de compensación. Varios métodos de análisis magnético se utilizan en el estudio de procesos asociados con la transición del estado paramagnético al estado ferromagnético (o viceversa), y es posible cuantificar estos procesos. El análisis magnético se usa ampliamente para resolver problemas de metalurgia práctica, como estudiar el efecto del tratamiento térmico, la deformación y la aleación en la estructura. También es posible utilizar el análisis magnético para resolver algunos problemas más complejos de la metalurgia física. El método de la fricción interna se basa en el estudio de las pérdidas de energía irreversibles de las vibraciones mecánicas en el interior de un cuerpo sólido. Usando este método, es posible calcular los coeficientes de difusión con alta precisión, también a bajas temperaturas, donde ningún otro método es aplicable; determinar el cambio en la concentración de soluciones sólidas; distribución de impurezas; obtener información sobre transformaciones de fase y polimórficas y cambios en la estructura de la dislocación. Los aceros magnéticos duros y las aleaciones se utilizan para fabricar imanes permanentes. Para los imanes permanentes, se utilizan aceros de alto carbono con 1% C, aleados con cromo (3%) EX3, así como simultáneamente con cromo y cobalto, EX5K5, EX9K15M2. Los elementos de aleación aumentan la energía coercitiva y magnética. Las aleaciones de tipo alnico son ampliamente utilizadas en la industria. Las aleaciones son duras, quebradizas e indeformables, por lo que los imanes se fabrican a partir de ellas mediante fundición y luego se trituran. Los materiales se dividen en diamagnetos, paramagnetos y ferromagnetos, según el grado de su susceptibilidad magnética y cuál sea su signo. Los diamagnetos tienen una susceptibilidad magnética negativa. Su magnetización se dirige en dirección opuesta al campo magnético aplicado. Esto conduce a un debilitamiento de este campo. Los semiconductores (Si, Ge), los dieléctricos (polímeros), algunos metales que no son de transición (Be, Cu, Ag, Pb) son diamagnetos. Los paraimanes tienen una magnetización baja, que ocurre bajo la influencia de un campo externo. Los paraimanes son K, Na, Al y los metales de transición Mo, W, Ti. Los ferroimanes se caracterizan por una alta susceptibilidad magnética. Estos incluyen: hierro, cobalto, níquel y gadolinio. Características: inducción residual Vg, fuerza coercitiva Hc y permeabilidad magnética m = V/N. Inducción residual: inducción magnética, que permanece en la muestra como resultado de su magnetización y posterior desmagnetización. Fuerza coercitiva: la fuerza del campo magnético de signo opuesto, aplicada a la muestra para desmagnetizarla. La permeabilidad magnética es la característica principal de la intensidad de magnetización. Habiendo determinado la tangente del ángulo de pendiente a la curva de magnetización primaria B = f(H), se puede calcular la permeabilidad magnética. La aleación YUNDK15 contiene 18 a 19 % de Ni, 8.5 a 9.5 % de Al, 14 a 15 % de Co y 3 a 4 % de Cu. Los aceros magnéticos blandos (acero eléctrico) (1212, 1311, 1511, 2011, 2013, 2211, 2312, 2412, 3415, 3416, 79NM, 81NMA) se utilizan para la fabricación de circuitos magnéticos de CC y CA. Están destinados a la fabricación de armaduras y polos de máquinas de corriente continua, rotores y estatores de motores asíncronos, etc. Los aceros paramagnéticos (17Kh18N9, 12Kh18N10T, 55G9N9Kh3, 40G14N9F2, 40Kh14N9Kh3YuF2, etc.) son necesarios en ingeniería eléctrica, fabricación de instrumentos, construcción naval y áreas especiales de tecnología. La desventaja de estos aceros es su bajo límite elástico (150-350 MPa), lo que dificulta su uso en piezas de máquinas sometidas a cargas elevadas. 19. El valor de las propiedades mecánicas y físicas en el funcionamiento de los productos. Propiedades como indicadores de la calidad del material. Las propiedades de los metales se dividen en físicas, químicas, mecánicas y tecnológicas. Las propiedades físicas incluyen: color, gravedad específica, fusibilidad, conductividad eléctrica, propiedades magnéticas, conductividad térmica, capacidad calorífica, capacidad de expansión cuando se calienta. A química - oxidabilidad, solubilidad y resistencia a la corrosión. A mecánica - fuerza, dureza, elasticidad, viscosidad, plasticidad. A tecnológico: templabilidad, fluidez, ductilidad, soldabilidad, maquinabilidad. La fuerza de un metal es su capacidad para resistir la acción de fuerzas externas sin colapsar. La dureza es la capacidad de un cuerpo para resistir la penetración de otro cuerpo más sólido en él. Elasticidad - la propiedad de un metal para restaurar su forma después de la terminación de la acción de fuerzas externas que causaron un cambio en la forma (deformación). La viscosidad es la capacidad de un metal para resistir fuerzas externas (choque) que aumentan rápidamente. La viscosidad es la propiedad opuesta a la fragilidad. La plasticidad es la propiedad de un metal de deformarse sin destrucción bajo la acción de fuerzas externas y de retener una nueva forma después del cese de las fuerzas. La plasticidad es la propiedad opuesta a la elasticidad. Los métodos modernos de prueba de metales son pruebas mecánicas, análisis químico, análisis espectral, análisis metalográfico y de rayos X, muestras tecnológicas, detección de fallas. Estas pruebas brindan la oportunidad de tener una idea de la naturaleza de los metales, su estructura, composición y propiedades, así como para determinar la buena calidad de los productos terminados. Las pruebas mecánicas son de suma importancia en la industria. Detalles de máquinas, mecanismos y estructuras de trabajo bajo carga. Las cargas sobre las piezas son de varios tipos: algunas piezas están cargadas con una fuerza que actúa constantemente en una dirección, otras están sujetas a impactos y, en otras, las fuerzas cambian con mayor o menor frecuencia en magnitud y dirección. Algunas partes de las máquinas están sujetas a cargas a temperaturas elevadas, bajo la acción de la corrosión; tales piezas funcionan en condiciones difíciles. De acuerdo con esto, se han desarrollado varios métodos para probar metales, con la ayuda de los cuales se determinan las propiedades mecánicas. Los ensayos más habituales son los ensayos estáticos de tracción, dinámicos y de dureza. Las pruebas estáticas son aquellas pruebas en las que el metal que se está probando se somete a una fuerza constante o una fuerza que aumenta muy lentamente. Las pruebas dinámicas son pruebas en las que el metal que se está probando se somete a un impacto o fuerza que aumenta muy rápidamente. Además, en algunos casos, se realizan ensayos de fatiga, fluencia y desgaste, que dan una imagen más completa de las propiedades de los metales. Las propiedades mecánicas son suficiente resistencia. Los metales tienen una mayor resistencia en comparación con otros materiales, por lo que las partes cargadas de máquinas, mecanismos y estructuras suelen estar hechas de metales. Para la fabricación de muelles y muelles se utilizan aceros especiales y aleaciones de alta elasticidad. La plasticidad de los metales permite procesarlos por presión (forja, laminación). propiedades físicas. En la construcción de aviones, automóviles y vagones, el peso de las piezas suele ser la característica más importante, por lo que las aleaciones de aluminio y magnesio son especialmente útiles aquí. La resistencia específica de algunas aleaciones de aluminio es mayor que la del acero dulce. La fusibilidad se utiliza para hacer fundiciones vertiendo metal fundido en moldes. Los metales de bajo punto de fusión (plomo) se utilizan como medio de endurecimiento para el acero. Algunas aleaciones complejas tienen un punto de fusión bajo que se derrite en agua caliente. Tales aleaciones se utilizan para fundir matrices de impresión, en dispositivos que sirven para proteger contra incendios. Los metales con alta conductividad eléctrica se utilizan en ingeniería eléctrica, para la construcción de líneas eléctricas, y las aleaciones con alta resistencia eléctrica para calentadores eléctricos incandescentes. Las propiedades magnéticas de los metales juegan un papel primordial en la ingeniería eléctrica (motores eléctricos, transformadores), en la instrumentación eléctrica (teléfonos y telégrafos). La conductividad térmica de los metales permite producir su calentamiento uniforme para tratamiento a presión, tratamiento térmico; proporciona la posibilidad de soldar metales, su soldadura. Propiedades químicas. La resistencia a la corrosión es especialmente importante para los productos que funcionan en entornos altamente oxidados (parrillas, piezas de maquinaria de la industria química). Para lograr una alta resistencia a la corrosión, se producen aceros especiales inoxidables, resistentes a los ácidos y resistentes al calor, y también se utilizan recubrimientos protectores para los productos. 20. Tipos de fases en aleaciones metálicas. regla de fase; regla de la palanca Un diagrama de estado es una representación gráfica del estado de cualquier aleación del sistema en estudio, en función de su concentración y temperatura. El estudio de cualquier aleación comienza con la construcción y análisis del diagrama de estado del sistema correspondiente. El diagrama de estado permite estudiar las fases y los componentes estructurales de la aleación. Utilizando el diagrama de estado, es posible establecer la posibilidad de tratamiento térmico y sus modos, temperaturas de fundición, deformación plástica en caliente. En cualquier sistema, el número de fases que están en equilibrio depende de las condiciones internas y externas. Las leyes de todos los cambios que ocurren en el sistema están sujetas a la ley general del equilibrio, que se denomina regla de las fases o ley de Gibbs. La regla de las fases expresa la relación entre el número de grados de libertad C (varianza) del sistema, el número de componentes K y el número de fases del sistema Ф que están en equilibrio. Los grados de libertad se denominan parámetros termodinámicos independientes, a los que se les pueden dar valores arbitrarios (en un cierto intervalo) para que los estados de fase no cambien (las fases antiguas no desaparecen y las nuevas no aparecen). Por lo general, todas las transformaciones en metales y aleaciones ocurren a presión atmosférica constante. Luego, la regla de fase se escribe de la siguiente manera: C \u1d K - F + XNUMX. La ecuación de la regla de fase le permite corregir la corrección de la construcción de diagramas de estado. Una fase es una parte homogénea del sistema, que está separada de otras partes del sistema (fases) por la interfase, al pasar por la cual la composición química o estructura de la sustancia cambia abruptamente. Un líquido homogéneo es un sistema monofásico, y una mezcla mecánica de dos cristales es un sistema bifásico, ya que cada cristal difiere del otro en composición o estructura, y están separados entre sí por una interfase. Los componentes son las sustancias que forman el sistema. La construcción de diagramas de estado se lleva a cabo mediante varios métodos experimentales. A menudo se utiliza el análisis térmico. Se seleccionan varias aleaciones de este sistema con diferentes proporciones de masa de sus componentes. Las aleaciones se colocan en crisoles refractarios y se calientan en un horno. Después de la fusión de las aleaciones, los crisoles con las aleaciones se enfrían lentamente y se fija la velocidad de enfriamiento. A partir de los datos obtenidos se construyen curvas térmicas en coordenadas tiempo-temperatura. Como resultado de las medidas se obtienen una serie de curvas de enfriamiento, en las que se observan los puntos de inflexión y los topes de temperatura a las temperaturas de transformación de fase. Las temperaturas correspondientes a las transformaciones sin fase se denominan puntos críticos. Los puntos correspondientes al comienzo de la cristalización se denominan puntos liquidus y los puntos correspondientes al final de la cristalización se denominan puntos solidus. Con base en las curvas de enfriamiento obtenidas para varias aleaciones del sistema en estudio, se construye un diagrama de fase en coordenadas; a lo largo del eje de abscisas - concentración de componentes, a lo largo del eje de ordenadas - temperatura. En el proceso de cristalización, tanto la concentración de las fases como la cantidad de cada fase cambian. En cualquier punto del diagrama, cuando existen dos fases simultáneamente en la aleación, se puede determinar la cantidad de ambas fases y su concentración. Para ello se utiliza la regla del apalancamiento o la regla de los segmentos. Regla del segmento. Este diagrama cubre las aleaciones cuyos componentes forman mezclas de sus granos prácticamente puros con una solubilidad mutua insignificante. La abscisa muestra el porcentaje del componente B en la aleación. La estructura de fase de las aleaciones en el diagrama depende de la temperatura. Con la acción termodinámica de los componentes entre sí, la temperatura de su transición al estado líquido disminuye, alcanzando un cierto mínimo en una composición determinada para cada par de componentes. La composición de la aleación se puede determinar proyectando el punto C sobre el eje de abscisas (punto Ve). Una aleación de dos componentes que se funde a una temperatura mínima se denomina eutéctica o eutéctica. El eutéctico es una mezcla uniforme de pequeños granos cristalizados simultáneamente de ambos componentes. La temperatura a la que ambos componentes se funden o cristalizan simultáneamente se denomina temperatura eutéctica. Los cambios cuantitativos en las aleaciones de un sistema dado de componentes durante la cristalización obedecen a la regla de los segmentos. Para determinar las concentraciones de componentes en las fases, se traza una línea horizontal a través de un punto dado que caracteriza el estado de la aleación hasta que se cruza con las líneas que limitan esta área; las proyecciones de los puntos de intersección sobre el eje de concentración muestran las composiciones de las fases. Al dibujar una línea horizontal a través de un punto dado, puede determinar la relación cuantitativa de las fases. Los segmentos de esta línea entre el punto dado y los puntos que determinan la composición de las fases son inversamente proporcionales a las cantidades de estas fases. La regla del segmento en diagramas de estado dual se usa solo en áreas de dos fases. En una región monofásica, solo hay una fase; cualquier punto dentro de la región caracteriza su concentración. 21. Soluciones sólidas de sustitución e inserción; fases intermedias; superestructuras Las soluciones sólidas son fases en las que uno de los componentes de la aleación conserva su red cristalina, mientras que los átomos de los demás componentes se ubican en la red del primer componente, cambiando sus dimensiones (períodos). La solución sólida, que consta de dos componentes, tiene un tipo de red y representa una fase. Distinguir entre soluciones sólidas de sustitución y soluciones sólidas intersticiales. Cuando se forma una solución sólida de sustitución, los átomos del componente disuelto reemplazan algunos de los átomos del solvente en su red cristalina. Durante la cristalización de un metal puro, hay dos fases en el sistema: líquido (metal fundido) y sólido (granos de metal solidificado). En las aleaciones duras, las fases son granos de metal puro, granos de solución sólida y granos de compuestos químicos. Todos los metales en estado líquido se disuelven unos en otros en cualquier proporción. Como resultado de la disolución, se forma una solución líquida homogénea con una distribución uniforme de átomos de un metal entre los átomos de otro metal. Algunos metales, que varían mucho en tamaño atómico, no se disuelven en estado líquido y pocos metales se disuelven en estado líquido hasta cierto punto. En la formación de aleaciones durante su solidificación, son posibles varias interacciones de los componentes. Si en el proceso de cristalización, la fuerza de interacción entre átomos homogéneos resulta ser mayor que la fuerza de interacción entre átomos heterogéneos, luego de la cristalización se forma una mezcla mecánica que consiste en granos de metales puros. En este caso, en la aleación dura estarán presentes granos de un metal puro y junto a ellos granos de otro metal puro. Esta forma de interacción ocurre cuando existe una gran diferencia en las propiedades de los metales incluidos en la aleación. Otra forma de interacción entre las sustancias que componen la aleación es la formación de soluciones sólidas. Las soluciones sólidas son fases sólidas en las que las proporciones entre los componentes pueden cambiar. En una solución sólida, al igual que en los metales puros, los átomos en el espacio están ordenados regularmente, formando una red cristalina. Esto es lo que los distingue de las soluciones líquidas. En una solución sólida, una de las sustancias que componen la aleación conserva su red cristalina, y la segunda sustancia, habiendo perdido su estructura cristalina, se distribuye en forma de átomos individuales en la red cristalina de la primera. La primera sustancia es un solvente y la segunda es soluble. Dependiendo de la naturaleza Las distribuciones de átomos de un elemento soluble distinguen entre soluciones sólidas de intersticial, sustitución y sustracción. Independientemente del tipo de solución sólida, tienen en común que son monofásicos y existen en un rango de concentraciones. Las soluciones sólidas se caracterizan por enlaces metálicos. En las soluciones sólidas intersticiales, los átomos del elemento soluble se distribuyen en la red cristalina del metal solvente, ocupando lugares entre sus átomos. Anteriormente se señaló que en los metales los átomos en la red cristalina están ubicados cerca uno del otro y los vacíos entre ellos son pequeños. Solo los átomos con tamaños muy pequeños pueden acomodarse en tales vacíos. Algunos metaloides (hidrógeno, nitrógeno, carbono, boro) tienen los tamaños de átomos más pequeños, que forman soluciones sólidas intersticiales con metales. Pero incluso en estos elementos, el tamaño de los átomos excede un poco el tamaño de los espacios interatómicos en la red cristalina de los metales, por lo tanto, cuando se forman soluciones sólidas intersticiales, la red se distorsiona y surgen tensiones en ella. En este caso, la concentración de la solución sólida intersticial no puede ser alta: rara vez supera el 1-2%. En soluciones sólidas de sustitución, los átomos del elemento soluble toman el lugar de los átomos del metal base. Los átomos extraños pueden reemplazar a los átomos del solvente en cualquier lugar, por lo que tales soluciones se denominan soluciones sólidas desordenadas. Los tamaños de los átomos del elemento soluble difieren de los tamaños del átomo del solvente (son más grandes o más pequeños), por lo tanto, cuando se forma una solución sólida de sustitución, la red cristalina del metal solvente se distorsiona ligeramente sin perder su estructura básica. . Las soluciones sólidas de sustitución pueden ser limitadas e ilimitadas. Una de las condiciones para la solubilidad ilimitada es el factor de tamaño: cuanto mayor es la diferencia en los radios atómicos, menor es la solubilidad. Con una disminución de la temperatura en soluciones sólidas de sustitución, puede ocurrir un proceso de redistribución de átomos, como resultado de lo cual los átomos del elemento disuelto ocuparán lugares estrictamente definidos en la red del solvente. Estas soluciones sólidas se denominan soluciones sólidas ordenadas y su estructura se denomina superestructura. La temperatura de transición de un estado desordenado a un estado ordenado se llama punto de Kurnakov. Las soluciones sólidas ordenadas se caracterizan por una mayor dureza, menor plasticidad y resistencia eléctrica. Se pueden considerar como fases intermedias entre soluciones sólidas y compuestos químicos. 22. Sistema con solubilidad ilimitada en estado líquido y sólido; Sistemas eutécticos, peritécticos y monotécticos. Sistemas con polimorfismo de componentes y transformación eutectoide La solubilidad mutua completa en el estado sólido es posible cuando ambos componentes tienen las mismas redes cristalinas y los diámetros atómicos de los componentes difieren poco en tamaño. Tal diagrama tiene una forma simple y consta de dos líneas liquidus y solidus que se cruzan entre sí en los puntos de cristalización de los componentes puros A y B. Todas las aleaciones solidifican en un cierto rango de temperatura (C = 1). Si el proceso de cristalización se lleva a cabo en condiciones de enfriamiento acelerado, que generalmente tiene lugar durante la producción de piezas fundidas y lingotes, entonces la nivelación por difusión de la composición de los cristales precipita a temperaturas superiores a t3, no tiene tiempo para ocurrir, como resultado de lo cual se obtiene una composición desigual no solo en cristales individuales, sino en cada uno de ellos. Las partes internas del cristal serán más ricas en el componente refractario B, las externas, en el componente A. Este fenómeno de falta de homogeneidad de la composición química se denomina Los primeros cristales en la superficie del lingote estarán enriquecidos en el componente B, y los últimos cristales formados en el medio del lingote estarán enriquecidos en el componente A. Como resultado, se produce una macrosegregación en el lingote. La segregación juega un papel negativo, y especialmente en los casos en que las impurezas nocivas se distribuyen de manera desigual. El mayor contenido de impurezas nocivas puede conducir a la destrucción prematura de piezas. Con un diagrama de fase, se pueden rastrear las transformaciones de fase de cualquier aleación e indicar la composición y la relación cuantitativa de las fases a cualquier temperatura. Esto se hace con dos reglas simples. La composición química de los cristales precipitados, a medida que la temperatura disminuye, cambia a lo largo de la línea solidus desde xе hasta xс. Al mismo tiempo, la composición de la fase líquida cambia a lo largo de la línea liquidus desde xс hasta xi Esto da motivos para formular reglas para determinar la composición de las fases (la regla de las concentraciones) y la relación cuantitativa de las fases (la regla de los segmentos). Componentes: A y B; fases: W,α,β, donde α es una solución sólida de átomos del componente B en la red cristalina del componente A, y β es una solución sólida de átomos del componente A en la red cristalina del componente B. Dependiendo de la interacción de estas tres fases, son posibles dos tipos de diagramas: un diagrama con un eutéctico y un diagrama con un peritéctico. Diagrama de estado con eutéctico. La línea ALL es la línea liquidus, la línea EVSKE es la línea solidus. Las líneas VM y CG muestran la solubilidad límite de los componentes. Como en los casos anteriores, el proceso de cristalización de cualquier aleación puede seguirse mediante la regla de las fases y la regla de los segmentos. Un sistema es un conjunto de fases en estado sólido o líquido que se encuentran en equilibrio bajo determinadas condiciones externas (temperatura y presión). Las diferentes formas alotrópicas generalmente se denotan con las letras del alfabeto griego α, β, γ, que se agregan como índices al símbolo que denota el elemento. La forma alotrópica, que es estable a la temperatura más baja, se denota con la letra α, que existe a una temperatura más alta, β, luego γ. Un ejemplo de transformación alotrópica por cambio de presión es la modificación de la estructura cristalina del carbono, que puede existir en forma de grafito y diamante. El polimorfismo es de gran importancia práctica. Usando este fenómeno, es posible fortalecer o ablandar aleaciones mediante tratamiento térmico. De gran interés práctico son las aleaciones en las que uno o ambos componentes tienen transformaciones polimórficas. En estas aleaciones, como resultado del tratamiento térmico, es posible obtener estados metaestables de la estructura con nuevas propiedades. Después de la cristalización de todas las aleaciones de este sistema en un cierto rango de temperatura, se forma una solución sólida γ que, cuando la temperatura cae por debajo de t3 sufre una transformación eutectoide γC → unE + β La mezcla resultante de dos fases sólidas se denomina eutectoide. Debido a la solubilidad variable de los componentes en soluciones sólidas α y β, el enfriamiento adicional es seguido por una precipitación secundaria de soluciones sólidas βII y αII. Algunos elementos modifican su estructura cristalina, es decir, el tipo de red cristalina, dependiendo de los cambios en las condiciones externas: temperatura y presión. La existencia de materia en diversas formas cristalinas, dependiendo de las condiciones externas, está determinada por su tendencia a un estado con menor aporte de energía libre. Este fenómeno se llama polimorfismo o alotropía. Cada tipo de red representa una modificación o modificación alotrópica. Cada modificación tiene su propio rango de temperatura en el que es estable. En las transformaciones polimórficas de los metales, la temperatura es de primordial importancia. La transformación de una forma alotrópica en otra se produce a una temperatura constante, denominada temperatura de transformación polimórfica, y va acompañada de un efecto térmico, similar a los fenómenos de fusión-solidificación o evaporación-condensación. Esto se debe a la necesidad de gastar una cierta cantidad de energía en la reorganización de la red cristalina. Los volúmenes atómicos y, en consecuencia, las energías totales de varias modificaciones, por regla general, difieren poco, pero hay excepciones. 23. Sistema con triple eutéctico y ausencia casi total de solubilidad de los componentes en estado sólido; secciones isotérmicas y politérmicas Los diagramas de estado de las aleaciones binarias se construyen en un plano: la concentración de los componentes se representa a lo largo del eje de abscisas, la temperatura de las aleaciones ternarias se representa a lo largo del eje de ordenadas. Más común es la imagen espacial. Un triángulo equilátero, llamado triángulo de concentración, se usa como base del diagrama. La temperatura se representa a lo largo de un eje perpendicular al plano del triángulo de concentración. Los vértices del triángulo corresponden a las concentraciones correspondientes a los componentes puros A, B y C del sistema en estudio. En los lados del triángulo, se trazan las concentraciones de los dos componentes correspondientes: A-B, B-C, C-A. Cada punto dentro del triángulo corresponde a la composición de alguna aleación ternaria particular. La composición de las aleaciones se determina con base en el conocido teorema en un triángulo equilátero, la suma de tres perpendiculares lanzadas desde cualquier punto K, que se encuentra dentro del triángulo, a sus lados, es igual a la altura del triángulo. La altura del triángulo se toma como 100%, luego las perpendiculares Ka, Kc y Kb caracterizarán las concentraciones de los componentes individuales de la aleación ternaria. La cantidad de cada componente está determinada por el valor de la perpendicular bajada al lado opuesto, es decir, la cantidad del componente C está determinada por la perpendicular Kc, componente A-Ka, componente B-Kb. Más a menudo, la composición de las aleaciones no está determinada por los valores de las perpendiculares, sino por los valores de los segmentos cortados en los lados del triángulo por líneas paralelas a los lados del triángulo, es decir, a lo largo del segmentos Aa, Be y CJ. El segmento Ad corresponde a la concentración del componente B, el segmento Be-componente C. y el segmento C ^ componente A. La concentración se determina en el sentido de las agujas del reloj, pero también se puede determinar en el direccion opuesta. La interacción de los componentes en las aleaciones ternarias es similar a las dobles: es posible la formación de mezclas mecánicas, soluciones sólidas y compuestos químicos: reacciones eutécticas y pertécticas, son posibles las transformaciones polimórficas. La diferencia es que en los sistemas binarios las transformaciones se indican mediante líneas y puntos, y en los sistemas ternarios, mediante planos y líneas. Por ejemplo, no una línea liquidus, sino una superficie liquidus (o una superficie solidus), no una línea eutéctica, sino una superficie eutéctica. La composición de un eutéctico doble no está determinada por un punto, sino por una línea. Y sólo el triple eutéctico se proyecta sobre el plano del triángulo por un punto. Todo esto se puede rastrear estudiando dos diagramas típicos del estado de las aleaciones de tres componentes. A diferencia de los diagramas dobles, los diagramas ternarios permiten realizar análisis de fase y estructurales de aleaciones técnicas reales, que, por regla general, son de tres o más componentes. El modelo del sistema ternario es un prisma triédrico que descansa sobre un triángulo equilátero. La parte superior del prisma es la superficie liquidus. En un sistema ternario, donde los tres componentes son infinitamente solubles tanto en estado líquido como sólido, la superficie liquidus tiene la forma más simple: es la superficie de un grano de lenteja cortado por tres lados. En todos los demás casos, esta superficie resulta ser compleja, formada por varias superficies que se cruzan, por lo que el estudio de los sistemas ternarios presenta ciertas dificultades metodológicas. La base del prisma triédrico es un triángulo equilátero, en el que las concentraciones están marcadas por las caras laterales del diagrama de estado de los sistemas binarios, y la altura es la temperatura. La elección de un triángulo equilátero se explica por el hecho de que en él se pueden mostrar las concentraciones de todos los componentes en la misma escala. En los vértices de este triángulo se encuentran los componentes A, B y C de la aleación, es decir, 100 % A, 100 % B y 100 % C, respectivamente. Las concentraciones de aleaciones binarias se anotan en los lados respectivos del triángulo, y las concentraciones de aleaciones ternarias se indican como puntos dentro del área del triángulo. Hay varias formas de determinar la concentración de cualquier aleación ternaria. Para determinar el porcentaje del componente A, es necesario trazar desde el punto K una línea paralela al lado opuesto (BC) del triángulo, hasta que se cruce con el lado - la escala del componente A. Para encontrar el porcentaje del componente B , es necesario trazar una línea desde el punto K paralela al lado opuesto (AC) , hasta que se cruce con el lado AB - la escala del componente B. De manera similar, puede establecer el porcentaje del componente C. Debería tenga en cuenta que la concentración total A + B + C \u100d XNUMX%. Para explicar las transformaciones de fase en los sistemas ternarios, se utilizan secciones: vertical (politérmica) y horizontal (isotérmica). Cada sección horizontal caracteriza el estado de equilibrio a la temperatura seleccionada y se puede utilizar para cálculos cuantitativos. Los puntos que indican las composiciones de equilibrio de las fases están ubicados en el plano de sección. La sección vertical muestra la secuencia de transformaciones de fase en aleaciones durante el calentamiento o enfriamiento para un cierto rango de concentraciones de componentes. No hay información sobre las composiciones de equilibrio de las fases en estas secciones transversales. 24. La regla de la palanca y el centro de gravedad del triángulo. Usando el diagrama de fase, es posible determinar para cualquier temperatura no solo el número de fases, sino también su composición y relación cuantitativa. Para ello, aplica la regla de los segmentos (la regla de la palanca). Esta regla se puede usar para diagramas en los que las aleaciones se encuentran en un estado de dos fases. La primera regla de los segmentos es la determinación de la composición de las fases. La estructura de fase de las aleaciones en el diagrama depende de la temperatura. Con la acción termodinámica de los componentes entre sí, la temperatura de su transición al estado líquido disminuye, alcanzando un cierto mínimo en una composición determinada para cada par de componentes. La composición de la aleación se puede determinar proyectando el punto C sobre el eje x (punto B 3). Una aleación de dos componentes que se funde a una temperatura mínima se denomina eutéctica o eutéctica. El eutéctico es una mezcla uniforme de pequeños granos cristalizados simultáneamente de ambos componentes. La temperatura a la que ambos componentes se funden simultáneamente se denomina temperatura eutéctica. En el diagrama de estado, las temperaturas por encima de las cuales las aleaciones se encuentran en estado líquido se encuentran en la línea DIA, llamada línea liquidus. La transición de las aleaciones de un estado líquido a un estado sólido durante la cristalización se produce en el rango de temperatura que se encuentra entre la línea liquidus y la temperatura eutéctica, que corresponde a la línea DCE solidus. En este caso, de cada aleación, a medida que la temperatura disminuye, primero el componente, cuya cantidad excede la concentración eutéctica, pasa a la fase sólida. En las aleaciones hipoeutécticas, la región bifásica ACD contiene un exceso de componente A y la fase líquida G, y en la región hipereutéctica BSE hay respectivamente fases sólida B y líquida líquida. En ambos casos, la fase G es una solución líquida de ambos componentes. A medida que la temperatura disminuye y se acerca a ella, la composición de la fase no cristalizada se acerca a la eutéctica.. En este caso, cuanto menos difiera la aleación en la composición de la eutéctica, menor será su punto de liquidus y más eutécticas se solidificarán en ella. Los cambios cuantitativos en las aleaciones de un sistema dado de componentes durante la cristalización obedecen a la regla de los segmentos. La cantidad de cada componente estructural, de la que dependen las propiedades, se puede calcular por la regla de los segmentos en relación con la temperatura eutéctica. Al evaluar las propiedades de resistencia, debe tenerse en cuenta que la parte de la aleación, que está representada por el eutéctico, tiene una mayor resistencia que la parte representada por los granos más grandes de la fase en exceso. Determinar la composición de las fases de una aleación a diferentes temperaturas en el punto n, para ello mediante el punto n, que caracteriza el estado de esta aleación a la temperatura tn, es necesario dibujar una línea horizontal (konoda) hasta que se cruce con las líneas del diagrama de estado que limita esta región de dos fases. Puntos de intersección l2 y s2 se proyectan sobre el eje de concentración. Punto de proyección l2 punto l2 mostrará la composición de la fase líquida, y los puntos s2 - puntos2 - fase sólida. Para determinar la composición de las fases a cualquier temperatura, es necesario dibujar un cónodo a través de este punto y proyectar los puntos de intersección con liquidus y solidus sobre el eje de concentración. La composición de la fase líquida cambia a lo largo de la línea liquidus y la fase sólida, a lo largo de la línea solidus. A temperaturas por debajo de la línea solidus, la composición de fases de todas las aleaciones del sistema considerado consiste en granos de ambos componentes: A+B. Hay pequeños granos A y B presentes en cualquier aleación, que forman el eutéctico, y grandes granos de exceso de fases - componentes A o B, respectivamente, en aleaciones hipoeutécticas e hipereutécticas. Usando la segunda posición de la regla de los segmentos, determine la relación cuantitativa de las fases para cualquier temperatura. El número (masa) de fases es inversamente proporcional a los segmentos del cónodo conducido. La regla de los segmentos (palanca) le permite determinar la composición y la cantidad de fases sólidas y líquidas de la aleación, que se encuentra en el intervalo de cristalización. A partir del diagrama de estado, se puede determinar no solo el número de fases de una aleación en particular a una temperatura determinada, sino también la cantidad relativa de cada fase. Para determinar el número de fases, por ejemplo, una aleación Pb - Sb que contenga 72% Sb, a una temperatura dada, es necesario trazar una perpendicular desde un punto en el eje de concentración correspondiente al contenido de 72% Sb, y una línea horizontal correspondiente a una temperatura dada tзад. Como resultado de la intersección de las rectas obtenemos el punto K. Continuamos la recta horizontal pasando por el punto K hasta que se cruza con las rectas del diagrama, obtenemos los puntos l y S. El punto l corresponde a la fase líquida del aleación (se encuentra en la línea liquidus), temperaturas de antimonio puro). Regla de la palanca. 1. La cantidad de fase sólida es igual a la relación entre la longitud del brazo adyacente a la fase líquida y la longitud de la palanca completa. 2. La cantidad de fase líquida es igual a la relación entre la longitud del brazo adyacente a la fase sólida y la longitud de toda la palanca. 25. Dependencia de las propiedades mecánicas y físicas de la composición en sistemas de varios tipos. Una propiedad es una característica cuantitativa o cualitativa de un material que determina su similitud o diferencia con otros materiales. Hay tres grupos principales de propiedades: operativas, tecnológicas y de costo, que subyacen a la elección del material, determinan la viabilidad técnica y económica de su uso. Las propiedades de rendimiento son primordiales. El rendimiento de muchas partes de máquinas y productos proporciona un nivel de propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas caracterizan el comportamiento de un material bajo la acción de una carga externa. Dado que las condiciones de carga de las piezas de la máquina son extremadamente diversas, las propiedades mecánicas incluyen un gran grupo de indicadores. El rendimiento de un grupo separado de piezas de máquinas depende no solo de las propiedades mecánicas, sino también de la resistencia a la acción de un entorno de trabajo químicamente activo. Si tal impacto se vuelve significativo, entonces las propiedades fisicoquímicas del material (resistencia al calor y resistencia a la corrosión) se vuelven decisivas. Las propiedades mecánicas caracterizan la resistencia de un material a la deformación, destrucción o una característica de su comportamiento en el proceso de destrucción. Este grupo de propiedades incluye indicadores de resistencia, rigidez (elasticidad), plasticidad, dureza y viscosidad. El grupo principal de dichos indicadores son las características estándar de las propiedades mecánicas, que se determinan en condiciones de laboratorio en muestras de tamaños estándar. Los indicadores de propiedades mecánicas obtenidos durante dichas pruebas evalúan el comportamiento de los materiales bajo carga externa sin tener en cuenta el diseño de la pieza y sus condiciones de operación. Además, se determinan adicionalmente los indicadores de resistencia estructural, que están en mayor correlación con las propiedades de servicio de un producto en particular y evalúan el desempeño del material en condiciones de operación. Las propiedades mecánicas de los materiales caracterizan la posibilidad de su uso en productos operados bajo la influencia de cargas mecánicas. Los principales indicadores de tales propiedades son los parámetros de resistencia, dureza y características tribológicas. No son constantes "puras" de los materiales, pero dependen significativamente de la forma, las dimensiones y el estado de la superficie de las muestras, así como de los modos de prueba, principalmente la tasa de carga, la temperatura, la exposición a los medios y otros factores. La alta dureza del metal es importante en la fabricación de productos de corte. Muy a menudo, los aceros para herramientas se utilizan para tales productos. Fuerza: la propiedad de los materiales para resistir la destrucción, así como el cambio irreversible de forma bajo la influencia de cargas externas. Se debe a las fuerzas de interacción de las partículas atómicas que componen el material. La fuerza de la interacción de dos átomos vecinos depende de la distancia entre ellos, si despreciamos la influencia de los átomos circundantes. La deformación es un cambio en la disposición relativa de las partículas en un material. Sus tipos más simples son: tensión, compresión, flexión, torsión, cortante. Deformación: un cambio en la forma y el tamaño de la muestra o de sus partes como resultado de la deformación. El límite de proporcionalidad es el esfuerzo en el cual la desviación de la relación lineal entre esfuerzos y deformaciones alcanza un cierto valor establecido por las especificaciones. Las propiedades físicas importantes de los materiales que se tienen en cuenta al usar materiales son la densidad, la capacidad calorífica, la conductividad térmica, la expansión térmica y la conductividad eléctrica. Las propiedades magnéticas especiales del hierro, el níquel, el cobalto y sus aleaciones, así como las ferritas, los distinguieron dentro de un grupo de materiales de valor excepcional: los ferro y ferriimanes. Las propiedades físicas están determinadas por el tipo de enlace interatómico y la composición química de los materiales, la temperatura y la presión. Para la mayoría de los procesos de procesamiento de materiales, las presiones no superan los 500 MPa. Tales presiones prácticamente no afectan los valores de las propiedades físicas. Hay propiedades físicas dependientes e independientes de la estructura del material. Los valores de este último están determinados únicamente por la composición química del material y la temperatura. Propiedades físicas de los metales: color, densidad, punto de fusión, conductividad térmica y eléctrica, capacidad de magnetización, etc. El cobre, por ejemplo, es un metal rojo y rosa en una fractura; aluminio blanco plateado; el plomo es gris claro. Una característica importante de las propiedades físicas es la conductividad eléctrica. El cobre tiene la conductividad eléctrica más alta después de la plata. El aluminio tiene una densidad baja, por lo que las piezas hechas de aluminio y las aleaciones a base de él se utilizan ampliamente en la construcción de automóviles y tractores. El cobre y el aluminio, que tienen una alta conductividad eléctrica, se utilizan para fabricar conductores (devanados de transformadores, líneas eléctricas). El peso del producto o pieza también juega un papel importante y actúa como característica principal. 26. Selección de aleaciones para un propósito específico en base al análisis de diagramas de estado Los metales puros se utilizan en ingeniería eléctrica y de radio (conductores, electrovacío). Principal Los materiales estructurales son aleaciones metálicas. Una aleación es una sustancia obtenida por fusión de dos o más elementos (componentes). Una aleación hecha principalmente de elementos metálicos y que tiene propiedades metálicas se llama aleación de metal. Pseudoaleaciones: aleaciones creadas por sinterización, sublimación, electrólisis. Las aleaciones metálicas se pueden obtener por pulvimetalurgia, difusión y otros métodos. El uso predominante de aleaciones metálicas en tecnología se explica por el hecho de que tienen complejos de propiedades mecánicas, físicas y tecnológicas más valiosos que los metales puros. Los conceptos principales en la teoría de las aleaciones son: sistema, componente, fase, varianza. Sistema - un grupo de órganos asignados para la observación y el estudio. En la ciencia de los metales, los sistemas son metales y aleaciones de metales. El metal puro es un sistema simple. Las aleaciones constan de dos o más componentes y son sistemas complejos. Se denominan componentes a las sustancias que forman un sistema, tomadas en menor número. En las aleaciones metálicas, los componentes pueden ser elementos (metales y no metales) y compuestos químicos. Una fase es una parte homogénea del sistema, separada de otra parte del sistema (fase) por una interfase, al pasar por la cual la composición química o estructura cambia abruptamente. Por ejemplo, durante la cristalización de un metal puro, hay dos fases en el sistema: líquido (metal fundido) y sólido (granos de metal solidificado). En aleaciones duras, las fases pueden ser granos de metal puro, granos de solución sólida y granos de compuestos químicos. Varianza: el número de factores internos y externos que se pueden cambiar con un número constante de fases en el sistema. Todos los metales en estado líquido se disuelven unos en otros en cualquier proporción. Como resultado de la disolución, se forma una solución líquida homogénea con una distribución uniforme de átomos de un metal entre los átomos de otro metal. Debido a esta interacción, en la práctica, para distribuir uniformemente las sustancias en la aleación, por regla general, recurren a fundirlas. Solo unos pocos metales, principalmente aquellos con tamaños de átomos muy diferentes, no se disuelven en estado líquido. Además, pocos metales se disuelven en estado líquido hasta cierto punto. En la formación de aleaciones durante su solidificación, son posibles varias interacciones de los componentes. Si en el proceso de cristalización, la fuerza de interacción entre átomos homogéneos resulta ser mayor que la fuerza de interacción entre átomos heterogéneos, luego de la cristalización se forma una mezcla mecánica que consiste en granos de metales puros. En este caso, en la aleación dura estarán presentes granos de un metal puro y junto a ellos granos de otro metal puro. Esta forma de interacción ocurre cuando existe una gran diferencia en las propiedades de los metales incluidos en la aleación. Otra forma de interacción entre las sustancias que componen la aleación es la formación de soluciones sólidas. Las soluciones sólidas son fases sólidas en las que las proporciones entre los componentes pueden cambiar. En una solución sólida, al igual que en los metales puros, los átomos en el espacio están ordenados regularmente, formando una red cristalina. Esto es lo que los distingue de las soluciones líquidas. En una solución sólida, una de las sustancias que componen la aleación conserva su red cristalina, y la segunda sustancia, habiendo perdido su estructura cristalina, se distribuye en forma de átomos individuales en la red cristalina de la primera. La primera sustancia es un solvente y la segunda es soluble. Dependiendo de la naturaleza de la distribución de átomos de un elemento soluble, se distinguen soluciones sólidas de intersticial, sustitución y sustracción. Las soluciones sólidas también se dividen según el grado de solubilidad de los componentes en soluciones con solubilidad limitada de los componentes y con solubilidad ilimitada. La construcción de diagramas de estado se lleva a cabo mediante varios métodos experimentales. El método más utilizado es el análisis térmico. La esencia experimental de este método es la siguiente. Se seleccionan varias aleaciones de este sistema con diferentes proporciones de masa de sus componentes. Hay aleaciones - mezclas mecánicas que se forman cuando es imposible disolver los componentes que se encuentran en estado sólido. Estos componentes no pueden formar compuestos a través de una reacción química. Las mezclas mecánicas incluyen elementos con diferentes propiedades y estructura. La composición de la aleación incluye cristales de componentes que forman redes cristalinas. Los compuestos químicos son aleaciones que se forman a partir de diferentes elementos que contienen átomos diferentes, entre los cuales la fuerza de interacción es mucho mayor que entre átomos homogéneos. 27. Estructura y propiedades del hierro; diagramas de fase hierro-carbono metaestables y estables. Formación de la estructura de los aceros al carbono. Determinación del contenido de carbono en el acero por estructura. Las aleaciones de hierro y carbono son los materiales metálicos más comunes. El diagrama de estado de hierro y carbono da una idea de la estructura de las aleaciones de hierro y carbono: aceros y fundiciones. El hierro puro es un metal plateado-ligero, prácticamente no afectado por la oxidación. Número atómico 26, peso atómico 55,85. El hierro técnicamente puro contiene 0,10-0,15% de todas las impurezas. Las propiedades del hierro dependen de su grado de pureza. Punto de fusión - 1539 ° C, densidad - 7,85 g / cm3. El hierro tiene baja dureza y resistencia y buena ductilidad. El hierro puro es menos duradero que el hierro fundido o el acero. El hierro forma soluciones con muchos elementos: con metales - soluciones de sustitución, con carbono, nitrógeno e hidrógeno - soluciones intersticiales. La solubilidad del carbono en el hierro depende de la forma cristalina del hierro. Cuando el carbono se disuelve en hierro, se forman soluciones sólidas. La ferrita es una solución que se obtiene disolviendo carbono en una modificación de hierro a baja temperatura. Se caracteriza por baja dureza y alta ductilidad. El carbono, al disolverse en la modificación a alta temperatura del hierro, forma austenita plástica. El carbono se presenta en la naturaleza en forma de dos modificaciones: en forma de diamante, que tiene una red cúbica compleja, y en forma de grafito, que tiene una red hexagonal simple. La cementita es carburo de hierro que contiene 6,67% de carbono. Quebradizo y duro. En el caso de que haya una gran cantidad de silicio presente en el metal, no se produce la formación de cementita. En este caso, el carbono se convierte en grafito (fundición gris). El contenido de carbono en el diagrama Fe - C (cementita) está limitado a 6,67%, ya que a esta concentración se forma un compuesto químico: carburo de hierro (FeзC) o cementita, que es el segundo componente de este diagrama. Sistema Re-Fe3C es metaestable. La formación de cementita en lugar de grafito da una menor ganancia de energía libre, pero es más probable la formación cinética de carburo de hierro. El punto A (1539 °C) corresponde al punto de fusión del hierro, el punto D (1500 °C) al punto de fusión de la cementita, los puntos N (1392 °C) y G (910 °C) corresponden a la transformación polimórfica. Las aleaciones de hierro y carbono son aceros y fundiciones, que son los principales materiales utilizados en la ingeniería mecánica y la tecnología moderna. El acero es el principal material metálico ampliamente utilizado para la fabricación de piezas de máquinas, aeronaves, instrumentos, diversas herramientas y estructuras de construcción. El uso generalizado de los aceros se debe a un complejo de propiedades mecánicas, fisicoquímicas y tecnológicas. Los aceros combinan alta rigidez con resistencia estática y cíclica. Estos parámetros se modifican cambiando la concentración de carbono, elementos de aleación y tecnologías de tratamiento térmico y químico-térmico. Al cambiar la composición química se obtienen aceros con diferentes propiedades y se utilizan en muchas ramas de la tecnología y la economía nacional. Los aceros al carbono se clasifican según el contenido de carbono, destino, calidad, grado de desoxidación y estructura en estado de equilibrio. Según el contenido de carbono, los aceros se dividen en bajo carbono (< 0,3 % C), medio carbono (0,3-0,7 % C) y alto carbono (> 0,7 % C). Según su finalidad, los aceros se clasifican en aceros estructurales y aceros para herramientas. Los aceros estructurales representan el grupo más extenso, que está destinado a la fabricación de estructuras de construcción, piezas de máquinas y dispositivos. Estos aceros incluyen aceros cementados, mejorados, de alta resistencia y de resorte. Los aceros para herramientas se dividen en aceros para corte, herramientas de medición, matrices de deformación en frío y en caliente (hasta 200 °C). Los aceros se clasifican por calidad en calidad ordinaria, alta calidad, alta calidad. La calidad del acero es un conjunto de propiedades determinadas por el proceso metalúrgico de su producción. La uniformidad de la composición química, la estructura y las propiedades del acero, así como su capacidad de fabricación, dependen en gran medida del contenido de gases (oxígeno, hidrógeno, nitrógeno) e impurezas nocivas: azufre y fósforo. Los gases son impurezas latentes, cuantitativamente difíciles de determinar, por lo tanto, las normas para el contenido de impurezas nocivas sirven como los principales indicadores para separar los aceros por calidad. Los aceros de calidad ordinaria son solo carbono (hasta 0,5% C), alta calidad y alta calidad: carbono y aleado. Según el grado de desoxidación y la naturaleza de la solidificación, los aceros se clasifican en tranquilos, semicálidos y hirvientes. Los aceros aleados se producen en calma, aceros al carbono: en calma, semi-silenciosos y en ebullición. Según la estructura en el estado de equilibrio, los aceros se dividen en: 1) hipoeutectoide, con ferrita y perlita en la estructura; 2) eutectoide, cuya estructura consiste en perlita; 3) hipereutectoide, con perlita y cementita secundaria en la estructura. 28. Aceros al carbono estructurales y de herramientas. marcado, aplicación Los aceros estructurales al carbono se dividen en aceros de calidad ordinaria y aceros de alta calidad. Grados de acero de calidad ordinaria St0, St1, St2, ..., St6 (a medida que aumenta el número, aumenta el contenido de carbono). Los aceros de calidad ordinaria, especialmente los de ebullición, son los más baratos. A partir de aceros de calidad ordinaria se produce acero ordinario laminado en caliente: vigas, barras, chapas, tubos. Los aceros se utilizan en la construcción para estructuras soldadas y atornilladas. A medida que aumenta el contenido de carbono en el acero, la soldabilidad se deteriora. Los aceros St5 y St6, que tienen un mayor contenido de carbono, se utilizan para elementos de estructuras de edificios que no están sujetos a soldadura. La fundición de acero al carbono de alta calidad se lleva a cabo bajo estrictas condiciones en cuanto a la composición de la carga y la conducta de fusión y fundición. Los aceros al carbono de alta calidad están marcados con los números 08, 10, 15, ..., 85, que indican el contenido medio de carbono en centésimas de porcentaje. Los aceros de bajo carbono tienen alta resistencia y alta ductilidad. Los aceros sin tratar térmicamente se utilizan para piezas con cargas ligeras, estructuras soldadas críticas, para piezas de máquinas templadas por cementación. Los aceros de medio carbono (0.3-0.5% C) 30, 35, ..., 55 se utilizan después de la normalización, mejora y endurecimiento superficial. Estos aceros tienen alta resistencia con menor ductilidad, se utilizan para la fabricación de piezas pequeñas o grandes que no requieren templabilidad total. Los aceros con un alto contenido de carbono tienen una alta resistencia y resistencia al desgaste. Muelles y resortes, arandelas de seguridad, rodillos de laminación están hechos de estos aceros. La resistencia estructural es un complejo de propiedades mecánicas que garantiza un funcionamiento fiable y a largo plazo del material en sus condiciones de funcionamiento. La resistencia estructural es la resistencia del material de construcción, teniendo en cuenta los factores estructurales, metalúrgicos, tecnológicos y operativos. Se tienen en cuenta cuatro criterios: la resistencia del material, la fiabilidad y la durabilidad del material en las condiciones de funcionamiento de este diseño. Fuerza: la capacidad de un cuerpo para resistir la deformación y la destrucción. Confiabilidad - la propiedad del producto para realizar las funciones especificadas y mantener su rendimiento durante el período de tiempo requerido. La confiabilidad de un diseño es su capacidad para funcionar fuera de la situación de diseño. El principal indicador de confiabilidad es el margen de viscosidad del material, que depende de la composición, temperatura, condiciones de carga, trabajo absorbido durante la propagación de grietas. La resistencia de un material a la fractura frágil es la característica más importante que determina la confiabilidad de las estructuras. Durabilidad: la propiedad del producto para mantener el rendimiento hasta el estado límite (la imposibilidad de su funcionamiento posterior). La durabilidad depende de las condiciones de su funcionamiento (estas son la resistencia al desgaste durante la fricción y la fuerza de contacto, la resistencia del material al desgaste de la superficie que se produce durante la fricción por rodadura con deslizamiento). Los aceros para herramientas están destinados a la fabricación de herramientas de corte, medición y matrices de deformación en frío y en caliente. Las principales propiedades de la herramienta son la resistencia al desgaste y la resistencia al calor. Se requiere una alta dureza superficial para la resistencia al desgaste de la herramienta, y el acero debe ser fuerte, duro y tenaz para retener la forma de la herramienta. La posible temperatura de calentamiento de la herramienta de corte depende de la resistencia al calor del acero. Los aceros al carbono para herramientas son los más baratos. Se utilizan principalmente para la fabricación de herramientas de corte de baja responsabilidad y para equipos de herramientas de matriz de tamaño regulado. Se producen aceros al carbono de alta calidad (U1435, U74, U7) y de alta calidad (U8A, U9A, U7A) (GOST 8-9). La letra U en la marca muestra que el acero es al carbono, y la figura muestra el contenido promedio de carbono en décimas de un por ciento. La letra A al final de la marca muestra que el acero es de alta calidad. Los aceros al carbono se entregan después del recocido a perlita granular. Debido a la baja dureza en el estado de entrega (HB 187-217), los aceros al carbono están bien mecanizados y deformados, lo que hace posible el uso de moleteado, entallado y otros métodos de fabricación de herramientas de alto rendimiento. Los grados de acero U7, U8, U9 se someten a un endurecimiento y revenido completos a 275-350 ° C para caña; como son más viscosos, se utilizan para la producción de herramientas de carpintería, plomería, herrería y prensado. Los grados de acero hipereutectoide U10, U11, U12 están sujetos a un endurecimiento incompleto. La herramienta de estas marcas tiene mayor resistencia al desgaste y alta dureza. Los aceros hipereutectoides se utilizan para la fabricación de herramientas de medición (calibradores), herramientas de corte (limas, taladros) y troqueles de embutición y embutición en frío que funcionan con cargas bajas. La desventaja de los aceros al carbono para herramientas es la pérdida de resistencia cuando se calientan por encima de 200 ° C (falta de resistencia al calor). Las herramientas fabricadas con estos aceros se utilizan para mecanizar materiales blandos y a bajas velocidades de corte o deformación. 29. Hierros fundidos blancos, grises, medios, dúctiles y maleables Formación de microestructuras, propiedades, etiquetado y aplicaciones. El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono. El hierro fundido contiene carbono - 2,14% y es un material más económico que el acero. Tiene un punto de fusión bajo y buenas propiedades de fundición. Es posible hacer fundiciones de formas más complejas a partir de hierros fundidos que de aceros. La estructura fundida del hierro fundido contiene concentradores de tensión, que pueden ser defectos: porosidad, heterogeneidad de segregación, microfisuras. El hierro fundido blanco lleva el nombre de la fractura blanca mate. Todo el carbono en este hierro fundido está en estado ligado en forma de cementita. Las transformaciones de fase proceden según el diagrama de estado (Fe - FeзCON). Las fundiciones blancas, según el contenido de carbono, son: hipoeutécticas (perlita + ledeburita); eutéctico (ledeburita); hipereutéctica (cementita primaria + ledeburita). Estas fundiciones tienen mayor dureza debido al contenido de cementita; son muy frágiles y no se utilizan para la fabricación de piezas de máquinas. Las fundiciones de hierro fundido blanco se utilizan para producir piezas de hierro dúctil mediante el recocido grafitado. Las fundiciones enfriadas tienen capas superficiales (12-30 mm) con una estructura de fundición blanca y un núcleo de fundición gris. La alta dureza de la superficie le permite trabajar bien contra la abrasión. Estas propiedades del hierro enfriado se utilizan para fabricar rodillos, ruedas, bolas de molino, zapatas de freno y otras piezas. Las fundiciones blancas cristalizan según el diagrama de estado del sistema de aleación hierro-cementita. Un contenido significativo de cementita dura y quebradiza en la composición de las fundiciones blancas es la razón por la que estas fundiciones son difíciles de mecanizar. Se utilizan para la fundición de piezas con posterior recocido para fundición dúctil, así como para la fundición de rodillos y ruedas de vagones. El hierro fundido gris (técnico) recibió su nombre del tipo de fractura, que tiene un color gris. El grafito está presente en la estructura de la fundición gris. La estructura del hierro fundido se compone de una base de metal y grafito, y sus propiedades dependen de estos dos componentes. El grafito tiene propiedades mecánicas bajas. Con el enfriamiento lento de las aleaciones de hierro y carbono, se libera grafito. En la industria se utilizan fundiciones grises hipoeutécticas (fundición). La fundición gris, que se compone de ferrita y grafito, se denomina ferrítica, ya que su base metálica es la ferrita. Todo el carbono en forma de grafito se libera durante un enfriamiento muy lento de la aleación; si la velocidad de enfriamiento durante la cristalización (tanto primaria como secundaria) aumenta, no se libera grafito, sino cementita. El hierro fundido, que contiene hasta un 1,2% de fósforo, se utiliza para fundición artística, tuberías. Marcado de fundición gris. Según GOST, el hierro fundido en piezas fundidas está marcado con las letras SCh con la adición de dos números: el primer número indica la resistencia a la tracción (σpch) el segundo es el alargamiento (σ) en %. El hierro semifundido está compuesto por perlita, ledeburita y grafito laminar. Combina dos colores - gris y blanco. El hierro dúctil es hierro fundido en el que el grafito es esferoidal. Se logra un aumento en la resistencia y ductilidad del hierro fundido mediante modificación, lo que asegura la producción de grafito globular (esferoidal) en lugar de laminar. La superficie de grafito esferoidal tiene una menor relación con el volumen y determina la mayor continuidad de la base metálica y la resistencia de la fundición. Esta forma de grafito se obtiene añadiendo magnesio (M) o cerio (Ce) al hierro fundido líquido. El hierro dúctil tiene una base ferrítica o perlítica. El hierro fundido ferrítico tiene una mayor ductilidad. Según GOST, el hierro fundido se designa con números: el primer número indica la resistencia a la tracción (σpch), el segundo es el alargamiento (σ) en %. Se logra una resistencia aún mayor modificando el hierro fundido aleado. El hierro dúctil se utiliza en lugar del acero para la fabricación de piezas de máquinas, equipos de forja y prensado que funcionan en cojinetes a presiones elevadas y elevadas; cigüeñales, engranajes, acoplamientos y en lugar de hierro dúctil para la fabricación de ejes traseros-coches. Hierro fundido dúctil: hierro fundido en escamas de grafito, el nombre en clave del hierro fundido blando y dúctil, que se obtiene del hierro fundido blanco mediante un tratamiento térmico especial; no está sujeto a forja, tiene alta ductilidad. El hierro dúctil consiste en una base de acero y contiene carbono en forma de grafito. El grafito se presenta en forma de inclusiones de forma redondeada, ubicadas aisladas entre sí y la base metálica está menos separada, y la aleación tiene una tenacidad y ductilidad significativas. Las propiedades de la fundición dúctil dependen del tamaño de las inclusiones de grafito (cuanto más pequeñas son estas inclusiones, más resistente es la fundición), pero están determinadas por la estructura de su metal base, que puede ser ferrítico, perlítico o mixto. Dependiendo de la composición de la fundición y del método de tratamiento térmico, se obtienen dos tipos de fundición dúctil: de corazón negro y de corazón blanco. El hierro fundido maleable es un material más económico, tiene buenas propiedades mecánicas y se utiliza en ingeniería agrícola, en la industria automotriz, en la construcción de automóviles y en la construcción de máquinas herramienta. 30. El papel del tratamiento térmico en la mejora de la calidad de los materiales estructurales Los principales requisitos previos para obtener el conjunto necesario de propiedades mecánicas y de otro tipo para las aleaciones estructurales se establecen durante su desarrollo y fundición. La implementación de las propiedades requeridas se lleva a cabo en etapas posteriores de procesamiento, con el objetivo de dar a la aleación no solo la forma y las dimensiones previstas en el dibujo, sino también una estructura interna racional, que debe entenderse como la fase estructural. composición y estructura de dislocación, de la cual depende directamente el complejo de propiedades requeridas. Las etapas más importantes del procesamiento de aleaciones son el tratamiento térmico y el endurecimiento superficial. El tratamiento térmico proporciona un nivel determinado de propiedades en todo el volumen de la pieza y endurecimiento de la superficie, solo en ciertas áreas más cargadas y desgastadas de la superficie de la pieza. Las reglas básicas para el tratamiento térmico fueron desarrolladas por D.K. Chernov y complementado por A.A. Bochvarov, G. V. Kurdyumov, A.P. Gulyaev. Se entiende por tratamiento térmico un conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento de una aleación, realizadas según un régimen determinado para cambiar su estructura y obtener las propiedades deseadas. La base del tratamiento térmico es el cambio en la composición de la fase estructural y la estructura de dislocación de la aleación, que se puede lograr utilizando factores clave como la presencia de transformaciones alotrópicas en ella o la solubilidad mutua limitada de los componentes dependiendo de la temperatura. . Todos los tipos de tratamiento térmico existentes destinados a cambiar significativamente la estructura de fase y dislocación de las aleaciones y obtener un conjunto óptimo de propiedades operativas se basan en el uso de uno de los factores anteriores. En su ausencia, solo se pueden obtener resultados muy limitados mediante tratamiento térmico. Los dos tipos más comunes de tratamiento térmico. Uno de ellos se basa en el uso de las transformaciones específicas en las aleaciones debido a la presencia de transformaciones alotrópicas en ellas, y el otro se basa en la solubilidad variable de los componentes entre sí durante el calentamiento y el enfriamiento. En ambos casos, la base fundamental de la tecnología de tratamiento térmico, que garantiza los resultados esperados, es su modo. Incluye los siguientes elementos: temperatura de calentamiento, velocidad de calentamiento a una temperatura determinada, tiempo de mantenimiento a esta temperatura y velocidad de enfriamiento. El tratamiento térmico puede ser preliminar y final. El tratamiento térmico preliminar se usa en los casos en que el material debe prepararse para otras influencias tecnológicas: presión, corte, etc. El tratamiento térmico final se usa para preparar las propiedades del material terminado. Los valores específicos que caracterizan a cada uno de los elementos del modo de tratamiento térmico dependen de la composición química de la aleación que se procesa, el tamaño de la pieza y el propósito del tipo de tratamiento térmico que se realiza. Al variar estos valores, se pueden cambiar significativamente las estructuras de fase y dislocación de la aleación e impartirle las propiedades deseadas. La naturaleza de las transformaciones que se producen en la aleación y la posibilidad misma de obtener la estructura requerida después del tratamiento térmico dependen de la temperatura de calentamiento. Se selecciona según la composición química de la aleación y el propósito del tratamiento térmico. La tasa de calentamiento se elige de tal manera que garantice pérdidas mínimas de tiempo de calentamiento y, al mismo tiempo, su valor debe excluir la aparición de tensiones térmicas peligrosas en la pieza de trabajo que pueden provocar deformaciones y grietas en la pieza, lo cual se observa. cuando el calentamiento es demasiado rápido. La velocidad de calentamiento depende de la conductividad térmica de la aleación procesada que, a su vez, está determinada por su composición química. Con la complicación de la composición, la conductividad térmica se deteriora. Por lo tanto, el calentamiento de aleaciones que tienen una composición desfavorable a ciertas temperaturas se lleva a cabo muy lentamente y luego se acelera. El tiempo de permanencia de la pieza al alcanzar la temperatura especificada debe ser suficiente para su calentamiento desde la superficie hasta el núcleo en la sección mayor, así como para la completa realización en la aleación de aquellas transformaciones de fase estructural que tengan carácter de difusión, que debe ocurrir en él a una temperatura dada. La velocidad de enfriamiento durante el tratamiento térmico es un elemento muy importante del régimen, del cual dependen las características de la estructura de fase y dislocación que adquiere la aleación. Debe ser suficiente para que se produzcan las transformaciones necesarias en la aleación, pero no demasiado grandes para evitar tensiones térmicas y de fase peligrosas que pueden provocar fisuración o deformación (warping) de la pieza. El tratamiento térmico se utiliza para mejorar los materiales estructurales, en particular el acero. El tiempo de tratamiento térmico depende directamente del tamaño de los materiales y piezas procesados. 31. El uso del tratamiento térmico en la tecnología de producción de espacios en blanco y productos a partir de materiales estructurales. El proceso más característico y mejor estudiado es el tratamiento térmico del acero. Este proceso se basa en la presencia de transformaciones alotrópicas en él, que ocurren durante el calentamiento y enfriamiento en la región de ciertas temperaturas críticas. Los procesos de fase estructural controlada en acero, que proporcionan la estructura de fase y dislocación requerida, ocurren debido a la presencia de alotropía. La resistencia estructural es un determinado conjunto de propiedades mecánicas que garantiza un funcionamiento fiable y a largo plazo del material en sus condiciones de funcionamiento. La resistencia estructural es la resistencia del material estructural, teniendo en cuenta factores estructurales, metalúrgicos, tecnológicos y operativos, es decir, este es un concepto complejo. Se cree que se deben tener en cuenta al menos cuatro criterios: la rigidez de la estructura, la resistencia del material, la confiabilidad y la durabilidad del material en las condiciones de operación de esta estructura. Rigidez estructural. Para muchos elementos estructurales de potencia - pórticos, larguerillos, placas planas, cascarones cilíndricos, etc. - la condición que determina su comportamiento es la rigidez (estabilidad) local o general, determinada por su forma estructural, esquema de estados tensionales, etc., así como propiedades materiales. Un indicador de la rigidez de un material es el módulo de elasticidad longitudinal E (módulo de rigidez), una característica estructuralmente insensible que depende únicamente de la naturaleza del material. Entre los principales materiales estructurales, el acero tiene el valor más alto del módulo E, mientras que las aleaciones de magnesio y la fibra de vidrio tienen el valor más bajo. Sin embargo, la valoración de estos materiales cambia significativamente cuando se tiene en cuenta su densidad y se utilizan los criterios de rigidez y estabilidad específicos. Cuando se evalúa de acuerdo con estos criterios, seleccionados según la forma y el estado de tensión, en muchos casos el material más favorable son las aleaciones de magnesio y los plásticos reforzados con fibra de vidrio, los menos ventajosos son los aceros al carbono y aleados. Fuerza: la capacidad de un cuerpo para resistir la deformación y la destrucción. La mayoría de las especificaciones de resistencia se determinan mediante pruebas de tracción estática. Estas características dependen de la estructura y del tratamiento térmico. Al evaluar la resistencia real de un material estructural, se deben tener en cuenta las características de plasticidad, la viscosidad del material, ya que estos indicadores determinan principalmente la posibilidad de fractura frágil. Esto también se aplica a los materiales de alta resistencia que, al tener una alta resistencia, son propensos a la fractura por fragilidad. Fiabilidad: la propiedad del producto para realizar las funciones especificadas, mientras mantiene su rendimiento dentro de los límites especificados durante el período de tiempo requerido o el tiempo de funcionamiento requerido. La confiabilidad de una estructura es también su capacidad para funcionar fuera de la situación de diseño, por ejemplo, para soportar cargas de choque. El principal indicador de confiabilidad es el margen de viscosidad del material, que depende de la composición, temperatura (umbral de fragilidad en frío), condiciones de carga, trabajo absorbido durante la propagación de grietas. La resistencia de un material a la fractura frágil es la característica más importante que determina la confiabilidad de las estructuras. Durabilidad: la propiedad del producto para mantener el rendimiento hasta el estado límite (la imposibilidad de su funcionamiento posterior). La durabilidad de la estructura depende de las condiciones de su trabajo. En primer lugar, se trata de la resistencia al desgaste durante el rozamiento y la fuerza de contacto (resistencia del material al desgaste superficial que se produce durante el rozamiento por rodadura con deslizamiento). Además, la durabilidad del producto depende del límite de resistencia, que a su vez depende del estado de la superficie y de la resistencia a la corrosión del material. Durante el tratamiento térmico de los materiales, se utilizan equipos especiales: hornos eléctricos, hornos de llama de gas y hornos elevadores, tanques de endurecimiento, baños de sal, etc. Los principales tipos de tratamiento térmico: volumétrico, superficial, endurecimiento local; normalizado, homogeneizado, recocido de recristalización, tratamiento químico-térmico y tratamiento térmico por láser; endurecimiento por campo de pulso eléctrico; tratamiento térmico al aplicar deformación plástica, así como tratamiento en frío. Los aceros estructurales son aceros que se utilizan en la producción de diversas piezas de máquinas y cualquier estructura. Aquellos aceros que se utilizan en la construcción de estructuras o estructuras se denominan aceros de construcción. Los aceros estructurales incluyen aceros aleados y al carbono. En ingeniería mecánica, los aceros de aleación estructural GOST 4543-71 son ampliamente utilizados, que son: cromo, manganeso, cromo-silicio, cromo-silicio-manganeso, cromo-níquel, etc. Dependiendo de las características técnicas, estos aceros se dividen en cementación aceros, aceros para nitruración, aceros mejorados mediante tratamiento térmico, aceros templados al aire, etc. 32. Recocido del 1er tipo. Cristalización fuera de equilibrio Este tipo de tratamiento térmico es posible para cualquier metal y aleaciones. Su implementación no se debe a transformaciones de fase en el estado sólido. El calentamiento durante el recocido del 1er tipo, que aumenta la movilidad de los átomos, elimina parcial o completamente la falta de homogeneidad química, reduce las tensiones internas, es decir, contribuye a obtener un estado más equilibrado. Durante dicho recocido, la temperatura de calentamiento y el tiempo de mantenimiento a esta temperatura son de importancia primordial, ya que son estos parámetros los que determinan la velocidad de los procesos que eliminan las desviaciones del estado de equilibrio. La velocidad de calentamiento y enfriamiento para el recocido del primer tipo es de importancia secundaria. Existen los siguientes tipos de recocido del 1er tipo: el recocido por difusión (homogeneización) se utiliza para eliminar la heterogeneidad química que se produce durante la cristalización de la aleación (segregación dendrítica). La alineación de la composición química se produce debido a los procesos de difusión, cuya velocidad depende de la temperatura. El recocido de recristalización se utiliza después de la deformación plástica en frío (trabajo en frío por presión) para eliminar el endurecimiento por trabajo y obtener un estado de equilibrio de la aleación. Como resultado de la recristalización, se forman nuevos granos en el metal deformado, se alivian las tensiones y se restaura la plasticidad del metal. Recocido para aliviar las tensiones que se producen durante el forjado, la soldadura y la fundición, que pueden causar deformaciones, es decir, un cambio en la forma, el tamaño e incluso la destrucción de los productos. cristalización fuera del equilibrio. El proceso de difusión avanza lentamente, por lo tanto, en condiciones reales de enfriamiento, la composición dentro de cada cristal y los diferentes cristales no tiene tiempo para igualarse y no será la misma. Si la descomposición de una solución sólida es posible durante el enfriamiento, entonces el diagrama de estado muestra el comienzo de este proceso en el enfriamiento más lento. Con un aumento en la velocidad de enfriamiento, la temperatura a la que comienza la precipitación de la fase en exceso disminuye, la cantidad de la fase precipitada disminuye y cuando se determina una velocidad de enfriamiento más alta, la solución sólida sin precipitación se sobreenfría por completo a temperatura ambiente. Ajustando la velocidad de enfriamiento, es posible lograr diversos grados de descomposición hasta su completa supresión. Tales soluciones sobresaturadas son inestables. Si la movilidad térmica de los átomos de la solución sobreenfriada es insuficiente, entonces el estado de sobresaturación puede persistir indefinidamente. De lo contrario, con el tiempo, se producirá una descomposición gradual de la solución sobresaturada con la liberación de una fase en exceso. Este proceso se acelerará a medida que aumente la temperatura. Las fases secundarias, que se forman a alta temperatura, durante el enfriamiento lento de la solución sólida o el alto calentamiento secundario de la solución sólida apagada (supersaturada), no solo son de mayor tamaño, sino que no tienen relación orientativa con la fase madre. La capa de átomos que pertenecen a la fase antigua limita con la capa de átomos que pertenecen a la red de la nueva fase. Para el caso de la precipitación a baja temperatura, la nueva fase β está orientada de cierta manera con respecto a la inicial, de modo que la capa límite de átomos pertenece por igual a ambas redes. Tal articulación de redes cristalinas se llama coherente. En la interfaz con acoplamiento coherente, las tensiones surgen y permanecen tanto mayores cuanto mayor es la diferencia en la estructura (en el plano de la interfaz) de las redes conjugadas. Si aumenta la temperatura de la aleación, entonces, debido a un aumento en la movilidad térmica de los átomos y la presencia de tensiones en los límites de fase, el enlace coherente se rompe (el fenómeno de ruptura de coherencia), las fases metaestables pasan a un β estable En la fase β, crecen cristales lamelares de la fase β, que tienden a adoptar una forma redondeada. Cuando se completen estos procesos, la estructura y composición de fases será la misma que en el caso del enfriamiento lento. El proceso de fijar el estado inestable mediante un enfriamiento rápido se denomina extinción, y el proceso posterior de acercarse gradualmente al estado de equilibrio (mediante calentamiento o exposición prolongada) se denomina templado y envejecimiento. Un cambio tan diverso en la estructura, logrado por diversos grados de aproximación de la aleación al estado de equilibrio, conduce a un cambio diverso en las propiedades, que es la razón del uso generalizado del tratamiento térmico, que se basa en los procesos de no equilibrio. cristalización. Las aleaciones son sustancias compuestas por dos o más elementos de la tabla periódica. Se obtienen por sinterización o fusión. Un componente es una sustancia que forma una aleación. Una fase es una parte espacialmente limitada y distinta de un sistema que tiene su propia red cristalina y sus propias propiedades. Las sustancias homogéneas tienen una fase, mientras que las sustancias heterogéneas tienen varias fases. Estructura - la estructura del metal, en la que es posible distinguir entre fases individuales, su forma, tamaño y posición relativa. La estructura afecta las propiedades. El estado de equilibrio es cuando en la aleación se forman todas las fases inherentes a este sistema. Este estado está asegurado por un enfriamiento lento, es posible distinguir los tamaños y formas de las fases. Estado de no equilibrio: el proceso de formación y separación de fases no ha terminado, se forma durante un enfriamiento rápido. 33. Recocido de homogeneización, cambio de estructura y propiedades durante el recocido de homogeneización. Endurecimiento con transformación polimórfica. Endurecimiento sin transformación polimórfica Recocido - operaciones de calentamiento y enfriamiento lento del acero para igualar la composición química, obtener una estructura de equilibrio, aliviar el estrés. El recocido se utiliza para obtener una estructura de equilibrio, por lo tanto, durante el recocido, las piezas se enfrían lentamente. Aceros al carbono - a razón de 200 °C/h, aceros aleados - 30-100 °C/h. El recocido por difusión (homogeneización) se utiliza para eliminar la segregación (nivelación de la composición química). Se basa en la difusión. En este caso, la composición se nivela y los carburos en exceso se disuelven. Tal recocido se lleva a cabo a alta temperatura con una larga exposición. El recocido de homogeneización se aplica a los aceros aleados. Esto se explica por el hecho de que la velocidad de difusión del carbono disuelto en austenita por el método intersticial es varios órdenes de magnitud mayor que la velocidad de difusión de los elementos de aleación que se disuelven en austenita por el método de sustitución. La homogeneización de los aceros al carbono se produce prácticamente en el proceso de su calentamiento. Modo de recocido de homogeneización: calentamiento a una temperatura de 1050-1200 °C, el tiempo de mantenimiento es de 8-10 horas.La temperatura de homogeneización debe ser lo suficientemente alta, pero no se debe permitir la sobrequema ni la fusión de los granos. Cuando se quema, el oxígeno del aire se combina con partículas de metal, se forman capas de óxido que separan los granos. No se puede eliminar el sobrecalentamiento en el metal. El metal quemado es el matrimonio final. El recocido por difusión generalmente da como resultado granos gruesos, que deben corregirse mediante un recocido completo posterior. El recocido completo está asociado con la recristalización de fase y el refinamiento del grano. El acero en estado de equilibrio contiene perlita y es el más dúctil. El recocido completo tiene como objetivo mejorar la estructura del acero para facilitar su posterior procesamiento mediante corte, estampación o temple, obteniendo una estructura de equilibrio de grano fino en la pieza acabada. Tipos (métodos) de recocido completo: recocido (normal e isotérmico) sobre perlita laminar (inclusiones de cementita en forma de placas) y recocido sobre perlita granular (inclusiones de cementita en forma de granos). Cuando se recoce sobre perlita laminar, las piezas en bruto se enfrían junto con el horno, la mayoría de las veces con suministro parcial de combustible, de modo que la tasa de enfriamiento está en el rango de 10-20 ° C por hora. El recocido logra el refinamiento del grano. Una estructura de grano grueso se obtiene durante el endurecimiento del acero debido al libre crecimiento de los granos, como resultado del sobrecalentamiento del acero; tal estructura provoca una disminución de las propiedades mecánicas de las piezas. Endurecimiento con transformación polimórfica. Endurecimiento sin transformación polimórfica El temple es un tratamiento térmico en el que el acero adquiere una estructura de no equilibrio, que se expresa principalmente en un aumento de la dureza del acero. El endurecimiento incluye: tratamiento térmico para sorbitol, trostita y martensita. El grado de desequilibrio de los productos de endurecimiento aumenta con el aumento de la velocidad de enfriamiento y aumenta de sorbita a martensita. La ventaja del endurecimiento real es la posibilidad de obtener productos a partir de la martensita debido al posterior revenido de productos con conjuntos de propiedades que no pueden obtenerse mediante otros tipos de tratamiento térmico. El verdadero endurecimiento se ha utilizado ampliamente como pretratamiento antes del revenido. La velocidad crítica de enfriamiento es importante. De ello depende la templabilidad del acero, es decir, la capacidad de templarse hasta una cierta profundidad. La tasa crítica de endurecimiento depende de la estabilidad de la austenita, que está determinada por la cantidad de carbono y elementos de aleación disueltos en ella. La introducción de elementos de carbono y aleantes en el acero aumenta la templabilidad, que se evalúa utilizando muestras cilíndricas de acuerdo con la profundidad de la capa de semimartensita en ellas. La capa de acero semimartensítico contiene 50% M y 50% T. Los parámetros principales para el endurecimiento son la temperatura de calentamiento y la velocidad de enfriamiento. La temperatura de calentamiento de los aceros se determina a partir de diagramas de estado, la velocidad de enfriamiento se determina a partir de diagramas de descomposición isotérmica de la austenita. El tiempo de calentamiento depende del tamaño de la pieza y de la conductividad térmica del acero, determinada experimentalmente. Uno de los objetivos de la aleación de aceros estructurales es reducir la tasa de enfriamiento crítico y obtener una templabilidad completa de las piezas fabricadas con ellos durante el enfriamiento no solo en agua, sino también en medios de enfriamiento más blandos. El nivel de tensiones térmicas y de fase y la probabilidad de formación de grietas en la pieza dependen de la agudeza del medio de enfriamiento. En relación con lo anterior, cuando se apaga, se prefieren los medios de enfriamiento suave. Cuando se endurece una herramienta de corte hecha de acero con alto contenido de carbono, para reducir las tensiones internas, se utiliza el enfriamiento en dos ambientes. Para aceros con alto contenido de carbono, y especialmente para aceros con un contenido suficientemente alto de elementos de aleación, el punto M se encuentra por debajo de la temperatura ambiente y, a menudo, por debajo de 0 °C. En este sentido, durante el endurecimiento convencional, se retiene en ellos una gran cantidad de austenita residual. Su presencia reduce la dureza del acero templado y su conductividad térmica, lo que es especialmente indeseable para una herramienta de corte. Con el tiempo, la austenita residual sufre transformaciones de fase, lo que lleva a un cambio en las dimensiones del producto. Esto es extremadamente inaceptable para una herramienta de medición (grapas, tapones). 34. Cambios en la microestructura y propiedades mecánicas de los metales durante el calentamiento después del trabajo en caliente y en frío por presión El procesamiento de metales por presión se basa en su capacidad bajo ciertas condiciones para deformarse plásticamente como resultado de fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo deformable (pieza de trabajo). Si durante las deformaciones elásticas, el cuerpo deformable recupera completamente su forma y dimensiones originales después de la eliminación de las fuerzas externas, entonces, durante las deformaciones plásticas, el cambio de forma y dimensiones causado por la acción de las fuerzas externas persiste después de la terminación de estas fuerzas. La deformación elástica se caracteriza por el desplazamiento de los átomos entre sí en una cantidad menor que las distancias interatómicas, y después de la eliminación de las fuerzas externas, los átomos vuelven a su posición original. Durante las deformaciones plásticas, los átomos se desplazan entre sí en valores mayores que las distancias interatómicas y, después de la eliminación de las fuerzas externas, no vuelven a su posición original, sino que ocupan nuevas posiciones de equilibrio. Dependiendo de las condiciones de temperatura y velocidad de deformación, se distinguen la deformación en frío y en caliente. La deformación en frío se caracteriza por un cambio en la forma de los granos, que se alargan en la dirección del flujo de metal más intenso. Durante la deformación en frío, el cambio de forma va acompañado de un cambio en las propiedades mecánicas y fisicoquímicas del metal. Este fenómeno se llama endurecimiento (endurecimiento). El cambio en las propiedades mecánicas es que durante la deformación plástica en frío, a medida que aumenta, aumentan las características de resistencia, mientras que disminuyen las características de plasticidad. El metal se vuelve más duro, pero menos dúctil. El endurecimiento ocurre debido a la rotación de los planos de deslizamiento, un aumento en la distorsión de la red cristalina en el proceso de deformación en frío (acumulación de dislocaciones en los límites de grano). Los cambios introducidos por la deformación en frío en la estructura y propiedades del metal no son irreversibles. Se pueden eliminar, por ejemplo, mediante tratamiento térmico (recocido). En este caso, ocurre un reordenamiento interno, en el que, debido a la energía térmica adicional, que aumenta la movilidad de los átomos, crecen nuevos granos desde muchos centros en el metal sólido sin transformaciones de fase, reemplazando granos alargados y deformados. Dado que en un campo de temperatura uniforme la tasa de crecimiento de los granos es la misma en todas las direcciones, los nuevos granos que aparecen en lugar de los deformados tienen aproximadamente el mismo tamaño en todas las direcciones. El fenómeno de nucleación y crecimiento de nuevos granos equiaxiales en lugar de deformados y alargados, que ocurre a ciertas temperaturas, se denomina recristalización. Para los metales puros, la recristalización comienza a una temperatura absoluta igual a 0,4 del punto de fusión absoluto del metal. La recristalización avanza a una cierta velocidad, y el tiempo requerido para la recristalización es menor cuanto mayor es la temperatura de calentamiento de la pieza de trabajo deformada. A temperaturas por debajo de la temperatura de inicio de la recristalización, se produce un fenómeno llamado rebote. Al regresar (reposo), la forma y el tamaño de los granos alargados y deformados no cambian, pero las tensiones residuales se eliminan parcialmente. Estas tensiones surgen debido al calentamiento o enfriamiento no uniforme (durante la fundición y el tratamiento a presión), la distribución no uniforme de las deformaciones durante la deformación plástica. Las tensiones residuales crean sistemas de fuerzas mutuamente equilibradas y están ubicadas en la pieza de trabajo, no cargadas por fuerzas externas. La remoción de tensiones residuales durante el retorno casi no cambia las propiedades mecánicas del metal, pero afecta algunas de sus propiedades físicas y químicas. La deformación en caliente es una deformación caracterizada por la relación de las tasas de deformación y recristalización, en la que la recristalización tiene tiempo de ocurrir en todo el volumen de la pieza de trabajo y la microestructura después del tratamiento a presión resulta ser equiaxial, sin rastros de endurecimiento. Para garantizar las condiciones para la deformación en caliente, es necesario aumentar la temperatura de calentamiento de la pieza de trabajo con un aumento en su tasa (para aumentar la tasa de recristalización). Si el metal al final de la deformación tiene una estructura que no está completamente recristalizada, con rastros de endurecimiento, dicha deformación se denomina deformación en caliente incompleta. La deformación en caliente incompleta conduce a una estructura heterogénea, una disminución de las propiedades mecánicas y la plasticidad. En la deformación en caliente, la resistencia a la deformación es unas 10 veces menor que en la deformación en frío, y la ausencia de endurecimiento hace que la resistencia a la deformación (límite elástico) cambie ligeramente durante el proceso de formación. Esta circunstancia explica principalmente el hecho de que el trabajo en caliente se utilice para la fabricación de piezas de gran tamaño, ya que requiere menos fuerzas de deformación (equipos de menor potencia). Durante la deformación en caliente, la plasticidad del metal es mayor que durante la deformación en frío. La influencia de la deformación en frío sobre las propiedades del metal se puede utilizar para obtener las mejores propiedades de rendimiento de las piezas, y el control del cambio de propiedades en la dirección requerida y por el valor deseado se puede lograr eligiendo una combinación racional de deformación en frío y en caliente. , así como el número y modos de tratamientos térmicos en el proceso de fabricación de la pieza. 35. Recristalización de retorno, primaria y colectiva. recocido de recristalización Alrededor del 10-15% de toda la energía gastada en la deformación plástica es absorbida por el metal y se acumula en él en forma de mayor energía potencial de átomos desplazados, tensiones. El metal deformado se encuentra en un estado inestable de no equilibrio. La transición a un estado de mayor equilibrio está asociada con una disminución de las distorsiones en la red cristalina, la eliminación de tensiones, que está determinada por la posibilidad de que los átomos se muevan. A bajas temperaturas, la movilidad del átomo es pequeña y en el estado de endurecimiento en frío puede persistir indefinidamente. Al aumentar la temperatura, aumenta la difusión de átomos y comienzan a desarrollarse procesos en el metal, llevándolo a un estado de mayor equilibrio. Este es el fenómeno de retorno. La primera etapa de retorno - descanso, se observa con bajo calentamiento. Durante el descanso, hay una disminución en el número de vacantes, una disminución en la densidad de dislocaciones y una liberación parcial de tensiones. La segunda etapa de retorno es la poligonización, la división de granos en partes: polígonos (subgranos). La poligonización ocurre como resultado del deslizamiento y ascenso de las dislocaciones, como resultado de lo cual las dislocaciones del mismo signo forman "paredes" que separan los granos en polígonos. En estado poligonal, un cristal tiene menos energía que uno deformado, y la formación de polígonos es un proceso energéticamente favorable. La temperatura de inicio de poligonización no es constante. La tasa de poligonización depende de la naturaleza del metal, el grado de deformación previa y el contenido de impurezas. Al regresar no se observan cambios apreciables en la microestructura, el metal conserva su estructura fibrosa. En este caso, la dureza y la resistencia se reducen algo y aumenta la ductilidad. Recristalización. Cuando se calienta a temperaturas suficientemente altas, aumenta la movilidad de los átomos y se produce el proceso de recristalización. La recristalización es el proceso de formación y crecimiento de nuevos granos cuando el metal trabajado en frío se calienta a una temperatura determinada. Este proceso se desarrolla en dos etapas. Hay recristalización primaria (procesamiento) y colectiva. La recristalización primaria (procesamiento) consiste en la formación de núcleos y el crecimiento de nuevos granos en equilibrio con una red cristalina no distorsionada. Lo más probable es que aparezcan nuevos granos en los límites de los bloques y los granos, paquetes de deslizamiento dentro de los granos, donde la red metálica se distorsionó más fuertemente durante la deformación plástica. El número de nuevos granos aumenta gradualmente y, finalmente, no quedan granos viejos deformados en la estructura. Un metal deformado que se encuentra en un estado inestable tiende a pasar a un estado estable con la menor cantidad de energía libre. Este estado corresponde al proceso de formación de nuevos granos con una red cristalina no distorsionada. En los lugares donde la red está más distorsionada y, en consecuencia, menos estable, cuando se calienta, los átomos se mueven, la red se restaura y aparecen los núcleos de nuevos granos en equilibrio. Los núcleos de nuevos granos también pueden ser volúmenes (bloques) con la red menos distorsionada, donde los átomos pasan de volúmenes vecinos con una red distorsionada. Recristalización colectiva: la segunda etapa del proceso de recristalización consiste en el crecimiento de nuevos granos formados. La fuerza impulsora de la recristalización colectiva es la energía superficial de los granos. El crecimiento de los granos se explica por el hecho de que, en presencia de una gran cantidad de granos pequeños, su superficie total es muy grande, por lo que el metal tiene una gran cantidad de energía superficial. Con el engrosamiento de los granos, la longitud total de sus límites se vuelve más pequeña, lo que corresponde a la transición del metal a un estado más equilibrado. Con el inicio de la recristalización, ocurre un cambio significativo en las propiedades del metal, opuesto al cambio de propiedades durante el endurecimiento. La resistencia del metal disminuye. La plasticidad, la viscosidad, la conductividad térmica y otras propiedades aumentan, las cuales disminuyen durante el endurecimiento.Las propiedades del metal están muy influenciadas por el tamaño de los granos resultantes de la recristalización. El tamaño de grano aumenta al aumentar el tiempo de mantenimiento. Los granos más grandes se forman después de una ligera deformación preliminar. Este grado de deformación se denomina crítico. Recocido de recristalización. Este tipo de recocido se lleva a cabo para eliminar el endurecimiento del metal trabajado en frío. El metal endurecido por trabajo es muy duro y quebradizo, su red cristalina se encuentra en un estado de no equilibrio y tiene una gran reserva de exceso de energía libre. En metal muy endurecido por trabajo, debido a la fusión de dislocaciones en los lugares de su acumulación, se observan defectos peligrosos: núcleos de grietas. En algunos casos, se debe eliminar el endurecimiento. Esto requiere calentamiento, lo que estimula los procesos de difusión. Sin embargo, el recocido de recristalización es más preferible debido a la temperatura significativamente más baja y la duración mucho más corta de su implementación con prácticamente los mismos resultados. 36. Recocido del segundo tipo. recocido y normalización de aceros; modos y propósito de recocido y normalización El recocido es el calentamiento y enfriamiento lento del acero. Recocido del segundo tipo: cambio de la estructura de la aleación para obtener estructuras de equilibrio; el recocido del segundo tipo incluye el recocido completo, incompleto e isotérmico. El recocido de recristalización se basa en la recristalización de fase, es decir, es un recocido del segundo tipo. Su objetivo principal es un cambio completo en la composición de la fase. La temperatura de calentamiento y el tiempo de mantenimiento deben proporcionar las transformaciones estructurales deseadas, la velocidad de enfriamiento se elige de manera que las transformaciones de la fase de difusión inversa tengan tiempo de ocurrir. Después del recocido, se obtiene una estructura de grano fino uniforme, la dureza disminuye, la ductilidad aumenta y el recocido tipo II se utiliza como tratamiento térmico preliminar y antes de procesar piezas de acero en máquinas herramienta. Dependiendo de la temperatura de calentamiento, se hace una distinción entre recocido completo e incompleto. El recocido completo se utiliza para acero hipoeutectoide. Los productos se calientan para garantizar una recristalización completa: la transformación de la estructura original de ferrita y perlita en austenita. Su finalidad es mejorar la estructura del acero para facilitar su posterior procesado por corte, estampación o temple, así como obtener una estructura de perlita de equilibrio de grano fino en la pieza acabada. El recocido incompleto está asociado con la recristalización de fase, se utiliza después del trabajo en caliente por presión, cuando la pieza tiene una estructura de grano fino. Tras el enfriamiento, se obtendrá una estructura rugosa, formada por grandes granos de ferrita y perlita. El acero tiene baja ductilidad. La producción de cementita granular se promueve mediante la deformación plástica en caliente que precede al recocido, en el que se tritura la red de cementita. El acero con cementita granular se procesa mejor con herramientas de corte y adquiere una buena estructura después del endurecimiento. Para ahorrar tiempo, se lleva a cabo un recocido isotérmico. Durante el recocido isotérmico, durante el proceso de mantenimiento, la temperatura se iguala en la sección transversal del producto. Esto contribuye a una estructura más uniforme y propiedades uniformes. Los aceros aleados se someten a dicho recocido. Al recocer aceros aleados, no solo aumenta la duración del calentamiento y mantenimiento, sino también la duración del enfriamiento. Los aceros de alta aleación se enfrían a baja velocidad debido a la mayor estabilidad de la austenita aleada. Su dureza permanece alta después del recocido, lo que perjudica la maquinabilidad de la herramienta de corte. La normalización es el tratamiento térmico del acero, en el que el producto se calienta hasta el estado austenítico y se enfría en aire quieto. La diferencia entre la normalización y el recocido completo para aceros hipoeutectoides está solo en la velocidad de enfriamiento. Como resultado de la normalización, se obtiene una estructura más fina del eutectoide, se reducen las tensiones internas, se eliminan los defectos que surgieron en el proceso de procesamiento anterior de los productos. La dureza y la resistencia son más altas que después del recocido. La normalización se utiliza como una operación intermedia que mejora la estructura. Las características de este tipo de tratamiento térmico son la temperatura de calentamiento y el enfriamiento en aire quieto. Estas características se deben a los objetivos específicos de la normalización. En cuanto a los aceros hipoeutectoides, especialmente los de bajo contenido en carbono, la normalización en un menor tiempo y con una mayor sencillez del régimen de enfriamiento permite obtener los mismos resultados que en el recocido. El enfriamiento en aire proporciona un alto grado de sobreenfriamiento de la austenita que durante el recocido, sus productos de descomposición resultan más dispersos y la densidad de dislocaciones generadas se acerca a 108 cm2, como resultado de lo cual se obtiene una estructura de acero de grano fino más favorable con mayor Las propiedades de resistencia se pueden obtener mediante normalización. En algunos casos, cuando no se requieren propiedades de mayor resistencia del material del producto, la normalización reemplaza al endurecimiento. Esto es especialmente cierto para piezas hechas de acero con bajo contenido de carbono, para las cuales se excluye el uso de templado debido a la velocidad crítica muy alta de templado. Durante la normalización de los aceros hipereutectoides, debido a la separación acelerada del exceso de cementita (secundaria) de la austenita, no se forma una red de cementita indeseable alrededor de los granos de perlita. En este sentido, uno de los objetivos de la normalización es la destrucción de dicha red en los aceros hipereutectoides. El recocido de recristalización (recristalización) del acero se produce a temperaturas de 500-550 °C; recocido para aliviar tensiones internas - a temperaturas de 600-700 °. Estos tipos de recocido alivian las tensiones internas en las piezas fundidas debido al enfriamiento desigual de sus piezas y en las piezas de trabajo procesadas por presión a temperaturas por debajo de las críticas. El recocido por difusión se utiliza en los casos en que se observa segregación intracristalina en el acero. La alineación de la composición en los granos de austenita se logra mediante la difusión del carbono y otras impurezas en estado sólido, junto con la autodifusión del hierro. Como resultado, el acero se vuelve homogéneo en su composición (homogéneo), por lo que el recocido por difusión también se denomina homogeneización. La temperatura de homogeneización debe ser lo suficientemente alta, pero los granos no deben quemarse. 37. Vacaciones de aceros. Transformaciones en el acero durante el templado, cambios en la microestructura y propiedades El templado es la operación de calentamiento del acero endurecido para reducir las tensiones residuales e impartir un conjunto de propiedades mecánicas que son necesarias para la operación a largo plazo del producto. El revenido se realiza calentando las piezas templadas por martensita a una temperatura inferior a la crítica. En este caso, dependiendo de la temperatura de calentamiento, se pueden obtener los estados de martensita, troostita o sorbita revenida. Estos estados difieren de los estados de endurecimiento en estructura y propiedades: durante el endurecimiento, la cementita (en troostita y sorbita) se obtiene en forma de placas alargadas, como en la perlita laminar. Y cuando lo dejas, resulta granular o punteado, como en la perlita granular. Cuando se templa el acero endurecido a martensita, se producen transformaciones en él, que conducen a la descomposición de la martensita y a la formación de una composición de fase estructural de equilibrio. La intensidad y el resultado de estas transformaciones dependen de la temperatura de templado. La temperatura de templado se elige en función del propósito operativo funcional del producto. En el curso de muchos años de práctica operativa y de producción, se han desarrollado tres grupos principales de productos que requieren sus "propios" complejos específicos de propiedades de viscosidad-resistencia para su operación exitosa. El primer grupo: herramientas de medición de corte y matrices para estampación en frío. Su material requiere una alta dureza y un pequeño margen de viscosidad. El segundo grupo consiste en resortes y resortes, cuyo material requiere una combinación de un alto límite elástico con una viscosidad satisfactoria. El tercer grupo incluye la mayoría de las piezas de máquinas que experimentan cargas estáticas y especialmente dinámicas o cíclicas. Con la operación a largo plazo de los productos, su material requiere una combinación de propiedades de resistencia satisfactorias con la máxima viscosidad. Dependiendo de la temperatura de calentamiento, existen tres tipos de templado: baja temperatura (baja), media temperatura (media) y alta temperatura (alta). La ventaja de la estructura de puntos es una combinación más favorable de resistencia y ductilidad. A bajo revenido (calentamiento a una temperatura de 200-300°C), la martensita permanece principalmente en la estructura de acero, además, comienza la separación de los carburos de hierro de una solución sólida de carbono en hierro XNUMX y su acumulación inicial en pequeños grupos. . Esto conlleva una ligera disminución de la dureza y un aumento de las propiedades plásticas y dúctiles del acero, así como una disminución de las tensiones internas en las piezas. Para el templado bajo, las piezas se mantienen durante un tiempo determinado, normalmente en baños de aceite o sal. El templado bajo se utiliza para cortar, medir herramientas y engranajes. Con revenido medio y alto, el acero del estado de martensita pasa al estado de troostita o sorbita. Cuanto mayor sea el revenido, menor será la dureza del acero templado y mayor su ductilidad y tenacidad. Con el revenido alto, el acero recibe una combinación de propiedades mecánicas, mayor resistencia, ductilidad y tenacidad, por lo tanto, el revenido alto del acero después de enfriarlo para obtener martensita se denomina matriz de forja, resortes, resortes, y el revenido alto está sujeto a muchas partes a alta hace hincapié Para algunos grados de acero, el templado se lleva a cabo después de la normalización. Esto se refiere al acero hipoeutectoide de aleación de grano fino (especialmente al níquel) que tiene alta tenacidad y, por lo tanto, mala maquinabilidad con herramienta de corte. Para mejorar la maquinabilidad, el acero se normaliza a temperaturas elevadas (hasta 950-970°), por lo que adquiere una gran estructura (lo que determina una mejor maquinabilidad) y al mismo tiempo una mayor dureza (debido a la baja tasa crítica de endurecimiento del acero al níquel). Para reducir la dureza, este acero se templa alto. El propósito del templado no es simplemente eliminar las tensiones internas en el acero endurecido. En el revenido bajo, la martensita se libera parcialmente de los átomos de carbono que sobresaturan su red, y la martensita revenida se basa en una solución sólida sobresaturada de carbono. El revenido a temperatura media (media) se lleva a cabo a una temperatura de 350 a 450 °C. Con dicho calentamiento, se completa la descomposición de la martensita, dando lugar a la formación de ferrita y cementita normales en composición y estructura interna. Debido a la insuficiente intensidad de los procesos de difusión, el tamaño de grano de las fases resultantes resulta ser muy pequeño. El revenido a alta temperatura (alta) se lleva a cabo a 500-650 °C. En tales condiciones de calentamiento, con el aumento de los procesos de difusión, se produce la formación de granos más grandes de ferrita y cementita, acompañada de una disminución de la densidad de dislocaciones y la eliminación completa de las tensiones residuales. El producto de descomposición de la martensita, llamado sorbito templado, obtenido a alto templado, tiene la viscosidad más alta para el acero. Tal complejo es ideal para piezas de máquinas sujetas a cargas dinámicas. Debido a esta ventaja, el tratamiento térmico que combina el templado y el revenido alto se ha denominado durante mucho tiempo como mejora. 38. Tratamiento químico-térmico del acero. Propósito, tipos y patrones generales. Saturación por difusión de aleaciones con metales y no metales Tratamiento químico-térmico (CHT): procesamiento con una combinación de efectos térmicos y químicos para cambiar la composición, la estructura y las propiedades de la capa superficial de la pieza en la dirección requerida, en la que la saturación superficial del material metálico con el elemento correspondiente (C, T, B, Al, Cr, Si) se produce, T, etc.) por su difusión en estado atómico desde el medio ambiente a alta temperatura. El tratamiento químico de metales y aleaciones, tanto para el endurecimiento de su superficie como para la protección contra la corrosión, aumenta la fiabilidad y durabilidad de las piezas de la máquina. CTO incluye las principales etapas interrelacionadas: 1) la formación de átomos activos en un medio saturado y su difusión a la superficie del metal tratado; 2) átomos activos formados por adsorción por la superficie de saturación; 3) difusión-movimiento de átomos adsorbidos en el interior del metal. El desarrollo del proceso de difusión conduce a la formación de una capa de difusión: el material de la pieza en la superficie de saturación, que difiere del inicial en composición química, estructura y propiedades. El material de la parte debajo de la capa de difusión, no afectado por la acción del medio activo saturante, se denomina núcleo. El espesor total de la capa de difusión es la distancia más corta desde la superficie de saturación hasta el núcleo. El espesor efectivo de la capa de difusión es la distancia más corta desde la superficie de saturación hasta el área medida, que difiere del valor nominal límite establecido del parámetro básico. El parámetro básico de la capa de difusión es un parámetro material que sirve como criterio para cambiar la calidad dependiendo de la distancia desde la superficie de saturación. La zona de transición de la capa de difusión es la parte interna de la capa de difusión adyacente al núcleo, cuya longitud está determinada por la diferencia entre los espesores total y efectivo. Etapa XTO - difusión. En los metales, durante la formación de soluciones sólidas de sustitución, la difusión se produce principalmente de acuerdo con el mecanismo de vacantes. En la formación de soluciones sólidas intersticiales, se realiza el mecanismo de difusión a lo largo de los intersticios. Carburación de acero - CTO, que consiste en la saturación por difusión de la capa superficial de acero con carbono cuando se calienta en un carburador, se lleva a cabo a 930-950 ° C, cuando la austenita es estable, disolviendo el carbono en grandes cantidades. Para la cementación se utilizan aceros aleados con bajo contenido de carbono. Las piezas se entregan para cementación después del mecanizado con una tolerancia de rectificado. Los principales tipos de lechada son sólidas y gaseosas. La cementación con gas es un proceso tecnológico más avanzado que la cementación sólida. En el caso de cementación con gas, se puede obtener una determinada concentración de carbono en la capa; se reduce la duración del proceso; se brinda la posibilidad de mecanización completa y automatización del proceso; simplifica el tratamiento térmico de las piezas. El tratamiento térmico es necesario para: corregir la estructura y moler el grano del núcleo y la capa cementada; obtener alta dureza en la capa cementada y buenas propiedades mecánicas del núcleo. Después de la cementación, el tratamiento térmico consiste en un doble templado y revenido. La desventaja de dicho tratamiento térmico es la complejidad del proceso tecnológico, la posibilidad de oxidación y descarburación. La operación final es el revenido bajo a 160-180 °C, que transforma la martensita endurecida de la capa superficial en martensita templada, aliviando tensiones y mejorando las propiedades mecánicas. Nitruración del acero - XTO, que consiste en la saturación por difusión de la capa superficial del acero con nitrógeno cuando se calienta en un medio apropiado. La dureza de la capa de acero nitrurado es superior a la del cementado y se mantiene cuando se calienta a altas temperaturas (450-500 °C), mientras que la dureza de la capa cementada, que tiene una estructura martensítica, se mantiene hasta 200 -225 °C. La nitruración se lleva a cabo a menudo a 500-600 °C. Saturación por difusión de aleaciones con metales y no metales La boruración es la saturación de la superficie de metales y aleaciones con boro para aumentar la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión. La boruración se aplica a aceros de las clases perlítica, ferrítica y austenítica, metales refractarios y aleaciones de níquel. Siliconización. Como resultado de la saturación por difusión de la superficie con silicio, aumentan la resistencia a la corrosión, la resistencia al calor, la dureza y la resistencia al desgaste de los metales y aleaciones. Cromado: saturación de la superficie de los productos con cromo. Las fundiciones, los aceros de varias clases, las aleaciones a base de níquel, molibdeno, tungsteno, niobio, cobalto y los materiales metalocerámicos se someten al cromado por difusión. El cromado se lleva a cabo en cámaras de vacío a 1420 °C. La aluminización es un proceso de saturación por difusión de la superficie de los productos con aluminio para aumentar la resistencia al calor, la corrosión y la erosión. Al aluminizar hierros y aceros, se observa una disminución gradual de la concentración de aluminio sobre el espesor de la capa. El propósito del endurecimiento superficial es aumentar la dureza, la resistencia al desgaste y el límite de resistencia de la superficie de las piezas de trabajo. Al mismo tiempo, el núcleo permanece viscoso y el producto percibe cargas de choque. 39. Envejecimiento. Propósito, cambio en la microestructura y propiedades de las aleaciones durante el envejecimiento. El revenido y el envejecimiento son tipos de tratamiento térmico que cambian las propiedades de las aleaciones endurecidas. El término templado se suele aplicar sólo a aquellas aleaciones que han sido templadas con una transformación polimórfica, y el término envejecimiento se utiliza en el caso de templado sin transformación polimórfica (después de dicho templado, se fija una solución sólida sobresaturada). El propósito del templado del acero es mejorar sus propiedades. El templado del acero suaviza el efecto del endurecimiento, reduce o elimina las tensiones residuales, aumenta la tenacidad, reduce la dureza y la fragilidad del acero. El revenido se realiza calentando las piezas templadas por martensita a una temperatura inferior a la crítica. A diferencia del revenido después del envejecimiento, la resistencia y la dureza aumentan y la ductilidad disminuye. El proceso principal durante el envejecimiento es la descomposición de una solución sólida sobresaturada, que se obtiene como resultado del enfriamiento rápido. Así, el envejecimiento de las aleaciones está asociado con una solubilidad variable del exceso de fase, y el endurecimiento durante el envejecimiento ocurre como resultado de precipitados dispersos durante la descomposición de una solución sólida sobresaturada y las tensiones internas resultantes. En el envejecimiento de las aleaciones, los precipitados de las soluciones sólidas supersaturadas se presentan en las siguientes formas principales: placa delgada (en forma de disco), equiaxiales (generalmente esféricas o cúbicas) y aciculares. La energía de las distorsiones elásticas es mínima para los precipitados en forma de placas delgadas: lentes. El objetivo principal del envejecimiento es aumentar la resistencia y estabilizar las propiedades. Se distingue entre envejecimiento natural, envejecimiento artificial y posterior a la deformación plástica. El envejecimiento natural es un aumento espontáneo de la resistencia (y una disminución de la ductilidad) de una aleación endurecida, que ocurre en el proceso de mantenerla a temperatura normal. Calentar la aleación aumenta la movilidad de los átomos, lo que acelera el proceso. Las soluciones sólidas a bajas temperaturas suelen descomponerse hasta la etapa de formación de zonas. Estas zonas son regiones dispersas que se enriquecen con un exceso de componente. Conservan la estructura cristalina que tenía la solución original. Las zonas llevan el nombre de Guinier y Preston. Usando microscopía electrónica, estas zonas se pueden observar en aleaciones de Al - Ag, que tienen la forma de partículas esféricas con un diámetro de ~10 A. Los spalavs de Al-Cu tienen placas de zona que tienen un espesor de <10A. El envejecimiento artificial es un aumento de la fuerza que se produce durante la exposición a temperaturas elevadas. Si una aleación endurecida que tiene la estructura de una solución sólida sobresaturada se somete a deformación plástica, esto acelera los procesos que ocurren durante el envejecimiento. Este tipo de envejecimiento se denomina deformación. El tratamiento térmico de las aleaciones de aluminio consta de dos ciclos: endurecimiento y envejecimiento. El envejecimiento abarca todos los procesos que ocurren en una solución sólida sobresaturada: los procesos que preparan la liberación y los procesos de liberación. Una transformación en la que solo ocurren procesos de precipitación se denomina endurecimiento por precipitación. Para la práctica, el período de incubación es de gran importancia: el tiempo durante el cual se realizan los procesos preparatorios en la aleación endurecida, el tiempo durante el cual la aleación endurecida conserva una alta ductilidad. Esto hace posible realizar una deformación en frío inmediatamente después del temple. Si solo ocurren procesos de precipitación durante el envejecimiento, sin procesos preparatorios complejos, entonces este fenómeno se denomina endurecimiento por precipitación. La importancia práctica del fenómeno del envejecimiento de las aleaciones es muy alta. Entonces, después del envejecimiento, la resistencia aumenta y la ductilidad del acero bajo en carbono disminuye como resultado de la precipitación dispersa en ferrita de cementita terciaria y nitruros. El envejecimiento es la forma principal de endurecer las aleaciones de aluminio, algunas aleaciones de cobre y muchas aleaciones de alta temperatura y de otro tipo. En la actualidad, las aleaciones martensíticas se utilizan cada vez más. Hoy en día, con bastante frecuencia, en lugar del término "envejecimiento natural", se usa el término "envejecimiento a baja temperatura", y en lugar de "envejecimiento artificial", "envejecimiento a alta temperatura". Los primeros metales que se endurecieron por el envejecimiento fueron las aleaciones de aluminio. El endurecimiento se llevó a cabo a temperaturas superiores a 100 °C. Se observan diferencias en el proceso de descomposición en diferentes intervalos de temperatura. Por lo tanto, para obtener un conjunto óptimo de propiedades en las aleaciones, se utiliza el envejecimiento complejo, que tiene lugar en una determinada secuencia, a bajas y altas temperaturas. El envejecimiento de las aleaciones, provocado por el proceso de descomposición de una solución sólida saturada, es el más importante. Después del enfriamiento de las aleaciones, aparece un estado de sobresaturación de la solución sólida. Esto se debe al hecho de que a altas temperaturas aumenta la solubilidad de las impurezas y los componentes de aleación. 40. Clasificación y marcado de aceros aleados. Influencia de los elementos de aleación en las transformaciones, microestructura y propiedades del acero; principios para el desarrollo de aceros aleados El acero aleado es un acero que contiene, además del carbono y las impurezas convencionales, otros elementos que mejoran sus propiedades. Para la aleación de acero se utilizan cromo, níquel, manganeso, silicio, tungsteno, molibdeno, vanadio, cobalto, titanio, aluminio, cobre y otros elementos. El manganeso se considera un componente de aleación solo cuando su contenido en acero es superior al 1%, y el silicio, cuando el contenido es superior al 0,8%. Se introducen elementos de aleación en el acero, que cambian sus propiedades mecánicas, físicas y químicas y, dependiendo del propósito del acero, se introducen elementos que cambian las propiedades en la dirección correcta. El acero aleado de muchos grados adquiere altas propiedades físicas y mecánicas solo después del tratamiento térmico. Según la cantidad total de elementos de aleación contenidos en el acero, se divide en baja aleación (el contenido total de elementos de aleación es inferior al 2,5 %), aleación media (del 2,5 al 10 %) y aleación alta (más de 10 %). La desventaja del acero al carbono es que este acero no tiene la combinación deseada de propiedades mecánicas. Con un aumento en el contenido de carbono, aumentan la resistencia y la dureza, pero al mismo tiempo, la ductilidad y la tenacidad disminuyen drásticamente y aumenta la fragilidad. Las herramientas de corte de acero al carbono son muy frágiles e inadecuadas para operaciones de carga de impacto en la herramienta. El acero al carbono a menudo no cumple con los requisitos de la fabricación responsable de máquinas y herramientas. En tales casos, es necesario utilizar acero aleado. Los elementos de aleación en relación con el carbono se dividen en dos grupos: 1) elementos que forman compuestos químicos estables con carbono - carburos (cromo, manganeso, molibdeno, tungsteno, titanio); Los carburos pueden ser simples (por ejemplo, Cr4 C) o aleaciones complejas (por ejemplo, ((FeСг)7С3); su dureza suele ser mayor que la dureza del carburo de hierro y su fragilidad es menor; 2) elementos que no forman carburos en presencia de hierro y están incluidos en la solución sólida: ferrita (níquel, silicio, cobalto, aluminio, cobre). Previa cita, el acero aleado se divide en estructural, de herramientas y acero con propiedades físicas y químicas especiales. El acero estructural se utiliza para la fabricación de piezas de máquinas; se divide en cementado (sujeto a cementación) y mejorado (sujeto a mejora - temple y alto revenido). Los aceros con propiedades especiales incluyen: inoxidable, resistente al calor, resistente a los ácidos, resistente al desgaste, con propiedades magnéticas y eléctricas especiales. Marcado según GOST para la designación de elementos de aleación: X - cromo, H - níquel, G - manganeso, C - silicio, B - tungsteno, M - molibdeno, K - cobalto. Para el acero estructural aleado, se adopta un marcado, según el cual los dos primeros dígitos muestran el contenido medio de carbono en centésimas de porcentaje, las letras muestran la presencia de los elementos de aleación correspondientes y los números que siguen a las letras muestran el porcentaje de estos. componentes en el acero. Si no hay un número después de ninguna letra, entonces el contenido de este elemento en el acero es aproximadamente igual al 1%. Si falta la cifra, entonces el acero contiene aproximadamente o más del 1% de carbono. Para indicar acero de alta calidad, al final de la marca se agrega la letra A. El acero de alta calidad contiene menos azufre y fósforo que el acero ordinario de alta calidad. Los aceros para fines especiales tienen una marca especial de las letras que se colocan al frente: Ø - cojinete de bolas, Р - corte de alta velocidad, Zh - clase ferrítica inoxidable cromo, Я - clase austenítica inoxidable cromo-níquel, E - acero eléctrico. Muchos aceros se pueden atribuir a materiales de ingeniería que tienen propiedades de resistencia suficientemente altas. Dichos aceros incluyen: aceros al carbono, aceros de baja aleación, aceros de alta resistencia y aleación media, aceros de alta resistencia y alta aleación (envejecidos martensíticamente). Todos los aceros aleados se pueden dividir en grupos según cuatro características: según la estructura de equilibrio del acero, según la estructura después de enfriar el acero al aire, según la composición del acero, según el propósito del acero. Dependiendo de la cantidad de carbono que contenga el acero, se distinguen los siguientes tipos: bajo contenido de carbono hasta 0.1-0.2%, medio carbono y alto contenido de carbono 0.6-1.7% C. La estructura de los aceros puede ser acero hipoeutectoide (ferrita + perlita), eutectoide (perlita) e hipereutectoide (perlita + cementita). Hay tres formas de fundir el acero: métodos de ebullición, semi-calma y calma. Con el método de ebullición, la estructura de acero contiene una gran cantidad de burbujas de gas, que son el resultado de la desoxidación del acero en los moldes y la liberación de CO. Los aceros también se obtienen mediante convertidores, hornos eléctricos e instalaciones de colada continua. 41. Aceros estructurales: construcción, ingeniería, alta resistencia. Aceros para herramientas: aceros para herramientas, aceros para cojinetes, aceros para matrices Los aceros al carbono para herramientas U8, U10, U11, U12, debido a la baja estabilidad de la austenita sobreenfriada, tienen baja templabilidad, se utilizan para herramientas pequeñas. Los aceros U10, U11, U12 se utilizan para herramientas de corte (taladro, lima), U7 y U8, para herramientas de carpintería. Los aceros se pueden usar como herramienta de corte solo para cortar a bajas velocidades, ya que su alta dureza (U10-U12-62-63НРС) se reduce considerablemente cuando se calienta a más de 190-200 °C. Los aceros aleados con mayor templabilidad que no tienen resistencia al calor (11HF, 13X, HVSG, 9XS, X, V2F) son adecuados para cortar materiales de baja resistencia, se utilizan para herramientas que no están sujetas al calor durante la operación. Los aceros aleados tienen una mayor templabilidad que los aceros al carbono. Los aceros rápidos (R6M5, R12F3, R8M3) tienen una alta resistencia al calor y tienen una gran dureza, resistencia y resistencia al desgaste a las temperaturas elevadas que se producen en el filo cuando se corta a alta velocidad. Los principales elementos de aleación de estos aceros son tungsteno, molibdeno, cobalto y vanadio. El acero al carbono se divide en acero estructural (acero blando y de dureza media) y acero para herramientas (duro). El acero estructural según GOST se divide en: 1) acero al carbono de calidad ordinaria, laminado en caliente, fundido por el método de solera abierta o Bessemer; 2) acero al carbono de alta calidad, para la construcción de maquinaria, laminado en caliente y forjado, fundido en hornos abiertos o eléctricos. Este acero se utiliza para la fabricación de piezas más críticas de máquinas y mecanismos. El acero aleado estructural se utiliza para la fabricación de piezas críticas de máquinas y estructuras metálicas. Acero de triple aleación. El cromo como componente de aleación aumenta la resistencia del acero y es relativamente barato. El cromo le da al acero una buena resistencia al desgaste y, con un aumento en la cantidad de carbono, alta dureza debido a la formación de carburos. El acero al cromo de baja y media aleación se usa ampliamente en la construcción de aviones, automóviles y tractores, así como en otras ramas de la ingeniería para la fabricación de ejes, ejes, engranajes y otras piezas. El acero al cromo con un contenido de 0,4-1,65% Cr y 0,95-1,15% C forma un grupo de aceros para cojinetes de bolas. El acero al cromo de baja aleación también se utiliza para la fabricación de herramientas. El acero al cromo de alta aleación es inoxidable y resistente a la corrosión no solo en el aire, sino también en entornos agresivos. Conserva su fuerza a temperaturas elevadas y se utiliza para la fabricación de álabes de turbina, cilindros de alta presión y tubos de sobrecalentador. El níquel es un excelente elemento de aleación, pero es muy caro y escaso. Intentan usarlo en combinación con cromo y manganeso. El níquel aumenta la resistencia, tenacidad y dureza (después del templado) del acero, reduce ligeramente la ductilidad y aumenta en gran medida la templabilidad y la resistencia a la corrosión. Después del templado y revenido bajo, el acero al níquel tiene una alta dureza pero no es quebradizo. El acero al níquel de baja y media aleación se utiliza en las industrias automotriz y de ingeniería crítica. El acero al níquel de alta aleación tiene propiedades especiales. Con un contenido de silicio superior al 0,8%, la resistencia, la elasticidad y la dureza del acero aumentan, reduciendo su tenacidad. El acero al silicio con bajo contenido de carbono se utiliza para la construcción de puentes y no se somete a tratamiento térmico. El acero 55C2, 6 °C2 se utiliza para la fabricación de muelles y resortes. Después de templado y revenido, este acero tiene una alta resistencia a la tracción y elasticidad. El manganeso aumenta la dureza y la resistencia del acero, aumenta su templabilidad y mejora la soldabilidad. El acero aleado al manganeso se denomina acero, que contiene al menos un 1% de Mn. En la práctica, se utiliza acero al manganeso de baja y alta aleación. El acero de alta aleación de grado G13, que tiene una viscosidad muy alta y resistencia a la abrasión por impacto, se ha generalizado: se utiliza para hacer cambios y cruces de ferrocarril, viseras de dragas. Acero aleado para herramientas. Para cada tipo de herramienta es necesario utilizar el acero más adecuado en cuanto a sus cualidades a las condiciones de trabajo dadas. El acero de baja aleación para herramientas de corte no difiere en su capacidad de corte del acero al carbono y se usa a bajas velocidades de corte. Los grados comunes de acero de baja aleación para herramientas de corte son: 1) acero grado X - cromo (para la fabricación de cortadores, taladros); 2) acero grado 9XC - cromo-silicio (para la fabricación de cortadores, taladros); 3) grado de acero B1 - tungsteno (para la fabricación de brocas helicoidales, escariadores). 42. Aceros inoxidables, resistentes al calor y resistentes al calor, resistentes al frío, eléctricos y resistentes al desgaste La resistencia a la corrosión del acero aumenta si el contenido de carbono se reduce al mínimo posible y se introduce un elemento de aleación que forma soluciones sólidas con hierro en tal cantidad que aumenta el potencial de electrodo de la aleación. El acero que es resistente a la corrosión atmosférica se llama acero inoxidable. El acero o una aleación que tiene una alta resistencia a la corrosión por ácidos, sales, álcalis y otros medios agresivos se denomina resistente a los ácidos. La corrosión es la destrucción de los metales debido a la interacción de su interacción electroquímica con el medio ambiente. Los materiales estructurales tienen una alta resistencia a la corrosión. Los aceros al carbono y de baja aleación son inestables frente a la corrosión en la atmósfera, el agua y otros medios. Los resistentes a la corrosión son metales y aleaciones que pueden resistir los efectos corrosivos del medio ambiente. El cromo es el principal elemento de aleación que hace que el acero sea resistente a la corrosión en ambientes oxidantes. La resistencia al calor es la capacidad de los metales y las aleaciones para resistir los efectos corrosivos de los gases a altas temperaturas. El efecto corrosivo de los gases conduce a la oxidación del acero a altas temperaturas. La intensidad de la oxidación se ve afectada por la composición y estructura de la película de óxido. Si la película es porosa, la oxidación se produce intensamente, si es densa, se ralentiza o se detiene por completo. Para obtener una densa película de óxido, que impide la penetración profunda del oxígeno en el acero, se alea con cromo, silicio o aluminio. Cuanto más elemento de aleación hay en el acero, mayor es su resistencia al calor. Resistencia al calor. Para un material de herramienta, está determinado por la temperatura más alta a la que conserva sus propiedades de corte. La resistencia al calor de los materiales de la herramienta utilizada oscila entre 200 y 1500 °C. Según el grado de disminución de la resistencia al calor, los materiales se organizan en el siguiente orden: superduro, cerámica de corte, aleaciones duras, alta velocidad, aleado, carbono aceros Incluso cuando se expone a temperaturas durante mucho tiempo, las propiedades de alta resistencia al calor deben permanecer al mismo nivel. El metal de los troqueles calientes debe ofrecer una resistencia al revenido estable. La resistencia al calor es la capacidad del acero para resistir esfuerzos mecánicos a altas temperaturas. Los aceros y aleaciones resistentes al calor son aquellos que pueden trabajar bajo carga a altas temperaturas durante mucho tiempo. Los aceros resistentes al calor suelen ser resistentes al calor al mismo tiempo. La fluencia es una deformación que aumenta bajo la acción prolongada de carga constante y alta temperatura. Para los aceros estructurales al carbono y aleados, la fluencia se produce a temperaturas superiores a 350 °C. La fluencia se caracteriza por el límite de fluencia, que se entiende como el esfuerzo que hace que el acero se deforme en una cierta cantidad en un tiempo determinado a una temperatura determinada. Aleaciones resistentes al calor. El desarrollo de aleaciones de níquel resistentes al calor comenzó con pequeñas adiciones de titanio y aluminio al nicromo ordinario. La adición de menos del 2 % de titanio y aluminio sin tratamiento térmico aumenta significativamente el rendimiento de fluencia del nicromo a temperaturas de alrededor de 700 °C. Las aleaciones de níquel resistentes al calor se dividen en aleaciones forjadas y fundidas. Las propiedades resistentes al calor de las aleaciones forjadas se forman durante el tratamiento térmico. Las aleaciones de níquel fundidas a alta temperatura tienen una composición similar a las aleaciones forjadas, pero generalmente contienen una mayor cantidad de aluminio y titanio. Resistencia al frío: la capacidad de un metal para resistir la deformación y la destrucción, que pueden ocurrir bajo la influencia de bajas temperaturas. El acero eléctrico es una hoja delgada de acero dulce. Los núcleos de los equipos eléctricos están hechos de él. Este acero contiene silicio. Hay acero eléctrico laminado en frío y laminado en caliente, así como acero para dinamos y transformadores. Para la aleación de acero eléctrico se utiliza un 0,5 % de Al. Acero resistente al desgaste. Para las piezas que funcionan en condiciones de desgaste abrasivo, altas presiones e impactos (vías de vehículos oruga, mandíbulas de trituradoras, puntos de cambio de vías de ferrocarril y tranvía), se recomienda acero fundido con alto contenido de manganeso 110G13L de estructura austenítica que contiene 0,9 % C y 11,5 % Mn. usó. En el estado fundido, la estructura de acero consta de austenita y carburos del tipo (Fe, Mn) 3C, que precipitan a lo largo de los límites de los granos de austenita, y su resistencia y resistencia al impacto se reducen considerablemente, por lo que las piezas fundidas se someten a un enfriamiento rápido con calentamiento hasta 1100°C y enfriamiento en agua. A esta temperatura, los carburos se disuelven en la austenita y el acero adquiere una estructura austenítica más estable. En condiciones de impacto y desgaste abrasivo, se forman defectos en la estructura cristalina (dislocaciones, fallas de apilamiento) en la capa superficial del acero, lo que conduce al endurecimiento de la superficie. Es posible un aumento de la dureza y la resistencia al desgaste como resultado del endurecimiento por trabajo bajo cargas de impacto y deformación plástica en frío. Debido al temple, el acero 110G13L está mal mecanizado por corte, por lo que es recomendable fabricar piezas o productos a partir de este acero por fundición sin mecanizado posterior. La letra L al final de la marca de este acero significa "fundición". 43. Marcaje, estructura, propiedades y aplicaciones de los metales no ferrosos y sus aleaciones Los metales no ferrosos incluyen cobre, aluminio, magnesio, titanio, plomo, zinc y estaño, que tienen propiedades valiosas y se utilizan en la industria a pesar de su costo relativamente alto. A veces, cuando es posible, los metales no ferrosos se reemplazan con metales ferrosos o materiales no metálicos (como los plásticos). Se distinguen los siguientes grupos de metales no ferrosos y aleaciones: metales ligeros y aleaciones (con una densidad de 3.0 g/cm3); aleaciones de cobre y aleaciones especiales no ferrosas - cuproníquel, no plata, aleaciones preciosas, etc. En la industria de aplicaciones, el cobre ocupa uno de los primeros lugares entre los metales no ferrosos. Propiedades del cobre: alta ductilidad, conductividad eléctrica, conductividad térmica, mayor resistencia a la corrosión. El cobre se utiliza en la ingeniería eléctrica, la fabricación de cables y alambres para la transmisión de electricidad, y sirve de base para la fabricación de diversas aleaciones de uso generalizado en la ingeniería mecánica. El aluminio es un metal ligero que tiene alta ductilidad, buena conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión. Se utiliza para la fabricación de cables eléctricos, utensilios, para la protección de otros metales y aleaciones de la oxidación por revestimiento. En ingeniería mecánica, el aluminio puro rara vez se usa porque tiene propiedades mecánicas bajas. El aluminio es la base para la producción de muchas aleaciones ampliamente utilizadas en la construcción de aeronaves, la construcción de automóviles y carruajes y la fabricación de instrumentos. Las aleaciones de aluminio se deforman (endurecen por tratamiento térmico y no endurecen) y se moldean. El duraluminio es la aleación más común, que se utiliza en forma deformada y se fortalece mediante tratamiento térmico. El magnesio es el metal más común y es de color blanco plateado. La gran ventaja del magnesio es que es un metal muy ligero. La principal desventaja es su baja resistencia a la corrosión. El magnesio puro no ha encontrado distribución en la tecnología, pero se utiliza como base para la producción de aleaciones ligeras. Se han establecido los siguientes grados de metales no ferrosos (GOST): aluminio - AB1, AB2, AOO, AO, A1, A2 y A3; cobre - MO, M1, M2, ME, M4; estaño - 01, 02, OE y 04; plomo - CB, CO, C1, C2, C3, C4; zinc - TsV, TsO, Ts1, Ts2, Ts3, Ts4; magnesio - Mg1, Mg2. Latón. En comparación con el cobre puro, el latón tiene mayor resistencia, ductilidad y dureza, son más resistentes a los fluidos y a la corrosión. Además del latón simple, se utilizan latones especiales con adiciones de hierro, manganeso, níquel, estaño y silicio. La cantidad de componentes de aleación en latón especial no supera el 7-8%. Los latones especiales tienen propiedades mecánicas mejoradas; algunos de ellos no son inferiores en resistencia al acero al carbono medio. Según GOST, el latón se designa con la letra L y un número que indica la cantidad de cobre en la aleación. La designación de los componentes de aleación es la siguiente: F - hierro; H - níquel; O - estaño; K - silicio; C - plomo. La cantidad del componente de aleación se indica en números. Los latones se funden (se utilizan para la fundición con forma) y se someten a un tratamiento a presión. El latón se utiliza para la fabricación de láminas, alambres, manguitos, accesorios estampados, utensilios. Los bronces son: estaño, aluminio, silicio, níquel. Los bronces al estaño tienen alta resistencia a la corrosión, buena fluidez y propiedades antifricción mejoradas. Se hacen fundiciones a partir de ellos. Los bronces al estaño simples rara vez se utilizan, ya que la introducción de elementos adicionales (zinc, plomo, níquel) puede lograr mejores propiedades con un menor contenido de estaño escaso. Según GOST, los bronces al estaño están marcados con las letras BrO y un número que indica el contenido de estaño; letras y números posteriores muestran la presencia y cantidad de elementos adicionales en el bronce. Para designar elementos adicionales, se utilizan las mismas letras que cuando se marcan latones especiales; el zinc se denota con la letra C y el fósforo con la letra F. El estaño es un metal caro y rara vez se usa en la práctica. Los sustitutos del bronce al estaño son el aluminio, el silicio, el manganeso y otros bronces. El bronce al aluminio se utiliza con un contenido de hasta el 11 % de A1. Por estructura, el bronce es principalmente (hasta un 9,7% de Al) monofásico y es una solución sólida de aluminio en cobre. En términos de propiedades mecánicas, el bronce al aluminio es mejor que el bronce al estaño, tiene ductilidad, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. La desventaja es una gran contracción durante el enfriamiento desde un estado líquido, así como la fácil formación de óxidos de aluminio en el bronce líquido, lo que perjudica su fluidez. Los elementos adicionales (hierro, manganeso) aumentan sus propiedades mecánicas. El bronce de silicio pertenece a aleaciones homogéneas: soluciones sólidas, tiene altas propiedades mecánicas y de fundición. Reemplaza el bronce al estaño. El manganeso y el níquel se introducen en bronces de silicio para mejorar sus propiedades. 44. Aluminio; la influencia de las impurezas en las propiedades del aluminio; aleaciones de aluminio forjado y fundido El aluminio se distingue por su baja densidad, alta conductividad térmica y eléctrica, buena resistencia a la corrosión en muchos entornos debido a la formación de una densa película de óxido de Al en la superficie del metal.203. El aluminio recocido técnico ADM se endurece por deformación plástica en frío. El aluminio es altamente dúctil y fácilmente procesable por presión, sin embargo, al momento del corte surgen complicaciones, una de las cuales es la adherencia del metal a la herramienta. Dependiendo de qué impurezas estén presentes en el aluminio, se observan cambios en sus propiedades de corrosión, físicas, mecánicas y tecnológicas. La mayoría de las impurezas afectan negativamente a la conductividad eléctrica del aluminio. Las impurezas más comunes son el hierro, el silicio. El hierro, junto con la conductividad eléctrica, reduce la ductilidad y la resistencia a la corrosión y aumenta las propiedades de resistencia del aluminio. La presencia de hierro en aleaciones de aluminio con silicio y magnesio afecta negativamente a las propiedades de la aleación. Solo en aquellas aleaciones de aluminio donde está presente el níquel, el hierro se considera una impureza útil. La impureza más común en las aleaciones de aluminio es el silicio. Este metal, así como el cobre, el magnesio, el zinc, el manganeso, el níquel y el cromo, se introducen en las aleaciones de aluminio como componentes principales. compuestos de CuAl2, Mg2Si, CuMgAl2- fortalecer eficazmente las aleaciones de aluminio. Elementos básicos de aleación en aleaciones de aluminio. El manganeso mejora la resistencia a la corrosión. El silicio es el principal elemento de aleación en varias aleaciones de aluminio fundido (siluminas), ya que participa en la formación de eutécticos. Ni, Ti, Cr, Fe aumentan la resistencia al calor de las aleaciones, inhibiendo los procesos de difusión y formando fases estables de endurecimiento con aleaciones complejas. El litio en las aleaciones contribuye a aumentar su módulo de elasticidad. Al mismo tiempo, el magnesio y el manganeso reducen la conductividad térmica y eléctrica del aluminio y el hierro, su resistencia a la corrosión. Marcado de aleaciones de aluminio. Actualmente, se utilizan dos marcas de aleación simultáneamente: la antigua alfanumérica y la nueva digital. Junto con esto, hay una marca alfanumérica del procesamiento tecnológico de productos y productos semiacabados, que refleja cualitativamente las propiedades mecánicas, químicas y de otro tipo de la aleación. Clasificación de las aleaciones de aluminio. Las aleaciones de aluminio se dividen principalmente en aleaciones de aluminio forjado y fundido, ya que los procesos de deformación plástica y fundición se utilizan en la producción de aleaciones en polvo y materiales compuestos. Las aleaciones de aluminio se dividen según su capacidad para endurecerse mediante tratamiento térmico en endurecidas y no endurecidas. Pueden someterse a homogeneización, recristalización y recocido de ablandamiento. Una buena combinación de resistencia y ductilidad se distingue por las aleaciones del sistema Al-Cu-Mg: duraluminios D1, D16, D18, D19, etc. El tratamiento térmico fortalece los duraluminios y aumenta su soldabilidad mediante soldadura por puntos. Pueden mecanizarse satisfactoriamente, pero son propensos a la corrosión intergranular después del calentamiento. Mediante el revestimiento se consigue un aumento significativo de la resistencia a la corrosión de las aleaciones. En aviación, los duraluminios se utilizan para la fabricación de palas de hélice (D1), elementos de potencia de estructuras de aeronaves (D16, D19). Las aleaciones de alta resistencia del sistema Al-Zn-Mg-Cu (V93, V95, V96Ts) se caracterizan por altos valores de resistencia a la tracción (hasta 700 MPa). Al mismo tiempo, se logra suficiente plasticidad, resistencia al agrietamiento y resistencia a la corrosión mediante el envejecimiento por etapas de coagulación (T2, T95), así como mediante el uso de aleaciones de pureza alta (V95kch) y especial (VXNUMXoch). La aleación de alto módulo 1420, debido a la aleación de aluminio con litio y magnesio (sistema Al-M-Li), tiene una densidad reducida (en un 11%) y al mismo tiempo un módulo de elasticidad aumentado (en un 4%). . Las aleaciones de forja AK6 y AK8 (sistema Al-M-Si-Cu) tienen una alta plasticidad durante el trabajo en caliente. Están satisfactoriamente soldados, bien maquinados, pero son propensos a la corrosión bajo tensión. Para garantizar la resistencia a la corrosión, las piezas fabricadas con aleaciones AK6 y AK8 se anodizan o se recubren con pinturas y barnices. Las aleaciones de forja se utilizan para fabricar piezas de aviones forjadas y estampadas que funcionan bajo carga. Estas aleaciones son capaces de operar a temperaturas criogénicas. Las aleaciones de aluminio termorresistentes de los sistemas A1-Cu-Mn (D20, D21) y Al-Cu-Mg-Fe-Ni (AK4-1) se utilizan para la fabricación de piezas (pistones, culatas, discos) que funcionan a temperaturas elevadas (hasta 300 ° C). La resistencia al calor se logra aleando aleaciones con níquel, hierro y titanio, que inhiben los procesos de difusión y forman fases de refuerzo finamente dispersas de aleación compleja que son resistentes a la coagulación al calentarse. Las aleaciones tienen alta ductilidad y trabajabilidad en estado caliente. Aleaciones de aluminio fundido. Los principales requisitos de las aleaciones para piezas moldeadas son una combinación de buenas propiedades de fundición (alta fluidez, baja contracción, bajo agrietamiento en caliente y porosidad) con propiedades mecánicas y químicas (resistencia a la corrosión) óptimas. Las aleaciones eutécticas tienen las mejores propiedades de fundición. 45. Cobre; influencia de las impurezas en las propiedades del cobre. Latón, bronce, aleaciones de cobre y níquel El cobre es un metal rojo, en una fractura de color rosa, tiene un punto de fusión de 1083 ° C. La red cristalina FCC con un período de 0,31607 hoyos. La densidad del cobre es de 8,94 g/cm3. El cobre tiene una alta conductividad eléctrica y térmica. La resistencia eléctrica específica del cobre es de 0,0175 μOhm m. Leyes de cobre: M00 (99,99 % Cu), MO (99,97 % Cu), M1 (99,9 % Cu), M2 (99,7 % Cu), M3 (99,50 % Cu). Las impurezas presentes en el cobre tienen una gran influencia en sus propiedades. Según la naturaleza de la interacción de las impurezas con el cobre, se pueden dividir en tres grupos. 1. Impurezas que forman soluciones sólidas con cobre: Ni, Zn, Sb, Fe. P y otros Estas impurezas (especialmente Sb) reducen drásticamente la conductividad eléctrica y la conductividad térmica del cobre, por lo tanto, el cobre M0 y M1 se utilizan para conductores de corriente. El antimonio dificulta el trabajo en caliente. 2. Las impurezas Pb, Bi y otras, prácticamente insolubles en el cobre, forman en él eutécticos de bajo punto de fusión, que al separarse a lo largo de los límites de los granos dificultan su procesamiento por presión. Con un contenido de Bi del 0,005 %, el cobre se destruye durante el trabajo en caliente a presión, con un contenido de bismuto más alto, el cobre se vuelve quebradizo en frío; estas impurezas tienen poco efecto sobre la conductividad eléctrica. 3. Impurezas de oxígeno y azufre, formando compuestos químicos frágiles Cu con cobre2O y Cu2S, que forman parte del eutéctico. Si el oxígeno está en solución, reduce la conductividad eléctrica y el azufre no la afecta. El azufre mejora la maquinabilidad del cobre por corte, y el oxígeno, si está presente en el cobre, forma óxido cuproso y causa la "enfermedad del hidrógeno". Cuando el cobre se calienta en una atmósfera que contiene hidrógeno, se difunde en la profundidad del cobre. Si hay inclusiones de Cu en el cobre2Oh, reaccionan con el hidrógeno, resultando en la formación de vapor de agua. Dos grupos principales de aleaciones de cobre: latón - aleaciones de cobre y zinc; los bronces son aleaciones de cobre con otros elementos. El latón es una aleación de varios componentes a base de cobre, donde el componente principal es el zinc. Los latones técnicos contienen hasta un 40-45 % de Zn. Los latones b monofásicos, que se deforman fácilmente en condiciones de frío y calor, incluyen L96 (tompak), L80 (semi-tompak), L68, que tiene la mayor ductilidad. Bifásico (α + β) - latón, L59 y L60 son menos dúctiles en estado frío y están sujetos a un tratamiento de presión en caliente. Sobre la base de la tecnología, el latón se divide en dos grupos: deformado y de fundición. Los latones fundidos no son muy propensos a la liquidación y tienen propiedades antifricción. Los latones forjados tienen altas propiedades corrosivas en condiciones atmosféricas. El latón, destinado a la fundición de formas, contiene una gran cantidad de aditivos especiales que mejoran sus propiedades de fundición. Bronce al estaño. Las aleaciones ricas en estaño son muy frágiles. Los bronces al estaño suelen estar aleados con Zn, Pe, P, Pb, Ni y otros elementos. El zinc mejora las propiedades tecnológicas del bronce y reduce el costo del bronce. El fósforo mejora las propiedades de fundición. El níquel aumenta las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y la densidad de las piezas fundidas y reduce la segregación. El hierro muele el grano, pero empeora las propiedades tecnológicas de los bronces y la resistencia a la corrosión. Hay bronces al estaño forjados y fundidos, que tienen buenas propiedades de fundición. Los bronces bifásicos tienen altas propiedades antifricción. Se utilizan para la fabricación de piezas antifricción. Las aleaciones de níquel se utilizan ampliamente en la ingeniería mecánica. El níquel le da al cobre una mayor resistencia a la corrosión y mejora sus propiedades mecánicas y de fundición. Los bronces que contienen solo níquel no se utilizan debido al alto costo del níquel. El níquel se introduce en combinación con otros elementos. Las aleaciones de níquel son comunes en la industria, que tienen nombres: cuproníquel (aleación de cobre con 18-20% de níquel) - se usa para mangas, tiene un color blanco y alta resistencia a la corrosión; Constantan es una aleación de cobre con 39-41% de níquel. Constantan tiene una alta resistencia eléctrica y se usa en forma de cables y cintas para reóstatos, instrumentos de medición eléctrica. El cobre y sus aleaciones se utilizan ampliamente en ingeniería eléctrica, electrónica, instrumentación, fundición y construcción de motores. Así, el 50% del cobre producido es consumido por las industrias eléctrica y electrónica. Ocupa el segundo lugar (después del aluminio) en términos de producción entre los metales no ferrosos. Propiedades técnicas y tecnológicas del cobre: alta conductividad eléctrica y térmica, suficiente resistencia a la corrosión, buena trabajabilidad por presión, soldabilidad por todo tipo de soldadura, buena soldabilidad, fácil pulido. El cobre puro tiene baja resistencia y alta ductilidad. Las desventajas del cobre incluyen: - precio alto; - densidad significativa; - gran contracción durante la colada; - fragilidad en caliente; - la complejidad del corte. 46. Magnesio y sus aleaciones El magnesio es un metal reactivo: la película de óxido de MgO que se forma en el aire, debido a su mayor densidad que la del propio magnesio, se agrieta y no tiene propiedades protectoras; el polvo y las virutas de magnesio son altamente inflamables; el magnesio caliente y fundido explota al contacto con el agua. El magnesio y sus aleaciones son poco resistentes a la corrosión, tienen poca fluidez durante la fundición y se deforman plásticamente solo a temperaturas elevadas (225 °C o más). Esto último se debe al hecho de que el cambio en la red hexagonal de magnesio a bajas temperaturas ocurre solo a lo largo del plano base (la base del prisma hexagonal). El calentamiento a 200-300 °C conduce a la aparición de planos de deslizamiento adicionales y, en consecuencia, a un aumento de la plasticidad. La baja movilidad de difusión de los átomos en las aleaciones de magnesio ralentiza las transformaciones de fase en ellas. Por lo tanto, el tratamiento térmico (recocido por difusión o recristalización, endurecimiento, envejecimiento) requiere largas exposiciones (hasta 24 h). Al mismo tiempo, las aleaciones de magnesio se caracterizan por una alta resistencia específica, absorben bien las vibraciones y no interactúan con el uranio. Se procesan bien por corte y se sueldan satisfactoriamente por arco de argón y contacto. soldadura. Los principales elementos de aleación en las aleaciones de magnesio son Mn, Al y Zn. El manganeso aumenta la resistencia a la corrosión y la soldabilidad de las aleaciones de magnesio. El aluminio y el zinc tienen una gran influencia en la resistencia y ductilidad de las aleaciones de magnesio: los valores máximos de las características mecánicas se alcanzan cuando se introduce en la aleación un 6-7 % de aluminio o un 4-6 % de zinc. Estos elementos (Al, Zn) forman fases de endurecimiento con magnesio, que precipitan en forma finamente dispersa después del enfriamiento rápido con el envejecimiento. El circonio, el titanio, los metales alcalinotérreos (Ca) y de tierras raras (Ce, 1a) y el torio muelen el grano, desoxidan la aleación y aumentan su resistencia al calor. De acuerdo con la tecnología de fabricación de los productos, las aleaciones de magnesio se dividen en fundición (marcado "ML") y forjado ("MA"). Las aleaciones de magnesio se someten a varios tipos de tratamiento térmico. Por lo tanto, para eliminar la segregación en las aleaciones coladas (disolviendo el exceso de fases liberadas durante la colada e igualando la composición química por volumen de grano), se lleva a cabo el recocido por difusión (homogeneización) de piezas moldeadas y lingotes (400–490 °C, 10–24 h) . El endurecimiento se elimina mediante el recocido de recristalización a 250-350 °C, durante el cual también disminuye la anisotropía de las propiedades mecánicas que ha surgido durante la deformación plástica. Las aleaciones de magnesio, dependiendo de la composición, pueden endurecerse mediante enfriamiento (a menudo con enfriamiento al aire) y posterior envejecimiento a 150-200 °C (modo Tb). Varias aleaciones ya se endurecen en el proceso de enfriamiento de las piezas fundidas o forjadas y pueden endurecerse inmediatamente mediante envejecimiento artificial (sin pasar por el endurecimiento). Pero en la mayoría de los casos, se limitan solo a la homogeneización (apagado) a 380–540 °C (modo T4), ya que el envejecimiento posterior, que aumenta la resistencia en un 20–35%, conduce a una disminución de la ductilidad de las aleaciones. Fundición de aleaciones. En las aleaciones fundidas de magnesio, se consigue un aumento de las propiedades mecánicas triturando el grano sobrecalentando la masa fundida o modificándola con aditivos de tiza o magnesita. En este caso, se forman partículas sólidas en la masa fundida, que se convierten en centros de cristalización. Para evitar la ignición de las aleaciones de magnesio, se funden en crisoles de hierro bajo una capa de fundente y se vierten en los vapores de dióxido de azufre que se forman cuando se introduce azufre en la corriente de metal. Al colar en moldes de arena, se introducen aditivos especiales (fluoruros de aluminio) en la mezcla para reducir la oxidación del magnesio. Entre las aleaciones de magnesio fundidas, las aleaciones ML5 y ML6, que se distinguen por sus propiedades mecánicas y de fundición mejoradas, son ampliamente utilizadas. Pueden ser endurecidos tanto por homogeneización y temple al aire (T4) como por envejecimiento adicional (T6). aleaciones forjadas. El magnesio deformado (prensado) tiene un conjunto más alto de propiedades mecánicas que el magnesio fundido. Las aleaciones forjadas se producen en forma de piezas forjadas, troqueles, tiras, barras y perfiles laminados en caliente. Los rangos de temperatura de los procesos tecnológicos de formación de aleaciones de magnesio están dentro de los siguientes límites: prensado a 300-480 °C, laminado a 440-225 °C y estampado (en troquel cerrado) a 480-280 °C. La aleación MA1, que pertenece al grupo de aleaciones de baja resistencia, distingue una buena resistencia a la corrosión, soldabilidad y ductilidad tecnológica. La aleación MA2-1 combina un conjunto óptimo de propiedades mecánicas y tecnológicas (bien soldada, estampada), pero está sujeta a corrosión bajo tensión. Resistente al calor (hasta 250 °C) es una aleación del sistema (Md-Zn-Zr) MA14. La aleación se endurece por envejecimiento artificial (modo T5) después de prensar y enfriar al aire. Se caracteriza por propiedades mecánicas mejoradas, pero es propenso a la formación de grietas en caliente durante el laminado. El uso de aleaciones de magnesio. Las aleaciones de magnesio se utilizan para fabricar cuerpos de cohetes, bombas, instrumentos, tanques de combustible y oxígeno, estructuras de motores, carcasas. Por lo tanto, las aleaciones ML5 y ML6 se utilizan para fundir tambores de freno, volantes, cajas de cambios, ML10, partes de dispositivos de alta estanqueidad. Los accesorios, los sistemas de gasolina y aceite, así como las piezas soldadas están hechos de aleaciones forjadas MA1, piezas altamente cargadas, de MA14. 47. Titanio y sus aleaciones El titanio y las aleaciones a base de él tienen una alta resistencia a la corrosión y una resistencia específica. Desventajas del titanio: su interacción activa con los gases atmosféricos, la tendencia a la fragilización por hidrógeno. El nitrógeno, el carbono, el oxígeno y el hidrógeno fortalecen el titanio, reducen su ductilidad, resistencia a la corrosión y soldabilidad. El titanio está mal mecanizado por corte, satisfactoriamente por presión, soldado en atmósfera protectora. La fundición al vacío se ha generalizado, incluida la refundición por arco al vacío con un electrodo consumible. Modificaciones alotrópicas del titanio: baja temperatura y alta temperatura. Existen dos grupos principales de elementos de aleación en función de su efecto sobre la temperatura de transformación polimórfica del titanio (882,5 °C): b-estabilizadores (elementos que amplían la región de existencia de la fase b y aumentan la temperatura de transformación - A1, Oa, C) y c- estabilizadores (elementos que estrechan la región b y reducen la temperatura de la transformación polimórfica - V, Mo, Cr). Los elementos de aleación se dividen en dos grupos principales: elementos con solubilidad grande (en el límite - ilimitada) y limitada en titanio. Los elementos con solubilidad limitada, junto con el titanio, pueden formar compuestos intermetálicos, siliciuros y fases intersticiales. Los elementos de aleación afectan las propiedades operativas del titanio (Fe, Al, Mn, Cr), aumentan su resistencia, pero reducen la elasticidad y la tenacidad; Al, Zr aumentan la resistencia al calor, y Mo, Zr, Ta - resistencia a la corrosión. Clasificación de las aleaciones de titanio. La estructura de las aleaciones de titanio industriales son soluciones sólidas de elementos de aleación en modificaciones b y b de titanio. Tipos de tratamiento térmico de aleaciones de titanio. Recristalización (simple) recocido de aleaciones conformadas en frío (650-850 °C). Recocido isotérmico (calentamiento a 780-980 °C seguido de enfriamiento en horno a 530-680 °C, mantenimiento a esta temperatura y enfriamiento al aire), que asegura una alta ductilidad y estabilidad térmica de las aleaciones. El recocido en doble etapa (se diferencia del isotérmico en que la transición de la primera etapa a la segunda se realiza enfriando la aleación en aire, seguido de un recalentamiento a la temperatura de la segunda etapa), lo que conduce al endurecimiento de la aleación y a una Disminución de la plasticidad debido a la ocurrencia parcial de procesos de endurecimiento y envejecimiento. Recocido parcial a 500-680 °C para aliviar las tensiones residuales que surgen durante el mecanizado. Tratamiento térmico de endurecimiento. La mayoría de las aleaciones de titanio están aleadas con aluminio, lo que aumenta la rigidez, la resistencia, la resistencia al calor y la resistencia al calor del material, y también reduce su densidad. Las aleaciones de α-titanio no se endurecen mediante tratamiento térmico; su endurecimiento se logra por aleación de solución sólida y deformación plástica. (α + β): las aleaciones de titanio se caracterizan por una estructura mixta y se endurecen mediante un tratamiento térmico, que consiste en endurecimiento y envejecimiento. Las aleaciones de pseudo-β-titanio se caracterizan por un alto contenido de β-estabilizadores y la consiguiente ausencia de transformación martensítica. Las aleaciones se caracterizan por una alta ductilidad en estado endurecido y alta resistencia en estado envejecido; se sueldan satisfactoriamente mediante soldadura por arco de argón. Fundición de aleaciones de titanio. En comparación con las aleaciones forjadas, las aleaciones fundidas tienen menor resistencia, ductilidad y resistencia, pero son más baratas. La complejidad de la fundición de aleaciones de titanio se debe a la interacción activa del titanio con los gases y los materiales de moldeo. Las aleaciones de fundición VT5L, VT14L y VTZ-1L básicamente coinciden en composición con aleaciones forjadas similares (al mismo tiempo, la aleación VT14L también contiene hierro y cromo). La aleación VT5L tiene altas propiedades tecnológicas: es dúctil, no propensa a agrietarse durante la fundición y se suelda bien. Las piezas moldeadas de aleación VT5L funcionan a temperaturas de hasta 400 °C. La desventaja de la aleación es su baja resistencia (800 MPa). la aleación de fundición bifásica VT14L se recoce a 850 °C en lugar de un tratamiento térmico de endurecimiento, lo que reduce drásticamente la plasticidad de las piezas fundidas. Aleaciones de titanio en polvo. El uso de métodos de pulvimetalurgia para la producción de aleaciones de titanio permite, con las mismas propiedades operativas que las de un material colado o deformable, lograr una reducción de hasta un 50% en el costo y tiempo de fabricación de los productos. La aleación de titanio en polvo VT6 obtenida por prensado isostático en caliente (HIP) tiene las mismas propiedades mecánicas que la aleación forjada después del recocido. A la aleación forjada endurecida y envejecida VT6, la aleación en polvo es inferior en resistencia, pero superior en ductilidad. El uso de aleaciones de titanio: revestimiento de aviones, barcos, submarinos; proyectiles de misiles y motores; discos y álabes de turbinas estacionarias y compresores de motores de aeronaves; hélices; cilindros para gases licuados; contenedores para ambientes químicos agresivos, etc. 48. Tipos de materiales compuestos. Estructura, propiedades, aplicaciones. Los materiales compuestos consisten en dos componentes combinados de varias maneras en un monolito manteniendo sus características individuales. Características materiales: - la composición, forma y distribución de los componentes están predeterminadas; - estar formado por dos componentes y más de diferente composición química, separados por un límite; - tiene propiedades que son diferentes de las propiedades de los componentes tomados por separado; - homogéneo en la macroescala y heterogéneo en la microescala; - no ocurre en la naturaleza, hecho por el hombre. Los componentes del material son diferentes geométricamente. Una matriz es un componente que tiene continuidad en todo su volumen. El relleno es un componente de refuerzo discontinuo. En los materiales compuestos, se utilizan como matrices los metales y sus aleaciones, los polímeros orgánicos e inorgánicos y los materiales cerámicos. Las propiedades dependen de las propiedades fisicoquímicas de los componentes y de la fuerza de unión entre ellos. Los componentes de un material compuesto se seleccionan con propiedades que difieren entre sí. Dichos materiales tienen una alta rigidez específica y resistencia específica. Los materiales compuestos comunes con rellenos de dimensión cero son una matriz metálica hecha de metal o aleación. Los materiales compuestos con una distribución uniforme de partículas de endurecedor se distinguen por sus propiedades isotrópicas. Las composiciones reforzadas con partículas dispersas se obtienen por métodos de pulvimetalurgia. Los materiales compuestos con matriz de aluminio a base de aluminio están reforzados con partículas de A1203, obtenidas por prensado de polvo de aluminio con posterior sinterización (SAP). Las aleaciones SAP se deforman satisfactoriamente en estado caliente y las aleaciones SAP-1 también se deforman en estado frío. SAP se procesa fácilmente mediante corte, se suelda satisfactoriamente mediante arco de argón y soldadura por resistencia. Los productos semiacabados se fabrican a partir de SAP en forma de láminas, perfiles, tubos, láminas. Materiales compuestos con matriz de níquel. El componente de endurecimiento son partículas tóxicas de dióxido de torio (TI02) o dióxido de hafnio (Hf02). Estos materiales se denominan VDU-1 y VDU-2, respectivamente. Los materiales compuestos VDU-1 y VDU-2 son plásticos, deformados en un amplio rango de temperatura por varios métodos (forja, estampación, recalcado, embutición profunda). Para unir piezas fabricadas con aleaciones del tipo VDU, se utiliza soldadura de alta temperatura o soldadura por difusión para evitar la fusión. Las aleaciones VDU-2 se utilizan en la construcción de motores de aeronaves. Los materiales compuestos con rellenos unidimensionales se fortalecen mediante elementos unidimensionales en forma de bigotes, fibras (alambres). Las fibras se mantienen unidas por una matriz en un solo monolito. La matriz sirve para proteger la fibra de refuerzo del daño, es un medio que transfiere la carga a las fibras y redistribuye las tensiones en caso de ruptura de fibras individuales. Materiales compuestos en matriz de níquel Las aleaciones de níquel resistentes al calor se someten a un refuerzo para aumentar su tiempo de funcionamiento y su temperatura de funcionamiento hasta 1100-1200 °C. Para reforzar las aleaciones de níquel, se utilizan endurecedores: bigotes, alambres de metales refractarios y aleaciones, fibras de carbono y carburo de silicio. Materiales compuestos eutécticos: aleaciones de composición eutéctica. En ellos, la fase de fortalecimiento son los cristales orientados, que se forman durante la cristalización direccional. Los métodos de cristalización dirigida producen materiales compuestos basados en Al, Md, Cu, Co, Tc Materiales compuestos eutécticos a base de aluminio Por el método de cristalización direccional se obtienen las composiciones Al-A^M y Al-CuAl1. La composición se caracteriza por una alta estabilidad estructural hasta las temperaturas de fusión. Los materiales compuestos eutécticos a base de níquel son materiales resistentes al calor que se utilizan en la tecnología espacial y de cohetes. Las composiciones laminares que contienen una fracción de volumen de la fase de endurecimiento de más del 33-35% son quebradizas. Las composiciones plásticas incluyen composiciones a base de níquel con una fracción de volumen de fibras de 3-15% de carburos de tantalio, niobio y hafnio. Materiales compuestos sobre una base no metálica. Como matriz se utilizan resinas epoxi, poliéster y fenólicas curadas. Los compuestos reforzados con el mismo tipo de fibras se denominan fibra de refuerzo. Una composición que contiene un relleno en forma de fibras de vidrio largas dispuestas en hebras individuales orientadas se denomina fibra de vidrio orientada. El relleno de fibra de vidrio no orientada es una fibra corta. Si el material de refuerzo es fibra de vidrio, el material se llama fibra de vidrio. Un material compuesto que contiene fibra de carbono se denomina fibra de carbono, la fibra de boro se denomina fibra de boro y la fibra orgánica se denomina fibra orgánica. Ventajas de los materiales compuestos con matriz polimérica: alta resistencia específica y características elásticas; resistencia a ambientes agresivos; buenas propiedades antifricción y fricción junto con altas propiedades de protección contra el calor y absorción de impactos. 49. Composición química, métodos de obtención de polvos, propiedades y métodos para su control Materiales en polvo: materiales obtenidos al prensar polvos metálicos en productos de la forma y el tamaño requeridos y la posterior sinterización de los productos moldeados en vacío o atmósfera protectora. Las aleaciones en polvo antifricción tienen un bajo coeficiente de fricción, son fáciles de mecanizar y tienen buena resistencia al desgaste. Las aleaciones basadas en materiales no ferrosos se utilizan en la fabricación de instrumentos y la ingeniería electrónica. Los materiales en polvo se utilizan en la fabricación de piezas que tienen una forma simétrica simple, masa y tamaño pequeños. La pulvimetalurgia es una rama de la tecnología que se ocupa de la producción de polvos metálicos y sus partes. Las palanquillas se prensan a partir de polvo de metal, que se someten a un tratamiento térmico: sinterización. Los polvos metálicos son: hierro, cobre, níquel, cromo, cobalto, tungsteno, molibdeno, titanio. Hay dos formas de obtener polvos: mecánica y físico-química. El más común es el método de trituración mecánica de la materia prima (virutas, desechos). Los molinos mecánicos se utilizan para moler. La molienda mecánica tiene sus desventajas. Estos incluyen el alto costo de los polvos, que incluye el costo de fabricación de las aleaciones y los metales fundidos originales, y la productividad relativamente baja del proceso. Métodos físico-químicos para la obtención de polvos: reducción de óxidos, precipitación de polvo metálico a partir de una solución salina acuosa. La producción de polvo está asociada con un cambio en la composición química de la materia prima. Los métodos fisicoquímicos para la obtención de polvos son más versátiles que los mecánicos. Debido al uso de materias primas baratas, los métodos fisicoquímicos son económicos. La composición química de los polvos está determinada por el contenido del metal base o componente y las impurezas. Las propiedades físicas de los polvos están determinadas por el tamaño y la forma de las partículas, la microdureza, la densidad y la creación de una red cristalina. Las propiedades tecnológicas se caracterizan por la fluidez, compresibilidad y apelmazamiento del polvo. Fluidez: la capacidad de un polvo para llenar un molde. La fluidez es de gran importancia en el prensado automático, donde el rendimiento de la prensa se ve afectado por la velocidad de llenado del molde. La baja fluidez afecta la falta de homogeneidad de la densidad de las piezas de trabajo. La compresibilidad se refiere a la capacidad de un polvo para compactarse bajo la acción de una carga externa y la fuerza de adhesión de las partículas como resultado del prensado. La compresibilidad del polvo se ve afectada por la plasticidad del material de las partículas, su tamaño y forma. Aumenta con la introducción de tensioactivos en la composición del polvo. Los materiales estructurales que se utilizan para la fabricación de piezas brutas y piezas acabadas se obtienen mediante métodos de pulvimetalurgia. Los materiales compuestos con propiedades físicas, mecánicas y de rendimiento especiales son ampliamente utilizados en la industria. Los materiales sinterizados antifricción se utilizan para la fabricación de cojinetes lisos. En los materiales antifricción, el componente sólido es la base metálica y el componente blando son los poros llenos de aceite o plástico. Los materiales compuestos de fricción son composiciones complejas a base de cobre o hierro. El grafito o el plomo ayudan a reducir el desgaste de la composición. Los materiales de fricción se utilizan como elementos bimetálicos, que consisten en una capa de fricción, que se sinteriza bajo presión con la base (disco). Los materiales altamente porosos se utilizan para fabricar filtros. Los filtros pueden estar hechos de polvos de acero resistente a la corrosión, aluminio, titanio. Los materiales metálicos altamente porosos se producen mediante sinterización de polvo sin prensado previo. Para liberar gases durante el proceso de sinterización, se agregan sustancias especiales a los polvos. Las aleaciones duras de metal y cerámica tienen una alta dureza, resistencia al calor y resistencia al desgaste. Se utilizan para la fabricación de herramientas de corte y perforación, y también se aplican a la superficie de las piezas de desgaste. La pulvimetalurgia produce materiales de metal diamantado. Los polvos metálicos (cobre, níquel) se utilizan como aglutinante. Los materiales fibrosos se utilizan ampliamente en la tecnología moderna de materiales compuestos. Para obtenerlos, se utilizan alambres de tungsteno, molibdeno, boro, grafito, según las propiedades requeridas del material que se crea. La fibrometalurgia es una rama de la pulvimetalurgia que se especializa en resolver los problemas de investigación y creación de materiales fibrosos. El proceso de preparación de la mezcla incluye el recocido preliminar, la clasificación del polvo por tamaño de partícula (tamizado) y la mezcla. 50. Conformación y sinterización de polvos, campos de aplicación. El apelmazamiento es la fuerza de adhesión de las partículas como resultado del tratamiento térmico de los espacios prensados. Los polvos preparados se mezclan en molinos de bolas y de tambor. Los espacios en blanco a partir de polvos metálicos se forman mediante prensado (frío, caliente, hidrostático) y laminado. Dependiendo del tamaño y la complejidad de los espacios en blanco prensados, se utiliza el prensado de una y dos caras. Reciba espacios en blanco de forma simple y espacios en blanco como casquillos. Mediante prensado de doble cara, se lleva a cabo la conformación de piezas de trabajo de forma compleja. Durante el prensado en caliente, los procesos de conformación y sinterización de la pieza de trabajo se combinan tecnológicamente. Como resultado del prensado en caliente, se obtienen materiales que se caracterizan por una alta resistencia, densidad y uniformidad de estructura. El grafito es el mejor material para hacer moldes. El prensado hidrostático se utiliza para obtener piezas en bruto de cermet. Como fluido de trabajo, se utilizan aceite, agua, glicerina. La extrusión produce barras, tubos y perfiles de varias secciones. El perfil de la pieza fabricada depende de la forma del orificio del molde calibrado. Como equipo se utilizan prensas mecánicas e hidráulicas. El laminado es uno de los métodos más productivos y prometedores utilizados para el procesamiento de materiales en polvo. En algunos casos, el proceso de laminación se combina con la sinterización y el procesamiento final de las piezas resultantes. La sinterización se lleva a cabo para aumentar la resistencia de las piezas de trabajo obtenidas previamente mediante prensado o laminado. En las piezas de trabajo prensadas, las partículas individuales tienen una pequeña proporción de contacto, por lo que la sinterización va acompañada de un aumento de los contactos entre las partículas de polvo individuales. Dependiendo del tiempo y la temperatura de sinterización, se produce un aumento de la resistencia y la densidad como resultado de la activación del proceso de formación de superficies de contacto. Si se exceden los parámetros tecnológicos, esto puede conducir a una disminución de la fuerza como resultado del crecimiento de los granos de cristalización. Se imponen requisitos a la atmósfera de sinterización: condiciones no oxidantes para calentar palanquillas. Los espacios en blanco después del proceso de sinterización se someten a un procesamiento adicional para mejorar las propiedades físicas y mecánicas, obtener las dimensiones y la forma finales, aplicar recubrimientos decorativos y proteger la superficie de la pieza de la corrosión. Para mejorar las propiedades físicas y mecánicas de los espacios sinterizados, se utilizan prensados y sinterizados repetidos, impregnación con lubricantes, tratamiento térmico o químico-térmico. El prensado y la sinterización repetidos dan como resultado piezas de mayor densidad. Los materiales sinterizados se pueden forjar, laminar y estampar a temperaturas elevadas. El tratamiento a presión reduce la porosidad de los materiales y aumenta su plasticidad. Los materiales de metal en polvo son materiales sinterizados fabricados mediante el método de dosificación, formación y sinterización de polvo. Estos materiales incluyen aleaciones duras, compuestos reforzados por dispersión, materiales antifricción y fricción, aceros en polvo, metales no ferrosos sinterizados, materiales metálicos porosos. Para la obtención de piezas sinterizadas a partir de acero en polvo se utilizan mezclas de polvos de hierro y aleados, así como polvos de acero al carbono y aleados. Métodos de obtención de aceros en polvo: prensado en frío y sinterizado; doble prensado y sinterizado; prensado en caliente; estampado en caliente. El tratamiento térmico de los aceros en polvo se lleva a cabo en entornos de protección especiales. Para evitar el proceso de oxidación, se utiliza aceite o agua para enfriar los aceros. Los aceros en polvo tienen un elemento estructural característico: los poros. Cuanto mayor es la porosidad del material, menor es la densidad, resistencia y tenacidad del acero. Sin embargo, muchas características de los materiales no dependen monótonamente de la porosidad. Por lo tanto, la resistencia a la fisuración y la resistencia al impacto del hierro en polvo varía de forma no monótona dependiendo de la porosidad. Los materiales antifricción sinterizados en polvo preparados con matrices de cobre y acero se utilizan ampliamente en la ingeniería mecánica moderna. Para la preparación de materiales más duraderos y de alta calidad, se utilizan aditivos especiales: fluoruro de calcio, grafito, nitruro de boro turbostratico. Como resultado, se forma una estructura porosa después del proceso de sinterización. Los canales de poros de esta estructura pueden retener partículas de aceite y otros lubricantes líquidos. Los materiales con estructura porosa son los más adecuados para reemplazar las aleaciones antifricción de bronce y metal babbit, que son bastante costosas de usar. En la pulvimetalurgia se producen minerales cerámicos, que se obtienen a partir de hierro, cobalto y otros metales refractarios. Los productos de berilio también se fabrican mediante pulvimetalurgia. Proceso de fabricación: moldeo y sinterización, deformación plástica en caliente. 51. Vidrios inorgánicos. Cerámica técnica Vidrio inorgánico: materiales isotrópicos amorfos químicamente complejos que tienen las propiedades de un sólido quebradizo. Las gafas son: 1. Formadores de vidrio - base: a) Si02 - vidrio de silicato, si Si02 > 99%, entonces es vidrio de cuarzo; b) IA2O3 +Si02 - vidrio de aluminosilicato; c) segundo203 +Si02 - vidrio de borosilicato; d) IA203 +B203 +Si02 - vidrio de aluminoborosilicato; 2. Se introducen modificadores para dar ciertas propiedades al vidrio. La introducción de óxidos de metales alcalinotérreos (grupo I, II: Na, K) reduce el punto de reblandecimiento. Los óxidos de cromo, hierro, vanadio le dan al vidrio ciertos colores. Los óxidos de plomo aumentan el índice de refracción. Según el número de modificadores, el vidrio puede ser: alcalino con modificadores hasta un 20-30 %, libre de álcalis - hasta un 5 % de modificadores, vidrio de cuarzo - sin modificadores; 3. Compensadores, suprimen el impacto negativo de los modificadores. Vidrios en automóviles, fibra de vidrio, óptica, baja conductividad térmica, insoluble en ácidos y álcalis. Propiedades del vidrio: los vidrios se caracterizan por una gran dureza y resistencia a la tracción. En teoría, la resistencia a la tracción alcanza los 10-12 GPa. Módulo elástico E = 70 GPa. Dureza Vickers HV ~ 750 kgf/mm2. Prácticamente, la resistencia a la tracción es de 50-100 MPa. Bajo aB se explica por factores: alto coeficiente de expansión lineal. A medida que el vidrio se enfría, se forman tensiones de tracción en su superficie, lo que conduce a la aparición de grietas. El vidrio es un buen aislante térmico, lo que también provoca grietas. El vidrio no resiste las cargas dinámicas. Métodos de endurecimiento de vidrio: 1) decapado para eliminar la capa superficial defectuosa. La resistencia a la tracción aumenta a 3000 MPa. Un método ineficiente, ya que en el futuro el vidrio interactúa con partículas abrasivas o materiales sólidos; 2) creación de tensiones de compresión en la superficie. Para hacer esto, se lleva a cabo el endurecimiento, el calentamiento se lleva a cabo a una temperatura determinada, luego se enfría en un modo determinado (temperatura de calentamiento, enfriamiento y tiempo de mantenimiento). La resistencia a la tracción aumenta a 1000-1500 MPa; 3) aplicación de materiales poliméricos a la superficie del vidrio. El aglutinante polimérico pega microfisuras en la superficie del vidrio. El vidrio de cuarzo tiene una alta permeabilidad a los gases (helio, hidrógeno, neón) en comparación con otros vidrios de silicato que, además de dióxido de silicio, contienen óxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos. Hay dos parámetros que unen la estructura de los vidrios dobles de fosfato con la estructura de los vidrios dobles de silicato: la unidad estructural básica es el elemento tetraédrico-grupos de oxígeno; la adición de óxidos modificadores aumenta el número de átomos de oxígeno que no forman puentes. El endurecimiento y la fusión del vidrio ocurren gradualmente en un cierto rango de temperatura. Por lo tanto, no existe una solidificación o un punto de fusión específicos. En el proceso de enfriamiento, la masa fundida pasa de un estado líquido a plástico, y luego a un estado sólido (proceso de transición vítrea). Los vidrios orgánicos son polímeros orgánicos: poliacrilatos, policarbonatos, poliestireno, copolímeros de cloruro de vinilo con metacrilato de metilo, que se encuentran en estado vítreo. Los vidrios a base de polimetilmetacrilato han encontrado la mayor aplicación práctica. Según su tecnología, mecanismo de endurecimiento y estructura, los vidrios orgánicos se diferencian de los inorgánicos. Los vidrios elementales son capaces de formar una pequeña cantidad de elementos: azufre, selenio, arsénico, fósforo, carbono. Los vidrios de halogenuros se producen sobre la base del componente formador de vidrio BeF2. Las composiciones multicomponentes de vidrios de fluoroberilato incluyen fluoruros de aluminio, calcio, magnesio, estroncio y bario. Los vidrios de fluoroberilato se utilizan ampliamente en la práctica debido a su alta resistencia a la radiación fuerte, incluidos los rayos X, y medios agresivos como el flúor y el fluoruro de hidrógeno. Los métodos para obtener vidrios por evaporación al vacío, condensación de la fase de vapor y pulverización de plasma están ganando importancia industrial. En estos casos, el vidrio se puede obtener a partir de la fase gaseosa, evitando el estado fundido. Cerámica: un material inorgánico obtenido por moldeo de masas en el proceso de cocción a alta temperatura. Las cerámicas de óxido tienen una alta resistencia a la compresión en comparación con la resistencia a la tracción o la flexión. Las estructuras de grano fino son más duraderas. Con el aumento de la temperatura, la resistencia de la cerámica disminuye. Las cerámicas de óxido puro no están sujetas al proceso de oxidación. Cerámica libre de oxígeno. Los materiales son muy frágiles. La resistencia a la oxidación a altas temperaturas de los carburos y boruros es de 900-1000 °C, para los nitruros es menor. Los siliciuros soportan temperaturas de 1300-1700 °C. A tales temperaturas, se forma una película de sílice en la superficie. 52. Polímeros, plásticos Los polímeros son sustancias cuyas macromoléculas consisten en numerosas unidades elementales repetitivas que representan el mismo grupo de átomos. El peso molecular de las moléculas oscila entre 500 y 1000000. En las moléculas de polímero, se distingue una cadena principal, que se construye a partir de una gran cantidad de átomos. Las cadenas laterales son más cortas. Los polímeros cuya cadena principal contiene los mismos átomos se denominan homocadena, y si los átomos de carbono son cadena de carbono. Los polímeros que contienen diferentes átomos en la cadena principal se denominan heterocadena. Las macromoléculas poliméricas se clasifican según su forma en lineales, ramificadas, planas, en cinta, espaciales o reticulares. Las macromoléculas de polímeros lineales son cadenas largas en zigzag y retorcidas, que son inherentemente flexibles, limitadas a secciones rígidas, segmentos que consisten en varios enlaces. Estas macromoléculas tienen una alta resistencia a lo largo de la cadena principal, están débilmente interconectadas y proporcionan una gran elasticidad al material. El calentamiento provoca el ablandamiento y el enfriamiento posterior hace que el polímero (poliamida, polietileno) se endurezca. Una macromolécula ramificada contiene ramificaciones laterales y esto dificulta que las macromoléculas se acerquen entre sí y reduce la interacción intermolecular. Los polímeros con esta forma se caracterizan por una resistencia reducida, mayor fusibilidad y friabilidad. Las formas reticuladas de macromoléculas son características de polímeros más duraderos, insolubles e infusibles que son propensos a hincharse en solventes y ablandarse cuando se calientan. Las macromoléculas poliméricas son flexibles. Los plásticos (plásticos) son materiales orgánicos a base de polímeros que son capaces de ablandarse cuando se calientan y se someten a presión para tomar una determinada forma estable. Los plásticos simples están hechos solo de polímeros químicos. Los plásticos complejos incluyen aditivos: rellenos, plastificantes, tintes, endurecedores, catalizadores. Los rellenos se introducen en los plásticos en una cantidad del 40 al 70 % para aumentar la dureza, la resistencia, la rigidez e impartir propiedades específicas especiales. Los rellenos pueden ser tejidos y sustancias fibrosas en polvo. Los plastificantes (estearina, ácido oleico) ayudan a aumentar la elasticidad, la plasticidad y facilitan el procesamiento de los plásticos. Se agregan endurecedores (aminas) y catalizadores (compuestos de peróxido) a los plásticos para su curado. Los tintes (pigmentos minerales, soluciones de alcohol de pinturas orgánicas) dan a los plásticos un cierto color y reducen su costo. La composición de los componentes, su combinación y proporción cuantitativa le permiten cambiar las propiedades de los plásticos en una amplia gama. Los plásticos se clasifican según sus características. Por tipo de relleno: con relleno sólido; con relleno gaseoso. Según la reacción del polímero aglutinante al calentamiento repetido. Los plásticos termoplásticos basados en un polímero termoplástico se ablandan cuando se calientan y se endurecen al enfriarse posteriormente (polímeros puros o composiciones poliméricas con plastificantes, antioxidantes). Los termoplásticos se caracterizan por una baja contracción del 1-3%. Se caracterizan por su baja fragilidad, alta elasticidad y capacidad de orientación. Los plásticos termoestables a base de polímeros termoestables (resinas) después del tratamiento térmico (curado) pasan a un estado termoestable y son quebradizos, tienen una gran contracción del 10-15% y contienen rellenos en su composición. Por aplicación, se dividen en grupos: estructural: para partes y estructuras de potencia, para partes que no son de potencia; juntas, sellado; fricción y antifricción; termoaislantes eléctricamente aislantes, radiotransparentes; resistente al fuego, aceites, ácidos; revestimiento y decoración. El polietileno se puede utilizar durante mucho tiempo a 60-100 °C. La resistencia a las heladas alcanza -70 ° C y por debajo. Químicamente resistente e insoluble en solventes, se utiliza para aislar las fundas protectoras de cables, alambres, partes de instalaciones de alta frecuencia y la fabricación de piezas resistentes a la corrosión: tuberías, juntas, mangueras. Se produce en forma de película, láminas, tubos, bloques. El polietileno está sujeto al envejecimiento. El poliestireno es un polímero amorfo, sólido y transparente que tiene una estructura lineal, altas propiedades dieléctricas, resistencia mecánica satisfactoria, baja temperatura de funcionamiento (hasta 100 °C), resistencia química a los álcalis, ácidos minerales y orgánicos, aceites. Se hincha en ácido nítrico al 65%, ácido acético glacial, gasolina y queroseno. A temperaturas superiores a 200 °C, se descompone para formar estireno. El poliestireno se utiliza para la producción de piezas con carga ligera y aisladores de alta frecuencia. Desventajas: fragilidad a bajas temperaturas, tendencia a la formación gradual de grietas en la superficie. Los plásticos se utilizan ampliamente en la ingeniería mecánica y la fabricación de instrumentos para la fabricación de piezas. Los plásticos para fines eléctricos se utilizan como materiales de aislamiento eléctrico en estructuras de máquinas. Autor: Buslaeva E.M.
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