Типы кристаллов

         Полиморфное превращение протекает в том случае, если при данной температуре может существовать металл с иной кристаллической решеткой и меньшим запасом свободной энергии. Из схемы видно, что в интервале температур 910 – 1392⁰С устойчивым является γ – Fe с кристаллической структурой, имеющей свободную энергию меньше, чем α – Fe, а при температуре ниже 910⁰С и выше 1392⁰С устойчиво α – Fe, так как его свободная энергия меньше чем γ – Fe. Переход чистого металла из одной полиморфной модификации в других условиях равновесия протекает при постоянной температуре и сопровождается выделением теплоты, если превращение идет при охлаждении, или поглощении теплоты – в случае нагрева. Как и при кристаллизации из жидкой фазы, для того чтобы полиморфное превращение протекало, нужно некоторое переохлаждение (или перенагрев) относительно равновесий температуры, для возникновения разности свободных энергий между исходной и образующейся новой модификациями. В твердом металле в отличие от жидкого возможно достижение очень больших степеней переохлаждения.

      Полиморфное превращение по всему механизму – кристаллический процесс осуществляется путем образования зародышей и последующего их роста. При полиморфном превращении кристаллиты (зерна) новой полиморфной формы растут в результате неупорядоченных, взаимно не связанных переходов атомов через границу фаз. Отрываясь от решетки исходной фазы (β), атомы по одиночке или группами присоединяется к решетке новой фазы (α), и как следствие этого, граница зерна α предвигается в сторону зерна β, «поедая» исходную фазу. Зародыш новой модификации наиболее часто возникают на границах зерна исходных кристаллов или в зонах с повышенным уровнем свободной энергии. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированны по отношению к кристаллам исходной модификации. В результате полиморфного превращения образуются  новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму, поэтому такое превращение называют перекристаллизацией. Полиморфные превращения происходят  не только чистых металлах, но и в сплавах. Они сопровождаются скачкообразным изменением всех свойств металлов или сплавов: удельного объема, теплоемкости, тепло- и электропроводности, магнитных, механических и химических. 

Вопрос 61. Суть, назначение и определяющие условия процессов термообработки

         Термической обработкой, называется, совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

         Термическая обработка используется в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости резанием, давлением и как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень физико-механических свойств детали.

        Различают три основных вида  термической обработки металлов:

• собственно термическая обработка, которая предусматривает только температурное воздействие на металл;
• химико-термическая обработка, при которой в результате взаимодействия с окружающей средой при нагреве меняется состав поверхностного слоя металла и происходит его насыщение различными химическими элементами;
• термомеханическая обработка, при которой структура металла изменяется за счет термического и деформационного воздействия. Основными факторами любого вида термической обработки являются температура, время, скорость нагрева охлаждения.

Вопрос 72. Технология и выбор режима закалки

         Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

         Инструментальную сталь в основном подвергают закалке и отпуску для повышения твердости, износостойкости и прочности, а конструкционные  – для повышения прочности, твердости, достаточно высокой пластичности и вязкости, а для ряда деталей также и высокой износостойкости.

         Выбор температуры закалки: доэвтектондные стали нагревают до температуры на 30–50⁰С выше 800⁰С. Сталь структурной перлит – феррит при нагреве приобретает аустенитную структуру, которая при последующем охлаждении со скоростью выше критической превращается в мартенсит. Заэвтектоидные стали под закалку нагревают выше 700⁰С. При таком нагреве образуется аустенит при сохранении некоторого количества вторичного цементита. После охлаждения структура стали состоит из мартенсита и нерастворимых частиц карбидов, обладающих высокой твердостью.

         Для многих сталей температура нагрева под закалку значительно превышает кристаллические температуры, что необходимо для перевода в твердый раствор специальных карбидов и получение требуемой легированности аустенита.

         Выбор среды для нагрева при термообработке: при нагреве в пламенных или электрических печах взаимодействие печей атмосферы с поверхностью нагреваемого изделия приводят к окислению и обезуглероживанию стали. Окисление создает невозвратимые потери металла, ухудшает состояние поверхностных слоев и требует последующей очистки от окалины. Обезуглероживание снижает твердость, износостойкость и сопротивление усталости. Для предохранения изделий пространство печи вводят защитную газовую среду. Режущие инструменты, а также некоторые детали машин небольших размеров чаще нагревают в расплавленных солях. 
 
 

Вопрос 82. Полимерные материалы, их классификация

         Основу неметаллических материалов составляют высокомолекулярные соединения (полимеры) – сложные вещества с большой молекулярной массой.  Различают полимеры природные (натуральный каучук, целлюлоза, белки, природные смолы, искусственные (полученные переработкой природных полимеров) и синтетические (фенолформальдегидные и карбамидные смолы, полиэтилен, полистирол, полиамиды, эпоксидные смолы). Полимеры классифицируют по составу, форме макромолекул, по фазовому состоянию. По составу полимеры подразделяются на органические, отличающиеся эластичностью и прочностью; элементорганические (в составе основной цепи встречаются атомы неорганических элементов – Ti, Si, Al, придающие полимеры теплостойкость); неорганические – силикатные стекла, слюда (их основу составляют окислы кремния, алюминия, щелочных и щелочноземельных металлов). По форме макромолекул различают полимеры линейные (цепные); разветвленные; лестничные; пространственные;  пространственные или сетчатые. По структуре (фазовому состояния) полимеры делятся на аморфные и кристаллические.

         Аморфные полимеры состоят из нерегулированно-распределенных мономерных единиц (полистирол, полибутодиен).

         Кристаллические (полиэтилен), имеют упорядоченное расположение мономеров. Кристалличность способствует повышению прочности, жесткости и теплоемкости полимеров.

         По отношению к нагреву полимеры делятся на термопласты и реактопласты. Первые способны обратимо размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении (подвергаются повторному формованию); вторые при нагреве претерпевают химические изменения и непригодны для повторного формирования. 
 
 

Вопрос 95. Основные материалы в горном деле

         Основные материалы в горном деле – это материалы долговременного пользования – материалы, обслуживающие процессы производства продолжительный период. На горных предприятиях в эту группу входят: металлическая и железобетонная крепи, решетки в цепи, кабель гибкий, трубы, рельсы, стрелочные переводы. Отпуск материалов долговременного пользования на производство осуществляется только после сдачи на склад аналогичных износившихся или пришедших в негодность предметов.

         Основные фонды – средства труда, составляющие материально-техническую базу горного предприятия, а так же объекты длительного непроизводственного потребления. Основные фонды делятся на производственные и непроизводственные. Структура основных фондов характеризует относительную величину расходов на постройку или приобретение тех или иных видов средств труда в общем итоге всех затрат. В горнодобывающей промышленности большая доля в основных фондах приходится на горные выработки.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1. Материаловедение и технология металлов под редакцией Фетисова, Карпмана, Соколова и др. – И.: Высшая школа, 2000г.
2. Ю.Т. Гумаченко Материаловедение и слесарное дело. – И.: Феникс, 2005г.
3. В.М. Никифоров Технология металлов и конструкционные материалы. – М.: Высшая школа, 1968г.
4. Б.А. Кузьмин, А.И. Сомохоцкий, Т.Н. Кузнецова Металлургия, материаловедение и конструкционные материалы. – М.: Высшая школа, 1977г.
5. С.И. Алан, П.М. Григорьев, А.Н. Ростовцев Технология конструкционных материалов. – М.: Просвещение, 1986г.
6. Гуляева А.П. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1986г.