材料科学。チートシート：簡単に言えば、最も重要な

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記事へのコメント

材料科学の主題。材料の現代分類、材料科学の発展の主要段階
金属の粒子構造。粒界と亜粒界
光学顕微鏡; 微細構造の定量的特性
素細胞; 調整番号; 同義語
結晶構造欠陥の分類。点欠陥、その濃度の温度依存性。刃先転位とねじ転位
金属中の拡散
第 XNUMX 種および第 XNUMX 種の相転移
金属の溶解と融液の構造
金属の結晶化。結晶の核形成、重要な胚。均一および不均一な結晶核生成。結晶の成長。タンマン曲線
インゴット構造とアモルファス合金
金属の改質。引張、圧縮、曲げ、硬度、衝撃強さの標準試験
固体状態での相転移
金属の弾性および塑性変形
破壊の種類: 延性および脆性破壊の概念
導電性材料の電気特性
電気特性の測定方法
金属および合金の熱容量と熱伝導率
膨張測定。金属および合金の磁気特性。決定方法
製品の操作における機械的および物理的特性の値
材料品質の指標としての特性
金属合金の相の種類。フェーズルール; レバールール
代替と導入の確かな解決策; 中間段階; 上部構造
液体および固体状態で無制限の溶解度をもつシステム。共晶系、包晶系、単晶系。成分の多形性と共析変態を伴うシステム
三元共晶を持ち、固体状態の成分の溶解度がほぼ完全に存在しない系。等温セクションと多熱セクション
テコの法則と三角形の重心
さまざまなタイプのシステムにおける機械的および物理的特性の組成に対する依存性
状態図の分析に基づく特定の目的のための合金の選択
鉄の構造と性質。準安定および安定な鉄-炭素状態図。炭素鋼の構造の形成。組織による鋼中の炭素含有量の決定
構造用および工具用炭素鋼。マーキング、アプリケーション
白、ねずみ、半鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄
微細構造の形成、特性、ラベリングおよびアプリケーション
構造材の品質向上における熱処理の役割
構造材料からのブランクおよび製品の製造技術における熱処理の応用
第1種のアニーリング。非平衡結晶化
均質化焼鈍、均質化焼鈍中の構造と特性の変化。多態性変換による硬化。多形変態を伴わない硬化
熱間および冷間圧力処理後に加熱した場合の金属の微細構造と機械的特性の変化
戻り、一次および集合再結晶。再結晶焼鈍
第二種アニーリング。鋼の焼きなましと焼きならし。アニーリングと正規化のモードと目的
鋼の焼き戻し。焼き戻し中の鋼の変態、微細構造と特性の変化
鋼の化学熱処理。目的、種類、一般的なパターン。金属および非金属との合金の拡散飽和
合金鋼の分類とマーキング。鋼の変態、微細構造、特性に対する合金元素の影響。合金鋼開発の原理
構造用鋼: 建設、エンジニアリング、高張力。工具鋼：切削工具用鋼、ベアリング、ダイス鋼
ステンレス、耐熱・耐熱・耐寒・電気・耐摩耗鋼
非鉄金属およびその合金のマーキング、構造、特性および用途
アルミニウム; アルミニウムの特性に対する不純物の影響。鍛造および鋳造アルミニウム合金
銅; 銅の特性に対する不純物の影響。黄銅、青銅、銅ニッケル合金
マグネシウムおよびその合金
チタンとその合金
複合材料の種類。構造・性質・用途
化学組成、粉末の入手方法、特性およびそれらの制御方法
粉末の成形と焼結、応用分野
無機ガラス。テクニカルセラミックス
ポリマー、プラスチック

1. 材料科学の主題。材料の現代分類、材料科学の発展における主要な段階

材料科学は、環境の影響に応じた材料の組成、構造、特性、および挙動を研究します。影響は、熱、電気、磁気などである可能性があります。構造または構造のコンポーネントは、他のコンポーネントと外部環境の両方から負荷を受けます。

材料の分類: 金属、非金属、複合材料。金属材料は、非鉄金属、粉末材料に分けられます。非金属材料: ゴム、ガラス、セラミック、プラスチック、ガラスセラミック。複合材料は、XNUMX つ以上の材料 (ガラス繊維) を含む複合材料です。

半製品の種類に応じて、シート、粉末、顆粒、繊維、プロファイルなどの材料の分類があります。

材料を作成する技術は、構造による分類の基礎です。

金属材料は、その基礎となる成分に応じていくつかのグループに分類されます。鉄冶金材料：鋼、鋳鉄、フェロアロイ、鉄を主成分とする合金。非鉄冶金材料: アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、ニッケル、錫。

現代の技術の基礎は、金属と金属合金で構成されています。今日、金属は用途の点で最も用途の広いクラスの材料です。製品の品質と信頼性を向上させるためには、新しい材料が必要です。これらの問題を解決するために、複合材料、ポリマー粉末材料が使用されます。

金属は、展性、光沢、電気伝導性、熱伝導性を備えた物質です。工学では、すべての金属材料は金属と呼ばれ、XNUMXつのグループに分けられます。

卑金属-他の金属の不純物が少量含まれている金属。

複合金属 - ベースとしての単純な金属と他の元素との組み合わせである金属。

周期表の全元素の XNUMX 分の XNUMX は金属です。

材料科学または材料の科学は古代から発展してきました。材料科学の発展の最初の段階は、セラミックスの専門的な製造から始まります。ロシアの材料科学の発展に特別な貢献をしたのは、M.V. Lomonosov (1711-1765) と D.I. メンデレーエフ (1834-1907)。ロモノソフは、物理化学と化学原子論のコースを開発し、物質の原子および分子構造の理論を確認しました。メンデレーエフは元素の周期表を開発したとされています。両方の科学者は、ガラス生産の問題にかなりの注意を払いました。

XNUMX世紀に材料科学の発展への貢献は、F.Yu によって行われました。 Levinson-Lessing, E.S. Fedorov、VA。 Obruchev、A.I。 Fersman, N.N. ベレルブスキー。新しい材料が生産されています: ポルトランドセメント、新しい石膏、セメントコンクリート、高分子材料など。

機械工学では、金属と金属合金が広く使用されているため、金属科学は材料科学の重要な部分です。

科学としての金属科学はXNUMX世紀にロシアで生まれました。それは、熱処理、鋳造、圧延、スタンピング、溶接などの新しい最適な技術プロセスを開発するための科学的基盤です。他の材料には見られない高い強度と硬度と優れた延性、靭性、機械加工性の組み合わせが、すべての技術分野で主要な構造材料として金属を使用する理由でした。

初めて、鋼の構造とその特性との間の関係の存在が、傑出したロシアの科学者P.P.によって確立されました。アノソフ (1799-1851) は、ブレードの製造に使用される東のダマスク鋼の古代の巨匠たちが、長い間失われていた製造と入手の秘密を明らかにしました。アノソフのダマスク鋼は世界中で有名で、海外にも輸出されました。この鋼から作られた刃は、高い硬度と靭性を特徴としていました。 P.P. アノソフは高品質鋼の生産の「創始者」と見なされており、顕微鏡を使用して鋼の構造を決定し、合金の構造と特性の間の規則的な関係の研究を開始しました。

科学冶金学の創始者 D.K. 1839 年に鋼の相転移を発見したチェルノフ (1921-1868)。 D.K.の発見チェルノフ臨界点 a および b (現在の呼称 A1 および A3 による) は、金属合金の性質に関する知識に革命をもたらし、鋼の熱処理中に発生する多くの「神秘的な」現象を説明することを可能にしました。

金属科学の発展に多大な貢献をしたのは、N.S. Kurnakov、A.A。バイコフ、N.T. Gudtsov、A.A。 Bochnar, G.V. クルデュモフ、S.S. Shteyberg、A.P. Gulyaev、および他のソビエトの科学者。

金属科学と熱処理の発展において非常に重要だったのは、オズモンド (フランス)、ザイツ、ベインとメイル (アメリカ)、タマンとハーネマン (ドイツ) の業績でした。

XNUMX 世紀には、材料科学の理論と実践に大きな成果がもたらされ、工具用の高強度材料が作成され、複合材料が開発され、半導体の特性が発見されて使用され、熱的および化学的に部品を強化する方法が生まれました。熱処理が改善されました。

2. 金属の粒子構造。粒界と亜粒界

金属は多結晶体であり、小さな結晶で構成されています。それらは金属特性によって特徴付けられ、すべての化学元素の 50% を構成します。金属とその合金の構造は結晶です。

結晶化の過程で、結晶は不規則な形状になります。それらは穀物と呼ばれます。各粒子には、隣接する粒子の方向とは異なる独自の結晶格子方向があります。金属の粒子サイズは、その機械的特性に影響を与えます。これらの特性、つまり靭性と可塑性は、金属の粒子が細かい場合にはるかに高くなります。

粒界は粒界と呼ばれ、次のようなものがあります。回転軸が境界と同じ平面にある場合は傾斜します。平面に垂直な軸でねじれています。そのような金属片は多結晶です。結晶粒界は、隣接する結晶間の接触点によって決定されます。結晶粒のサイズ、構造、および構造の性質は、金属の割れ目から判断できます。

多結晶材料では、粒子サイズは 1 ～ 1000 ミクロンです。穀物は方向性が狂っており、互いに最大数十度回転しています。境界は、金属の主な欠陥です。粒子間の境界では、原子は正しい配列を持っていません。いくつかの原子直径の幅の遷移領域があり、XNUMX つの粒子の格子が別の粒子の格子に異なる方向で通過します。遷移層（境界）の構造は、境界を通過するときに滑り面もバーガースベクトルも変わらないため、転位の蓄積に寄与します。正しい配置に違反すると、粒界で表面エネルギーを低下させる不純物の濃度が増加するという事実に寄与します。粒子の内部では、正しい結晶構造が乱されています。

サブグレインの境界はあまり乱されません。

すべての金属には共通の特性があります。延性、高い熱伝導率と電気伝導率、特定の金属光沢、温度の上昇に伴う電気抵抗の増加です。

単結晶は、単結晶である液体融液から成長します。単結晶のサイズは小さく、実験室であらゆる物質の特性を研究するために使用されます。最も一般的な条件下で得られる金属や合金は、多数の結晶で構成されており、多結晶構造を持っています。

X 線回折分析と電子顕微鏡を使用して金属の構造を研究することで、粒子の内部結晶構造が正しくないことを確認することができました。実際の金属の結晶格子には、原子間の結合を破壊し、金属の特性に影響を与えるさまざまな欠陥 (欠陥) が存在します。すべての格子欠陥は、格子内の原子の配置の乱れです。

格子内の原子の配置は、中心の立方体（b-およびc-鉄、b-チタン、クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム）、面が中心の立方体（r-鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、鉛、c-コバルト）または六角形、またはセルの形（マグネシウム、亜鉛）。

多結晶の粒子はモノリシックではありませんが、小さな角度で互いに回転している別々のサブグレインで構成されています。サブグレインは、少数の転位を含むか、まったく含まない多面体です。サブグレインの主な特徴: タイプ、位置、構造、転位密度。多くの転位は、機械的せん断の結果として形成されます。

金属のサブグレインとグレインの境界は、低角度と高角度に分けられます。サブグレイン間に低角度の境界が観察され、転位構造を持っています。低角度の境界は、一連の平行なエッジ転位によって表すことができます。低角度の転位を伴うサブグレインの形成は、多角化と呼ばれます。高角度の境界の構造はより複雑です。サブバウンダリーは、特定の転位システムによって形成されます。どの材料と環境がそれにどのような影響を与えるかに応じて、転位の場所が特定されます。金属がわずかに変形している場合、すべり面は転位の蓄積の場所です。ただし、アルミニウムや鉄などの金属が激しい変形を受けると、転位は複雑な神経叢の形で現れます：空間、ネットワーク。

サブグレインが互いに 15 ～ 300 度の角度でずれている構造は、ブロックまたはモザイクです。

金属内の転位密度は、サブグレインの誤配向角が増加し、サブグレインのサイズが小さくなるにつれて増加します。粒界に位置する原子および結晶表面上の原子は、原子間相互作用による補償されない力により、サブグレインの大部分の原子と比較してより高い位置エネルギーを持っています。転位の存在は金属の強度特性に影響を与えます。理論計算によると、純粋な金属の弾性限界は実際の弾性限界の 1000 倍、鋼の弾性限界は 100 倍です。

3. 光学顕微鏡; 微細構造の定量的特性

合金の内部構造を研究するためにさまざまな方法が使用されており、そのほとんどは物理的原理に基づいています。

金属の構造の研究は、科学研究所や工業研究所におけるシンプルで一般的な方法である光学顕微鏡法（金属組織学的方法）の助けを借りて始まります。顕微鏡を使用した金属の研究は、P.P. によって初めて行われました。アノソフ。彼はダマスク鋼を研究しました。

光学顕微鏡は、結晶粒のサイズ、形状、配置、結晶構造の欠陥 (双晶、転位) を研究するために使用され、動作条件下での金属の挙動を予測するためにも使用されます。

すべての金属は不透明な物質です (可視光に対して)。結晶の形状、サイズ、および位置は、特別に作成されたマイクロセクションで研究されます。この場合、研究者の関心のある面で金属の切断が行われ、得られた面が研削および研磨されます。

セクションの表面の凹凸をなくすために、粗い研磨と細かい研磨の両方を適用できます。研磨は研磨前に行います。平坦な表面を得るには、研磨剤を交換するときにサンプルの移動方向を90°変更する必要があります。前回の手術でリスクがなくなるまで粉砕を続けてください。研削の結果によると、表面粗さは0,08ミクロン未満である必要があります。

サンプルの鏡面を得るために研磨が行われる。研磨は、機械的、電気化学的、および化学的機械的である可能性があります。

機械的研削は、研磨材で覆われた回転ホイールを備えた機械を使用して実行されます。この素材には研磨粒子が塗布されています。

化学機械研磨は、研磨粒子と化学元素を使用して実行されます。

電解研磨は電解槽で行います。表面を滑らかにするために電流が使用されます。

機械的な研削および研磨中に、サンプル表面の塑性変形が発生します。材料の硬度によっては、表面変形の深さが最大 25 ミクロンに達することがあります。

粉砕・研磨後、処理したサンプルを水に浸し、次にアルコールに浸し、ろ紙で乾燥させます。

構造を明らかにするには、化学エッチングによってレリーフを作成するか、構造コンポーネントをさまざまな色で塗装します。エッチングの際、酸が結晶粒界に影響を与えるため、エッチング部分には構造に欠陥があり凹みとなる箇所が存在します。それらに当たる光は散乱され、顕微鏡の視野ではそれらは暗く見え、粒子の本体は明るく見えます。

金属の微細構造の研究でマイクロセクションを調べるには、特殊な顕微鏡が使用されます。この顕微鏡では、光源からのビームがセクションから反射され、対物レンズと接眼レンズを通過し、適切な倍率が得られます。

顕微鏡の全体の倍率は、対物レンズと接眼レンズの倍率の積に等しくなります。

研磨後のマイクロセクションの顕微鏡下で、マイクロクラックと非金属介在物（鋳鉄中のグラファイト、酸化物）を見ることができます。金属の非常に微細な構造を明らかにするために、薄片の表面がエッチングされます。つまり、金属の組成に応じて組成が異なる特殊な試薬で処理されます。エッチング中の微細構造の検出は、異なる相が異なる方法でエッチングされ、異なる色であるという事実に基づいています。純金属の微細断面をエッチングした結果、個々の粒子の形状とサイズを明らかにすることができます。微量分析により、粒子のサイズ、形状、配向、個々の相と構造成分、金属と合金の製造と処理の条件に応じた金属と合金の内部構造の変化を確立することができます。

構造の詳細を調べるために、電子顕微鏡が使用され、高速で飛行する電子の流れを使用して画像が形成されます。構造を研究するための直接的および間接的な方法があります。間接法は、エッチングされた部分のレリーフを反映する薄膜印象を準備するための特別な技術に基づいています。得られたレプリカを調べると、構造の詳細が観察され、最小サイズは2〜5 nmです。直接法では、高分解能電子顕微鏡 (顕微鏡 UEMV-300、UEMV-100A、UEMV-100V) を使用して、透過率が 100 nm までの薄い金属箔を調べることができます。

光学顕微鏡は、どんな大きさの結晶でも検出できる装置ではありません。

定量的金属組織学は特定の困難に直面しています。このように、二次元断面を調べることによって三次元物体の定量的パラメータを決定する問題は、いくつかの方法で解決されます。比較方法および粒子を横断するセグメントの平均長さの方法を使用して、金属粒子のサイズが決定される。

今日では、顕微鏡、ビデオカメラ、ビデオブラスター、およびパーソナルコンピューターの使用を含む、金属のマイクロセクションを研究するための自動システムが使用されています。

4. 単位セル; 調整番号; 同義語

結晶学的方向と面、異方性。面間距離結晶格子 - 原子の規則正しい配置。結晶の基本セルは、すべての特性を完全に保持する結晶の最小体積です。格子内の原子は異なる配置になっています。

単位セルは XNUMX 次元で繰り返され、結晶格子を形成します。結晶の構造は、単位胞内の原子の位置によって決まります。

配位数-錯体の中心イオンと結合している中性分子とイオンの総数。

1. XNUMX 番目のグループの元素には共有結合があり、飽和結合と指向性結合があり、各原子には XNUMX つの隣接原子があります。最近傍の数が配位数です。基本格子は、中心に XNUMX つの原子、頂点に XNUMX つの原子を持つ四面体です。

2. イオン結合が形成されると、結晶格子はより緻密になり、イオン結合の不飽和により配位数は 6 に達します。例: NaCl 結晶格子 - 頂点に塩素イオンとナトリウムイオンを持つ原始的な立方体。

3. 金属結合は結晶格子をよりコンパクトにします。配位数は 8 と 12 の値に達します。金属材料では、体心立方 (bcc)、面心立方 (fcc)、六方最密 (HP) の XNUMX 種類の結晶格子が形成されます。

Syngony - 同じ座標軸系を持つ単位セルの対称性に基づく結晶の分割の XNUMX つ。 Syngony は、XNUMX 方向の並進対称性を持つ XNUMX 次元構造の対称性を特徴付けます。

XNUMX つの軸システムは、結晶軸上で切り取られたセグメントの長さと、これらの軸の相対位置によって区別されます。

1.キュービックシンゴニー。 XNUMXつの等しい軸が直角に交差します。

2.正方同義。同じ長さの軸の XNUMX つのセグメントが直角に交差し、XNUMX 番目の軸はそれらに対して垂直であり、その上で切り取られたセグメントは長さが異なります。

3.菱形同義。長さの異なる XNUMX つの軸が直角に交差しています。

4. 単斜晶相同性。長さの異なる XNUMX つの軸が斜めの角度で交差し、XNUMX 番目の軸はそれらと直角になります。

5. 三斜相同性。長さの異なる XNUMX つの軸が斜めの角度で交差しています。

6. 三方同義。同じ長さの軸の 60 つのセグメントが XNUMX つの平面で XNUMX °C の角度で交差し、XNUMX 番目の軸はこの平面に垂直であり、その上で切り取られたセグメントの長さは異なります。

7.六角形の同義語。軸の位置は、三角同義での位置に似ています。

結晶格子内の原子の配列の順序付けにより、個々の結晶方向と面を特定することができます。

結晶学的方向は、原子が配置されている基準点から発せられる直線です。参照点は立方体の頂点です。結晶学的方向は、立方体の面のエッジと対角線です。他の方向性もあるかもしれません。結晶面とは、原子が存在する面です。

結晶学的な方向と面は、さまざまな位置を決定するミラー指数によって特徴付けられます。同じように構築された結晶格子内の平行な面は、同じ屈折率を持ちます。単純な整数からインデックスを取得するために、平面を平行にシフトできます。任意に選択された原点に対する結晶格子のノードの位置は、座標 x、y、z を設定することによって決定されます。 XNUMX つの要素セルの場合、これらの座標はそれぞれ格子定数 a、b、c に等しくなります。

インデックスを決定するには、基準点に最も近く、この方向にある原子の座標を格子定数で表して見つけます。

異なる結晶学的方向に沿った金属の強度を含むすべての物理的特性は、言及された方向に位置する原子の数に依存します。結晶格子には、さまざまな方向にさまざまな数の原子があります。結晶性物質では、異方性、つまり異なる方向に沿った不均等な特性を観察する必要があります。

異方性は結晶体内の原子の規則正しい配置の結果であり、単結晶内で現れます。本物の金属は、結晶方向と面によって互いに任意に配向した多数の粒子を含む多結晶体です。異なる結晶方向に沿って切断されたサンプルをテストすると、機械的特性の異方性が観察されます。

実際の金属は平均等方性を持ち、準等方体または疑似等方体と呼ばれます。

面間距離 - 平行で等間隔の節面を分離する最短距離。

5. 結晶構造における欠陥の分類。点欠陥、それらの濃度の温度依存性。刃状およびらせん転位

融液から単結晶を作ることができます。単結晶は、単結晶からの金属片です。通常の状態で得られる金属や合金は、多数の結晶からなり、多結晶構造を持っています。これらの結晶は粒子と呼ばれ、形が不規則です。各粒子には独自の結晶格子方向があり、隣接する粒子の方向とは異なります。

粒子の内部結晶構造が正しくありません。金属の結晶格子には、原子間の結合を破壊し、金属の特性に影響を与える欠陥 (不完全性) が存在します。すべての格子欠陥は、格子内の原子の配置の乱れです。表面の欠陥は金属粒子の境界です。次の構造欠陥が区別されます: 格子欠陥、点欠陥、小さい欠陥、線状欠陥、平坦欠陥。結晶欠陥は、金属の物理的、機械的、化学的、技術的特性を大きく変化させます。

点欠陥には、空孔（空のサイト）、外来の格子間原子が含まれます。温度が高いほど、欠陥が多くなります。

不純物原子は、結晶構造の最も一般的な欠陥のXNUMXつです（空孔、転位した原子）。

空孔は、さまざまな理由により形成される結晶格子の空のサイトです。空孔の発生源は、原子の正しい配置が破壊された粒界です。空孔の数とその濃度は処理温度に依存します。空孔の数は温度の上昇とともに増加します。単一空孔は結晶中を移動するときに遭遇し、ペアで結合して二空孔を形成しますが、その総表面積は減少し、一対の空孔の安定性が増加し、三空孔および鎖全体の形成が可能になります。

転位した原子は、結晶格子のノードを離れ、隙間に配置された原子です。点欠陥を指します。

不純物原子は、結晶格子内の主な原子の場所を占めるか、セルに導入されます (一種の点欠陥)。

空孔、転位原子、不純物原子の周囲の結晶構造の正確さが損なわれると、全方向の原子の力場のバランスも崩れます。すべての変化は原子直径数個に過ぎません。点欠陥は相互作用します。点欠陥と線状欠陥、つまり転位の間には相互作用があります。

線状欠陥は XNUMX 次元では小さく、XNUMX 番目の次元では大きくなり、結晶の長さに比例する可能性があります。線状欠陥には、空孔、格子間原子、転位の連鎖が含まれます。転位は一方向に大きく伸び、反対方向には少し伸びます。金属の強度と延性は、転位の存在に直接依存します。

線形欠陥 - 転位、それらは結晶格子の特別な種類の欠陥です。転位構造の特徴は、転位の密度です。

現在、転位形成の様々なメカニズムが知られている。サブグレインの形成中に、粒子の成長中に転位が発生する可能性があります。結晶粒とブロックの境界には高密度の転位があることが実験的に確立されています。溶融物からの結晶化の間、核が成長し、その表面にらせん転位が形成されると、エネルギー的に有利になります。転位の形成と不純物の偏析を促進します。凝固した金属では、空孔の蓄積の結果として転位が発生します。

面外エッジの周囲の結晶欠陥の領域はエッジ（線状）転位と呼ばれます。刃状転位は、面外エッジの周囲の結晶格子内の弾性応力の急速に減衰する場を表します。これは、このエッジより上では格子パラメータが若干圧縮され、このエッジより下では格子パラメータがそれに応じて引き伸ばされるという事実によって引き起こされます。一次元では、転位の範囲は巨視的特性を持ちます（転位は結晶境界でのみ破壊できます。それはせん断領域の境界です）。刃状転位の動きは保守的です。

面外が結晶の上部にある場合、転位は正と呼ばれます。面外が結晶の下部にある場合、それは負と呼ばれます。

結晶の XNUMX つの部分が空孔の蓄積面に向かって移動すると、らせん転位が形成されます。

ねじ転位が時計回りに回転する場合を右巻き、反時計回りに回転する場合を左巻きといいます。らせん転位には空孔や格子間原子が流れない。部分転位や混合転位の形成も可能です。転位の形成により結晶のエネルギーが増加します。

転位は、金属の内部応力の増加に寄与します。偏光を使用することで、転位の周囲に発生する応力場を明らかにすることができます。

6. 金属の拡散

拡散は、拡散粒子のランダムな熱運動による物質の移動です。気体が拡散すると、その分子は他の分子と衝突すると運動の方向を変えます. 固体内の拡散中の主なタイプの運動は、結晶格子サイトから隣接するサイトまたは空孔への原子のランダムな周期的なジャンプです.

拡散プロセスの発達により、拡散層が形成されます。これは、飽和表面近くの部品の材料の層として理解され、化学組成、構造、および特性が最初のものとは異なります。

任意の原子の拡散運動は、他の原子の運動にも、この原子の以前の運動にも依存しない振動の振幅が大きいため、ランダムウォークです。平衡位置付近の原子の温度に依存しない振動は、通常、約 10 の周波数で発生します。¹³ с^-1

拡散メカニズムを決定する問題は非常に複雑です。 Ya.I.の作品はこの問題の解決に大きな役割を果たしました。フレンケルは、結晶格子欠陥、特に空孔が原子の拡散運動のプロセスに多大な影響を与えることを示しました。最も困難なのは単純な交換拡散メカニズムであり、最も可能性が高いのは空孔メカニズムです。各拡散メカニズムは、特定の活性化エネルギー Q、つまり原子がある位置から別の位置に移動するときに乗り越えなければならないエネルギー障壁の値に対応します。

クラウディオン拡散メカニズム中の動きは波の伝播に似ています。つまり、各原子が少量ずつ変位し、外乱が急速に伝播します。拡散の場合、空孔とその関連性 (二空孔、空孔と不純物原子の複合体)、およびその原因となる欠陥 (線状および表面) が非常に重要です。

置換型固溶体における自己拡散と拡散の主なメカニズムは、空孔メカニズムです。格子間固溶体では、小さな不純物原子の移動の主なメカニズムは格子間です。

純粋な金属 A と B の XNUMX つの適切に接続された部分が長時間アニールされると、金属の相互浸透と、値 Δx による不活性マーク (酸化物粒子またはタングステンワイヤ) によってマークされた初期界面のシフトが観察されます。これはアニーリング時間の平方根に正比例します。 Dの場合_А > D_Вの場合、成分 A は B よりも速い速度で B に浸透し、その結果、サンプルの部分 B の体積が増加します。

拡散メタライゼーションは、製品の表面を金属またはメタロイドで拡散飽和させるプロセスです。拡散飽和は、粉末混合物、気体媒体、または溶融金属（金属の融点が低い場合）で実行されます。

ホウ化-硬度、耐食性、耐摩耗性を高めるためのホウ素による金属および合金の表面の拡散飽和は、溶融ホウ素塩中での電気分解によって実行されます。ボロナイジングは、特に高い表面硬度、耐摩耗性を提供し、耐食性と耐熱性を向上させます。ホウ素鋼は、塩酸、硫酸、リン酸の水溶液中で高い耐食性を示します。ボロナイジングは、過酷な環境（化学工学）で摩擦条件下で動作する鋳鉄および鋼の部品に使用されます。

クロムメッキ - クロムによる拡散飽和は、クロムまたはフェロクロムの粉末混合物で、クロムアンモニウム（1％）と酸化アルミニウム（49％）を1000 ... 1050°Cの温度で6の露出で添加して実行されます... 12 時間. クロムメッキは、蒸気水や攻撃的な環境 (フィッティング、バルブ) で摩耗する部品に使用されます。低炭素鋼の製品にクロムめっきを施すと硬度が上がり、良好な耐食性が得られます。

アルミナイジングは、表面層をアルミニウムで拡散飽和させるプロセスであり、アルミニウムの粉末混合物または溶融アルミニウム中で実行されます。目的は、鋼部品の表面の高い耐熱性を得ることです。アルミニウム処理は固体および液体媒体中で行われます。

シリコン処理-シリコンによる拡散飽和は、ガス雰囲気で実行されます。鋼部品のシリコン飽和層は、それほど高い硬度ではありませんが、海水、硝酸、硫酸中の塩酸で高い耐食性と耐摩耗性が向上しています。シリコン処理された部品は、化学、パルプ、製紙、石油産業で使用されています。耐熱性を高めるために、耐熱性の高いモリブデンとタングステンをベースにした合金で作られた製品にシリコン処理が使用されています。

材料科学では、マクロおよびミクロの拡散理論が開発されています。巨視的理論では、形式主義、つまり熱力学的力とパラメーターに重点が置かれます。微視的理論は、原子ジャンプの理論に基づくメカニズムを使用します。

7. 第一種相転移と第二種相転移

液体状態の成分 (成分 A) は無限に溶けますが、固体状態の成分 (成分 B) は化合物を形成せず、不溶性です。

状態図は、合金温度の座標のグラフを表します。これは、さまざまな温度での熱力学的平衡の条件下での合金成分の相互作用の結果として形成される生成物を反映しています。これらは、温度と組成に応じて、特定の凝集状態、構造の特定の性質、および特定の特性を持つ物質であり、相と呼ばれます。相は合金の均質な部分であり、同じ組成、構造、特性を持っています。液相は溶融成分の溶液です。固相は、特定の形状、サイズ、組成、特定の構造および特性を持つ粒子です。これらは、固溶体、化合物、および他の成分と固溶体または化合物のいずれも形成しない純粋な成分の粒子です。

合金の限界状態を表示する状態図は、いくつかの領域に分割できます。 XNUMX つの相で構成される領域もあれば、XNUMX つの相で構成される領域もあり、異なる組成、構造、特性を持っています。状態図には、合金の作成と加工に必要な情報が含まれています。

第一種の状態図。セグメントルール。この図は、その成分が相互溶解度が無視できる実質的に純粋な粒子の混合物を形成する合金を対象としています。

図中の合金の相構造は温度に依存します。成分同士の熱力学的作用により、液体状態への遷移温度が低下します。

最低温度で溶融する XNUMX つの成分の合金は、共晶または共晶と呼ばれます。共晶は、同時に結晶化した両方の成分の小さな粒子の均一な混合物です。両方の成分が同時に溶ける温度を共晶温度と呼びます。

結晶化中の液体状態から固体状態への合金の遷移は、液相線と固相線に対応する共晶温度との間にある温度範囲で発生します。

結晶化中の合金のすべての量的変化は、セグメントの規則に従います。組成に応じて、すべての合金は過共晶ピストンと過共晶ピストンに分けられます。亜共晶合金には、（100-Ve）％を超える成分Aが含まれています。それらの中で、それは冗長なコンポーネントです。過共晶合金では、成分Bは冗長です（その量はBeを超えます）。

各構成成分の量は、共晶温度に関するセグメントのルールに従って計算されます。

第 XNUMX 種状態図。樹状分離。同じタイプの格子と同様の外部電子殻構造を持つ成分が相互に無制限に溶解すると、第 XNUMX 種の図が得られます。

この図には、次のXNUMXつのフェーズ領域があります。

1. 液相線 ADB の上は、液相 G の領域です。

2. その下、固相線 ADB まで、XNUMX 相領域 b + G があります。相 b は成分 A と B の固溶体であり、粒子は単結晶格子を持っています。しかし、異なる組成の合金では、格子の単位セル内の成分 A と B の原子の数は異なります。

3. 固相線の下に位置する領域は、単相 (フェーズ b) です。

実質的に純粋な成分の粒子の混合物の合金とは異なり、状態図上の凝固した合金のそれぞれは、外見上、互いに異ならない一連の相粒子を表します。

結晶化中に合金の冷却が加速された場合、拡散プロセスが完了する時間がなく、各粒子の中心部分にはより耐火性の成分が豊富に含まれ、周辺部分には低融点の成分が多く含まれることがわかります。 (A)。この現象は樹枝状液化と呼ばれ、合金の強度特性が低下します。合金をゆっくりと冷却し、平衡結晶化を確実にすることで、その防止が可能になります。

樹枝状の偏析が発生した場合は、合金の長時間の拡散アニーリングによって除去されます。この場合に発生する拡散プロセスは、粒子内の化学組成を均一化します。

金属材料の塑性変形中、外力は転位の移動に対する抵抗を克服する必要があります。これは、パイエルス-ナバロ力の値によって決まります。この力は、合金の結晶格子における原子間相互作用の強度に依存します。

固溶体の格子内の可溶性成分の原子は、両方の純粋な成分の格子内よりも溶媒成分の原子とより強い金属結合を形成します。このため、固溶体の塑性変形に対する抵抗は、それに溶解する他の成分の含有量の増加に伴い、曲線の法則に従って増加するはずです。

8. 金属の溶解と融液の構造

溶融は、金属が固体から溶融液体に変化する物理的プロセスです。融解は結晶化とは逆のプロセスであり、平衡を超える温度、つまり過熱中に発生します。液体金属は固体金属よりも多くの内部エネルギーを持っているため、結晶化中に熱が放出されます。熱 Q と結晶化温度 Tk の間には一定の関係があります。金属を溶かすときの過熱の程度は数度を超えません。

液体状態では、物質の原子は熱運動によりランダムに動きます。液体には小さな体積の原子のグループがあり、その中の原子の配置は結晶格子の配置に似ています。これらのグループは不安定で、溶解して液体に再出現します。液体が過冷却されると、いくつかの大きなグループが安定して成長できるようになります。これらの安定した原子群は、結晶化中心 (核) と呼ばれます。融解プロセスを実装するには、平衡温度、つまり熱力学的ポテンシャルを超える過熱が必要です。平衡温度を超えると、液体金属はより安定し、自由エネルギーの予備が少なくなります。この温度以下では、固体金属はより安定しています。平衡温度では、液体状態と固体状態の自由エネルギーは同じです。したがって、この温度では、両方の相（液体と固体）が同時に共存でき、さらに無限に長い時間共存できます。平衡温度は融点 Tm に非常に近く、よく比較されます。冷却すると、液体から固体状態への遷移は、結晶格子の形成、すなわち結晶化を伴います。結晶化を誘発するには、液体金属をその融点より低い温度まで過冷却する必要があります。

融点に近い温度の液体は、融液と呼ばれます。溶融物は、金属、イオン、半導体、有機、および高分子です。溶融物を形成する化合物に応じて、塩、酸化物、酸化物 - ケイ酸塩、およびその他の溶融物が分離されます。

ほとんどの溶融物には、斜めの面体粒子が含まれています。

融解の過程で、融液中の化学結合が変化します。半導体では、金属伝導性の形成が観察されます; 一部のハロゲン化物では、イオン伝導性の代わりに、分子組成を持つ溶融物の形成により電気伝導性の低下が発生します。温度レベルは、溶融物の結合のタイプにも影響します。

平均配位数と原子間距離もメルトの特徴です。金属を溶かす過程で、配位数は約10～15%減少します。同時に、原子間距離は同じままです。半導体が溶けると、配位数が1,5倍になり、原子間の距離も広がります。多成分溶融物は、初期固相の構造に関連する非平衡準安定状態によって特徴付けられます。

多くの場合、温度変化の過程で融液の物性にはラグ（ヒステリシス）があります。溶融物の特性と構造は、温度、保持時間、温度変動率、容器の材質、不純物の存在などの要因によって影響を受けます。

溶融物の組成は、その複雑さによって区別されます。イオン融解には、単純または複雑なイオン、解離していないポリマー分子、および自由体積が含まれる場合があります。ケイ酸塩溶融物は、孤立したシリコン-酸素四面体と、それらが形成する鎖、環、ネットワーク、およびフレームワークを含む場合があります。

溶融物にはさまざまな種類の粒子と結合が含まれているため、溶融物の構造の明確なモデルを形成することはかなり困難です。モデルの主な機能は、溶融物の特性の定義と解釈、および特性の計算です。

冶金分野の溶融物は、中間生成物、副生成物、および最終生成物に分けられます。溶融物を電解質として使用して、金属が製造され、冶金で精製され、コーティングが適用されます。多くの合金は溶融物として形成されます。融液から単結晶やエピタキシャル膜を成長させます。触媒として金属、塩および酸化物溶融物を使用するのが通例である。塩溶融物は、アニーリングおよび硬化浴、高温燃料電池、熱媒体として、金属のはんだ付けおよび溶接プロセスにおけるフラックス、無機および有機合成における反応媒体、吸収剤、抽出剤などとして使用されます。一部の溶融物は、ケイ酸塩、フッ化物、その他の特殊なスタックおよび非晶質金属を得るために使用されます。

9. 金属の結晶化; 結晶の核形成、重要な細菌; 結晶の均一および不均一な核形成; 結晶成長。カーブスタンマン

結晶化は、結晶構造の形成を伴う液体状態から固体状態への金属の遷移のプロセスです。自然界では、すべての自発的な変換、結晶化と融解は、新しい条件下での新しい状態がエネルギー的により安定しており、エネルギーの予備が少ないという事実によるものです。

金属が液体または蒸気状態から結晶構造の形成を伴って固体に変化することを一次結晶化と呼びます。結晶固体中に新たな結晶が形成されることを二次結晶化といいます。結晶化プロセスは、結晶の核生成と成長という XNUMX つの同時発生プロセスから構成されます。結晶は、自発的に核を生成する (自発的結晶化) ことも、既存の既製の結晶化中心で成長する (非自発的結晶化) こともできます。

タイムカウンターと熱電高温計を使用して、金属の結晶化のプロセスを監視できます。両端がはんだ付けされた XNUMX 本の異なるワイヤが溶融金属に浸漬され、その結果生じる熱電流が金属の温度に比例し、ミリボルトメーターの針がたわみ、特別な目盛で温度を示します。高温計の測定値は経時的に記録され、得られたデータに基づいて冷却曲線が温度と時間の座標でプロットされます。臨界点は、金属の何らかの変態に相当する温度です。

冷却すると、液体から固体状態への遷移は、結晶格子の形成、すなわち結晶化を伴う。結晶化を誘発するために、液体金属はその融点より低い温度に過冷却されなければならない。金属の凝固中および同素変態中に、最初に結晶化中心が形成され、その周りに原子がグループ化され、対応する結晶格子が形成されます。結晶化プロセスは、結晶化中心の形成と結晶の成長というXNUMXつの段階で構成されます。出現する結晶のそれぞれにおいて、結晶面はランダムに配向され、さらに、一次結晶化の間、結晶は液体に囲まれているため、回転することができます。隣接する結晶は互いに向かって成長し、それらの衝突点は微結晶（粒子）の境界を定義します。

非晶質物質は滑らかな冷却曲線を持ち、領域や出っ張りはありません。これらの物質が同素体を持つことができないことは明らかです。金属結晶化のメカニズムは、液体金属を含むるつぼ内の温度が対応して低下すると、結晶化中心または核と呼ばれる小さな結晶が形成され始めることです。

液体金属結晶の成長を開始するには、金属の自由エネルギーが

減少しました。核の形成の結果として金属の自由エネルギーが増加すると、核は溶解します。成長可能な胚の最小サイズは胚の臨界サイズと呼ばれ、そのような胚は安定と呼ばれます。

金属の自由エネルギーを低下させる過冷却の程度が大きいほど、核の臨界サイズは小さくなります。

形成された中心の周りに結晶が成長し始めます。まだ液体状態にある金属の中で結晶が成長するにつれて、新しい結晶化の中心が現れ続けます。成長する新しい結晶のそれぞれは、空間内でランダムに配向されています。

不規則な形の結晶は、粒子または結晶と呼ばれます。多数の粒子からなる金属を含む固体は、多結晶と呼ばれます。

D.V. Chernovは、結晶化プロセスがXNUMXつの基本プロセスで構成されていることを確立しました。結晶化中心の核形成とこれらの中心からの結晶の成長です。ずっと後に、結晶化のプロセスを研究しているタマンは、結晶化中心の数と結晶成長の速度の過冷却の程度への依存性を確立しました。

形成された結晶は自由に成長しますが、多かれ少なかれ規則的な幾何学的形状をしています。ただし、成長中の結晶が衝突すると、これらの領域で面の成長が停止するため、通常の形状に違反します。「給餌」液に自由にアクセスできる方向で成長が続きます。その結果、最初は幾何学的に規則的な形状をしていた成長中の結晶は、固化した後、不規則な外形を獲得するため、結晶子または粒子と呼ばれます。

核の成長は、過冷却液体から結晶への原子の遷移の結果として発生します。結晶は層状に成長し、各層の厚さは原子 XNUMX 個分です。結晶成長には XNUMX つの基本的なプロセスがあります。

二次元胚の形成。

過冷却液体からの原子供給による二次元核の成長。平面上に二次元核が形成された後、液体から通過する原子を固定するのに便利な領域が現れるため、新しい層のさらなる成長が比較的容易に進行します。

結晶化中に形成される粒子のサイズは、自発的に生成された結晶化中心の数だけでなく、既製の結晶化中心の役割を果たす液体金属に常に存在する不溶性不純物の粒子の数にも依存します。

10. インゴット構造とアモルファス合金

鋼のインゴットの構造は、1878 年に D.K. によって初めて与えられました。チェルノフ。鋳造インゴットの構造は XNUMX つの主要なゾーンで構成されます。最初のゾーンは外側の細粒地殻で、配向が乱れた小さな結晶、樹状結晶から構成されます。

インゴットの XNUMX 番目のゾーンは、柱状結晶のゾーンです。クラスト自体の形成後、除熱の条件

変化すると、温度勾配が減少し、鋼の過冷却度が減少します。インゴットの XNUMX 番目のゾーンは等軸結晶のゾーンです。

金属の凝固中に形成される結晶は、冷却速度、不純物の性質および量に応じて異なる形状をしています。多くの場合、結晶化プロセス中に分岐した (木のような) 結晶が形成されます。これは、木の形に似ているため、デンドライトと呼ばれます。この結晶の形は、液体金属中で生じた核が原子間の距離が最小の方向に成長するという事実によって説明されます。これが一次軸の形成方法です。一次軸の伸長と同時に、二次軸が核形成し、特定の角度でそれらに垂直なエッジで成長します。そこからすでに三次軸が成長し、最終的に樹枝状結晶の形の結晶が形成されます。樹枝状構造は、樹状突起の分岐間のすべてのギャップが埋められ、通常は樹状突起の接合部のみが粒界の形で見えるため、薄片の特別なエッチング後に明らかになります。樹状突起の正しい形状は、プロセスの後の段階での粒子の衝突と降着の結果として歪められます。樹枝状構造は、鋳造金属 (合金) のマクロおよびミクロ構造の特徴です。

金型の冷たい壁と接触すると、小さな等軸結晶の領域が形成されます。固体金属の体積は液体よりも少ないため、金型の壁と凝固した金属の間に空隙が生じます。壁自体が金属と接触すると発熱します。その結果、金属の冷却速度が低下し、結晶の成長に方向性が生じます。結晶は金型の壁から熱除去の方向に中心に向かって成長し、柱状結晶のゾーンが形成されます。インゴットの厚さ方向に長い結晶が成長するようなこの現象を転結晶といいます。結果として生じるゾーンにより、外部への熱の伝達が遅くなり、冷却速度が低下し、配向していない大きな結晶のゾーンが形成されます。液体金属には一定量の溶存ガスが含まれているため、冷却時のインゴットの体積では、過冷却する傾向がある金属の場合、結晶化中心の数と結晶成長速度の曲線の上向きの枝のみが変化します。検出されました。

結晶化中に形成される粒子のサイズは、自発的に生成された結晶化中心の数だけでなく、既製の結晶化中心の役割を果たす液体金属に常に存在する不溶性不純物の粒子の数にも依存します。そのような粒子は、酸化物、窒化物、硫化物であり得る。金属または合金の結晶化中心は、基本金属の原子と原子のサイズにわずかな違いがある固体粒子である可能性があり、それらの結晶格子は、結晶化金属の格子に構造およびパラメーターが近い必要があります。液体金属の結晶化が発生する金型やその他の形状の壁には、凹凸や粗さがあります。これらの不規則性は、結晶化の速度を増加させることにより、結晶化プロセスに影響を与えます。鋼が十分に脱酸されていない場合 (いわゆる沸騰鋼)、インゴット全体に気泡が形成されます。

鋼が十分に脱酸されている場合（静かな鋼）、断熱された収益性の高い拡張機能を備えた金型に鋳造されます。この場所では、液体金属の最後の部分が結晶化します。ここにガスが溜まります。これにより、引け巣と呼ばれる大きな隙間ができます。引け巣の近くでは、金属の密度が低くなり、ゆるくなります。したがって、穏やかな鋼のインゴットを圧延した後、インゴットの上部（収益性の高い）部分（インゴットの長さの約15〜20％）が切り取られます。圧延中、鋳物の初晶の形状が変化します。デンドライトは変形し、金属の流れの方向に沿って伸び、繊維になります。結晶の接合部は強度が低いため、繊維に沿って変形した鋼は、繊維全体よりも強度と靭性が高くなります。

アモルファス合金は、引張りに対して脆いことがよくありますが、曲げや圧縮に対しては比較的延性があり、冷間圧延を受けることができます。軟磁性アモルファス合金は XNUMX つのグループに分類されます。

1.鉄（Fe₈₁Si_{3 5}B_{13 5}C₂）磁気誘導の値が高く、保磁力が低い。

2.コバルト（CO₆₆Fe₄(Mo、Si、B)₃₀飽和誘導が比較的低く、機械的特性が高く、保磁力が低く、透磁率が高い。

3. 鉄ニッケル合金 (Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆）平均的な磁気誘導と鉄合金よりも低い保磁力を備えています。

軟磁性アモルファス合金は、電気工学および電子産業で使用されています。

11. 金属の修飾。引張、圧縮、曲げ、硬度、衝撃強度の標準試験

鋳物中の金属の所望の構造を得るために、改質剤を液体金属に加えることができる。これが変更プロセスです。

結晶化プロセスへの影響メカニズムに応じて、改質剤は次の XNUMX つのグループに分けられます。

1) 追加の結晶化中心である改質剤。

2) 改質剤 - 界面活性剤。これらの改質剤は液体金属に溶解します。結晶化プロセスは、利用可能な結晶化センターによって異なります。これらの中心は、不純物によって形成された耐火性の非金属介在物、酸化物、金属間化合物の粒子です。

結晶化プロセスの開始までに、中心は液体金属内にあり、固体介在物の形をしています。結晶化中、活性化された不純物表面に金属原子が堆積します。この結晶化は不均一と呼ばれ、金型の壁が核の役割を果たします。

固化すると、既製の結晶中心の存在により、結晶のサイズが減少します。構造微細化の効果は、不純物相と母材金属との構造的および寸法的な対応が観察された場合に増加し、これはそれらの結晶格子の共役に寄与します。

液体金属には溶解した不純物が含まれており、これにより構造が微細化されます。吸着されると、液体と固体の界面での表面張力が低下し、結晶成長の線形速度が低下します。

金属の機械的特性の向上は、組織の微細化によって促進されます。合金の構造を改良するには、修正という技術的操作が使用されます。この操作は、鋳造前に液体合金に特別な添加剤 (改質剤) を導入することから構成されます。この目的のために、界面活性剤のほか、耐火性微粒子を形成する元素が使用されます。改質剤は合金に添加されます。

注湯前の液体金属の温度上昇は、結晶化中の粒子の粗大化につながり、逆に、金属の冷却の結果として粒子サイズの減少が起こります。チリングは、母材金属と構造的および寸法的に対応する相を形成する改質剤の存在下で効果的です。

標準試験

静的引張試験は、金属の機械的試験の方法です。静的試験では、試験対象の金属の丸い試験片またはシート材料の平らな試験片が作成されます。サンプルは、引張試験機のグリップに固定するように設計された作業部分とヘッドで構成されています。サンプルサイズは標準化されています。引き伸ばされると、試験片は伸びます。金属合金の中には、線膨張係数がゼロに近いものがあります (精密機器、ラジオ管の製造に使用されます)。

標準サイズの円形または平らなサンプルを引張試験機のクランプに取り付け、荷重を増やすと、その長さの変化が監視されます。機械の書き込み装置は、機械的特性を決定するストレッチダイアグラムを記録します。

硬度は、接触変形に抵抗する材料の特性であり、固体 (圧子) の表面への侵入に抵抗する材料の能力です。圧子 - 円錐形のダイヤモンドの先端。硬度試験は、機械試験の中で最も利用しやすいタイプです。

硬度試験は迅速に実施され、複雑なサンプルを必要とせず、金属の他の機械的特性 (引張強度など) を判断することができます。ハードチップのインデント方法が一般的です。

ロックウェル法による硬さの測定。 120°の角度を持つスチールまたはダイヤモンドのコーン、または直径 1,59 mm のスチール硬化ボールを試験片の表面に押し込み、表面への浸透の深さから材料の硬さを推定します。

ロックウェル硬さ試験機には13つのスケールが適用されます。A（黒）-テストはダイアモンドコーンを使用して実行され、硬さはHRAで示されます。 B（赤）-テストはボールを使用して実行され、硬度はHXNUMXBで示されます。 C（黒）-テストはスチールコーンを使用して実行され、硬度はHRCで示されます。

ビッカース法による硬さの測定。四面体のダイヤモンドピラミッドをサンプルの表面に押し込み、インプリントの対角線に沿って硬度を測定します。

ビッカース法を使用すると、軟質および硬質の金属および合金の硬度と、薄い表面層の硬度を測定できます。

衝撃試験では、動作中に機械部品が受ける衝撃荷重に金属が抵抗する能力を測定します。

衝撃試験は、振り子衝撃試験機と呼ばれる器具で標準形状の試験片に対して実施されます。

衝撃強度 - サンプルの衝撃破壊に費やされ、ノッチでの断面積に関連する仕事。衝撃試験は、材料が脆性破壊する傾向を評価するために実施されます。

ベンディングはテンションよりもソフトな負荷です。低塑性材料は曲げ試験済みです。テストは、長さの長い、円筒形または長方形のサンプルで実行されます。それらはXNUMXつのサポートに取り付けられています。決定された特性は、引張強度とたわみです。

12.固体状態での相変態

相は系の均質な部分であり、化学組成または構造が急激に変化する界面を通過するときに、系の別の部分 (相) から分離されています。

純粋な金属の結晶化中、システムには液体 (溶融金属) と固体 (凝固した金属の粒子) の XNUMX つの段階があります。硬質合金では、相は純粋な金属粒子、固溶体粒子、および化合物粒子である可能性があります。液体状態の多くの金属は、任意の比率で互いに溶解します。溶解の結果、ある金属の原子が別の金属の原子の間に均一に分布した均質な液体溶液が形成されます。この相互作用により、実際には、合金内の物質を均一に分布させるために、それらは溶融に頼ります。原子サイズが大きく異なる一部の金属は液体状態に溶解しませんが、他の金属は液体状態に限られた範囲で溶解します。凝固中の合金の形成では、成分のさまざまな相互作用が可能です。

結晶化の過程で、同種原子間の相互作用の力が異種原子間の相互作用力よりも大きい場合、結晶化後に、純粋な金属の粒子からなる機械的混合物が形成されます。この場合、ある純金属の粒子とその隣に別の純金属の粒子が硬質合金に存在します。この形式の相互作用は、合金に含まれる金属の特性に大きな違いがある場合に発生します。

合金を構成する物質間の相互作用の別の形態は、固溶体の形成です。

固溶体は、成分間の比率が変化する可能性がある固相です。固溶体では、純粋な金属と同様に、原子が空間に規則的に配置され、結晶格子を形成します。これが液体溶液との違いです。固溶体では、合金に含まれる一方の物質は本来の結晶格子を保持しており、結晶構造を失った第二の物質は、第一の物質の結晶格子内に個々の原子の形で分布しています。最初の物質は溶媒であり、XNUMX 番目の物質は可溶性です。可溶性元素の原子の分布の性質に応じて、格子間固溶体、置換固溶体、および減法固溶体が区別されます。固溶体の種類に関係なく、共通しているのは単相であり、ある濃度範囲で存在することです。固溶体は金属タイプの結合によって特徴付けられます。

一部の半金属は原子サイズが最も小さく、金属と格子間固溶体を形成する水素、窒素、炭素、ホウ素などがあります。しかし、これらの元素であっても、原子サイズは金属の結晶格子の原子間ギャップのサイズの12bをわずかに超えているため、格子間固溶体の形成中に格子が歪み、その中に応力が発生します。この場合、格子間固溶体の濃度を高くすることはできない。 1～2%を超えることはほとんどありません。置換固溶体では、可溶性元素の原子が卑金属の原子の代わりになります。外来原子は任意の場所の溶媒原子と置き換わることができるため、このような溶液は無秩序な固溶体と呼ばれます。可溶性元素の原子のサイズは常に溶媒の原子のサイズとは異なります（大きいか小さい）。したがって、置換固溶体が形成されると、溶媒金属の結晶格子はその基本構造を失うことなく歪められます。。置換固溶体は制限される場合もあれば、無制限になる場合もあります。無制限の溶解性の条件の XNUMX つはサイズ係数です。原子半径の差が大きいほど、溶解度は低くなります。

置換型固溶体の温度が低下すると、原子の再分布プロセスが発生し、その結果、溶解した元素の原子が溶媒格子内で厳密に定義された位置を占めるようになります。このような固溶体を規則固溶体といい、その構造を超構造といいます。

一部の元素は、温度や圧力といった外部条件の変化に応じて結晶構造を変化させます。固体状態では、リチウムとモリブデンは体心立方格子を持っています。アルミニウム、銀、金、プラチナは面心、マグネシウム、ジルコニウムは六角形です。温度が変化すると、同じ金属でも、異なる温度にある格子よりも異なる格子の方が安定することが判明する場合があります。この現象はポリモーフィズムと呼ばれます。各格子タイプは、同素性修飾または修飾を表します。金属の多形変化中には、温度が最も重要です。ある同素体から別の同素体への変態は、多形変態温度と呼ばれる一定の温度で起こり、溶融固化または蒸発凝縮の現象と同様の熱効果を伴います。これは、結晶格子を再配置するために一定量のエネルギーを費やす必要があるためです。

13. 金属の弾性・塑性変形

変形とは、体の形状とサイズの変化です。変形は、外力の影響や、体内で発生するその他の物理的および機械的プロセスによって引き起こされる可能性があります。変形には、せん断、圧縮、引張、曲げ、ねじれなどの現象が含まれます。

弾性変形とは、荷重を取り除くと消える変形です。弾性変形は、金属の特性と構造に残留変化を引き起こしません。加えられた荷重の作用下で、原子のわずかな可逆変位が発生します。

単結晶を伸ばすと原子間の距離が広がり、圧縮すると原子同士が接近します。原子が平衡位置からずれると、引力と静電反発力のバランスが崩れます。負荷が取り除かれた後、引力または反発力の作用により、移動した原子は元の平衡状態に戻り、結晶は元の寸法と形状を取得します。

変形は、荷重が取り除かれた後に消える弾性変形と、荷重が取り除かれた後に残る塑性変形とがあります。

最小の応力が変形を引き起こし、初期変形は常に弾性であり、その大きさは応力に直接依存します。主な機械的特性は、強度、可塑性、弾性です。

可塑性は重要であり、さまざまな加圧処理方法による製品の製造の可能性を決定します。これらの方法は、金属の塑性変形に基づいています。

可塑性が向上した材料は、応力集中の影響を受けにくくなります。このために、さまざまな金属や合金の比較評価、および製品の製造における品質管理が行われます。

金属の変形の物理的性質

ストレスがかかると、体の形や大きさが変化します。ストレスは、体に張力や圧縮などの外力が作用したり、相転移や体積の変化に関連するその他の物理化学的プロセスの結果として発生したりします。あらゆる種類の応力下で応力状態にある金属は、常に法線応力と接線応力を経験し、応力の作用下での変形は弾性および塑性になる可能性があります。塑性は、せん断応力の作用下で発生します。

弾性 - これは、ストレスを引き起こしたアクションの終了後に完全に消えるような変形です。弾性変形中、金属の結晶格子内の原子間の距離が変化します。

原子間距離が増加すると、原子の相互引力が増加します。これらの力の作用下で応力が除去されると、原子は元の位置に戻ります。格子の歪みがなくなり、体の形と大きさが完全に復元されます。垂直応力が原子間結合の力の値に達すると、分離によって脆性破壊が発生します。弾性変形は、小さな接線応力によって引き起こされます。

塑性変形とは、それを引き起こした応力の作用が終了した後に残る変形です。金属の結晶格子の塑性変形中に、接線応力の作用下で、原子の不可逆的な変位が発生します。低電圧では、原子はわずかに変位し、応力が除去された後、元の位置に戻ります。せん断応力の増加に伴い、格子定数による原子の不可逆的な変位が観察されます。つまり、塑性変形が発生します。

せん断応力が一定の値を超えると、変形は元に戻せなくなります。荷重が取り除かれると、変形の弾性成分が除去されます。塑性と呼ばれる変形の一部が残ります。

塑性変形中、金属の構造とその特性は不可逆的に変化します。塑性変形はすべりと双晶によって行われる。

結晶格子内の滑りは、せん断抵抗が最も低い面と方向に沿って原子が密集して進行します。これは、隣接する原子面間の距離が最大である、つまりそれらの間の接続が最小であるという事実によって説明されます。滑り面とこれらの面にある滑り方向は、滑りシステムを形成します。金属では、XNUMX つまたは複数のスリップシステムが同時に作用します。

立方晶格子（fccおよびbcc）を持つ金属は高い可塑性を持ち、それらの中で滑りが多くの方向に発生します。

スライドプロセスは、結晶の一部が別の部分に対して同時に移動することとして表されるべきではなく、結晶内の転位の移動の結果として実行されます。すべり面ＭＭの転位が結晶を貫通して変位すると、結晶の対応する部分が１面間距離だけ変位し、結晶表面の右側に段差が形成される。

14.破壊の種類：延性および脆性破壊の概念

疲労とは、繰り返し負荷がかかると金属が破壊されることです。それは自動化の泉で起こります。部品の破損のほとんどは、材料の疲労が原因です。疲労破壊は、材料の降伏強度未満の応力で動作する部品で発生します。

弾塑性変形は、十分に高い応力に達すると、ボディの破壊につながる可能性があります。破壊プロセスは、いくつかの段階で構成されています。マイクロクラックの開始、マクロクラックの形成、およびボディのセクション全体へのマクロクラックの伝播です。

一般に、延性破壊と脆性破壊は区別されます。破壊の種類は、金属の組成、構造状態、負荷条件、温度など、多くの要因によって異なります。破壊のタイプ、延性または脆性は、破壊を研究することによって決定されます。脆性破壊は、小川破壊によって特徴付けられます。延性破壊は、せん断応力の作用下でのせん断によって発生し、大きな塑性変形を伴います。延性破壊は、部品またはサンプルの繊維状 (つや消し) 破壊によって特徴付けられます。脆性破壊は、通常の引張応力の作用下で発生し、マクロ塑性変形の痕跡を目立たせることなく、本体の一部が別の部分から分離します。

脆性破壊は結晶質 (光沢のある) 破壊を特徴とします。脆性破壊の前には、亀裂が臨界サイズに達するまで塑性変形が起こり、その後、転位のない脆性破壊が起こります。脆性破壊は自然発生的な過程です。

延性破壊および脆性破壊における微小亀裂の発生は、粒界またはその他の障害物 (非金属介在物、炭化物粒子、界面境界) の前に転位が蓄積することによって発生し、応力集中が生じます。微細構造を分析する場合、結晶内破壊 (粒体に沿った) と結晶間破壊 (粒界に沿った) が区別されます。構造物や機械の動作条件下での金属の破壊は、延性または脆性だけでなく、延性と脆性が混在する場合もあります。

材料は、疲労の場合と単一の荷重下では異なる方法で破壊されます。骨折は、骨折に塑性変形の外部兆候がないことを特徴としています。つまり、一般に、疲労骨折は脆性骨折の特徴を持っています。ただし、ロードされたサンプルの断面の微量および薄層では、クラックの開始につながる塑性変形がある場合があります。これらのひび割れは、徐々に発達して伝播し、材料の最終的な破壊につながります。疲労負荷の場合、転位の運動によって引き起こされる塑性変形の開始は、降伏点未満の応力で発生する可能性があります。負荷サイクル数の増加に伴い、主に表面層で転位密度が増加します。表面の細いスリップラインは特徴的な縞模様に変わり、その輪郭は突起とくぼみの形で表されます。キャビティの深さは、テスト時間に応じて 10 ～ 30 μm に達することがあります。安定したすべり帯が形成されている間、転位密度の高い領域と低い領域が交互に現れます。

疲労亀裂は表面のくぼみから発生します。突起と空洞の形成について考えられるメカニズムの XNUMX つは、らせん転位の円運動に関連しています。らせん転位は、横滑りの助けを借りて、閉じた輪郭に沿ってある平面から別の平面に移動します。その結果、転位が表面に到達し、凹凸が形成される。

繰返し荷重下のマイクロクラックは、空孔の流入とそれに続くマイクロポアの形成と合体により、テストの初期段階で核形成されます。多数のマイクロクラックがサンプルに形成される可能性があります。しかし、将来的には、すべてのマイクロクラックが発生するわけではなく、最も鋭いピークを持ち、作用する応力に対して最も有利な位置にあるマイクロクラックのみが発生します。サンプルの断面全体に広がる最も長く、最も鋭く、最も深い亀裂は、サンプルの最終的な破壊につながります。徐々に成長する亀裂のゾーンと最終破壊のゾーンの存在は、サンプルの疲労破壊の典型です。徐々に成長するクラックのゾーンでは、曲線の形の縞模様が観察されます。バンドは、基部の金属の硬化とその前部の拡大による亀裂の動きの急な動きと遅延の結果として形成されます。繰り返し荷重下での破壊のプロセスは、応力集中によって大きく影響を受けます。応力集中要因は、構造的 (セクションからセクションへの急激な移行)、技術的 (引っかき傷、亀裂、カッターによるリスク)、冶金学的 (細孔、シェル) である可能性があります。その起源に関係なく、ストレスコンセントレーターは、同じレベルの交番応力での耐久限界をある程度低下させます。疲労に対する応力コンセントレータの影響を評価するために、滑らかな試験片とノッチのある試験片を対称的な応力サイクルで試験します。サンプルの切り込みは、鋭い円形のアンダーカットの形で作られています。

15. 導体材料の電気特性

導体材料には純金属や金属合金が使用されます。水銀を除いて、純粋な金属は最も高い導電性を持っています。銅とアルミニウムは、ケーブルやワイヤの巻き取り、取り付け、設置に使用されます。アルミニウムは軽金属のグループに属します。密度は 2,7 g/cm3 です。入手しやすさ、高い導電性、大気腐食に対する耐性により、アルミニウムは電気工学に広く使用できるようになりました。アルミニウムの欠点は、機械的引張強度が低いことと、硬く引き抜かれたアルミニウムであっても柔軟性が増すことです。アルミニウムは銀色または銀白色の金属です。融点は658～660℃です。

アルミ素線は、アルミが短時間で薄い酸化皮膜に覆われるため、かなり長く使用できます。これは、酸素に対する保護として機能します。

アルミ線の酸化膜は電気抵抗が大きく、アルミ線の接合部には大きな過渡抵抗が発生します。アルミニウムへの酸素の影響を防ぐために、接合部はワセリンを使用して洗浄されます。

機械的に得られた他の金属（銅、鉄）からの他のワイヤ（銅、鉄）でアルミニウムワイヤの接合部を濡らすと（ボルト接続）、ガルバニックペアが特定の起電力で形成されます。この場合、局所電流の影響下にあるアルミ線が破壊されます。

湿気の多い雰囲気でのガルバニック蒸気の形成を防ぐために、他の金属で作られた他のワイヤとの接合部は、ワニスや他の方法によって湿気から注意深く保護する必要があります。

窒素酸化物 (NO), 塩素 (Cl), 二酸化硫黄 (SCy, 塩酸および硫酸およびその他の薬剤) は、アルミニウムを直接腐食させます. 他の金属からのワイヤと同様に、相互に信頼性の高いワイヤ接続が行われます.冷間溶接または熱間溶接. アルミニウムの化学的純度が高いほど、耐腐食性が高くなります. したがって、99,5% の純金属含有量を持つ最も純粋な等級のアルミニウムが、電気コンデンサーの電極の製造、アルミニウムの製造に使用されます。 0,05 ～ 0,08 mm の小径のホイルと巻線少なくとも 99,7% の純度の金属を含む導電性アルミニウムが使用されます. アルミニウムはワイヤの製造に使用されます.

純金属含有量が少なくとも99,5％である。アルミ線は引き抜き、圧延により製造されます。アルミ線には、AM（ソフト焼きなまし）、APT（セミハード）、AT（ハード焼きなましなし）の0,08種類があります。ワイヤーは直径10〜XNUMXmmで製造されています。

半導体は、さまざまな電気的および物理的特性、ならびにそれらの技術的使用におけるさまざまな目的を決定する多種多様な化学組成において互いに異なる広大な領域の材料を構成します。半導体は、その化学的性質に応じて、次のXNUMXつの主要なグループに分類できます。

1. XNUMX つの元素の原子と分子から構成される結晶性半導体材料。

2. 酸化物結晶半導体材料、つまり金属酸化物からの材料。

3.周期表の元素系のXNUMX番目とXNUMX番目のグループの原子の化合物に基づく結晶性半導体材料。

4. 硫黄、セレン、銅、鉛の化合物をベースにした結晶性半導体材料 - それらは硫化物、セレン化物と呼ばれます。

炭化ケイ素は、半導体材料の最初のグループに属し、最も一般的な単結晶材料です。この半導体材料は、互いにランダムにはんだ付けされた多くの小さな結晶の混合物です。炭化ケイ素は、グラファイトとシリコンが結合すると高温で形成されます。フォトセル、ダイオードに使用されます。

断熱材の作動温度を上げる可能性は、実践にとって非常に重要です。電気機械および装置では、通常は電気絶縁材料によって正確に制限される加熱の増加により、同じ寸法でより多くの電力を得ることができ、電力を維持しながら製品のサイズとコストを削減できます。

GOSTは、電気機械、変圧器、および装置の電気絶縁材料を耐熱クラスに分類します。これらの材料を通常の動作で長時間動作する汎用電気機器に使用すると、最大許容動作温度が固定されます。このタイプの電気機器の条件。

これらの温度では、電気機器の適切な耐用年数が保証されます。

クラス Y には、液体の電気絶縁層に含浸および浸漬されていない限り、セルロースおよびシルク (糸、布地、テープ、紙、厚紙、木材など) に基づく繊維材料が含まれます。

16. 電気特性の測定方法

電気伝導率の高い金属（銅、アルミニウム）は電気工学において送電線の建設に使用され、電気抵抗の高い合金は電気加熱装置の白熱灯に使用されます。

誘電体の熱特性: 耐熱性、耐寒性、熱伝導率、熱膨張。

耐熱性とは、電気絶縁材料および製品が、損傷することなく高温に長時間耐えられる能力のことです。無機誘電体の耐熱性は、電気特性の大きな変化の始まりによって決まります。また、有機誘電体の耐熱性は、機械的引張変形や曲げ変形の開始、加熱時の圧力下での材料への針の浸入、および電気的特性によって決まります。

断熱材の熱老化は、高温に長時間さらされることによって決定される断熱材の品質の低下です。

老化率は、電気機械やその他の電気絶縁構造の絶縁が機能する温度の影響を受けます。

老化の速度は、気圧や酸素濃度の変化、オゾンの存在、老化を遅らせたり加速させたりする化学試薬の影響も受けます。熱老化は、紫外線への暴露、電場への暴露、機械的ストレスによって加速されます。

GOSTは、電気機械、変圧器、および機器用の電気絶縁材料を耐熱クラスに分割することを規定しています。許容温度では、電気機器の適切な耐用年数が保証されます。

クラス Y: 液体の電気絶縁層に含浸または浸漬されていないセルロースおよびシルクベースの繊維材料。

クラス A: 含浸ワニスを使用し、液体の電気絶縁材料に浸漬された、つまり大気中の酸素から保護された有機繊維材料。

クラス E: フェノールホルムアルデヒドや類似の樹脂などの有機フィラーと熱硬化性結合剤を含むプラスチック、ポリウレタンおよびエポキシワニス上のエナメル線の絶縁。クラス Y、A、E には、純粋な有機電気絶縁材料が含まれます。

絶縁耐力は、絶縁破壊部位での絶縁電流に関連する絶縁破壊電圧によって決まります。

液体誘電体の破壊は、イオン化熱プロセスの結果として発生します。

主な故障要因は、外来不純物の存在です。

不純物の存在は、これらの物質の分解理論を作成することを困難にします。したがって、電気的破壊の理論の考え方は、不純物から最大限に精製された液体に適用されます。

高い電界強度では、電極の金属から電子が放出され、荷電粒子との衝突によって液体自体の分子が破壊される可能性があります。この場合、気体誘電体と比較して液体誘電体の絶縁耐力が大きいことは、電子の平均自由行程が大幅に短いことによって説明されます。

ガス含有物を含む液体の分解は、液体の局所的な過熱によって説明されます (比較的容易にイオン化された気泡で放出されるエネルギーによる)。これにより、電極間にガスチャネルが形成されます。

液体誘電体に水が存在すると、その絶縁耐力が低下します。常温の水は誘電体中に小さな水滴の形で含まれています。電場の影響下で、液滴は分極され、電極間の導電率が増加したチェーンを作成し、それに沿って電気的破壊が発生します。

水を含む液体誘電体の電気的強度の温度に対する特異な依存性が観察されます。温度が上昇すると、水は分子溶液の状態になり、電気的強度にはほとんど影響しません。液体誘電体の電気的強度は、特定の最大値まで増加します。電気強度のさらなる低下は、液体沸騰の現象によって説明されます。

低温での変圧器油の電気的強度の増加は、油の粘度の増加と、水と比較して氷の誘電率の値の低下に関連しています。

固体含有物 (すす、繊維) は、液体内の電場を歪め、誘電性液体の電気強度の低下にもつながります。

不純物から液体誘電体を精製すると、絶縁耐力が大幅に向上します。たとえば、未精製の変圧器油の電気的強度は約 4 MV/m です。徹底的なクリーニングの後、20-25 MV / mに上昇します。

気体と同様、液体誘電体の破壊は電極の形状の影響を受けます。電界の不均一性の程度が増加すると、同じ距離での破壊電圧は低下します。不均一な電場やガス中では、不完全な破壊、つまりコロナが発生する可能性があります。液体誘電体中の長期間のコロナは、液体の分解を引き起こすため、容認できません。

電流の周波数は絶縁耐力に影響を与えます。

17. 金属および合金の熱容量と熱伝導率

熱容量とは、加熱されたときに物質が熱を吸収する能力です。その特徴は比熱容量、つまりXNUMX度加熱されたときに単位質量が吸収するエネルギー量です。金属にクラックが発生する可能性は、熱伝導率の大きさによって決まります。熱伝導率が低いとクラックが発生する危険性が高くなります。したがって、合金鋼の熱伝導率は、銅やアルミニウムの熱伝導率の XNUMX 分の XNUMX です。熱容量の大きさは、ワークピースを特定の温度まで加熱するために消費される燃料のレベルに影響します。

金属合金の場合、比熱容量は 100 ～ 2000 J / (kg * K) の範囲です。ほとんどの金属の熱容量は 300 ～ 400 J / (kg * K) です。金属材料の熱容量は、温度の上昇とともに増加します。高分子材料は、原則として1000J/(kg・K)以上の比熱容量を持っています。

材料の電気的特性は、電子またはイオンの電荷キャリアの存在と、電界の作用下での自由な動きによって特徴付けられます。

共有結合およびイオン結合の高エネルギーは、これらのタイプの結合を持つ材料に誘電特性を与えます。それらの弱い導電率は不純物の影響によるものであり、不純物と導電性溶液を形成する水分の影響下で、そのような材料の導電率は増加します。

異なる種類の結合を持つ材料には、異なる電気抵抗の温度係数があります。金属の場合、それは正であり、共有結合およびイオン型の結合を持つ材料の場合、それは負です。金属が加熱されても、電荷キャリアである電子の濃度は増加せず、原子の振動の振幅が増加するため、金属の移動に対する抵抗が増加します。共有結合またはイオン結合を持つ材料では、加熱すると電荷キャリアの濃度が非常に増加するため、原子振動の増加による干渉の影響が中和されます。

熱伝導率は、粒子が巨視的に不動である固体、液体、気体の熱エネルギーの伝達です。熱伝達は、高温の粒子から低温の粒子に発生し、フーリエの法則に従います。

熱伝導率は、原子間結合のタイプ、温度、化学組成、および材料の構造によって異なります。固体の熱は電子とフォノンによって伝達されます。

熱伝達のメカニズムは主に接続のタイプによって決まります。金属では、熱は電子によって伝達されます。共有結合またはイオン結合タイプのフォノンを持つ材料。ダイヤモンドは最も熱伝導率が高いです。半導体では、電荷キャリアの濃度が非常に低いため、熱伝導は主にフォノンによって行われます。結晶が完全であればあるほど、熱伝導率は高くなります。結晶構造内の粒界やその他の欠陥によりフォノンが散乱し、電気抵抗が増加するため、単結晶は多結晶よりも熱を伝導します。結晶格子は周期的なエネルギー空間を作り出し、そこでは電子またはフォノンによる熱の伝達がアモルファス状態に比べて促進されます。

金属に含まれる不純物が多いほど、粒子は細かくなり、結晶格子の歪みが大きくなり、熱伝導率は低くなります。粒子サイズが大きいほど、熱伝導率は高くなります。合金化により固溶体の結晶格子に歪みが生じ、合金のベースである純粋な金属と比較して熱伝導率が低下します。いくつかの相 (共晶、共析) の分散混合物を表す構造成分は、熱伝導率を低下させます。相粒子が均一に分布した構造は、合金ベースよりも熱伝導率が低くなります。このような構造の究極のタイプは多孔質材料です。固体と比較すると、気体は断熱材です。

グラファイトは熱伝導率が高いです。基底面の炭素原子の層に平行に熱が伝達されると、グラファイトの熱伝導率は銅の熱伝導率を2倍以上上回ります。

ねずみ鋳鉄の分岐黒鉛板は単結晶構造であるため、熱伝導率が高くなっています。黒鉛の体積分率が同じである球状黒鉛鋳鉄のダクタイル鋳鉄の熱伝導率は25...40 W / m * Kで、灰色の鋳鉄のほぼ半分です。

加熱すると、異なるクラスの鋼の熱伝導率が収束します。ガラスは熱伝導率が低いです。高分子材料は熱伝導率が低く、ほとんどの熱可塑性樹脂の熱伝導率は 1,5 W/(mOK) を超えません。

金属の電子熱伝導率が le の場合、熱伝導率は電気伝導率と同じように変化します。次に、合金の化学的および相組成と構造に発生する変化は、熱伝導率と電気伝導率に影響を与えます (Wiedemann-Franz 則による)。

合金の組成が純粋な成分から離れるにつれて、熱伝導率は低下します。例外は、たとえば、反対の現象が発生する銅ニッケル合金です。

18.膨張測定。金属および合金の磁気特性。決定方法

ディラトメトリー - 物理学の分野; 主なタスク: 物体の寸法に対する外部条件 (温度、圧力、電界、磁界、電離放射線) の影響の研究。研究の主な主題: 物体の熱膨張と結果として生じる異常。

膨張測定法。金属や合金が加熱されると、本体の体積と直線寸法が変化します (熱膨張)。これらの変化が温度の上昇による原子の振動エネルギーの増加によってのみ引き起こされる場合、温度が前のレベルに戻ると、物体の元の寸法が復元されます。加熱 (または冷却) 中に物体内で相変態が発生すると、サイズの変化が不可逆的になる可能性があります。加熱と冷却に伴う物体のサイズの変化は、特別な装置である膨張計を使用して研究されます。

膨張計法は、金属および合金の臨界点を決定し、固溶体の分解プロセスを研究し、強化相が存在する温度範囲を確立する方法です。これらのデバイスの利点は、感度が高く、測定値が温度変化率に依存しないことです。

電気測定法の高感度は、他の研究方法では研究できない金属や合金で発生する相変態、微細構造欠陥、およびその他の現象の研究に広く使用されています。電気抵抗は、さまざまなブリッジ回路と補償方法を使用して測定されます。常磁性状態から強磁性状態への遷移 (またはその逆) に関連するプロセスの研究には、さまざまな磁気解析手法が使用されており、これらのプロセスを定量化することができます。磁気解析は、構造に対する熱処理、変形、および合金化の影響の研究など、実際の冶金の問題を解決するために広く使用されています。磁気解析を使用して、物理冶金のより複雑な問題を解決することもできます。

内部摩擦の方法は、固体内部の機械的振動の不可逆的なエネルギー損失の研究に基づいています。この方法を使用すると、他の方法が適用できない低温でも高精度で拡散係数を計算できます。固溶体の濃度の変化を決定します。不純物の分布; 転位構造の相および多形変態と変化に関する情報を取得します。

硬磁性鋼および合金は、永久磁石の製造に使用されます。永久磁石には、クロム（1％）EX3と合金化された3％Cの高炭素鋼、およびクロムとコバルトと同時にEX5K5、EX9K15M2が使用されます。合金元素は保磁力と磁気エネルギーを増加させます。

アルニコ型合金は、産業界で広く使用されています。合金は硬くて脆く、変形しにくいので、鋳造して磁石を作り、研削を行います。

材料は、磁化率の程度と符号に応じて、反磁性体、常磁性体、および強磁性体に分類されます。

反磁性体は負の磁化率を持っています。それらの磁化は、印加された磁場とは反対に向けられます。これは、このフィールドの弱体化につながります。半導体 (Si、Ge)、誘電体 (ポリマー)、一部の非遷移金属 (Be、Cu、Ag、Pb) は反磁性体です。

常磁性体は、外部磁場の影響下で発生する低い磁化を持っています。常磁性体は、K、Na、Al、および遷移金属 Mo、W、Ti です。

強磁性体は、高い磁化率によって特徴付けられます。これらには、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウムが含まれます。特性: 残留誘導 Vg、保磁力 Hc、透磁率 m = V/N。

残留誘導-磁気誘導。磁化とさらなる減磁の結果としてサンプルに残ります。

保磁力 - サンプルを消磁するためにサンプルに印加される反対符号の磁場の強さ。

透磁率は、磁化の強さの主な特性です。一次磁化曲線 B = f(H) に対する傾斜角のタンジェントを決定すると、透磁率を計算できます。 YUNDK15 合金には、18 ～ 19% の Ni、8.5 ～ 9.5% の Al、14 ～ 15% の Co、および 3 ～ 4% の Cu が含まれています。

軟磁性鋼 (電気鋼) (1212、1311、1511、2011、2013、2211、2312、2412、3415、3416、79NM、81NMA) は、DC および AC 磁気コアの製造に使用されます。それらは、DC機械の電機子と極、非同期モーターの回転子と固定子などの製造を目的としています。

常磁性鋼 (17Kh18N9、12Kh18N10T、55G9N9Kh3、40G14N9F2、40Kh14N9Kh3YuF2 など) は、電気工学、機器製造、造船、および特殊な技術分野で必要とされます。

これらの鋼の欠点は降伏強度が低いこと (150 ～ 350 MPa) であり、高負荷の機械部品に使用することは困難です。

19. 製品の操作における機械的および物理的特性の値

材料品質の指標としての特性

金属の特性は、物理的、化学的、機械的、および技術的に分類されます。物理的特性には、色、比重、溶融性、電気伝導性、磁気特性、熱伝導性、熱容量、加熱時の膨張性が含まれます。

化学的 - 酸化、溶解性、耐食性。機械的 - 強度、硬度、弾性、粘度、可塑性。

技術的に-焼入れ性、流動性、延性、溶接性、機械加工性。

金属の強さは、破損することなく外力に抵抗できることです。硬度は、別のより硬いボディの貫通に抵抗するボディの能力です。弾性とは、形状の変化（変形）を引き起こした外力の作用が停止した後にその形状を復元する金属の特性です。

靭性は、急速に増大する（衝撃）外力に抵抗する金属の能力です。粘度は脆さと反対の性質です。

可塑性とは、外力の影響下で破壊することなく変形し、力がなくなった後も新しい形状を保持する金属の特性です。可塑性は弾性の逆特性です。

金属をテストする最新の方法は、機械的テスト、化学分析、スペクトル分析、金属組織およびX線分析、技術サンプル、欠陥検出です。これらのテストは、金属の性質、構造、組成、および特性を把握し、完成品の品質を判断する機会を提供します。

機械的試験は、業界で最も重要です。

機械、メカニズム、および構造の詳細は、負荷の下で動作します。部品にかかる荷重にはさまざまな種類があります。一定の方向に常に作用する力がかかる部品もあれば、衝撃を受ける部品もあれば、大きさや方向が頻繁に変化する部品もあります。

機械の一部の部品は、腐食の作用下で、高温で負荷を受けます。そのような部品は困難な状況で機能します。

これに従って、金属を試験するためのさまざまな方法が開発され、その助けを借りて機械的特性が決定されました。最も一般的な試験は、静的引張試験、動的試験、硬度試験です。

静的試験とは、試験対象の金属に一定の力または非常にゆっくりと増加する力を加える試験です。

動的試験は、試験対象の金属が非常に急速に増加する衝撃または力を受ける試験です。

さらに、場合によっては、疲労、クリープ、および摩耗のテストが実行され、金属の特性のより完全な全体像が得られます。

機械的特性は十分な強度です。金属は他の材料に比べて強度が高いため、機械、機構、構造の負荷部分は通常金属でできています。

スプリングとスプリングの製造には、高弾性の特殊鋼と合金が使用されます。

金属の可塑性により、圧力による加工（鍛造、圧延）が可能になります。

物理的特性。航空機、自動車、鉄道車両の建設では、部品の重量が最も重要な特性であることが多いため、ここではアルミニウム合金とマグネシウム合金が特に役立ちます。

一部のアルミニウム合金の比強度は、軟鋼よりも高くなります。可融性は、溶融金属を型に流し込むことによって鋳物を作るために使用されます。低融点金属（鉛）は、鋼の硬化媒体として使用されます。一部の複雑な合金は、お湯で溶ける低融点を持っています。このような合金は、火災から保護するために役立つデバイスで、印刷マトリックスを鋳造するために使用されます。

導電率の高い金属は電気工学で電力線の構築に使用され、電気抵抗の高い合金は白熱電気ヒーターに使用されます。

金属の磁気特性は、電気工学 (電気モーター、変圧器)、電気機器 (電話および電信セット) において主要な役割を果たします。

金属の熱伝導率により、圧力処理、熱処理のための均一な加熱が可能になります。それは金属のはんだ付け、それらの溶接の可能性を提供します。

化学的特性。耐食性は、高度に酸化された環境で動作する製品 (格子格子、化学工業機械部品) にとって特に重要です。高い耐食性を実現するために、特殊なステンレス鋼、耐酸鋼、耐熱鋼が製造され、保護コーティングも製品に使用されます。

20. 金属合金の相の種類。フェーズルール; レバールール

状態図は、濃度と温度に応じて、調査中のシステムの合金の状態をグラフで表したものです。

合金の研究は、対応するシステムの状態図の構築と分析から始まります。状態図により、合金の相と構造成分を調べることができます。状態図を使用して、熱処理とそのモード、鋳造温度、熱間塑性変形の可能性を確立することができます。

どのシステムでも、平衡状態にある相の数は、内部および外部の条件によって異なります。システムで発生するすべての変更の法則は、位相規則またはギブズの法則と呼ばれる一般的な平衡法則の対象となります。相則は、システムの自由度C（分散）の数、コンポーネントの数K、および平衡状態にあるシステムの相の数Фの間の関係を表します。

自由度は独立した熱力学的パラメーターと呼ばれ、位相状態が変化しないように（特定の間隔で）任意の値を指定できます（古い位相が消えたり、新しい位相が表示されたりすることはありません）。

通常、金属および合金のすべての変態は一定の大気圧で発生します。次に、位相規則は次のように記述されます: C = K - F + 1。

位相規則方程式を使用すると、状態図の作成の正確さを修正できます。

相は、物質の化学組成または構造が急激に変化する界面を通過するときに、系の他の部分（相）から分離された系の均質な部分です。

均質な液体は単相系であり、XNUMX つの結晶の機械的混合物は二相です。これは、各結晶の組成または構造が互いに異なり、界面によって互いに分離されているためです。

コンポーネントは、システムを形成する物質です。

状態図の構築は、さまざまな実験方法を使用して実行されます。熱分析法がよく使われます。この系のいくつかの合金は、構成成分の質量比が異なるように選択されています。合金は耐火るつぼに入れられ、炉で加熱されます。合金が溶解した後、合金の入ったるつぼはゆっくりと冷却され、冷却速度が記録されます。得られたデータに基づいて、熱曲線が時間と温度の座標でプロットされます。測定の結果、相変態温度での変曲点と温度停止が観察される一連の冷却曲線が得られます。非相変態に対応する温度は臨界点と呼ばれます。結晶化の始まりに対応する点は液相線点と呼ばれ、結晶化の終わりに対応する点は固相線点と呼ばれます。研究中のシステムのさまざまな合金について得られた冷却曲線に基づいて、座標系で状態図が構築されます。横軸は成分の濃度、縦軸は温度です。

結晶化の過程で、相の濃度と各相の量の両方が変化します。図の任意の点で、合金内に XNUMX つの相が同時に存在する場合、両方の相の量とそれらの濃度を決定できます。これには、レバレッジのルールまたはセグメントのルールが使用されます。

セグメントルール。この図は、成分が実質的に純粋な粒子の混合物を形成し、相互溶解度が無視できる合金をカバーしています。横軸は、合金中の成分 B の割合を示します。

図の合金の相構造は温度に依存します。コンポーネントの相互の熱力学的作用により、液体状態への遷移の温度が低下し、コンポーネントの各ペアに対して決定された組成で特定の最小値に達します。合金の組成は、点Cを横軸（点Ve）に投影することで決定できます。最低温度で溶けるXNUMXつの成分の合金は、共晶または共晶と呼ばれます。

共晶は、同時に結晶化した両方の成分の小さな粒子の均一な混合物です。両方の成分が同時に融解または結晶化する温度を共晶温度と呼びます。

結晶化中のコンポーネントの特定のシステムの合金の量的変化は、セグメントの規則に従います。

相中の成分の濃度を決定するために、合金の状態を特徴付ける特定の点を通り、この領域を制限する線と交差するまで水平線を引きます。濃度軸への交点の投影は、相の組成を示します。

与えられた点を通る水平線を引くことにより、相の量的比率を決定することができます。与えられたポイントとフェーズの構成を決定するポイントの間のこの線のセグメントは、これらのフェーズの量に反比例します。

デュアルステートダイアグラムのセグメントルールは、XNUMX フェーズエリアでのみ使用されます。単相領域では、相は XNUMX つだけです。領域内の任意の点がその濃度を特徴付けます。

21.置換と挿入の固溶体。中間段階; 上部構造

固溶体は、合金成分の XNUMX つがその結晶格子を保持している一方で、他の成分の原子が最初の成分の格子内に位置し、その寸法 (周期) を変化させている相です。 XNUMXつの成分からなる固溶体は、XNUMX種類の格子を持ち、XNUMXつの相を表します。

置換固溶体と格子間固溶体を区別します。置換固溶体が形成されると、溶解した成分の原子が、その結晶格子内の溶媒の原子の一部を置き換えます。

純粋な金属が結晶化するとき、系内には液体 (溶融金属) と固体 (凝固した金属の粒子) の XNUMX つの相が存在します。超硬合金では、相は純粋な金属の粒子、固溶体の粒子、および化合物の粒子です。

液体状態のすべての金属は、任意の比率で互いに溶解します。溶解の結果、ある金属の原子が別の金属の原子の間に均一に分布した均質な液体溶液が形成されます。

原子サイズが大きく異なる一部の金属は、液体状態では溶解せず、限られた範囲で液体状態で溶解する金属はほとんどありません。

凝固中の合金の形成では、成分のさまざまな相互作用が可能です。

結晶化の過程で、同種原子間の相互作用の力が異種原子間の相互作用力よりも大きいことが判明した場合、結晶化後に、純粋な金属の粒子からなる機械的混合物が形成されます。この場合、ある純粋な金属の粒子とその隣に別の純粋な金属の粒子が硬質合金に存在します。この形式の相互作用は、合金に含まれる金属の特性に大きな違いがある場合に発生します。

合金を構成する物質間の相互作用の別の形態は、固溶体の形成です。

固溶体は、成分間の比率が変化する可能性がある固相です。固溶体では、純粋な金属と同様に、原子が空間に規則的に配置され、結晶格子を形成します。これが液体溶液との違いです。固溶体では、合金に含まれる一方の物質は固有の結晶格子を保持し、もう一方の物質は結晶構造を失い、最初の物質の結晶格子内に個々の原子の形で分布します。最初の物質は溶媒であり、XNUMX 番目の物質は可溶性です。キャラクターによっては可溶性元素の原子の分布は、格子間、置換、および減算の固溶体を区別します。固溶体の種類に関係なく、単相であり、さまざまな濃度で存在するという共通点があります。固溶体は、金属結合によって特徴付けられます。格子間固溶体では、可溶性元素の原子が溶媒金属の結晶格子に分布し、その原子間の場所を占めます。

金属では、結晶格子内の原子が互いに近接して配置されており、それらの間の空隙が小さいことが以前に指摘されました。このような空隙には、非常に小さなサイズの原子しか収容できません。

一部の半金属 - 水素、窒素、炭素、ホウ素 - は最小サイズの原子を持ち、金属と格子間固溶体を形成します。しかし、これらの元素でも、原子のサイズは金属の結晶格子の原子間ギャップのサイズをいくらか超えているため、格子間固溶体が形成されると、格子が歪んで応力が発生します。この場合、格子間固溶体の濃度を高くすることはできません。1 ～ 2% を超えることはめったにありません。

置換固溶体では、可溶性元素の原子が卑金属の原子の代わりになります。外来原子はどこでも溶媒の原子を置き換えることができるので、そのような溶液は無秩序固溶体と呼ばれます。可溶性元素の原子のサイズは溶媒原子のサイズとは異なります（大きいまたは小さい）。したがって、置換固溶体が形成されると、溶媒金属の結晶格子は基本構造を失うことなくわずかに歪んでいます。。

置換固溶体は制限される場合もあれば、無制限になる場合もあります。無制限の溶解度の条件の XNUMX つはサイズ係数です。原子半径の差が大きいほど、溶解度は低くなります。

置換型固溶体の温度が低下すると、原子の再分布プロセスが発生する可能性があり、その結果、溶解した元素の原子が溶媒格子内の厳密に定義された位置を占めることになります。このような固溶体を規則固溶体といい、その構造を超構造といいます。

無秩序状態から秩序状態への転移温度は、クルナコフ点と呼ばれます。規則固溶体は、硬度が高く、可塑性が低く、電気抵抗が低いという特徴があります。それらは、固溶体と化合物の中間相と見なすことができます。

22.液体および固体状態での無制限の溶解度を持つシステム。共晶系、包晶系、および単晶系。成分多型と共析変換を伴う系

両方の成分が同じ結晶格子を持ち、成分の原子直径がほとんど変わらない場合、固体状態での完全な相互溶解が可能です。このような図は単純な形をしており、純粋な成分 A と B の結晶化点で交差する 1 つの液相線と固相線で構成されています。すべての合金は特定の温度範囲 (C = XNUMX) で凝固します。

結晶化プロセスが、鋳造部品およびインゴットの製造中に通常行われる加速冷却の条件下で進行する場合、t を超える温度で析出した結晶の組成の拡散レベリング₃、発生する時間がないため、個々の結晶だけでなく、それぞれの結晶でも不均一な組成が生じます。結晶の内部領域には耐火性成分 B が多く含まれ、外部領域には成分 A が多く含まれます。この化学組成の不均一現象は、次のように呼ばれます。

インゴットの表面の最初の結晶は成分Bに富み、インゴットの中央に形成された最後の結晶は成分Aに富みます。その結果、インゴットでマクロ偏析が発生します。

分離はマイナスの役割を果たし、特に有害な不純物が不均一に分布している場合はそうです。有害な不純物の含有量が増えると、部品の早期破壊につながる可能性があります。

状態図があれば、任意の合金の相転移を追跡し、任意の温度での相の組成と量的比率を示すことができます。これは、XNUMX つの単純なルールで行われます。

沈殿した結晶の化学組成は、温度が下がると、固相線に沿ってxから変化します。_е ×まで_с. 同時に、液相の組成は x から液相線に沿って変化します。_с ×まで_i これは、相の組成を決定するための規則 (濃度の規則) および相の量的比率 (セグメントの規則) を定式化するための根拠を与えます。

成分: A および B; 相：L、α、β、ここで、αは成分Aの結晶格子中の成分Bの原子の固溶体、βは成分Bの結晶格子中の成分Aの原子の固溶体です。

これらのXNUMXつのフェーズの相互作用に応じて、XNUMX種類の図が可能です。共晶を含む図と包晶を含む図です。

共晶を含む状態図。 ALL 線は液相線、EVSKE 線は固相線です。線 VM および KG は、成分の最大溶解度を示します。前のケースと同様に、位相規則とセグメント規則を使用して、任意の合金の結晶化プロセスを追跡できます。

システムは、特定の外部条件 (温度と圧力) の下で平衡状態にある固体または液体状態の相のセットです。

さまざまな同素体は通常、ギリシャ語のアルファベットα、β、γの文字で表され、要素を示す記号のインデックスとして追加されます。最低温度で安定している同素体は、より高い温度で存在する文字α、次にγで示されます。圧力の変化による同素変態の例は、グラファイトやダイヤモンドの形で存在する可能性のある炭素の結晶構造の変化です。ポリモーフィズムは実用上非常に重要です。この現象を利用して、熱処理を利用して合金を強化または軟化させることができます。

実用上非常に興味深いのは、成分の一方または両方が多形変態を有する合金です。これらの合金では、熱処理の結果として、新しい特性を持つ構造の準安定状態を得ることができます。

この系のすべての合金が特定の温度範囲で結晶化した後、固溶体 γ が形成され、温度が t を下回ると₃ 共析変態 γ を受ける_C →a_E +β

得られた XNUMX つの固相の混合物は、共析と呼ばれます。固溶体αおよびβ中の成分の可変溶解度により、さらに冷却すると、固溶体βが二次沈殿します。_II およびα_II.

一部の元素は、温度や圧力などの外部条件の変化に応じて、その結晶構造、つまり結晶格子の種類を変化させます。外部条件に応じて、さまざまな結晶形態での物質の存在は、自由エネルギーの供給が少ない状態への欲求によって決まります。この現象は多型性または同素性と呼ばれます。各格子タイプは、同素性修飾または修飾を表します。各修飾には、安定する独自の温度範囲があります。

金属の多形変換では、温度が最も重要です。ある同素体から別の同素体への変換は、多形変換温度と呼ばれる一定の温度で発生し、溶融凝固または蒸発凝縮の現象と同様の熱効果を伴います。これは、結晶格子の再配置に一定量のエネルギーを費やす必要があるためです。

原子体積、したがって、さまざまな変更の総エネルギーは、原則としてほとんど違いはありませんが、例外があります。

23. 三重共晶を有し、固体状態での成分の溶解度がほぼ完全に存在しない系。等温セクションと多熱セクション

二元合金の状態図は平面上にプロットされます。成分の濃度は横軸に沿ってプロットされ、三元合金の温度は縦軸に沿ってプロットされます。より一般的なのは空間イメージです。

集中三角形と呼ばれる正三角形が、図の底辺として使用されます。濃度三角形の平面に垂直な軸に沿って温度がプロットされます。三角形の頂点は、調査中のシステムの純粋なコンポーネント A、B、および C に対応する濃度に対応します。

三角形の側面には、対応する XNUMX つの成分の濃度がプロットされています: A-B、B-C、C-A。三角形内の各点は、特定の三元合金の組成に対応しています。合金の組成は、正三角形のよく知られた定理に基づいて決定されます。三角形の内側にある任意の点 K からその辺に下ろした XNUMX つの垂線の合計は、三角形の高さに等しくなります。

三角形の高さを 100% とすると、垂線 Ka、Kc、および Kb は、三元合金の個々の成分の濃度を特徴付けます。各成分の量は、反対側に下げた垂線の値によって決定されます。つまり、成分 C の量は、垂線 Kc、成分 A-Ka、成分 B-Kb によって決定されます。

多くの場合、合金の組成は垂線の値ではなく、三角形の辺に平行な線、つまりセグメント Aa、Be および CJ. セグメント Ad は成分 B、セグメント Be-成分 C. およびセグメント C ^ 成分 A. の濃度に対応します. 濃度は時計回りの方向で決定されますが、反対方向。

三元合金の成分の相互作用は二元合金と似ており、機械的混合物、固溶体、化合物の形成が可能であり、共晶反応や包晶反応、多形変態が可能です。違いは、ダブルシステムでは変換が線と点で示され、トリプルシステムでは面と線で示されることです。たとえば、液相線ではなく液相線（または固相線）、共晶線ではなく共晶面などです。二共晶の組成は点ではなく線で決まります。そして、三共晶のみが点によって三角形の平面に投影されます。これらすべては、XNUMX つの成分の合金の XNUMX つの典型的な状態図を調べることで追跡できます。

二重図とは異なり、三角図では、原則としてXNUMX成分以上の実際の工業用合金の相および構造解析を実行できます。

トリプルシステムのモデルは、正三角形の上に置かれた三面体プリズムです。プリズムの上部は液相面です。 XNUMX つの成分すべてが液体状態と固体状態の両方に無制限に溶ける三成分系では、液相線表面は最も単純な形をしています。これはレンズ豆の表面を XNUMX つの側面で切り取ったものです。他のすべての場合、この表面はいくつかの交差する表面から構成される複雑なものであることが判明するため、三元系の研究には方法論的な困難が伴います。

三面柱の底辺は正三角形であり、その上の濃度は二元系の状態図の側面によってマークされ、温度は高さによってマークされます。正三角形の選択は、すべての成分の濃度を同じスケールで表示できるという事実によって説明されます。この三角形の頂点には、合金の成分 A、B、C があります。つまり、それぞれ 100% A、100% B、100% C です。二元合金の濃度は三角形の対応する辺にマークされ、三元合金の濃度は三角形の領域内の点としてマークされます。

三元合金の濃度を決定するにはいくつかの方法があります。成分 A のパーセンテージを求めるには、点 K から三角形の反対側 (BC) に平行な線を、成分 A のスケール辺と交差するまで引く必要があります。成分 B のパーセンテージを求めるには、次のようになります。点 K から反対側 (AC) に平行な線を、コンポーネント B のスケールである辺 AB と交差するまで引く必要があります。同様の方法で、コンポーネント C のパーセンテージを設定できます。 A + B + C の合計濃度 = 100% であること。

三元系の相転移を説明するために、セクションが使用されます-垂直（多熱）および水平（等熱）。各水平セクションは、選択した温度での平衡状態を特徴付け、定量計算に使用できます。相の平衡組成を示す点は、切断面上にあります。垂直断面は、特定の範囲の成分濃度での加熱または冷却中の合金の相変態のシーケンスを示しています。これらの断面における相の平衡組成に関する情報はありません。

24.テコの法則と三角形の重心

相図を使用すると、相の数だけでなく、それらの組成と量的比率も任意の温度で決定できます。これを行うには、セグメントのルール (テコのルール) を適用します。

この規則は、合金が二相状態にある図に使用できます。セグメントの最初のルールは、フェーズの構成を決定することです。

図中の合金の相構造は温度に依存します。成分同士の熱力学的作用により、液体状態への遷移温度が低下し、成分の各ペアについて決定された組成で特定の最小値に達します。合金の組成は、点 C を x 軸 (点 B 3) に投影することによって決定できます。最低温度で融解する XNUMX つの成分の合金は、共晶または共晶と呼ばれます。共晶は、同時に結晶化した両方の成分の小さな粒子の均一な混合物です。両方の成分が同時に溶ける温度を共晶温度と呼びます。

状態図では、合金が液体状態になる温度は、液相線と呼ばれるDIA線上にあります。結晶化中の合金の液体状態から固体状態への遷移は、液相線と共晶温度の間にある温度範囲で発生します。これは、DCE固相線に対応します。この場合、各合金から、温度が下がると、最初に、共晶濃度を超える量の成分が固相に移行します。亜共晶合金では、二相領域ACDには過剰成分Aと液相Gが含まれ、過共晶領域BSEにはそれぞれ固相Bと液液相があります。どちらの場合も、G相は両方の成分の溶液です。

温度が下がってそれに近づくにつれて、非結晶相の組成は共晶に近づきます. この場合、合金は共晶との組成の差が小さいほど、合金の液相点が低くなり、共晶が凝固します.

結晶化中のコンポーネントの特定のシステムの合金の量的変化は、セグメントの規則に従います。特性が依存する各構造成分の量は、共晶温度に関するセグメントのルールによって計算できます。強度特性を評価する場合、共晶によって表される合金の部分は、過剰相の大きな粒子によって表される部分よりも高い強度を有することに留意する必要があります。

ポイント n での異なる温度での合金の相の組成を決定するには. これを行うには、温度 t でのこの合金の状態を特徴付けるポイント n を介して_n、この XNUMX 相領域を区切る状態図の線と交差するまで水平線 (konoda) を引く必要があります。交点 l₂ およびs₂ 濃度軸に投影されます。点投影l₂ ポイントl₂ 液相の組成とポイントが表示されます₂ -ポイントs₂ - 固相。任意の温度での相の組成を決定するには、この点を通る端子を引き、濃度軸上の液相線および固相線との交点を投影する必要があります。液相の組成は液相線に沿って変化し、固相は固相線に沿って変化します。

固相線より低い温度では、検討中の系のすべての合金の相組成は、両方の成分の粒子で構成されます: A + B。どの合金にも共晶を構成する小さな粒子 A と B が存在し、亜共晶合金と過共晶合金ではそれぞれ成分 A または B である過剰相の大きな粒子が存在します。

セグメントのルールのXNUMX番目の位置を使用して、任意の温度に対する相の定量的比率を決定します。相の数（質量）は、伝導した円錐のセグメントに反比例します。

セグメントの法則 (レバー) を使用すると、結晶化範囲にある合金の固相と液相の組成と量を決定できます。状態図から、特定の温度における特定の合金の相の数だけでなく、各相の相対量も決定できます。たとえば、所定の温度で 72% の Sb を含む Pb - Sb 合金の相の数を決定するには、72% の Sb の含有量に対応する濃度軸上の点から垂線を引き、水平線を引く必要があります。与えられた温度 t に対応する線_зад. 線の交点の結果、点Kが得られます。点Kを通る水平線を図の線と交差するまで続け、点lとSを取得します。点lは液相に対応します合金 (液相線上にある)、純粋なアンチモンの温度)。

レバールール。

1.固相の量は、レバー全体の長さに対する液相に隣接するアームの長さの比率に等しくなります。

2. 液相の量は、レバー全体の長さに対する固相に隣接するアームの長さの比率に等しい。

25. さまざまなタイプのシステムにおける組成に対する機械的および物理的特性の依存性

プロパティは、他の材料との共通性または相違性を決定する、材料の量的または質的な特性です。

プロパティのXNUMXつの主要なグループがあります：材料の選択の根底にある運用、技術、およびコストは、その使用の技術的および経済的実現可能性を決定します。

パフォーマンスプロパティは最も重要です。機械や製品の多くの部品の性能は、あるレベルの機械的特性を提供します。

機械的特性は、外部負荷の作用下での材料の挙動を特徴付けます。機械部品の負荷条件は非常に多様であるため、機械的特性には多くの指標が含まれます。

機械部品の別のグループの性能は、機械的特性だけでなく、化学的に活動的な作業環境の影響に対する耐性にも依存します。このような影響が大きくなると、材料の物理化学的特性 (耐熱性と耐食性) が決定的になります。

機械的特性は、材料の変形、破壊、または破壊の過程での挙動の特徴に対する耐性を特徴付けます。このグループの特性には、強度、剛性 (弾性)、可塑性、硬度、および粘度の指標が含まれます。そのような指標の主なグループは、標準サイズのサンプルの実験室条件で決定される機械的特性の標準特性です。このようなテスト中に得られた機械的特性の指標は、部品の設計とその動作条件を考慮せずに、外部荷重下での材料の挙動を評価します。さらに、特定の製品のサービス特性と最大の相関関係にあり、動作条件下での材料の性能を評価する構造強度指標がさらに決定されます。

材料の機械的特性は、機械的負荷の影響下で動作する製品での使用の可能性を特徴づけます。このような特性の主な指標は、強度パラメータ、硬度、およびトライボロジー特性です。これらは材料の「純粋な」定数ではありませんが、サンプルの表面の形状、寸法、状態、およびテストモード、主に負荷率、温度、媒体への暴露、およびその他の要因に大きく依存します。金属の高い硬度は、切削製品の製造において重要です。ほとんどの場合、そのような製品には工具鋼が使用されます。

強度 - 破壊に抵抗する材料の特性、および外部負荷の影響下での不可逆的な形状変化。これは、材料を構成する原子粒子の相互作用の力によるものです。周囲の原子の影響を無視すると、隣接する XNUMX つの原子の相互作用の強さは、それらの間の距離に依存します。

変形とは、材料内の粒子の相対的な配置の変化です。最も単純なタイプは、引張、圧縮、曲げ、ねじり、せん断です。変形とは、変形の結果として生じるサンプルまたはその部品の形状とサイズの変化です。

比例限界は、応力とひずみの間の線形関係からの偏差が、仕様によって確立された特定の値に達する応力です。

材料を使用する際に考慮される材料の重要な物理的特性は、密度、熱容量、熱伝導率、熱膨張、電気伝導率です。鉄、ニッケル、コバルト、およびそれらの合金、およびフェライトの特殊な磁気特性により、それらはフェロ磁性体とフェリ磁性体という非常に価値のある材料のグループに区別されます。

物理的性質は、原子間結合のタイプと材料の化学組成、温度と圧力によって決定されます。ほとんどの材料処理プロセスでは、圧力は500MPaを超えません。そのような圧力は、実際には物理的特性の値に影響を与えません。材料の構造に依存し、独立した物理的特性があります。後者の値は、材料の化学組成と温度によってのみ決定されます。

金属の物理的特性 - 色、密度、融点、熱伝導率、電気伝導率、磁化能力など。たとえば、銅は赤い金属で、壊れるとピンク色になります。銀白色のアルミニウム。リードの色はライトグレーです。物理的特性の重要な特性は導電率です。銅は（銀に次いで）最も高い導電率を持っています。アルミニウムは密度が低いため、アルミニウムおよびそれをベースにした合金で作られた部品は自動車やトラクターの構造に広く使用されています。導体（変圧器巻線、電力線）には、導電率の高い銅やアルミニウムが使用されます。製品または部品の重量も重要な役割を果たし、主な特性として機能します。

26. 状態図の分析に基づく特定の目的のための合金の選択

純金属は、電気および無線工学（導体、電気真空）で使用されます。主要

構造材料は金属合金です。合金とは、XNUMXつ以上の元素（成分）を融合させて得られる物質のことです。金属元素を主成分としており、金属的な性質を持った合金を合金と呼びます。擬似合金は、焼結、昇華、電気分解によって作成される合金です。

金属合金は、粉末冶金、拡散およびその他の方法によって得ることができます。技術における金属合金の主な用途は、それらが純粋な金属よりも機械的、物理的、および技術的特性のより価値のある複合体を持っているという事実によって説明されます。合金理論の主な概念は、システム、成分、相、分散です。

システム - 観察と研究のために割り当てられた身体のグループ。金属科学では、システムは金属と金属合金です。純金属はシンプルなシステムです。合金は XNUMX つ以上のコンポーネントで構成され、複雑なシステムです。

構成要素は、システムを構成する物質と呼ばれ、少数にとられます。金属合金では、構成要素は元素 (金属および非金属) および化合物である場合があります。

相は、システムの別の部分 (相) から分離されたシステムの均一な部分であり、通過するときに化学組成または構造が急激に変化します。たとえば、純粋な金属の結晶化中、システムには液体 (溶融金属) と固体 (凝固した金属の粒子) の XNUMX つのフェーズがあります。硬質合金では、相は純粋な金属粒子、固溶体粒子、および化合物粒子である可能性があります。

分散 - システム内の一定数のフェーズで変更できる内部および外部要因の数。

液体状態のすべての金属は、任意の比率で互いに溶解します。溶解の結果、ある金属の原子が別の金属の原子の間に均一に分布した均質な液体溶液が形成されます。この相互作用により、実際には、合金内の物質を均一に分布させるために、原則としてそれらを溶かすことに頼っています。ごく少数の金属、主に原子のサイズが大きく異なる金属だけが、液体の状態で溶解しません。また、限られた範囲で液体状態に溶解する金属はほとんどありません。凝固中の合金の形成では、成分のさまざまな相互作用が可能です。結晶化の過程で、同種原子間の相互作用の力が異種原子間の相互作用力よりも大きいことが判明した場合、結晶化後に、純粋な金属の粒子からなる機械的混合物が形成されます。この場合、ある純金属の粒子とその隣に別の純金属の粒子が硬質合金に存在します。この形式の相互作用は、合金に含まれる金属の特性に大きな違いがある場合に発生します。

合金を構成する物質間の相互作用の別の形態は、固溶体の形成です。

固溶体もまた、成分の溶解度に応じて、成分の溶解度が制限された溶液と、溶解度が無制限の溶液に分けられます。

状態図の構築は、さまざまな実験的手法によって行われます。最も一般的に使用される方法は、熱分析です。この方法の実験的エッセンスは次のとおりです。このシステムのいくつかの合金は、それらの成分の異なる質量比で選択されます。

合金があります - 固体状態の成分を溶解することが不可能な場合に形成される機械的混合物です。これらの成分は、化学反応によって化合物を形成することはできません。機械的混合物には、さまざまな特性と構造を持つ要素が含まれます。合金の組成は、結晶格子を形成する成分の結晶を含む。

化学化合物は、異なる原子を含む異なる元素から形成される合金であり、それらの間の相互作用力は、同種の原子間よりもはるかに高くなります。

27. 鉄の構造と性質。準安定および安定な鉄 - 炭素状態図。炭素鋼の構造の形成。構造による鋼中の炭素含有量の決定

鉄と炭素の合金は最も一般的な金属材料です。鉄-炭素状態図は、鉄-炭素合金、鋼および鋳鉄の構造のアイデアを与えます。

純鉄は銀色に輝く金属で、実質的に酸化を受けません。原子番号26、原子量55,85。技術的に純粋な鉄には、すべての不純物が 0,10 ～ 0,15% 含まれています。鉄の性質はその純度によって決まります。融点 - 1539 °C、密度 - 7,85 g/cm³. 鉄は硬度と強度が低く、延性に優れています。純鉄は鋳鉄や鋼よりも耐久性が劣ります。

鉄は多くの元素と溶液を形成します。金属とは置換溶液、炭素、窒素、水素とは格子間溶液を形成します。鉄への炭素の溶解度は、鉄が存在する結晶形に依存します。

炭素が鉄に溶解すると固溶体が形成されます。フェライトは、鉄の低温改質に炭素を溶解して得られる溶液です。硬度が低く、延性が高いのが特徴です。炭素は、鉄の高温改質に溶解して、プラスチックオーステナイトを形成します。

炭素は、複雑な立方格子を持つダイヤモンドの形と、単純な六方格子を持つグラファイトの形のXNUMXつの変形の形で自然界に存在します。

セメンタイトは、6,67% の炭素を含む炭化鉄です。もろくて硬い。金属中に多量のケイ素が存在する場合、セメンタイトの形成は起こらない。この場合、炭素は黒鉛（ねずみ鋳鉄）に変換されます。

Fe - C (セメンタイト) 図の炭素含有量は 6,67% に制限されます。これは、この濃度では炭化鉄 (Fe) という化合物が形成されるためです。_зC) またはこの図の XNUMX 番目のコンポーネントであるセメンタイト。

Re-Fe系₃C は準安定です。グラファイトの代わりにセメンタイトが形成されると、自由エネルギーの増加は小さくなりますが、炭化鉄が動的に形成される可能性が高くなります。

ポイント A (1539 °C) は鉄の融点に対応し、ポイント D (1500 °C) はセメンタイトの融点に対応し、ポイント N (1392 °C) と G (910 °C) は多形変態に対応します。

鉄-炭素合金は、機械工学と現代の技術で使用される主な材料である鋼と鋳鉄です。

鋼は、機械部品、航空機、計器、各種工具、建築構造物の製造に広く使用されている主要な金属材料です。鋼の広範な使用は、機械的、物理化学的、および技術的特性の複雑さによるものです。

鋼は高い剛性と静的および繰り返し強度を兼ね備えています。これらのパラメーターは、炭素の濃度、合金元素、および熱処理および化学熱処理の技術を変更することによって変更されます。化学組成を変更することにより、さまざまな特性を持つ鋼が得られ、多くの技術部門と国家経済で使用されています。

炭素鋼は、炭素含有量、目的、品質、脱酸の程度、および平衡状態での構造によって分類されます。

炭素含有量に応じて、鋼は低炭素 (< 0,3% C)、中炭素 (0,3-0,7% C)、および高炭素 (> 0,7% C) に分けられます。

鋼は、その目的に応じて、構造用鋼と工具鋼に分類されます。構造用鋼は、建築構造物、機械部品、およびデバイスの製造を目的とした最も広範なグループを表しています。これらの鋼には、セメントで改良された高強度のばね荷重鋼が含まれます。工具鋼は、切削、測定工具、冷間および高温（最大200°C）変形のダイ用の鋼に分けられます。

鋼材は品質によって普通品、高級品、高級品に分類されます。鋼の品質は、その製造の冶金プロセスによって決定される一連の特性です。鋼の化学組成、構造、特性の均一性、およびその製造性は、ガス（酸素、水素、窒素）および有害な不純物（硫黄、リン）の含有量に大きく依存します。ガスは定量化が難しい隠れた不純物であるため、有害な不純物の含有量の基準は、鋼を品質別に分類するための主な指標として機能します。普通の品質の鋼は炭素（0,5％までのC）のみであり、高級鋼と高級鋼は炭素と合金です。脱酸の程度と凝固の性質に応じて、鋼は穏やか、半穏やか、沸騰に分類されます。

合金鋼は穏やかな炭素鋼で製造されます - 穏やかで半静かで沸騰しています。

平衡状態の構造に応じて、鋼は次のように分類されます。

1）構造にフェライトとパーライトを含む亜共析。

2）構造がパーライトからなる共析。

３）組織中にパーライトと二次セメンタイトを有する過共析。

28. 構造用および工具用炭素鋼。マーキング、アプリケーション

炭素構造用鋼は、普通鋼と高級鋼に分けられます。

通常品質の鋼種 St0、St1、St2、...、St6 (数字が大きくなるにつれて、炭素含有量が増加します)。通常の品質の鋼、特に沸騰した鋼が最も安価です。通常の品質の鋼から、ビーム、バー、シート、パイプなどの熱間圧延された通常の鋼が製造されます。鋼は、溶接構造やボルト締め構造の建設に使用されます。鋼中の炭素含有量が増加すると、溶接性が低下します。炭素含有量の高いSt5およびSt6鋼は、溶接を受けない建築構造の要素に使用されます。

高品質の炭素鋼の製錬は、装入物の組成と溶解および鋳造の実施に関して厳しい条件の下で行われます。高品質の炭素鋼には、08、10、15、...、85 という数字が付けられており、平均炭素含有量を XNUMX 分の XNUMX パーセントで表しています。

低炭素鋼は、高強度と高延性を備えています。熱処理されていない鋼は、軽負荷部品、重要な溶接構造、浸炭によって硬化された機械部品に使用されます。中炭素鋼（0.3-0.5％C）30、35、...、55は、正規化、改善、表面硬化の後に使用されます。これらの鋼は、強度が高く、延性が低く、焼入れ性を必要としない小部品または大部品の製造に使用されます。炭素含有量の高い鋼は、強度と耐摩耗性に優れています。ばねとばね、ロックワッシャー、ローリングロールはこれらの鋼で作られています。

構造強度は、動作条件下で材料の長期にわたる信頼性の高い動作を保証する一連の機械的特性です。構造強度は、構造的、冶金的、技術的および運用上の要因を考慮した建設材料の強度です。

材料の強度、特定の構造の動作条件下での材料の信頼性と耐久性という XNUMX つの基準が考慮されます。強度とは、変形や破壊に抵抗する体の能力です。

信頼性とは、製品が指定された機能を実行し、必要な期間その性能特性を維持する能力です。設計の信頼性は、設計状況の外で動作する能力です。信頼性の主な指標は材料の残留粘度であり、これは組成、温度、荷重条件、亀裂伝播中に吸収される仕事に依存します。

脆性破壊に対する材料の耐性は、構造物の信頼性を決定する最も重要な特性です。

耐久性 - パフォーマンスを限界状態に維持する製品の特性 (それ以上の操作が不可能)。耐久性は、その動作条件に依存します（これらは、摩擦時の耐摩耗性と接触強度、滑りを伴う転がり摩擦時に発生する表面摩耗に対する材料の抵抗です）。

工具鋼は、切削工具、測定工具、および冷間および熱間変形用の金型の製造を目的としています。この工具の主な特性は、耐摩耗性と耐熱性です。工具の耐摩耗性を確保するには高い表面硬度が必要であり、工具の形状を維持するには鋼が強く、硬く、靭性が必要です。切削工具の加熱可能温度は鋼材の耐熱性に依存します。炭素工具鋼が最も安価です。これらは主に、低クリティカルな切削工具の製造や、規定サイズのスタンピングやツーリングに使用されます。

当社は (GOST 1435-74) 高品質 (U7、U8、U9) および高品質 (U7A、U8A、U9A) 炭素鋼を生産しています。ブランドの文字 U は鋼が炭素であることを示し、数字は平均炭素含有量を 187 分の 217 パーセントで示します。マークの末尾にある A の文字は、その鋼が高品質であることを示します。炭素鋼は粒状パーライトに焼鈍して供給されます。出荷状態では硬度が低いため (HB XNUMX-XNUMX)、炭素鋼は切削や変形による加工が容易で、ローレット加工、ノッチ加工、その他の高性能工具製造方法の使用が可能です。

鋼種 U7、U8、U9 は、リード用に 275 ～ 350 ° C で完全な硬化と焼き戻しを受けます。粘性が高いため、木工、配管、鍛冶、プレス工具の製造に使用されます。

過共析鋼グレード U10、U11、U12 は、不完全硬化を受けます。これらのブランドのツールは、耐摩耗性と高硬度が向上しています。

過共析鋼は、測定ツール（ゲージ）、切削ツール（ファイル、ドリル）、および低負荷で動作する冷間圧造および絞り型の製造に使用されます。

工具用炭素鋼の欠点は、200°C 以上に加熱すると強度が低下することです (耐熱性の欠如)。これらの鋼で作られた工具は、軟質材料の加工や低切削速度または変形速度で使用されます。

29. 白、灰色、半鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄

微細構造の形成、特性、ラベリングおよびアプリケーション

鋳鉄は、鉄と炭素の合金です。鋳鉄には炭素が 2,14% 含まれており、鋼よりも安価な材料です。融点が低く、鋳造性に優れています。鋳鉄は鋼よりも複雑な形状の鋳物を作ることができます。鋳鉄の鋳造構造には応力集中源が含まれており、これが欠陥となる可能性があります: 多孔性、偏析の不均一性、微小亀裂。

白鋳鉄の名前は、マットな白い割れ目模様に由来しています。この鋳鉄中の炭素はすべてセメンタイトの形で結合した状態にあります。相変態は状態図 (Fe - Fe) に従って進行します。_зと）。炭素含有量に応じて、白鋳鉄は次のようになります。亜共晶 (パーライト + レデブライト)。共晶（レデブライト）。過共晶 (一次セメンタイト + レデブライト)。これらの鋳鉄はセメンタイト含有量により硬度が高くなります。これらは非常に壊れやすいため、機械部品の製造には使用されません。白鉄鋳物は、黒鉛化焼鈍を使用してダクタイル鋳鉄部品を製造するために使用されます。漂白鋳鉄は、白鋳鉄の構造を持つ表層 (12 ～ 30 mm) とねずみ鋳鉄の中心部を持っています。表面硬度が高く、耐摩耗性に優れています。漂白鋳鉄のこれらの特性は、シートミルロール、ホイール、ミルボール、ブレーキパッド、その他の部品の製造に利用されています。

白い鋳鉄は、鉄-セメンタイト合金系の状態図に従って結晶化します。白い鋳鉄の組成に硬くて脆いセメンタイトがかなり含まれていることが、これらの鋳鉄の加工が難しい理由です。これらは、部品の鋳造とそれに続くダクタイル鋳鉄の焼きなまし、およびローリングロールとワゴンホイールの鋳造に使用されます。

ねずみ鋳鉄（テクニカル）は、灰色の割れ目のタイプからその名前が付けられました。黒鉛はねずみ鋳鉄の構造に存在します。鋳鉄の構造は金属ベースとグラファイトで構成されており、その特性はこの XNUMX つの成分によって決まります。グラファイトは機械的特性が低いです。

鉄と炭素の合金をゆっくり冷却すると、グラファイトが放出されます。

産業界では、亜共晶ねずみ鋳鉄が使用されています。フェライトと黒鉛からなるねずみ鋳鉄は、金属素地がフェライトであることからフェライトと呼ばれます。グラファイトの形のすべての炭素は、合金の非常に遅い冷却中に放出されます。結晶化中の冷却速度（一次および二次の両方）が増加すると、グラファイトではなくセメンタイトが放出されます。最大 1,2% のリンを含む鋳鉄は、芸術的な鋳造、パイプに使用されます。

ねずみ鋳鉄のマーキング。 GOST によると、鋳物の鋳鉄には、SCh という文字に XNUMX つの数字が追加されたマークが付けられています。最初の数字は引張強度を示します (σ_pch) XNUMX 番目 - 伸び (σ) (%)。半鋳鉄は、パーライト、レデブライト、片状黒鉛から構成されます。グレーとホワイトのXNUMX色を組み合わせています。

ダクタイル鋳鉄は、グラファイトが球状になっている鋳鉄です。鋳鉄の強度と延性の向上は、層状ではなく球状 (球状) グラファイトの生成を保証する改質によって達成されます。球状黒鉛の表面は体積との関係が小さく、金属ベースの最大の連続性と鋳鉄の強度を決定します。この形態のグラファイトは、液体の鋳鉄にマグネシウム (M) またはセリウム (Ce) を添加することによって得られます。

ダクタイル鋳鉄は、フェライトまたはパーライトのベースを持っています。フェライト系鋳鉄は延性が向上しています。

GOSTによると、鋳鉄は数字で示されます。最初の数字は引張強度（σ_pch)、XNUMX 番目は伸び (σ) (%) です。合金鋳鉄を改質することでさらに高い強度を実現します。

ダクタイル鋳鉄は、鋼の代わりに機械部品の製造、鍛造、および高圧および高圧のベアリングで動作するプレス装置に使用されます。クランクシャフト、ギア、カップリング、およびリアアクスル車の製造用のダクタイル鋳鉄の代わり。

可鍛鋳鉄 - グラファイトフレーク鋳鉄、特別な熱処理によって白鋳鉄から得られる軟質で延性のある鋳鉄のコードネーム。鍛造ではなく延性が高い。ダクタイル鋳鉄は鋼のベースで構成され、グラファイトの形で炭素が含まれています。グラファイトは、互いに分離して配置された丸い形状の介在物の形をしており、金属ベースはあまり分離されておらず、合金はかなりの靭性と可塑性を持っています。

ダクタイル鋳鉄の特性は、グラファイト介在物のサイズに依存しますが (これらの介在物が小さいほど、鋳鉄は強くなります)、金属ベースの構造によって決定されます。金属ベースは、フェライト、パーライト、または混合である可能性があります。

鋳鉄の組成と熱処理方法に応じて、黒心と白心という XNUMX 種類のダクタイル鋳鉄が得られます。可鍛鋳鉄は安価な材料であり、優れた機械的特性を備えており、農業工学、自動車産業、自動車製造、および工作機械製造に使用されています。

30. 構造材料の品質向上における熱処理の役割

構造用合金に必要な一連の機械的特性およびその他の特性を取得するための主な前提条件は、それらの開発および製錬中に設定されます。

必要な特性の実現は、合金に図面で指定された形状と寸法だけでなく、構造相組成として理解される合理的な内部構造を与えることを目的として、後続の処理段階で実行されます。必要な特性のセットが直接依存する転位構造。合金加工の最も重要な段階は、熱処理と表面硬化です。熱処理により、部品の体積全体にわたって一定レベルの特性が保証され、部品表面の特定の最も負荷がかかり、摩耗が激しい箇所のみが表面硬化されます。

熱処理の基本ルールは、D.K. によって開発されました。チェルノフとA.Aによって補足されました。 Bochvarov、G.V. Kurdyumov、A.P。グリャエフ。

熱処理は、合金を加熱および冷却する操作の複合体として理解され、その構造を変更して所望の特性を得るために特定のレジームに従って実行されます。熱処理の基本は、合金の構造相組成と転位構造の変化です。これは、同素体変態の存在や温度に応じた成分の限られた相互溶解度などの重要な要素を使用することで実現できます。。

合金の相および転位構造を大幅に変化させ、最適な一連の動作特性を得ることを目的とした既存のすべてのタイプの熱処理は、上記の要因のいずれかの使用に基づいています。それらが存在しない場合、熱処理によって得られる結果は非常に限られています。最も一般的な XNUMX つのタイプの熱処理。そのうちの XNUMX つは、合金に同素変態が存在することによる合金の変態の詳細の使用に基づいており、もう XNUMX つは、加熱および冷却中の成分の相互の可変溶解度に基づいています。

どちらの場合も、期待される結果を保証する熱処理技術の基本はそのモードです。これには次の要素が含まれます: 加熱温度、特定の温度までの加熱速度、この温度での保持時間、および冷却速度。

熱処理は予備的または最終的に行うことができます。予備熱処理は、圧力や切断などのさらなる技術的影響に備えて材料を準備する必要がある場合に使用されます。最終熱処理は、完成した材料の特性を調整するために使用されます。

熱処理モードの各要素を特徴付ける特定の値は、処理される合金の化学組成、部品のサイズ、および実行される熱処理の種類の目的によって異なります。これらの値を変えることにより、合金の相構造と転位構造を大幅に変更し、望ましい特性を与えることができます。

合金に生じる変態の性質と、熱処理後に必要な構造が得られる可能性は、加熱温度に依存します。合金の化学組成と熱処理の目的に応じて選択されます。

加熱速度は、加熱時間の損失を最小限に抑えるように選択され、同時に、その値は、観察される部品の反りや亀裂につながる可能性のあるワークピース内の危険な熱応力の発生を除外する必要があります加熱が速すぎる場合。

加熱速度は、処理された合金の熱伝導率に依存します。熱伝導率は、その化学組成によって決まります。組成が複雑になると、熱伝導率が低下します。したがって、組成が好ましくない合金の特定の温度への加熱は、非常にゆっくりと実行され、その後加速されます。

指定された温度に達したときの部品の保持時間は、最大部分の表面からコアまで部品を加熱するのに十分であり、拡散特性を持つ構造相変態が合金内で完全に完了するのに十分でなければなりません。これは、特定の温度で発生する必要があります。

熱処理中の冷却速度は、合金によって獲得された相と転位構造の特徴が依存する体制の非常に重要な要素です。必要な変形が合金内で発生するのに十分である必要がありますが、部品の亀裂や変形 (反り) を引き起こす可能性のある危険な熱および相応力を回避するために、大きすぎてはなりません。

熱処理は、構造材料、特に鋼を改善するために使用されます。熱処理の時間は、加工される材料や部品のサイズに直接依存します。

31.構造材料からのブランクおよび製品の製造技術における熱処理の使用

最も特徴的でよく研究されているプロセスは、鋼の熱処理です。このプロセスは、特定の臨界温度の領域で加熱および冷却中に発生する同素体変態の存在に基づいています。同素体の存在により、必要な相と転位構造を提供する鋼の制御された構造相プロセスが発生します。

構造強度は、動作条件下での材料の長期にわたる信頼性の高い動作を保証する特定の機械的特性のセットです。構造強度は、構造的、冶金的、技術的および運用上の要因を考慮した建設材料の強度です。つまり、それは複雑な概念です。少なくとも XNUMX つの基準を考慮する必要があると考えられています。構造剛性、材料強度、特定の構造の動作条件下での材料の信頼性および耐久性です。

構造剛性。フレーム、ストリンガー、フラットプレート、円筒形シェルなどの多くの動力構造要素の場合、それらの性能を決定する条件は、局所的または全体的な剛性 (安定性) であり、構造形状、応力状態スキームなどによって決定されます。材料特性。

材料の剛性の指標は縦弾性係数 E (剛性係数) です。これは材料の性質のみに依存する構造的に鈍感な特性です。主要な構造材料の中で、弾性率 E が最も高いのは鋼で、最も低いのはマグネシウム合金とグラスファイバーです。ただし、密度を考慮し、特定の剛性と安定性の基準を使用すると、これらの材料の評価は大きく変わります。

形状と応力状態に応じて選択されたこれらの基準で評価すると、多くの場合、最も有利な材料はマグネシウム合金とグラスファイバーであり、最も不利な材料は炭素鋼と合金鋼です。

強度-変形や破壊に抵抗する体の能力。ほとんどの強度仕様は、静的引張試験によって決定されます。

これらの特性は、構造と熱処理に依存します。

構造材料の実際の強度を評価するときは、可塑性の特性、材料の粘度を考慮する必要があります。これらの指標は主に脆性破壊の可能性を決定するためです。

これは、高強度で脆性破壊を起こしやすい高強度材料にも当てはまります。

信頼性とは、製品が指定された機能を実行し、必要な期間または必要な動作時間にわたってその性能を指定された制限内に維持する能力です。構造の信頼性は、衝撃荷重に耐えるなど、設計状況を超えて動作する能力でもあります。信頼性の主な指標は材料の残留粘度であり、これは組成、温度（冷間脆性閾値）、荷重条件、亀裂伝播中に吸収される仕事量によって異なります。

脆性破壊に対する材料の耐性は、構造物の信頼性を決定する最も重要な特性です。

耐久性 - パフォーマンスを限界状態に維持する製品の特性 (それ以上の操作が不可能)。

構造物の耐久性は、その作業条件によって異なります。まず、摩擦時の耐摩耗性と接触強度（滑りによる転がり摩擦時に生じる材料の表面摩耗に対する抵抗力）です。さらに、製品の耐久性は耐久限界に依存し、耐久限界は表面の状態と材料の耐食性に依存します。

材料の熱処理には、電気炉、ガス火炎およびエレベータ炉、硬化タンク、塩浴などの特別な装置が使用されます。

熱処理の主な種類：体積、表面、局所硬化。正規化、均質化、再結晶アニーリング、化学熱処理、レーザー加熱処理。電気パルス場による硬化; 塑性変形を加える際の熱処理、および冷間処理。

構造用鋼は、さまざまな機械部品や構造物の製造に使用される鋼です。構造物または構造物の建設に使用される鋼は、建築用鋼と呼ばれます。構造用鋼には、合金鋼と炭素鋼の両方が含まれます。

機械工学では、クロム、マンガン、クロム - シリコン、クロム - シリコン - マンガン、クロム - ニッケルなどの構造用合金鋼 GOST 4543-71 が広く使用されています。技術的特性に応じて、これらの鋼は浸炭に分けられます。鋼、窒化用鋼、熱処理による改良鋼、空気硬化鋼など。

32. 第一種アニーリング。非平衡結晶化

このタイプの熱処理は、あらゆる金属および合金に対して可能です。その実装は、固体状態での相転移によるものではありません。第1種のアニーリング中の加熱は、原子の移動度を高め、化学的不均一性を部分的または完全に排除し、内部応力を低減します。つまり、より平衡状態を得るのに役立ちます。このようなアニーリング中、加熱温度とこの温度での保持時間は、平衡状態からの逸脱を排除するプロセスの速度を決定するのはこれらのパラメーターであるため、最も重要です。第一種アニーリングの加熱と冷却の速度は二次的に重要です。

第 1 種のアニーリングには次のタイプがあります。拡散アニーリング (均質化) は、合金の結晶化 (樹枝状分離) 中に発生する化学的不均一性を排除するために使用されます。

化学組成の整列は拡散プロセスにより発生し、その速度は温度に依存します。

再結晶焼鈍は、冷間塑性変形（圧力による冷間加工）後に使用され、加工硬化を除去し、合金の平衡状態を取得します。再結晶の結果、変形した金属に新しい粒子が形成され、応力が緩和され、金属の可塑性が回復します。

鍛造、溶接、鋳造中に発生する、反り、つまり形状、サイズの変化、さらには製品の破壊を引き起こす可能性のある応力を緩和するための焼きなまし。

非平衡結晶化。拡散プロセスはゆっくりと進行するため、実際の冷却条件下では、各結晶および異なる結晶内の組成は均等化する時間がなく、同じにはなりません。

冷却中に固溶体の分解が可能である場合、状態図は、最も遅い冷却でこのプロセスが始まることを示しています。

冷却速度の増加に伴い、過剰相の沈殿が始まる温度が低下し、沈殿相の量が減少し、より高い冷却速度が決定されると、沈殿のない固溶体は完全に室温まで過冷却される。

冷却速度を調整することにより、さまざまな程度の分解を完全な抑制まで達成することができます。

このような過飽和溶液は不安定です。

過冷却溶液の原子の熱移動度が不十分な場合、過飽和状態が無期限に持続する可能性があります。

そうでなければ、時間の経過とともに、過飽和溶液の段階的な分解が起こり、過剰な相が放出されます。このプロセスは、温度が上昇するにつれて加速します。

固溶体の徐冷または急冷（過飽和）固溶体の高二次加熱中に高温で形成される二次相は、サイズが大きいだけでなく、母相とは配向的に無関係です。古い相に属する原子の層は、新しい相の格子に属する原子の層に接しています。

低温での析出の場合、原子の境界層が両方の格子に等しく属するように、新しいβ相は最初の相に対して特定の方法で配向されます。

このような結晶格子の連結は、コヒーレントと呼ばれます。コヒーレント結合との界面では、共役格子の（界面面内の）構造の違いが大きいほど、応力が発生して残ります。

合金の温度が上昇すると、原子の熱移動度の増加と相境界での応力の存在により、コヒーレント結合が壊れ（コヒーレンス崩壊の現象）、準安定相が安定βに移行しますα相、β相のラメラ結晶が成長し、丸みを帯びた形状になる傾向があります。これらのプロセスが完了すると、構造と相組成は徐冷の場合と同じになります。

この不安定な状態を急冷して固定することを急冷と呼び、その後（加熱や長時間露光などにより）徐々に平衡状態に近づけていく工程を焼戻し・時効といいます。合金を平衡状態に近づける程度を変えることによって達成される構造のこのような多様な変化は、特性の多様な変化につながります。これが、非平衡のプロセスに基づく熱処理の広範な使用の理由です。結晶。

合金は、周期表の XNUMX つ以上の元素から構成される物質です。それらは焼結または溶融によって得られます。成分 - 合金を形成する物質。

相は空間的に制限された系の異なる部分であり、独自の結晶格子と独自の特性を持っています。均質な物質には XNUMX つの相があり、不均質な物質には複数の相があります。

構造 - 個々の相、それらの形状、サイズ、および相対位置を区別できる金属の構造。構造は特性に影響を与えます。

平衡状態は、このシステムに固有のすべての相が合金内で形成されるときです。この状態は徐冷によって確保され、相の大きさや形を区別することができます。

非平衡状態 - 相の形成と分離のプロセスは終了しておらず、急冷中に形成されます。

33. 均質化アニーリング、均質化アニーリング中の構造および特性の変化。多形変形による硬化。多形変換を伴わない硬化

焼きなまし-化学組成を均一化し、平衡構造を取得し、応力を緩和するための鋼の加熱および徐冷の操作。

アニーリングは平衡構造を得るために使用されるため、アニーリング中に部品はゆっくりと冷却されます。炭素鋼 - 200 °C/h、合金鋼 - 30 ～ 100 °C/h。

拡散（均質化）アニーリングは、偏析を除去する（化学組成を平準化する）ために使用されます。それは拡散に基づいています。同時に、組成が平坦化され、余分な炭化物が溶解されます。このアニーリングは、高温で長時間暴露して実行されます。合金鋼には均質化焼鈍が施されます。これは、導入法によりオーステナイトに溶解した炭素の拡散速度が、置換法によりオーステナイトに溶解した合金元素の拡散速度よりも数桁大きいという事実によって説明される。炭素鋼の均質化は、実際には加熱プロセス中に発生します。均質化焼鈍モード: 1050 ～ 1200 °C の温度に加熱、保持時間は 8 ～ 10 時間均質化温度は十分に高くなければなりませんが、粒子の燃焼や溶融は許されません。燃焼すると、空気中の酸素が金属粒子と結合し、酸化皮膜が形成され、粒子が分離されます。金属の焼損をなくすことはできません。金属の焼けは最終的な欠陥です。通常、拡散焼鈍では粗大な結晶粒が生成されるため、その後の完全焼鈍によって修正する必要があります。

完全な焼きなましには、相の再結晶化と結晶粒の微細化が伴います。平衡状態にある鋼にはパーライトが含まれており、最も延性があります。完全焼きなましの目的は、鋼の構造を改善して、その後の切断、スタンピング、または焼き入れによる加工を容易にし、完成部品にきめの細かい平衡構造を取得することです。

完全焼鈍の種類（方法）：ラメラパーライト（プレート状のセメンタイト介在物）での焼鈍（通常および等温）および粒状パーライト（粒子状のセメンタイト介在物）での焼鈍。

ラメラパーライトをアニーリングする場合、ブランクは炉と一緒に冷却され、ほとんどの場合、部分的な燃料供給が行われるため、冷却速度は 10 時間あたり 20 ～ XNUMX °C の範囲になります。

アニーリングにより、結晶粒の微細化が達成されます。鋼の過熱の結果、結晶粒が自由に成長するため、鋼の硬化中に粗粒構造が得られます。このような構造は、部品の機械的特性を低下させます。

多形変換による硬化。多形変換なしの硬化

硬化は、鋼が非平衡構造を獲得する熱処理であり、これは主に鋼の硬度の増加で表されます。硬化には、ソルビトール、トロスタイト、マルテンサイトの熱処理が含まれます。硬化生成物の非平衡の程度は、冷却速度の増加とともに増加し、ソルバイトからマルテンサイトまで増加します。

真の硬化の利点は、他のタイプの熱処理では得られない一連の特性を持つ製品のその後の焼き戻しにより、マルテンサイトから製品を得る可能性です。

焼戻し前の前処理として真焼入れが広く用いられています。

臨界焼入れ速度は重要です。鋼の焼入れ性は、鋼に依存します。つまり、特定の深さまで焼入れできるかどうかです。臨界硬化速度は、オーステナイトの安定性に依存します。オーステナイトは、それに溶解する炭素と合金元素の量によって決まります。鋼に炭素および合金元素を導入すると、焼入れ性が向上します。これは、円筒形のサンプルを使用して、それらの半マルテンサイト層の深さに応じて評価されます。鋼の半マルテンサイト層には、50％のMと50％のTが含まれています。

硬化中の主なパラメータは加熱温度と冷却速度です。鋼の加熱温度は状態図から決定され、冷却速度はオーステナイトの等温分解の図から決定されます。

加熱時間は、実験的に決定された部品のサイズと鋼の熱伝導率によって異なります。

構造用鋼の合金化の目標の XNUMX つは、水中だけでなく、より軟らかい冷却媒体中での焼入れ中に、臨界焼入れ速度を下げ、それらから製造された部品の完全硬化性を得ることです。熱応力と位相応力のレベル、および部品に亀裂が形成される可能性は、冷却媒体の鋭さに依存します。上記に関連して、急冷する場合、軟質急冷媒体が好ましい。高炭素鋼の切削工具を焼入れする場合、内部応力を低減するために、XNUMX つの環境での冷却が使用されます。

高炭素鋼の場合、特に合金元素の含有量が十分に高い鋼の場合、M 点は室温より低く、多くの場合 0 °C より低くなります。この点で、従来の硬化中に、多くの残留オーステナイトがそれらに保持されます。その存在は、硬化鋼の硬度とその熱伝導率を低下させます。これは、切削工具にとって特に望ましくありません。

時間の経過とともに、残留オーステナイトが相変態を起こし、製品の寸法が変化します。これは、測定ツール (ステープル、プラグ) にとって非常に受け入れがたいものです。

34. 熱間および冷間圧加工後の加熱中の金属の微細構造および機械的性質の変化

圧力による金属の処理は、特定の条件下で、変形可能な物体 (ワークピース) に作用する外力の結果として塑性変形する能力に基づいています。

弾性変形中に変形可能なボディが外力の除去後に元の形状と寸法に完全に復元する場合、塑性変形中に外力の作用によって引き起こされる形状と寸法の変化は、これらの力の終了後も持続します。

弾性変形は、原子間の距離よりも小さい量だけ原子が相互に変位することを特徴とし、外力を取り除いた後、原子は元の位置に戻ります。塑性変形中、原子は原子間距離よりも大きい値で互いに対して変位し、外力を取り除いた後、元の位置には戻りませんが、新しい平衡位置を占めます。

変形の温度と速度条件に応じて、冷間変形と熱間変形が区別されます。

冷間変形は、最も強い金属の流れの方向に引き伸ばされる粒子の形状の変化によって特徴付けられます。冷間変形中、形状の変化には、金属の機械的および物理化学的特性の変化が伴います。この現象を硬化（硬化）といいます。機械的特性の変化は、冷間塑性変形中に増加するにつれて強度特性が増加し、塑性特性が減少することです。金属は硬くなりますが、延性は低下します。硬化は、すべり面の回転と冷間変形中の結晶格子の歪みの増加（粒界での転位の蓄積）によって発生します。冷間変形によって金属の構造や特性に生じた変化は、元に戻せないものではありません。これらは、例えば熱処理（アニール）により除去することができる。この場合、内部再構成が起こり、原子の移動度を高める追加の熱エネルギーにより、相変態を起こすことなく固体金属の多くの中心から新しい粒子が成長し、伸長して変形した粒子と置き換わります。均一な温度場では、すべての方向の粒子の成長速度が同じであるため、変形した粒子と置き換わるように見える新しい粒子は、すべての方向でほぼ同じサイズになります。特定の温度で起こる、変形した細長い結晶粒の代わりに新しい等軸結晶粒が核生成して成長する現象は、再結晶化と呼ばれます。純粋な金属の場合、再結晶化は金属の絶対融解温度の 0,4 に等しい絶対温度で始まります。再結晶化は一定の速度で進行し、変形したワークの加熱温度が高いほど再結晶化に要する時間は短くなります。再結晶が始まる温度より低い温度では、回復と呼ばれる現象が観察されます。戻る（静止する）とき、変形して伸長した粒子の形状と寸法は変化しませんが、残留応力は部分的に緩和されます。これらの応力は、不均一な加熱または冷却（鋳造および加圧処理中）、塑性変形中の不均一なひずみ分布によって発生します。残留応力は、相互に力のバランスをとるシステムを作成し、ワークピース内に位置し、外力によって負荷がかかることはありません。復帰時の残留応力の除去は金属の機械的特性をほとんど変化させませんが、物理的および化学的特性の一部に影響を与えます。熱間変形は、変形速度と再結晶化速度の比によって特徴付けられる変形であり、この速度で再結晶化がワークピースの全体積で発生し、加圧処理後の微細構造が硬化の痕跡なく等軸になることが判明します。

熱間変形の条件を確実にするために、ワークピースの加熱温度をその速度の増加とともに上げる必要があります（再結晶化の速度を上げるため）。

変形の最後の金属が完全に再結晶化されておらず、硬化の痕跡がある構造を持っている場合、そのような変形は不完全な熱間変形と呼ばれます。不完全な熱間変形は、不均一な構造、機械的特性および可塑性の低下につながります。

熱間変形では、変形抵抗が冷間変形の約 10 分の XNUMX であり、硬化がないため、成形プロセス中に変形抵抗 (降伏強度) がわずかに変化します。この状況は主に、大きな部品の製造に熱間加工が使用されるという事実を説明しています。これは、熱間加工が必要とする変形力が少ない (強力な機器が少ない) ためです。

熱間変形中の金属の可塑性は、冷間変形中よりも高くなります。

金属特性に対する冷間変形の影響を利用して、部品の最高の性能特性を得ることができます。冷間変形と熱間変形の合理的な組み合わせを選択することで、必要な方向と目標値による特性の変化を制御できます。、および部品の製造工程における熱処理の数とモード。

35.リターン、一次および集合再結晶。再結晶焼鈍

塑性変形に費やされる全エネルギーの約 10 ～ 15% が金属に吸収され、変位した原子のポテンシャルエネルギーの増加、応力の形で金属に蓄積されます。変形した金属は非平衡で不安定な状態です。より平衡状態への移行は、結晶格子の歪みの減少、原子の移動の可能性によって決定される応力の除去に関連しています。低温では、原子の移動度は小さく、低温硬化の状態では無期限に持続する可能性があります。

温度が上昇すると、原子の拡散が増加し、プロセスが金属内で発達し始め、より平衡状態になります。これがリターン現象です。

リターンの最初の段階 - 休息は、低加熱で観察されます。休息中は、空孔の数が減少し、転位の密度が減少し、応力が部分的に解放されます。

リターンの第 XNUMX 段階は、ポリゴン化、つまり粒子を部分 - ポリゴン (サブグレイン) に分割することです。

多角形化は、転位の滑りと上昇の結果として発生し、その結果、同じ符号の転位が粒子を多角形に分離する「壁」を形成します。多角形化された状態では、結晶は変形したものよりもエネルギーが少なく、多角形の形成はエネルギー的に好ましいプロセスです。ポリゴン化開始温度は一定ではありません。多角化の速度は、金属の性質、以前の変形の程度、および不純物の含有量に依存します。戻ったとき、微細構造に目立った変化は見られず、金属は繊維構造を保持しています。この場合、硬度と強度がやや低下し、延性が増します。

再結晶。十分に高い温度に加熱されると、原子の移動度が増加し、再結晶化のプロセスが発生します。

再結晶は、冷間加工された金属が特定の温度に加熱されたときに新しい粒子が形成および成長するプロセスです。このプロセスは XNUMX 段階で行われます。一次再結晶（加工）と一括再結晶があります。

一次再結晶 (処理) は、核の形成と、歪みのない結晶格子を持つ新しい平衡粒子の成長で構成されます。新しい粒子は、塑性変形中に金属格子が最も強く歪んだブロックと粒子の境界、粒子内のスリップパケットに現れる可能性が最も高いです。新しい粒子の数が徐々に増加し、最終的には古い変形した粒子が組織に残りません。

不安定な状態にある変形した金属は、最小の自由エネルギーで安定状態に移行する傾向があります。この状態は、歪みのない結晶格子を持つ新しい粒子の形成プロセスに対応しています。格子が最も歪んでおり、その結果、最も安定していない場所では、加熱すると原子が移動し、格子が復元され、新しい平衡粒子の核が現れます。新しい粒子の核は、原子が歪んだ格子を持つ隣接するボリュームから通過する、最も歪んだ格子を持つボリューム (ブロック) になることもあります。

集団再結晶 - 再結晶プロセスの第 XNUMX 段階は、形成された新しい粒子の成長です。集団再結晶の原動力は、粒子の表面エネルギーです。粒子の成長は、多数の小さな粒子が存在する場合、それらの総表面積が非常に大きくなるため、金属に大量の表面エネルギーが供給されるという事実によって説明されます。粒子が粗大化すると、それらの境界の全長が短くなり、これは金属がより平衡状態に移行することに対応します。

再結晶が始まると、硬化中の特性の変化とは反対に、金属の特性に大きな変化が生じます。金属の強度が低下します。硬化すると可塑性、靭性、熱伝導率などの特性が低下するため、金属の特性は再結晶によって生じる結晶粒の大きさに大きく影響されます。保持時間が長くなるにつれて粒子サイズが大きくなります。最大の粒子は、わずかな予備変形の後に形成されます。この程度の変形はクリティカルと呼ばれます。

再結晶焼鈍。このタイプの焼きなましは、冷間変形された金属の硬化を除去するために実行されます。冷間加工された金属は非常に硬くて脆く、その結晶格子は非平衡状態にあり、過剰な自由エネルギーを大量に保有しています。高度に冷間硬化された金属では、転位が蓄積する場所で転位が合体するため、危険な欠陥、つまり亀裂核が観察されます。場合によっては、硬化を除去する必要があります。これには、拡散プロセスを刺激するために加熱が必要です。ただし、再結晶焼鈍は、温度が大幅に低く、持続時間がはるかに短く、ほぼ同じ結果が得られるため、より好ましいです。

36. 第二種のアニーリング。鋼の焼きなましと正規化; アニーリングと正規化のモードと目的

焼きなましとは、鋼を加熱してゆっくり冷却することです。第 XNUMX 種の焼きなまし - 平衡構造を得るために合金の構造を変化させます。 XNUMX 番目のタイプのアニーリングには、完全アニーリング、不完全アニーリング、および等温アニーリングが含まれます。

再結晶焼鈍は相再結晶に基づいており、つまり第 XNUMX 種類の焼鈍です。その主な目的は、相組成を完全に変化させることです。加熱温度と保持時間は必要な構造変態を確実にする必要があり、冷却速度は逆拡散相変態が起こるまでの時間がかかるように選択されます。焼きなまし後は、均質な細粒組織が得られ、硬度が低下し、延性が増加します。タイプ II 焼きなましは、金属切断機で鋼部品を加工する前の予備熱処理として使用されます。

加熱温度によって完全焼鈍と不完全焼鈍に分けられます。

亜共析鋼には完全焼鈍が施されます。製品は完全な再結晶化、つまり元のフェライト - パーライト構造からオーステナイトへの変態を確実にするために加熱されます。その目的は、鋼の構造を改善して、切断、打ち抜き、または焼き入れによる後続の加工を容易にすること、および完成部品にきめの細かい平衡パーライト構造を得ることにあります。

不完全な焼鈍は相再結晶に関連しており、圧力による熱間加工後、ワークピースが微細な構造を持っている場合に使用されます。

冷却後、フェライトとパーライトの大きな粒子からなる粗い構造が得られます。鋼は延性が低い。粒状セメンタイトの生成は、焼鈍前の熱間塑性変形によって促進され、そこでセメンタイトネットワークが粉砕されます。粒状セメンタイトを含む鋼は、切削工具でよりよく加工され、硬化後に良好な構造を獲得します。

時間を節約するために、等温アニーリングが実行されます。等温アニーリング中、保持プロセス中、温度は製品の断面全体で均一になります。これは、より均一な構造と均一な特性に貢献します。合金鋼はそのような焼きなましにかけられます。合金鋼を焼鈍すると、加熱と保持の時間が長くなるだけでなく、冷却の時間も長くなります。高合金鋼は、合金化されたオーステナイトの安定性が高いため、低速で冷却されます。焼きなまし後も硬度が高いため、切削工具の被削性が損なわれます。

焼きならしとは、製品をオーステナイト状態に加熱し、静止空気中で冷却する鋼の熱処理です。亜共析鋼の焼きならしと完全焼鈍の違いは、冷却速度のみです。正規化の結果、共析のより微細な構造が得られ、内部応力が減少し、製品の前の処理プロセスで発生した欠陥が排除されます。焼きなまし後よりも硬度と強度が高くなります。正規化は、構造を改善する中間操作として使用されます。このタイプの熱処理の特徴は、加熱温度と静止空気中での冷却です。これらの機能は、正規化の特定の目標によるものです。亜共析鋼、特に低炭素鋼に関しては、より短い時間での焼きならしと冷却体制の簡素化により、焼きなましと同じ結果を得ることができます。

空気中での冷却は、焼鈍時よりもオーステナイトの高度な過冷却を提供し、その分解生成物はより分散し、生成された転位の密度は108 cm2に近づき、その結果、より好ましい細粒鋼構造が増加します。強度特性は、正規化によって取得できます。

場合によっては、製品材料の強度特性を高める必要がない場合は、焼入れの代わりに正規化を行います。これは、硬化の臨界速度が非常に高いため、硬化の使用が除外されている低炭素鋼で作られた部品に特に当てはまります。過共析鋼の正規化中に、オーステナイトからの過剰な (二次) セメンタイトの分離が加速されるため、パーライト粒子の周囲に望ましくないセメンタイトネットワークが形成されません。この点で、正規化の目標の XNUMX つは、過共析鋼の前述のネットワークを破壊することです。

鋼の再結晶焼鈍（再結晶）は 500 ～ 550 °C の温度で発生します。内部応力を緩和するためのアニーリング - 600 ～ 700°C の温度で。これらのタイプの焼きなましは、部品の不均一な冷却による鋳造品や、臨界温度以下の圧力で処理されたワークピースの内部応力を軽減します。

拡散焼鈍は、鋼に結晶内偏析が観察される場合に使用されます。オーステナイト粒内の組成の整列は、鉄の自己拡散とともに、固体状態での炭素およびその他の不純物の拡散によって達成されます。その結果、鋼は組成が均一（均質）になるため、拡散焼鈍は均質化とも呼ばれます。

均質化温度は十分に高くする必要がありますが、粒子を燃やしてはいけません。

37.鋼の休暇。焼き戻し中の鋼の変態、微細構造と特性の変化

焼き戻しとは、硬化した鋼を加熱して残留応力を低減し、製品の長期稼働に必要な一連の機械的特性を付与する操作です。焼き戻しは、マルテンサイトに硬化した部品を臨界温度以下に加熱することによって実行されます。この場合、加熱温度によって、マルテンサイト、トルースタイト、焼戻しソルバイトの状態が得られる。これらの状態は、構造と特性の硬化状態とは異なります。硬化中、ラメラパーライトのように、セメンタイト（トルースタイトとソルバイト）が細長いプレートの形で得られます。そしてそのままにしておくと、粒状パーライトのように、粒状または点状になります。

マルテンサイトに硬化された鋼の焼き戻し中に、マルテンサイトの分解と平衡構造相組成の形成につながる変態が発生します。これらの変態の強度と結果は焼き戻し温度に依存します。焼き戻し温度は、製品の機能的な操作目的に応じて選択されます。

長年にわたる運用および生産の実践の過程で、製品の XNUMX つの主要なグループが開発されました。これらの製品をうまく運用するには、粘度強度特性の「独自の」特定の複合体が必要です。

最初のグループ: コールドスタンピング用の測定ツールと金型の切断。それらの材料には、高い硬度とわずかな粘度マージンが必要です。 XNUMX番目のグループは、スプリングとスプリングで構成され、その材料には、高い弾性限界と満足のいく粘度の組み合わせが必要です。 XNUMX 番目のグループには、静的負荷、特に動的負荷または周期的負荷を受けるほとんどの機械部品が含まれます。製品を長期間使用する場合、その材料には十分な強度特性と最大粘度の組み合わせが必要です。

加熱温度により、低温（低温）、中温（中）、高温（高温）のXNUMX種類の焼き戻しがあります。ドット構造の利点は、強度と延性のより好ましい組み合わせです。

低温焼き戻し (200 ～ 300°C の温度に加熱) では、マルテンサイトは主に鋼構造に残ります。さらに、XNUMX 鉄中の炭素の固溶体からの炭化鉄の分離が始まり、小さなグループでの最初の蓄積が始まります。 . これにより、硬度がわずかに低下し、鋼の可塑性と延性が向上し、部品の内部応力が減少します。

低温焼き戻しの場合、部品は通常、油浴または塩浴に一定時間保管されます。低温焼戻しは切削、測定工具、歯車などに使用されます。中および高温の焼き戻し中に、鋼はマルテンサイト状態からトルースタイトまたはソルビトール状態に変化します。焼き戻しが高くなるほど、焼き戻し鋼の硬度は低くなり、延性と靭性が高くなります。高焼き戻しにより、鋼は機械的特性の組み合わせ、強度、延性、靱性の向上を得ることができるため、鋼をマルテンサイトに硬化した後の高焼き戻しは、高応力にさらされる多くの部品にとって、鍛造金型、ばね、ばね、および高と呼ばれます。

一部の鋼種では、焼きならし後に焼戻しが行われます。これは、靭性が高く、したがって切削工具による被削性が低い微粒合金亜共析鋼 (特にニッケル) を指します。機械加工性を改善するために、鋼は高温（最大950〜970°）で正規化され、その結果、大きな構造（より良い機械加工性を決定します）と同時に硬度が増加します（臨界率が低いため）ニッケル鋼の硬化)。硬度を下げるために、この鋼は高焼戻しされています。

焼戻しの目的は、焼入れ鋼の内部応力を除去することだけではありません。低温焼き戻しでは、マルテンサイトはその格子を過飽和にする炭素原子から部分的に解放され、焼き戻しマルテンサイトは炭素の過飽和固溶体に基づいています。

中温（中）焼戻しは350〜450℃の温度で行います。このような加熱により、マルテンサイトの分解が完了し、組成と内部構造が正常なフェライトとセメンタイトが形成されます。拡散プロセスの強度が不十分なため、結果として得られる相の粒子サイズは非常に小さいことがわかります。

高温（高）焼戻しは500～650℃で行います。このような加熱条件下では、拡散プロセスが増加し、より大きなフェライトとセメンタイトの粒子が形成され、転位密度が減少し、残留応力が完全に除去されます。

高温焼戻しで得られる焼戻しソルバイトと呼ばれるマルテンサイトの分解生成物は、鋼の中で最も高い粘度を持っています。

このような複合体は、動的負荷を受ける機械部品に最適です。この利点から、焼入れと高焼戻しを組み合わせた熱処理は古くから改良と呼ばれてきました。

38.鋼の化学熱処理。目的、種類、および一般的なパターン。金属および非金属との合金の拡散飽和

化学熱処理（CHT）-熱的効果と化学的効果を組み合わせて処理し、部品の表層の組成、構造、および特性を必要な方向に変更します。この場合、金属材料と対応する元素の表面飽和度が高くなります。（C、T、B、Al、Cr、Si）は、高温の環境から原子状態で拡散することによって発生します、Tなど）。

金属や合金の化学処理は、表面硬化と腐食防止の両方の目的で、機械部品の信頼性と耐久性を高めます。

CTO には、相互に関連する主な段階が含まれます。

1) 飽和媒体中での活性原子の形成と、処理された金属の表面へのそれらの拡散。

2）飽和表面によって吸着形成された活性原子。

3) 金属内部の吸着原子の拡散運動。拡散プロセスの発展により、拡散層が形成されます。拡散層とは、飽和表面における部品の材料であり、元の化学組成、構造、特性とは異なります。

飽和した活性媒体の影響を受けない、拡散層の下の部分の材料はコアと呼ばれます。拡散層の総厚は、飽和面からコアまでの最短距離となります。拡散層の実効厚さは、飽和面から測定部までの最短距離であり、基本パラメータの設定最大公称値によって異なります。

拡散層の基本パラメータは、飽和面からの距離に応じた品質の変化の基準となる材料パラメータである。拡散層の遷移ゾーンは、コアに隣接する拡散層の内側部分であり、その範囲は合計厚さと有効厚さの差によって決まります。

ステージ XTO - 拡散。金属では、置換型固溶体の形成中に、拡散は主に空孔メカニズムに従って発生します。格子間固溶体の形成では、隙間に沿った拡散のメカニズムが実現されます。

鋼の浸炭 - キャブレターで加熱されたときに鋼の表層が炭素で拡散飽和するCTOは、オーステナイトが安定している930〜950°Cで行われ、炭素を大量に溶解します。

浸炭には、低炭素の合金鋼が使用されます。部品は研磨代を入れて機械加工した後、浸炭して納品されます。

グラウトの主な種類は、固体とガスです。ガス浸炭は、固体浸炭よりも高度な技術プロセスです。ガス浸炭の場合、層内の所定の濃度の炭素を得ることができます。プロセスの期間が短縮されます。プロセスの完全な機械化と自動化の可能性が提供されます。部品の熱処理を簡素化します。

熱処理は次の目的で必要です。構造を修正し、コアと接合層の粒子を微細化します。セメント層の高い硬度とコアの良好な機械的特性が得られます。浸炭後の熱処理は、XNUMX回の焼き入れと焼き戻しで構成されます。このような熱処理の欠点は、技術プロセスの複雑さ、酸化と脱炭素の可能性です。

最終操作は 160 ～ 180 °C での低温焼き戻しです。これにより、表層の硬化マルテンサイトが焼き戻しマルテンサイトに変化し、応力が緩和され、機械的特性が向上します。

鋼の窒化 - XTO。適切な媒体で加熱すると、鋼の表面層が窒素で拡散飽和します。窒化鋼層の硬度は浸炭層よりも高く、高温 (450 ～ 500 °C) に加熱しても保持されますが、マルテンサイト構造を持つ浸炭層の硬度は 200 まで維持されます。 -225℃。多くの場合、窒化は 500 ～ 600 °C で行われます。

金属および非金属との合金の拡散飽和

ホウ素化とは、金属や合金の表面をホウ素で飽和させて、硬度、耐摩耗性、耐食性を高めることです。ボーリングは、パーライト系、フェライト系、オーステナイト系の鋼、高融点金属、ニッケル合金に適用されます。

シリコン化。シリコンによる表面の拡散飽和の結果として、金属や合金の耐食性、耐熱性、硬度、耐摩耗性が向上します。

クロムメッキ - 製品の表面をクロムで飽和させます。鋳鉄、さまざまなクラスの鋼、ニッケル、モリブデン、タングステン、ニオブ、コバルト、および金属セラミック材料をベースにした合金は、拡散クロムめっきを受けます。クロムめっきは、1420 °C の真空チャンバー内で行われます。

アルミ化は、耐熱性、耐食性、耐侵食性を高めるために、製品の表面をアルミニウムで拡散飽和させるプロセスです。鉄鋼をアルミニウム化すると、層の厚さにわたってアルミニウム濃度が徐々に減少することが観察されます。

表面硬化の目的は、ワークピースの表面の硬度、耐摩耗性、および耐久限度を高めることです。同時に、コアは粘性を維持し、製品は衝撃荷重を感知します。

39.老化。目的、時効中の合金の微細構造と特性の変化

焼き戻しと時効は、硬化した合金の特性を変える熱処理の一種です。

通常、焼き戻しという用語は、多形変態を伴う焼き入れを受けた合金にのみ適用され、時効という用語は、多形変態を伴わない焼き入れの場合に適用されます（そのような焼き入れ後、過飽和固溶体が固定されます）。

鋼の焼戻しの目的は、その特性を改善することです。鋼の焼き戻しは、硬化の影響を和らげ、残留応力を低減または除去し、靭性を高め、鋼の硬度と脆性を低減します。焼き戻しは、マルテンサイトに硬化した部品を臨界温度以下に加熱することによって実行されます。

時効後の焼戻しとは対照的に、強度と硬度が増加し、延性が低下します。

エージング中の主なプロセスは、急冷の結果として得られる過飽和固溶体の分解です。

このように、合金の時効は、過剰相の可変溶解度と関連しており、時効中の硬化は、過飽和固溶体の分解中に析出物が分散し、その結果生じる内部応力の結果として発生します。

合金を時効すると、過飽和固溶体からの析出物は、薄板 (円盤状)、等軸 (通常は球状または立方体)、および針状の主な形状で発生します。弾性歪みのエネルギーは、薄板、つまりレンズの形の析出物では最小限です。時効処理の主な目的は、強度を高め、特性を安定させることです。

自然時効、人工時効、塑性変形後は区別されます。

自然時効は、硬化した合金の強度が自然に増加する (および延性が低下する) ことであり、常温で保持する過程で発生します。合金を加熱すると、原子の移動性が高まり、プロセスがスピードアップします。

低温での固溶体は、ほとんどの場合、ゾーン形成段階まで分解します。これらのゾーンは、過剰な成分が豊富に含まれた分散領域です。これらは、元の溶液が持っていた結晶構造を保持します。ゾーンはギニエとプレストンにちなんで名付けられています。電子顕微鏡を使用すると、これらのゾーンは、直径が約 10 Å の球状粒子の形をしている Al-Ag 合金で観察できます。 Al - Cu 合金のゾーンプレートの厚さは 10 Å 未満です。

人工老化は、高温での老化中に発生する強度の増加です。過飽和固溶体の構造を有する硬化合金が塑性変形を受けると、時効中に発生するプロセスが促進されます。この種の老化は変形老化と呼ばれます。アルミニウム合金の熱処理は、硬化と時効の XNUMX つのサイクルで構成されます。時効は、過飽和固溶体で発生するすべてのプロセス、つまり分離の準備と分離プロセスをカバーします。析出過程のみが起こる変態を析出硬化と呼ぶ。

実際には、インキュベーション期間は非常に重要です-硬化した合金で準備プロセスが実行される時間、硬化した合金が高い延性を保持する時間。これにより、焼入れ直後の冷間変形が可能になります。

複雑な準備プロセスなしで老化中に沈殿プロセスのみが発生する場合、この現象は沈殿硬化と呼ばれます。

合金の時効現象の実用的な重要性は非常に高いです。そのため、時効後、三次セメンタイトと窒化物のフェライトに分散析出した結果、低炭素鋼の強度が増し、延性が低下します。

時効は、アルミニウム合金、一部の銅合金、および多くの高温およびその他の合金を硬化させる主な方法です。現在、マルエージング合金がますます広く使用されています。

現在では、「自然老化」の代わりに「低温老化」という言葉が使われたり、「人工老化」の代わりに「高温老化」という言葉が使われることが多くなりました。時効により強化された最初の金属はアルミニウム合金でした。硬化は100℃以上の温度で行われました。

分解プロセスの違いは、異なる温度間隔で観察されます。したがって、合金の特性の最適なセットを取得するために、複雑な時効が使用されます。これは、低温および高温で特定の順序で行われます。

飽和固溶体の分解プロセスによって引き起こされる合金の時効は、最も重要です。合金の冷却後、固溶体の過飽和状態が現れる。これは、高温では不純物と合金成分の溶解度が増加するためです。

40. 合金鋼の分類と表示。鋼の変態、微細構造、および特性に対する合金元素の影響; 合金鋼開発の原則

合金鋼は、炭素と従来の不純物に加えて、その特性を改善する他の元素を含む鋼です。

クロム、ニッケル、マンガン、シリコン、タングステン、モリブデン、バナジウム、コバルト、チタン、アルミニウム、銅などの元素が合金鋼に使用されます。マンガンは鋼中の含有量が 1% を超える場合にのみ合金成分とみなされ、シリコンはその含有量が 0,8% を超える場合に考慮されます。

合金元素が鋼に導入され、その機械的、物理的、化学的特性が変化し、鋼の目的に応じて、特性を正しい方向に変化させる元素が鋼に導入されます。

多くのグレードの合金鋼は、熱処理後にのみ高い物理的および機械的特性を獲得します。

鋼に含まれる合金元素の総量に応じて、低合金（合金元素の総含有量が2,5％未満）、中合金（2,5〜10％）、高合金（10以上）に分けられます。 %)。

炭素鋼の欠点は、この鋼が機械的特性の望ましい組み合わせを持たないことです。炭素含有量の増加に伴い、強度と硬度は増加しますが、同時に延性と靭性は急激に低下し、脆性は増加します。炭素鋼の切削工具は非常に壊れやすく、工具への衝撃荷重操作には適していません。

炭素鋼は、責任ある機械製造と工具製造の要件を満たさないことがよくあります。このような場合、合金鋼を使用する必要があります。

炭素に関連する合金元素は、次の XNUMX つのグループに分けられます。

1）炭素と安定した化合物を形成する元素 - 炭化物（クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、チタン）; 炭化物は単純にすることができます（たとえば、Cr₄ C) または複雑な合金 ((FeСг)7С3 など); それらの硬度は通常、炭化鉄の硬度よりも高く、脆性は低くなります。

2) 鉄の存在下で炭化物を形成せず、固溶体に含まれる元素 - フェライト (ニッケル、シリコン、コバルト、アルミニウム、銅)。

予約により、合金鋼は、特別な物理的および化学的特性を持つ構造用鋼、工具用鋼、および鋼に分けられます。

構造用鋼は機械部品の製造に使用されます。それは、超硬（浸炭の対象）と改良（改善の対象 - 硬化および高温焼戻しの対象）に分けられます。特殊な特性を持つ鋼には、ステンレス、耐熱性、耐酸性、耐摩耗性、特殊な磁気的および電気的特性が含まれます。

合金元素を示す GOST に基づくマーキング: X - クロム、N - ニッケル、G - マンガン、C - シリコン、B - タングステン、M - モリブデン、K - コバルト。

構造用合金鋼の場合、最初の 1 桁が平均炭素含有量を 1 分の XNUMX パーセントで示し、文字が対応する合金元素の存在を示し、文字に続く数字がこれらの成分の割合を示すマークが採用されています。鋼の中で。文字の後に数字がない場合、鋼中のこの元素の含有量は約 XNUMX% です。数字が欠落している場合、鋼には約 XNUMX% 以上の炭素が含まれていることを意味します。

高級鋼であることを示すために、マーキングの末尾に A の文字が追加されます. 高級鋼は、通常の高級鋼よりも硫黄とリンの含有量が少ない.

特殊用途鋼には、前に配置された文字の特別なマークが付いています。Ш - ボールベアリング、R - 高速度、Zh - フェライト系クロムステンレス鋼、I - オーステナイト系クロムニッケルステンレス鋼、E - 電磁鋼板。

多くの鋼は、かなり高い強度特性を持つエンジニアリング材料として分類できます。これらの鋼には、炭素鋼、低合金鋼、高強度中合金鋼、高強度高合金鋼 (マルテンサイト時効) 鋼が含まれます。

すべての合金鋼は、鋼の目的に応じて、鋼の組成に応じて、空気中で鋼を冷却した後の構造に応じて、鋼の平衡構造に従って、XNUMXつの機能に応じてグループに分けることができます。

鋼に含まれる炭素の量に応じて、次のタイプが区別されます：0.1〜0.2％までの低炭素、中炭素および高炭素0.6〜1.7％C。

鋼の構造は、亜共析（フェライト+パーライト）、共析（パーライト）、および過共析（パーライト+セメンタイト）鋼にすることができます。

鋼を製錬する方法には、沸騰、半穏やか、穏やかのXNUMXつの方法があります。沸騰法では、金型内の鋼の脱酸とCOの放出の結果として、鋼構造に多数の気泡が含まれます。

鋼は、コンバーター、電気炉、および連続鋳造設備を使用して得られます。

41. 構造用鋼：建設、エンジニアリング、高強度。工具鋼：工具鋼、軸受鋼、ダイス鋼

炭素工具鋼 U8、U10、U11、U12 は、過冷却オーステナイトの安定性が低いため、焼入れ性が低く、小型工具に使用されます。

鋼材 U10、U11、U12 は切削工具 (ドリル、ヤスリ) に使用され、U7 および U8 は木工工具に使用されます。鋼は、10 ～ 12 °C 以上に加熱すると高硬度 (U62-U63-190-200НРС) が大幅に低下するため、低速での切削にのみ切削工具として使用できます。

耐熱性を持たない焼入れ性を高めた合金鋼（11HF、13X、HVSG、9XS、X、V2F）は、強度の低い材料の切削に適しており、操作中に熱を受けない工具に使用されます。合金鋼は、炭素鋼よりも焼入れ性が高くなります。

ハイス鋼（R6M5、R12F3、R8M3）は耐熱性が高く、高速切削時に刃先に発生する高温下での硬度、強度、耐摩耗性に優れています。これらの鋼の主な合金元素は、タングステン、モリブデン、コバルト、バナジウムです。

炭素鋼は、構造用（軟鋼および中硬鋼）と工具用（硬質）鋼に分けられます。

GOSTによる構造用鋼は次のように分類されます。

1) 通常の品質の炭素鋼、熱間圧延、平炉またはベッセマー法による製錬;

2) 高品質の炭素鋼、機械製造、熱間圧延および鍛造、平炉または電気炉で製錬。この鋼は、機械や機構のより重要な部品の製造に使用されます。

構造用合金鋼は、重要な機械部品や金属構造の製造に使用されます。

三重合金鋼。合金成分としてのクロムは鋼の強度を高めるのに役立ち、比較的安価です。クロムは鋼に優れた耐摩耗性を与え、炭素の量が増加すると炭化物の形成により高い硬度をもたらします。

低合金および中合金のクロム鋼は、航空機、自動車、トラクターの建設だけでなく、車軸、シャフト、ギア、その他の部品の製造のための他の工学部門でも広く使用されています。

0,4 ～ 1,65% の Cr と 0,95 ～ 1,15% の C を含むクロム鋼は、ボールベアリング鋼のグループを形成します。低合金クロム鋼は工具の製造にも使用されます。高合金クロム鋼はステンレス製で、空気中だけでなく攻撃的な環境でも腐食に耐性があります。高温でも強度を保持し、タービンブレード、高圧シリンダー、過熱器チューブの製造に使用されます。

ニッケルは優れた合金元素ですが、非常に高価で希少です。彼らはそれをクロムとマンガンと組み合わせて使用しようとしています. ニッケルは、鋼の強度、靭性、および硬度 (焼入れ後) を増加させ、延性をわずかに低下させ、焼入れ性と耐食性を大幅に向上させます。焼入れと低温焼戻しの後、ニッケル鋼は高い硬度を持ちますが、脆さはありません。

低合金および中合金のニッケル鋼は、自動車および重要なエンジニアリング産業で使用されています。高合金ニッケル鋼には特殊な特性があります。シリコン含有量が 0,8% を超えると、鋼の強度、弾性、硬度が増加し、靭性が低下します。

橋梁には低炭素珪素鋼を使用し、熱処理を行っていません。

鋼55C2、6°C2はばねおよびばねの製造に使用されます。焼入れ焼戻し後の引張強度と弾性が高い鋼です。

マンガンは、鋼の硬度と強度を高め、焼入れ性を高め、溶接性を向上させます。合金化されたマンガン鋼は鋼と呼ばれ、少なくとも1％のMnが含まれています。実際には、低合金および高合金のマンガン鋼が使用されます。

非常に高い粘度と耐衝撃摩耗性を備えた高合金鋼グレード G13 が広く普及しており、鉄道の分岐器や踏切、浚渫船のバイザーの製造に使用されています。

工具合金鋼。工具の種類ごとに、与えられた作業条件に適した品質の鋼を使用する必要があります。

切削工具用の低合金鋼は、切削能力は炭素鋼と変わらず、低速で使用されます。

切削工具用の低合金鋼の一般的な等級は次のとおりです。

1）鋼種X - クロム（カッター、ドリルの製造用）;

2) 鋼種 9XC - クロム - シリコン (カッター、ドリルの製造用);

3）鋼種B1-タングステン（ツイストドリル、リーマーの製造用）。

42.ステンレス鋼、耐熱鋼、耐熱鋼、耐寒鋼、電気鋼、耐摩耗鋼

鋼の耐食性は、炭素含有量を可能な限り最小限に減らし、合金の電極電位が増加する量で鉄と固溶体を形成する合金元素を導入すると増加します。大気腐食に強い鋼はステンレス鋼と呼ばれます。酸、塩、アルカリ、およびその他の攻撃的な媒体による腐食に対して高い耐性を持つ鋼または合金は、耐酸性と呼ばれます。

腐食とは、環境との電気化学的相互作用による金属の破壊です。構造材は耐食性に優れています。炭素鋼および低合金鋼は、大気、水、およびその他の媒体での腐食に対して不安定です。耐腐食性とは、環境の腐食効果に耐えることができる金属および合金です。

クロムは、酸化環境で鋼を耐食性にする主要な合金元素です。

耐熱性は、高温でのガスの腐食作用に耐える金属および合金の能力です。ガスの腐食作用により、高温では鋼が酸化します。酸化の強さは酸化膜の組成や構造に影響されます。膜が多孔質であれば酸化は集中的に起こり、膜が緻密であれば酸化は遅くなるか完全に停止します。

鋼の深部への酸素の浸透を防ぐ緻密な酸化皮膜を得るために、クロム、シリコン、またはアルミニウムと合金化されています。鋼の合金元素が多いほど、耐熱性が高くなります。

耐熱性。工具材料の場合、切削特性を保持する最高温度によって決まります。使用する工具材料の耐熱性は200～1500℃です。耐熱性の低下の度合いに応じて、超硬、切削セラミックス、硬質合金、高速、合金化、カーボンの順に材料を並べています。鋼。高温に長時間さらされても、高い耐熱性は変わらないことが求められます。熱間金型の金属は、安定した焼戻し抵抗を提供する必要があります。

耐熱性は、高温での機械的応力に耐える鋼の能力です。耐熱鋼および合金は、負荷がかかった状態で高温で長時間動作できるものです。耐熱鋼は通常、同時に耐熱性があります。

クリープは、一定の負荷と高温の長時間の作用の下で増加する変形です。炭素および合金構造用鋼の場合、クリープは350°Cを超える温度で発生します。

クリープは、特定の温度で特定の時間に特定の量だけ鋼を変形させる応力として理解されるクリープ限界によって特徴付けられます。

耐熱合金。耐熱ニッケル合金の開発は、通常のニクロムにチタンとアルミニウムを少し加えることから始まりました。熱処理なしで2％未満のチタンとアルミニウムを添加すると、700°C付近の温度でニクロムのクリープ性能が大幅に向上します。

耐熱ニッケル合金は、鍛造合金と鋳造合金に分けられます。鍛造合金の耐熱特性は、熱処理中に形成されます。鋳造された高温ニッケル合金は、鍛造合金と組成が似ていますが、通常、より多くの量のアルミニウムとチタンを含んでいます。

耐寒性 - 低温の影響下で発生する可能性のある変形や破壊に抵抗する金属の能力。

電磁鋼板は、軟鋼の薄いシートです。電気機器のコアはそれから作られています。この鋼にはシリコンが含まれています。冷間圧延および熱間圧延された電気鋼、ならびに発電機および変圧器鋼があります。電磁鋼板の合金化には、0,5% Al が使用されます。

耐摩耗鋼。磨耗、高圧および衝撃の条件下で動作する部品 (キャタピラー車両の線路、クラッシャーのジョー、鉄道および路面電車の分岐点) には、110% C および 13% Mn を含むオーステナイト構造の高マンガン鋳鋼 0,9G11,5L が使用されます。使用済み。

鋳造状態では、鋼組織はオーステナイト粒界に沿って析出するオーステナイトと(Fe, Mn)3C型の炭化物からなり、その強度と衝撃強度が大幅に低下するため、鋳造部品は焼入れにかけられます。 1100°Cまで加熱し、水で冷却します。この温度では、炭化物がオーステナイトに溶解し、鋼はより安定したオーステナイト構造を獲得します。

衝撃やアブレシブ摩耗の条件下では、鋼の表層に結晶構造の欠陥（転位、積層欠陥）が形成され、表面が硬化します。加工硬化の結果としての硬度と耐摩耗性の向上は、衝撃荷重と冷間塑性変形下で可能です。

鋼 110G13L は硬化するため、切削による機械加工が不十分です。そのため、この鋼から部品または製品をその後の機械加工なしで鋳造によって製造することをお勧めします。この鋼の銘柄末尾のLは「鋳造」を意味します。

43. 非鉄金属およびその合金のマーキング、構造、特性および用途

非鉄金属には、銅、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉛、亜鉛、スズなどの貴重な特性があり、比較的コストが高いにもかかわらず、業界で使用されています。可能な場合は、非鉄金属を鉄金属または非金属材料 (プラスチックなど) に置き換えることがあります。

非鉄金属および合金の次のグループが区別されます。軽金属および合金 (密度 3.0 g/cm3)。銅合金および特殊な非鉄合金 - 白銅、スターリングシルバー、貴金属など。

工業用途では、銅は非鉄金属の中で第一の地位を占めています。銅の特性は、高い延性、導電性、熱伝導性、高い耐食性です。銅は電気工学、送電用のケーブルやワイヤの製造に使用され、機械工学で広く使用されるさまざまな合金の製造の基礎として機能します。

アルミニウムは、延性が高く、導電性が高く、耐食性にも優れた軽量の金属です。電線や皿の製造に使用され、またクラッドによって他の金属や合金を酸化から保護するために使用されます。純アルミニウムは機械的特性が低いため、機械工学ではほとんど使用されません。アルミニウムは、航空機の製造、自動車や車両の製造、計器の製造に広く使用されている多くの合金の製造の基礎です。アルミニウム合金は、変形（熱処理により硬化するものと硬化しないもの）および鋳造が可能です。ジュラルミンは最も一般的な合金で、変形して使用され、熱処理によって強化されます。

マグネシウムは最も一般的な金属であり、色は銀白色です。マグネシウムの大きな利点は、それが非常に軽い金属であるということです。主な欠点は、耐食性が低いことです。純粋なマグネシウムは技術的には分布していませんが、軽合金の製造の基礎として使用されています。

以下のグレードの非鉄金属（GOST）が確立されています。

アルミニウム - AB1、AB2、AOO、AO、A1、A2、および A3;

銅 - MO、M1、M2、ME、M4;

スズ - 01、02、OE、04; リード - CB、CO、C1、C2、C3、C4;

亜鉛 - TsV、TsO、Ts1、Ts2、Ts3、Ts4;

マグネシウム - Mg1、Mg2。

真鍮。真ちゅうは純銅と比較して、強度、延性、硬度が高く、流動性と耐食性に優れています。

真鍮は単純な真鍮に加えて、鉄、マンガン、ニッケル、スズ、シリコンを添加した特殊な真鍮を使用しています。特殊真鍮の合金成分量は7～8%を超えません。特殊な真鍮は機械的特性を改善しています。それらのいくつかは、中炭素鋼に強度が劣っていません。

GOSTによると、真ちゅうは文字Lと合金中の銅の量を示す数字で示されます。

合金成分の名称は次のとおりです。 F - 鉄。 N - ニッケル。 O - 錫; K - シリコン; C - リード。合金成分の量を数字で示します。

真鍮は鋳造（成形鋳造に使用）され、圧力処理を受けます。真鍮は、シート、ワイヤー、スリーブ、打ち抜き金具、調理器具の製造に使用されます。

青銅は、スズ、アルミニウム、シリコン、ニッケルです。錫青銅は、高い耐食性、優れた流動性、および強化された減摩特性を備えています。鋳物はそれらから作られています。追加の元素（亜鉛、鉛、ニッケル）を導入すると、希少なスズの含有量を減らしてより良い特性を実現できるため、単純なスズ青銅はめったに使用されません。

GOST によると、錫ブロンズには BrO の文字と錫の含有量を示す数字が付けられています。後続の文字と数字は、ブロンズ内の追加要素の存在と量を示しています。追加の要素を指定するには、特別な真鍮をマークするときと同じ文字が使用されます。亜鉛は文字 C、リンは文字 F で表されます。

スズは高価な金属であり、実際にはめったに使用されません。スズ青銅の代替品は、アルミニウム、シリコン、マンガン、その他の青銅です。

アルミニウム青銅は、最大 11% の A1 の含有量で使用されます。構造上、青銅は主に (最大 9,7% の Al) 単相であり、銅にアルミニウムが固溶したものです。機械的特性に関しては、アルミニウム青銅はスズ青銅よりも優れており、延性、耐食性、耐摩耗性があります。

欠点は、液体状態から冷却すると収縮が大きいことと、液体ブロンズ中で酸化アルミニウムが容易に形成され、その流動性が損なわれることです。追加元素 (鉄、マンガン) により機械的特性が向上します。シリコンブロンズは均質合金（固溶体）に属し、高い機械的特性と鋳造特性を備えています。錫青銅を置き換えます。特性を改善するために、マンガンとニッケルがシリコンブロンズに導入されます。

44.アルミニウム; アルミニウムの特性に対する不純物の影響; 鍛造および鋳造アルミニウム合金

アルミニウムは、密度が低く、熱伝導率と電気伝導率が高く、金属表面に緻密な Al 酸化膜が形成されるため、多くの環境で優れた耐食性を備えています。₂0₃. 技術的にアニールされたアルミニウム ADM は、冷間塑性変形によって硬化します。

アルミニウムは延性が高く、圧力で簡単に加工できますが、切削時に合併症が発生します。その理由のXNUMXつは、金属が工具に付着することです。

アルミニウムに存在する不純物に応じて、その腐食、物理的、機械的、および技術的特性の変化が観察されます。ほとんどの不純物は、アルミニウムの電気伝導率に悪影響を及ぼします。最も一般的な不純物は鉄、シリコンです。鉄は、導電性とともに、延性と耐食性を低下させ、アルミニウムの強度特性を向上させます。アルミニウムとシリコンおよびマグネシウムの合金に鉄が含まれていると、合金の特性に悪影響を及ぼします。ニッケルが存在するアルミニウム合金でのみ、鉄は有用な不純物と見なされます。

アルミニウム合金で最も一般的な不純物はシリコンです。この金属は、銅、マグネシウム、亜鉛、マンガン、ニッケル、クロムと同様に、主成分としてアルミニウム合金に導入されています。 CuAl化合物₂、Mg₂Si、CuMgAl₂- アルミニウム合金を効果的に強化します。

アルミニウム合金の基本的な合金元素。マンガンは耐食性を向上させます。シリコンは、共晶の形成に関与するため、多くの鋳造アルミニウム合金 (シルミン) の主要な合金元素です。

Ni、Ti、Cr、Fe は、拡散プロセスを抑制し、安定した複合合金強化相を形成することにより、合金の耐熱性を高めます。合金中のリチウムは弾性率の増加に貢献します。同時に、マグネシウムとマンガンはアルミニウムの熱伝導性と電気伝導性を低下させ、鉄は耐食性を低下させます。

アルミニウム合金のマーキング。現在、古い英数字と新しいデジタルの XNUMX つの合金マーキングが同時に使用されています。これに加えて、合金の機械的、化学的およびその他の特性を定性的に反映する、半製品および製品の技術的処理の英数字のマーキングがあります。

アルミニウム合金の分類。粉末合金および複合材料の製造には塑性変形および鋳造プロセスが使用されるため、アルミニウム合金は主に鍛造アルミニウム合金と鋳造アルミニウム合金に分けられます。

アルミニウム合金は、熱処理によって硬化する能力に応じて、硬化と非硬化に分けられます。それらは、均質化、再結晶化、および軟化アニーリングにかけることができます。

Al-Cu-Mg系合金（ジュラルミンD1、D16、D18、D19など）は、強度と延性を兼ね備えており、熱処理によりジュラルミンが強化され、スポット溶接による溶接性が向上します。十分に機械加工できますが、加熱後に粒界腐食が発生しやすくなります。合金の耐食性はクラッディングによって大幅に向上します。

航空業界では、航空機構造の動力要素（D1、D16）であるプロペラブレード（D19）の製造にデュラルミンが使用されています。

Al-Zn-Mg-Cu系の高強度合金（V93、V95、V96Ts）は、高い引張強度（最大700 MPa）が特徴です。同時に、十分な可塑性、耐クラック性、および耐食性は、凝固の段階的な時効 (T2、T95) と、高純度 (V95kch) および特殊 (VXNUMXoch) の合金を使用することによって達成されます。

高弾性率合金 1420 は、アルミニウムとリチウムおよびマグネシウムの合金 (Al-M-Li システム) により、密度が減少 (11%) すると同時に、弾性率が増加 (4%) します。

鍛造合金AK6およびAK8（Al-M-Si-Cuシステム）は、熱間加工時に高い塑性を示します。それらは十分に溶接され、よく機械加工されていますが、応力下で腐食しやすいです。耐食性を確保するために、AK6およびAK8合金で作られた部品は、陽極酸化処理されるか、塗料やワニスでコーティングされています。鍛造合金は、負荷がかかった状態で機能する鍛造およびプレス加工された航空機部品の製造に使用されます。これらの合金は極低温で動作することができます。

A1-Cu-Mn（D20、D21）およびAl-Cu-Mg-Fe-Ni（AK4-1）システムの耐熱アルミニウム合金は、高温（最大300°C）。耐熱性は、ニッケル、鉄、チタンと合金を合金化することで実現されます。これらの合金は、拡散プロセスを阻害し、加熱による凝固に耐性のある複雑に合金化された微細分散強化相を形成します。合金は、高温状態で高い延性と作業性を備えています。

鋳造アルミニウム合金。

成形鋳造用の合金の主な要件は、優れた鋳造特性（高流動性、低収縮、低熱間割れおよび多孔性）と最適な機械的および化学的（耐食性）特性の組み合わせです。共晶合金は最高の鋳造特性を持っています。

45.銅; 銅の特性に及ぼす不純物の影響。真ちゅう、青銅、銅-ニッケル合金

銅は赤い金属で、ピンク色の割れ目で、融点は 1083 °C です。FCC 結晶格子の周期は 0,31607 ピットです。銅の密度は 8,94 g/cm3 です。銅は高い電気伝導性と熱伝導性を持っています。銅の比電気抵抗は 0,0175 μOhm m です。

銅グレード: M00 (99,99% Cu)、MO (99,97% Cu)、M1 (99,9% Cu)、M2 (99,7% Cu)、M3 (99,50% Cu)。銅に含まれる不純物は、その特性に大きな影響を与えます。

不純物と銅との相互作用の性質に応じて、それらはXNUMXつのグループに分けることができます。

1. 銅に固溶する不純物：Ni、Zn、Sb、Fe。 Pなどこれらの不純物（特にSb）は銅の電気伝導率と熱伝導率を大幅に低下させるため、銅M0とM1が電流導体に使用されます。アンチモンは熱間加工を困難にする。

2. 不純物 Pb、Bi などは、実質的に銅に溶解せず、低融点の共晶を形成し、結晶粒界に沿って分離し、圧力による処理を困難にします。

Biの含有量が0,005%の場合、銅は圧力による熱間加工中に破壊され、ビスマスの含有量が高くなると、銅は冷間脆性になります。これらの不純物は、電気伝導率にほとんど影響を与えません。

3. 酸素と硫黄の不純物、銅と銅の脆い化合物を形成₂OとCu₂S、共晶の一部です。酸素が溶液中にあると、電気伝導度が低下し、硫黄は影響しません。硫黄は切削によって銅の被削性を向上させ、酸素が銅に存在すると亜酸化銅を形成し、「水素病」を引き起こします。

銅は水素を含む雰囲気で加熱されると、銅の深部に拡散します。銅にCuが含まれている場合₂ああ、それから水素と反応して水蒸気が生成されます。銅合金には主に XNUMX つのグループがあります。真鍮 - 銅と亜鉛の合金。青銅は銅と他の元素との合金です。

真ちゅうは銅をベースにした多成分合金で、主成分は亜鉛です。テクニカルブラスには、最大40〜45％のZnが含まれています。冷間および高温条件で容易に変形する単相b黄銅には、延性が最も高いL96（トンパック）、L80（セミトンパック）、L68が含まれます。二相（α+β）-真ちゅう、L59およびL60は、低温状態では延性が低く、高温圧力処理が施されます。

真ちゅうは技術に基づいて、変形と鋳造のXNUMXつのグループに分けられます。真ちゅうは、清算されにくく、摩擦防止効果があります。

鍛造真ちゅうは、大気条件で高い腐食特性を持っています。

成形鋳造用の真鍮には、鋳造特性を向上させる特殊な添加剤が多数含まれています。

錫青銅。スズが豊富な合金は非常に脆いです。スズ青銅は通常、Zn、Pe、P、Pb、Niおよびその他の元素と合金化されています。亜鉛は青銅の技術的特性を改善し、青銅のコストを削減します。リンは鋳造特性を改善します。ニッケルは、鋳造物の機械的特性、耐食性、密度を高め、偏析を減らします。鉄は穀物を粉砕しますが、青銅の技術的特性と耐食性を悪化させます。

鋳造性に優れた鍛造および鋳造の錫青銅があります。二相青銅は高い減摩特性を持っています。それらは減摩部品の製造に使用されます。

ニッケル合金は、機械工学で広く使用されています。ニッケルは、銅の耐腐食性を高め、機械的特性と鋳造特性を向上させます。ニッケルのコストが高いため、ニッケルのみを含む青銅は使用されません。ニッケルは他の元素と組み合わせて導入されます。

ニッケル合金は業界で一般的に使用されており、以下の名前が付けられています。白銅 (18 ～ 20% のニッケルを含む銅の合金) - スリーブに使用され、白色で高い耐食性を持ちます。コンスタンタンは、39 ～ 41% のニッケルを含む銅の合金です。コンスタンタンは電気抵抗が高く、加減抵抗器や電気測定器のワイヤーやテープなどに使用されています。

銅とその合金は、電気工学、電子工学、計装、鋳造、およびエンジン製造で広く使用されています。したがって、生産された銅の 50% は、電気および電子産業によって消費されます。非鉄金属ではアルミに次いでXNUMX位の生産量です。

銅の技術的および技術的特性：高い電気伝導性および熱伝導性、十分な耐食性、圧力による良好な加工性、あらゆるタイプの溶接による溶接性、良好なはんだ付け性、容易な研磨。純銅は強度が低く延性が高い。銅の欠点は次のとおりです。

- 高価;

-かなりの密度;

-鋳造中の大きな収縮;

-高温脆性;

- 切断の複雑さ。

46. マグネシウムおよびその合金

マグネシウムは反応性金属です。空気中で形成される MgO 酸化膜は、マグネシウム自体よりも密度が高いため、亀裂が入り、保護特性がありません。マグネシウム粉末と削りくずは非常に可燃性です。熱く溶けたマグネシウムが水に触れると爆発します。

マグネシウムとその合金は耐食性が低く、鋳造時の流動性が低く、高温（225°C以上）でのみ塑性変形します。後者は、低温でのマグネシウムの六角形格子のシフトが、底面（六角柱の底面）に沿ってのみ発生するという事実によるものです。 200〜300°Cに加熱すると、追加のすべり面が出現し、それに応じて塑性が増加します。マグネシウム合金の原子の拡散移動度が低いと、マグネシウム合金の相変態が遅くなります。したがって、熱処理（拡散または再結晶アニーリング、硬化、時効）には長時間（最大24時間）の暴露が必要です。

同時に、マグネシウム合金は比強度が高く、振動をよく吸収し、ウランと相互作用しないという特徴があります。それらは切断によってよく処理され、アルゴンアークと接触によって十分に溶接されます

溶接。マグネシウム合金の主な合金元素は、Mn、Al、Zn です。

マンガンは、マグネシウム合金の耐食性と溶接性を高めます。アルミニウムと亜鉛は、マグネシウム合金の強度と延性に大きな影響を与えます。機械的特性の最大値は、合金に 6 ～ 7% のアルミニウムまたは 4 ～ 6% の亜鉛が導入されたときに達成されます。これらの元素 (Al、Zn) はマグネシウムと硬化相を形成し、時効による急冷後に微細に分散した形で析出します。

ジルコニウム、チタン、アルカリ土類 (Ca) および希土類 (Ce、1a) 金属とトリウムは、粒子を粉砕し、合金を脱酸し、耐熱性を高めます。

製品の製造技術によると、マグネシウム合金は鋳造（「ML」と表示）と鍛造（「MA」）に分けられます。マグネシウム合金には、さまざまな熱処理が施されています。

そのため、鋳造合金の偏析をなくすために (鋳造中に放出された余分な相を溶解し、粒子体積によって化学組成を均一化する)、成形された鋳物とインゴットの拡散焼鈍 (均質化) が行われます (400 ～ 490 °C、10 ～ 24 時間)。 . 硬化は、250 ～ 350 ℃ での再結晶アニーリングによって除去されます。この間、塑性変形中に発生した機械的特性の異方性も減少します。

マグネシウム合金は、組成に応じて、急冷（多くの場合、空気中での冷却を伴う）とそれに続く150〜200°C（Tbモード）での時効によって硬化できます。多くの合金は、鋳物または鍛造品を冷却する過程ですでに硬化しており、人工時効 (バイパス硬化) によってすぐに硬化することができます。しかし、ほとんどの場合、380 ～ 540 °C (T4 モード) での均質化 (焼入れ) のみに限定されます。これは、その後の時効により強度が 20 ～ 35% 増加すると、合金の延性が低下するためです。鋳造合金。

鋳造マグネシウム合金では、機械的特性の向上は、溶融物を過熱するか、チョークまたはマグネサイト添加剤で変更して粒子を粉砕することによって達成されます。

この場合、融液中で固体粒子が形成され、結晶化の中心となります。マグネシウム合金の発火を防ぐために、マグネシウム合金はフラックスの層の下で鉄るつぼ内で溶解され、金属の流れに硫黄が導入されるときに生成される二酸化硫黄の蒸気中で鋳造が行われます。砂型で鋳造する際、マグネシウムの酸化を抑えるために特別な添加剤（フッ化アルミニウム）が混合物に加えられます。鋳造マグネシウム合金の中では、鋳造特性と機械的特性の向上を特徴とする ML5 および ML6 合金が広く使用されています。これらは、空気中での均質化と硬化 (T4)、または追加の時効 (T6) によって強化できます。

鍛造合金。

変形 (圧縮) マグネシウムは、鋳造マグネシウムよりも高い一連の機械的特性を備えています。

鍛造合金は、鍛造品、ダイブランク、熱間圧延ストリップ、バー、プロファイルの形で製造されます。マグネシウム合金成形の技術プロセスの温度範囲は、次の制限内にあります: 300-480 °C でのプレス、440-225 °C での圧延、および 480-280 °C でのスタンピング (閉じた金型)。優れた耐食性、溶接性、および技術的延性は、低強度合金のグループに属する MA1 合金によって区別されます。

合金MA2-1は、機械的および技術的特性の最適なセット（十分に溶接、打ち抜き）を組み合わせていますが、応力下で腐食する可能性があります。耐熱性（最大250°C）は、システム（Md-Zn-Zr）MA14の合金です。合金は、空気中でプレスおよび冷却した後、人工時効（T5モード）によって硬化します。機械的特性が向上しているのが特徴ですが、圧延中に高温の亀裂が発生しやすくなります。

マグネシウム合金の応用。マグネシウム合金は、ロケット、ポンプ、計器、燃料および酸素タンク、エンジンフレーム、ケーシングのハウジングの製造に使用されます。したがって、ML5 および ML6 合金は、ブレーキドラム、ハンドル、ギアボックス、ML10 - 高気密装置の部品の鋳造に使用されます。

継手、ガスおよびオイルシステム、溶接部品は変形可能な合金 MA1 で作られ、高負荷部品は MA14 で作られています。

47. チタンおよびその合金

チタンとそれに基づく合金は、高い耐食性と比強度を持っています。チタンの欠点：大気ガスとの活発な相互作用、水素脆化の傾向。

窒素、炭素、酸素、水素はチタンを強化し、延性、耐食性、溶接性を低下させます。チタンは、切削では不十分に加工されますが、圧力では十分に加工され、保護雰囲気で溶接されます。消耗電極を使用した真空アーク再溶解を含む真空鋳造が普及しています。

チタンの同素体変態：低温および高温。

合金元素には、チタンの多形変態温度 (882,5 °C) への影響に応じて 1 つの主なグループがあります。 b 安定剤 (b 相の存在領域を拡大し、変態温度を上昇させる元素 - AXNUMX) 、Oa、C）および c- 安定剤（b 領域を狭め、多形変態の温度を下げる元素 - V、Mo、Cr）。

合金元素は、チタンへの溶解度が高い（限界内 - 無制限）および制限された元素の XNUMX つの主なグループに分類されます。溶解度が限られている元素は、チタンとともに金属間化合物、ケイ化物、格子間相を形成する可能性があります。

合金元素はチタン (Fe、Al、Mn、Cr) の性能特性に影響を与え、強度を高めますが、弾性と靭性を低下させます。 A1、Zrは耐熱性を高め、Mo、Zr、Taは耐食性を高めます。

チタン合金の分類。工業用チタン合金の構造は、チタンのb-およびb-修飾における合金元素の固溶体です。

チタン合金の熱処理の種類。

冷間成形合金の再結晶 (単純) アニーリング (650 ～ 850 °C)。

等温アニーリング (780 ～ 980 °C に加熱した後、炉内で 530 ～ 680 °C に冷却し、この温度に保持して空気中で冷却する) により、合金の高い延性と熱安定性が保証されます。

XNUMX 段階アニーリング (第 XNUMX 段階から第 XNUMX 段階への移行が合金を空気中で冷却し、続いて第 XNUMX 段階の温度に再加熱することによって実行されるという点で、等温とは異なります)。これにより、合金が強化され、硬化および老化プロセスの部分的な発生による可塑性の低下。

機械加工中に発生する残留応力を緩和するために、500〜680°Cで部分的に焼きなましします。

硬化熱処理。ほとんどのチタン合金はアルミニウムと合金化されているため、材料の剛性、強度、耐熱性、耐熱性が向上し、密度も低下します。

α-チタン合金は熱処理によって硬化しません。それらの硬化は、固溶体合金化と塑性変形によって達成されます。

（α+β）-チタン合金は混合構造を特徴とし、硬化と時効からなる熱処理によって硬化します。

疑似βチタン合金は、β安定剤の含有量が高く、マルテンサイト変態が生じないという特徴があります。この合金は、硬化状態での高い延性と時効状態での高い強度が特徴です。アルゴンアーク溶接で良好に溶接されています。

鋳造チタン合金。鍛造合金と比較して、鋳造合金は強度、延性、耐久性が低くなりますが、安価です。チタン合金の鋳造の複雑さは、チタンとガスおよび成形材料との活発な相互作用によるものです。鋳造合金VT5L、VT14L、およびVTZ-1Lは、基本的に同様の鍛造合金と組成が一致します（同時に、VT14L合金には鉄とクロムが追加で含まれています）。

VT5L 合金は高い技術的特性を備えています。延性があり、鋳造中に割れにくく、溶接性に優れています。 VT5L 合金の成形鋳造品は、最高 400 °C の温度で動作します。この合金の欠点は、強度が低いことです (800 MPa)。二相鋳造合金 VT14L は、硬化熱処理の代わりに 850°C でアニールされます。これにより、鋳造品の可塑性が大幅に低下します。

粉末チタン合金。チタン合金の製造に粉末冶金法を使用すると、鋳造または変形可能な材料と同じ操作特性で、製品の製造コストと時間を最大 50% 削減できます。熱間静水圧圧縮成形 (HIP) によって得られたチタン粉末合金 VT6 は、焼きなまし後の鍛造合金と同じ機械的特性を持っています。焼入れ時効鍛造合金 VT6 に対して、粉末合金は強度は劣りますが、延性に優れています。

チタン合金の使用：航空機、船舶、潜水艦のメッキ。ミサイルとエンジンの砲弾; 固定タービンのディスクとブレード、および航空機エンジンのコンプレッサー。プロペラ; 液化ガス用シリンダー; 攻撃的な化学環境用の容器など

48. 複合材料の種類。構造・性質・用途

複合材料は、個々の特性を維持しながら、さまざまな方法でモノリスに結合されたXNUMXつのコンポーネントで構成されます。

素材の特徴:

- コンポーネントの構成、形状、および分布が事前に決定されている。

- 境界で区切られた XNUMX つのコンポーネントと、より異なる化学組成で構成されています。

- 個別に取得されたコンポーネントのプロパティとは異なるプロパティを持っています。

- マクロスケールでは均質で、マイクロスケールでは異種。

-自然界では発生せず、人工的に発生します。

材料の成分は幾何学的に異なります。マトリックスは、ボリューム全体にわたって連続性を持つコンポーネントです。フィラーは不連続な強化成分です。

複合材料では、金属とその合金、有機および無機ポリマー、セラミック材料がマトリックスとして使用されます。特性は、コンポーネントの物理化学的特性とコンポーネント間の結合の強さに依存します。複合材料の構成要素は、互いに異なる特性を持って選択されます。このような材料は、高い比剛性および比強度を有する。

ゼロ次元フィラーを含む一般的な複合材料は、金属または合金で作られた金属マトリックスです。硬化剤粒子が均一に分布している複合材料は、等方性によって区別されます。分散粒子で強化された組成物は、粉末冶金法によって得られます。

アルミニウムをベースとしたアルミニウムマトリックスを含む複合材料は、アルミニウム粉末を圧縮して焼結 (SAP) することによって得られる A1203 粒子によって強化されます。

SAP 合金は高温状態でも十分に変形し、SAP-1 合金は低温状態でも変形します。 SAP は切削加工が容易で、アルゴンアーク溶接や抵抗溶接でも良好に溶接できます。 SAP は、シート、プロファイル、パイプ、フォイルの形で半製品を製造します。

ニッケルマトリックスとの複合材料。

硬化成分は、二酸化トリウム (TIO02) または二酸化ハフニウム (HfO02) の有毒粒子です。これらの材料は、それぞれ VDU-1 および VDU-2 と呼ばれます。複合材料 VDU-1 および VDU-2 はプラスチックであり、さまざまな方法 (鍛造、スタンピング、据え込み、深絞り) によって広い温度範囲で変形します。 VDUタイプの合金で作られた部品を接合するには、溶融を防ぐために高温はんだ付けまたは拡散溶接が使用されます。 VDU-2 合金は、航空機エンジンの製造に使用されています。

一次元フィラーを含む複合材料は、ウィスカー、繊維 (ワイヤー) の形をした一次元要素によって強化されます。

繊維は、マトリックスによって単一のモノリスにまとめられます。マトリックスは、強化繊維を損傷から保護する役割を果たし、負荷を繊維に伝達する媒体であり、個々の繊維が破断した場合に応力を再分配します。

ニッケルマトリックス上の複合材料

耐熱ニッケル合金は、動作時間と動作温度を 1100 ～ 1200 °C まで高めるために強化されています。ニッケル合金を強化するために、ウィスカー、高融点金属と合金のワイヤー、炭素繊維、炭化ケイ素などの硬化剤が使用されます。

共晶複合材料 - 共晶組成の合金。それらでは、強化相は配向結晶であり、方向性結晶化中に形成されます。

指向性結晶化法は、Al、Md、Cu、Co、Tc に基づく複合材料を生成します

アルミニウムをベースにした共晶複合材料

方向性結晶化の方法により、Al-A^M と Al-CuAl1 の組成が得られます。この組成物は、融解温度までの高い構造安定性を特徴としています。

ニッケルベースの共晶複合材料は、ロケットや宇宙技術で使用される耐熱材料です。硬化相の体積分率が 33 ～ 35% を超えるラメラ組成物は、もろくなります。プラスチック組成物には、タンタル、ニオブ、および炭化ハフニウムからの繊維の体積分率が 3 ～ 15% のニッケルベースの組成物が含まれます。

非金属ベースの複合材料。

硬化したエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂がマトリックスとして使用されます。

同じ種類の繊維で強化された複合材料は、強化繊維と呼ばれます。配向した個々のストランドに配置された長いガラス繊維の形態のフィラーを含む組成物は、配向ガラス繊維と呼ばれる。

無配向ガラス繊維のフィラーは短繊維です。強化材がグラスファイバーの場合、その材料はグラスファイバーと呼ばれます。炭素繊維を含む複合材料をカーボンファイバー、ボロン繊維をボロンファイバー、有機繊維をオルガノロッカイトと呼びます。ポリマーマトリックスを備えた複合材料の利点: 高い比強度と弾性特性。攻撃的な環境に対する耐性。優れた耐摩擦性と摩擦特性に加え、高い遮熱性と衝撃吸収性を備えています。

49.化学組成、粉末の入手方法、特性およびそれらの制御方法

粉末材料 - 金属粉末を必要な形状とサイズの製品にプレスし、その後真空または保護雰囲気で成形製品を焼結した結果として得られる材料。

減摩粉末合金は、摩擦係数が低く、機械加工が容易で、耐摩耗性に優れています。

非鉄材料をベースにした合金は、機器の製造や電子工学で使用されています。粉末材料は、単純な対称形状、小さな質量とサイズを持つ部品の製造に使用されます。

粉末冶金は、金属粉末とそれからの部品の製造を扱う技術分野です。金属粉末をプレスしてブランクにし、熱処理 - 焼結を行います。金属粉末は、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルト、タングステン、モリブデン、チタンです。粉末を製造するには、機械的方法と物理化学的方法の XNUMX つの方法があります。

最も一般的なのは、原料（チップ、スクラップ）の機械的粉砕方法です。粉砕には機械式ミルが使用されます。機械研磨には欠点があります。これらには、元の鋳造金属および合金の製造コストを含む粉末の高コスト、およびプロセスの比較的低い生産性が含まれます。

粉末を得るための物理化学的方法：酸化物の還元、塩水溶液からの金属粉末の沈殿。粉末の製造は、原材料の化学組成の変化に関連しています。粉末を得るための物理化学的方法は、機械的方法よりも汎用性があります。安価な原材料を使用するため、物理化学的方法は経済的です。

粉末の化学組成は、ベース金属または成分と不純物の含有量によって決まります。粉末の物理的特性は、粒子のサイズと形状、微小硬度、密度、および結晶格子の作成によって決まります。技術的特性は、粉末の流動性、圧縮性、固化によって特徴付けられます。

流動性-金型を満たす粉末の能力。自動プレスでは流動性が非常に重要であり、プレスの性能は金型の充填速度に影響されます。低流動性は、ワークピースの密度の不均一性に影響を与えます。

圧縮性とは、外部負荷の作用下で粉末が圧縮される能力と、圧縮の結果としての粒子の接着強度を指します。粉末の圧縮率は、粒子の材料の可塑性、サイズ、および形状の影響を受けます。粉末の組成に界面活性剤を導入すると増加します。

ブランクおよび完成部品の製造に使用される構造材料は、粉末冶金法を使用して取得されます。特殊な物理的、機械的、および性能特性を備えた複合材料は、業界で広く使用されています。

滑り軸受の製造には、減摩サーメット材料が使用されます。減摩材料では、硬い部分は金属ベースであり、柔らかい部分は油またはプラスチックで満たされた細孔です。

摩擦複合材料は、銅または鉄をベースとした複雑な組成物です。グラファイトまたは鉛は、組成物の摩耗を減らすのに役立ちます。摩擦材料はバイメタル要素として使用され、摩擦層で構成され、加圧下でベース (ディスク) と焼結されます。

フィルターには多孔性の高い素材が使われています。フィルターは、耐食鋼、アルミニウム、チタンの粉末で作ることができます。

高多孔質金属材料は、予備プレスなしで粉末焼結によって製造されます。焼結プロセス中にガスを放出するために、特殊な物質が粉末に追加されます。

金属セラミック硬質合金は、高い硬度、耐熱性、耐摩耗性を備えています。それらは切削工具や穴あけ工具の製造に使用され、摩耗部品の表面にも適用されます。

粉末冶金は、ダイヤモンド金属材料を生成します。バインダーには金属粉（銅、ニッケル）を使用しています。

現代の複合材料技術では、繊維材料が広く使用されています。これらを製造するには、作成される材料の必要な特性に応じて、タングステン、モリブデン、ホウ素、グラファイトで作られたワイヤーが使用されます。繊維冶金は、繊維材料の研究と作成の問題の解決に特化した粉末冶金の一分野です。

調合工程には、予備焼鈍、粉体の粒度別選別（ふるい分け）、混合があります。

50. 粉末の成形と焼結、応用分野

ケーキングとは、圧縮されたブランクの熱処理の結果としての粒子の接着強度です。

準備された粉末は、ボールミルとドラムミルで混合されます。金属粉末からのブランクは、プレス（冷間、熱間、静水圧）および圧延によって形成されます。プレスされたブランクのサイズと複雑さに応じて、片面プレスと両面プレスが使用されます。シンプルな形状のブランクスやブッシングなどのブランクスの片面レシーブ。両面プレスにより、複雑な形状のワークの成形を行います。

ホットプレスでは、ワークピースの成形と焼結のプロセスが技術的に組み合わされます。ホットプレスの結果、高い強度、密度、および構造の均一性を特徴とする材料が得られます。グラファイトは金型を作るのに最適な素材です。

静水圧プレスは、サーメットブランクを得るために使用されます。作動流体として、油、水、グリセリンが使用されます。

押し出しは、さまざまなセクションのバー、パイプ、およびプロファイルを生成します。製造された部品のプロファイルは、キャリブレーションされた金型穴の形状によって異なります。機械プレスと油圧プレスが設備として使用されています。

ローリングは、粉末材料の処理に使用される最も生産的で有望な方法の XNUMX つです。場合によっては、圧延プロセスは、得られたワークピースの焼結および最終加工と組み合わされます。

焼結は、プレスまたは圧延によって事前に得られたワークピースの強度を高めるために行われます。プレス加工品では、個々の粒子が接触する割合が小さいため、焼結に伴い、個々の粉末粒子間の接触が増加します。焼結の時間と温度に応じて、接触面の形成が活性化された結果、強度と密度が増加します。技術的パラメータを超えると、結晶粒の成長の結果として強度が低下する可能性があります。

ビレットを加熱するための非酸化条件 - 焼結雰囲気に要件が課せられます。

焼結プロセス後のブランクは、物理的および機械的特性を改善し、最終的な寸法と形状を取得し、装飾コーティングを適用し、部品の表面を腐食から保護するために追加の処理を受けます。

焼結ブランクの物理的および機械的特性を改善するために、プレスと焼結の繰り返し、潤滑剤の含浸、熱処理または化学熱処理が使用されます。

プレスと焼結を繰り返すことで、高密度の部品が得られます。焼結された材料は、高温で鍛造、圧延、打ち抜きすることができます。加圧処理により、材料の気孔率が減少し、可塑性が向上します。

粉末金属材料は、粉末バッチ処理、成形、および焼結法を使用して製造された焼結材料です。これらの材料には、硬質合金、分散強化複合材料、抗摩擦および摩擦材料、粉末鋼、焼結非鉄金属、多孔質金属材料が含まれます。

粉末鋼から焼結部品を得るには、炭素鋼粉末と合金鋼粉末だけでなく、鉄粉末と合金粉末の混合物が使用されます。粉末鋼の製造方法: 冷間プレスと焼結。二重プレスと焼結。ホットプレス。熱間鍛造。粉末鋼の熱処理は、特別な保護環境で行われます。酸化プロセスを防ぐために、鋼を冷却するために油または水が使用されます。粉末鋼には、特徴的な構造要素である気孔があります。材料の気孔率が大きくなると、鋼の密度、強度、靭性が低下します。しかし、材料の多くの特性は気孔率に単調に依存するわけではありません。したがって、鉄粉の耐亀裂性と衝撃靱性は気孔率に応じて非単調に変化します。

銅と鋼のダイを使用して調製された粉末焼結減摩材料は、現代の機械工学で広く使用されています。より耐久性があり高品質の材料を調製するために、フッ化カルシウム、グラファイト、ターボストラティック窒化ホウ素などの特殊な添加剤が使用されます。その結果、焼結プロセス後に多孔質構造が形成されます。この構造の細孔チャネルは、油粒子やその他の液体潤滑剤を保持できます。多孔質構造の材料は、使用するのに非常に高価な青銅およびバビットメタルの減摩合金の代わりに最適です。

粉末冶金では、鉄、コバルト、その他の高融点金属を使用して得られる鉱物セラミックが製造されます。ベリリウム製品も粉末冶金で製造されています。製造工程：成形および焼結、熱間塑性変形。

51. 無機ガラス。テクニカルセラミックス

無機ガラス-脆い固体の特性を持つ化学的に複雑なアモルファス等方性材料。

メガネは次のとおりです。

1. ガラスフォーマー - ベース:

a) Si0₂ - ケイ酸塩ガラス。SiO02 > 99% の場合、石英ガラスです。

b) AI₂O₃ +Si0₂ - アルミノケイ酸ガラス;

c) イ₂0₃ +Si0₂ -ホウケイ酸ガラス;

d）AI₂0₃ + B₂0₃ +Si0₂ -アルミノボロシリケートガラス;

2. ガラスに特定の特性を与えるために改質剤が導入されます。アルカリ土類金属の酸化物（I、II族：Na、K）を導入すると軟化点が下がります。クロム、鉄、バナジウムの酸化物はガラスに特定の色を与えます。酸化鉛は屈折率を増加させます。改質剤の量に応じて、ガラスは次のようになります。改質剤含有量が最大 20 ～ 30% のアルカリ性、無アルカリ - 改質剤の最大 5%、石英ガラス - 改質剤なし。

3.補償器、修飾子の悪影響を抑制します。車のガラス、グラスファイバー、光学、低熱伝導率、酸やアルカリに不溶。

ガラスの特性: ガラスは高い硬度と引張強度を特徴とします。理論的には、引張強度は 10 ～ 12 GPa に達します。弾性率 E = 70 GPa。ビッカース硬さHV～750kgf/mm2。実際の極限強度は50～100MPaです。 aB が低いことは、次の要因によって説明されます: 線膨張係数が高い。ガラスが冷えるにつれて、その表面に引張応力が形成され、亀裂が発生します。ガラスは断熱性に優れていますが、これは亀裂の形成にもつながります。ガラスは動的荷重に耐えられません。

ガラス硬化法：

1）欠陥のある表面層を取り除くための酸洗い。引張強さは3000MPaに増加します。将来、ガラスは研磨粒子または固体材料と相互作用するため、非効率的な方法です。

2）表面に圧縮応力が発生します。これを行うために、硬化が実行され、特定の温度に加熱が実行され、次にそれが所定のモード（加熱温度、冷却および保持時間）で冷却される。引張強度は1000〜1500MPaに増加します。

３）ガラス表面への高分子材料の適用。ポリマー結合剤は、ガラス表面のマイクロクラックを接着します。

石英ガラスは、二酸化ケイ素に加えて、アルカリおよびアルカリ土類金属の酸化物を含む他のケイ酸塩ガラスと比較して、高いガス透過性 (ヘリウム、水素、ネオン) を持っています。

複リン酸塩ガラスの構造と複ケイ酸塩ガラスの構造を結びつける XNUMX つのパラメーターがあります。基本的な構造単位は四面体要素酸素基です。修飾酸化物を追加すると、架橋していない酸素原子の数が増加します。

ガラスの硬化と溶解は、特定の温度範囲にわたって徐々に起こります。したがって、特定の凝固温度または溶融温度はありません。冷却プロセス中に、溶融物は液体から可塑性状態に移行し、その後固体状態に移行します (ガラス転移プロセス)。

有機ガラスは有機ポリマー - ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、塩化ビニルとメタクリル酸メチルの共重合体で、ガラス状態にあります。ポリメチルメタクリレートをベースにしたガラスは、最も実用的なアプリケーションを見つけました。有機ガラスは、その技術、硬化メカニズム、構造によって、無機ガラスとは異なります。

元素ガラスは、硫黄、セレン、ヒ素、リン、炭素などの少数の元素を形成できます。

ハロゲン化物ガラスは、ガラス形成成分 BeF2 に基づいて製造されます。フルオロベリレートガラスの多成分組成には、フッ化アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムが含まれます。フルオロベリレートガラスは、X 線などの硬放射線や、フッ素やフッ化水素などの攻撃的な媒体に対する耐性が高いため、実際に広く使用されています。

真空蒸着、気相からの凝縮、およびプラズマ溶射によってガラスを得る方法は、産業上の重要性を増しています。これらの場合、ガラスは溶融状態を迂回して気相から得ることができます。

セラミックス - 高温焼成の過程で塊を成形することによって得られる無機材料。酸化物セラミックスは、引張りや曲げ強度に比べて圧縮強度が高い。きめの細かい構造はより耐久性があります。温度が上昇すると、セラミックの強度は低下します。純粋な酸化物セラミックスは、酸化プロセスを受けません。

無酸素セラミックス。材料は非常に脆いです。炭化物とホウ化物の高温での耐酸化性は 900 ～ 1000 °C ですが、窒化物ではそれよりも低くなります。シリサイドは 1300 ～ 1700 °C の温度に耐えます。このような温度では、表面にシリカ膜が形成されます。

52. ポリマー、プラスチック

ポリマーは、その巨大分子が同じ原子群を表す多数の繰り返し基本単位で構成される物質です。分子の分子量は、500 から 1000000 の範囲です。

ポリマー分子では、多数の原子から構成される主鎖が区別されます。側鎖は短くなっています。

主鎖に同一の原子が含まれるポリマーをホモチェーンと呼び、炭素原子が含まれるポリマーを炭素鎖と呼びます。主鎖に異なる原子が含まれているポリマーをヘテロ鎖と呼びます。

ポリマー高分子は、その形状に応じて、直鎖状、分岐状、平面状、リボン状、空間状、または網状に分類されます。

線状ポリマー高分子はジグザグでらせん状にねじれた長い鎖であり、いくつかのユニットからなるセグメントである硬いセクションに限定された柔軟性を特徴としています。このような高分子は主鎖に沿って高い強度を持ち、相互結合が弱く、材料に高い弾性をもたらします。加熱すると軟化し、その後冷却するとポリマー (ポリアミド、ポリエチレン) が硬化します。

分岐した高分子には側枝が含まれているため、高分子が互いに接近しにくくなり、分子間相互作用が減少します。この形状のポリマーは、強度が低下し、融着性と破砕性が向上するという特徴があります。高分子の架橋形態は、より耐久性があり、不溶性で不融性のポリマーの特徴であり、溶媒中で膨潤し、加熱すると軟化する傾向があります。

ポリマー高分子は柔軟です。

プラスチック（プラスチック）は、ポリマーをベースにした有機材料で、加熱や圧力をかけると柔らかくなり、一定の安定した形状になります。単純なプラスチックは、化学ポリマーのみで構成されています。複雑なプラスチックには、フィラー、可塑剤、染料、硬化剤、触媒などの添加剤が含まれています。

フィラーは、硬度、強度、剛性を高め、特別な特性を付与するために、プラスチックに 40 ～ 70% の量で導入されます。フィラーは、布地および粉末状の繊維状物質である可能性があります。

可塑剤（ステアリン、オレイン酸）は、弾力性と可塑性を高め、プラスチックの加工を容易にします。

硬化剤（アミン）と触媒（過酸化物化合物）は、硬化のためにプラスチックに添加されます。

染料（無機顔料、有機塗料のアルコール溶液）は、プラスチックに特定の色を与え、コストを削減します。成分の組成、それらの組み合わせ、および量的比率により、プラスチックの特性を広範囲に変えることができます。プラスチックは特徴によって分類されます。

フィラーの種類別：固体フィラー付き。ガスフィラー入り。

加熱を繰り返すとバインダーポリマーが反応する。熱可塑性ポリマーをベースにした熱可塑性プラスチックは、加熱すると軟化し、冷却すると硬化します (純粋なポリマーまたは可塑剤、酸化防止剤を含むポリマー組成物)。

熱可塑性プラスチックは、収縮率が 1 ～ 3% と低いという特徴があります。それらは、脆弱性が低く、弾力性が高く、向きを変える能力が特徴です。

熱硬化性ポリマー (樹脂) をベースとした熱硬化性プラスチックは、熱処理 - 硬化後 - 熱安定状態になり、脆くなり、10 ～ 15% の高い収縮を示し、フィラーを含みます。

アプリケーションによって、それらはグループに分けられます。構造 - 電力部品および構造用、非電力部品用。ガスケット、シーリング; 摩擦と減摩; 電気絶縁、放射線透過断熱。火、油、酸に耐性があります。正面と装飾。

ポリエチレンは60～100℃で長時間使用できます。耐寒性は-70℃以下に達します。耐薬品性があり、溶剤に溶けないため、ワイヤーケーブルの保護シースの絶縁、高周波設備の部品、および耐食部品（パイプ、ガスケット、ホース）の製造に使用されます。フィルム、シート、パイプ、ブロックなどの形状で製造されます。ポリエチレンは劣化しやすいです。

ポリスチレンは、線状構造、高い誘電特性、十分な機械的強度、低い動作温度 (最大 100 °C)、アルカリ、鉱酸、有機酸、および油に対する耐薬品性を備えた、非晶質で硬く透明なポリマーです。 65%の硝酸、氷酢酸、ガソリン、灯油で膨張します。 200 °C を超える温度では分解してスチレンを形成します。ポリスチレンは、軽負荷部品や高周波絶縁体の製造に使用されます。欠点 - 低温では脆くなり、表面亀裂が徐々に形成される傾向があります。

プラスチックは、部品の製造のための機械工学および機器製造で広く使用されています。電気用プラスチックは、機械構造の電気絶縁材料として使用されています。

著者: ブスラエバ E.M.

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