Технологии конструкционных материалов

Министерство образования и науки Украины

по теме: « Технологии конструкционных материалов »

Донецк 2009 г.

Введение

Технология конструкционных материалов это наука о строении и свойствах металлов и сплавов, об улучшении этих свойств путем изменения химического состава посредством термического и других видов воздействия на эти материалы. Также изучения поведения металлов и сплавов в процессе обработки и при эксплуатации изделий изготовленных из них. Основой технологии конструкционных материалов является соответствующие разделы физики и химии.

Отличие технологии конструкционных материалов от других фундаментальных наук состоит в том, что она является прикладной наукой.

Нужно сказать, что главное в технологии конструкционных материалов – это учение о связи между составом строением и свойствами изучаемых металлов и сплавов. Основоположником технологии конструкционных материалов является знаменитый русский ученый Дмитрий Константинович Чернов. Он установил, что при нагреве твердой стали до определенных температур зависящих от ее состава в ней происходят внутренние превращения приводящие к изменению ее свойств, была показана связь между составом, строением и свойствами стали.

Роль стали и чугуна в машиностроении

Сталь и чугун являются основными конструкционными материалами во всех отраслях машиностроения. Данные понятия тесно связанны с наукой технологии конструкционных материалов, что впоследствии является необходимой теоретической частью знаний в этой области:

Сталь - это железоуглеродистый сплав, где содержание углерода не превышает 1,7%

Чугун – это железоуглеродистый сплав, где содержание углерода превышает 1,7% (это больше относиться к нелегированным чугунам). Для улучшения свойств стали и чугуна их часто легируют, вводя одну или несколько добавок. В качестве легирующих добавок применяются кремний, хром, никель, молибден, ванадий и др. В зависимости от содержания легирующих компонентов сплавы на железной основе подразделяются на низколегированные (содержание добавок не превышает 2,5%), среднелегированные (содержание добавок от2,5 до 10%) и высоколегированные (содержание добавок больше 10%).

Коррозия железоуглеродистых сплавов

Так как значение данных сплавов в производстве столь велико, то исходя из этого, борьба с коррозией этих материалов имеет большое практическое значение. Сталь и чугун обладают невысокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах вследствие своей физической и химической неоднородности. В их состав входят три основные структурные составляющие - феррит, цементит и графит, обладающие весьма различными электродными потенциалами. Наиболее низкий электродный потенциал у феррита (-0,44 в), наиболее высокий у графита ( 0,37 в). При соприкосновении с электролитом железоуглеродистые сплавы образуют микроэлементы, в которых цементит и графит являются катодами, а феррит-анодом. Разность потенциалов в макроэлементах, возникающих при коррозии железоуглеродистых сплавов, достигает довольно значительных величии. Работой этих микроэлементов и объясняется сильная электрохимическая коррозия железоуглеродистых сплавов.

Железоуглеродистые сплавы неоднородны и по химическому составу. Кроме углерода, даже в относительно чистых технических сплавах (железо Армко). Всегда содержатся примеси марганца, кремния, серы и фосфора.

Хотелось бы упомянуть данное обстоятельство, а именно в отсутствие кислорода и других окислителей сплавы с более высоким содержанием углерода коррозируют сильнее, чем сплавы, более бедные углеродом, данная закономерность характерна для коррозии серого чугуна в кислой среде.

В работах русских ученых XIX в. нашли отражение вопросы защиты металлов от коррозии гальваностегическими методами. Родоначальником гальванопластики и гальваностегии является Б.С. Якоби, который в.838 г в Российской Академии Наук сделал сообщение о том, что с помощью гальванического тока могут быть изготовлены копии с медалей и других предметов. Внедрение этих работ в производство было осуществлено в мастерской экспедиции заготовления государственных бумаг (ныне «Гознак»). В 1847 г. по методу Б.С. Якоби гальванопластическим путем были изготовлены художественной работы двери, барельефы и фигуры для Исаакиевского собора, Эрмитажа, Петропавловского собора и т.д. О масштабах работ можно судить по количеству израсходованного металла: 6749 пудов меди и 45 пудов 32 фунта золота.

Оформление исследований коррозии металлов в самостоятельную научную дисциплину относится к началу настоящего столетия, когда были опубликованы первые работы В.А. Кистяковского по теории пассивности (1901 г.). В дальнейшем В.А. Кистяковским и его многочисленными учениками создана пленочная теория пассивности металлов в растворах электролитов и во влажной атмосфере. В работах В.А. Кистяковского и его школы впервые была высказана гипотеза об образовании коррозионных центров как определенной стадии процесса коррозии.

В 1913 г. Н. А. Изгарышев, изучая пассивность металлов в различных средах, показал, что поверхность металла в растворах электролитов представляет собой многоэлектродную систему, в которой каждая составляющая металла, т. е. каждый электрод, обладает своим, отличным от других электродов, значением потенциала. Более поздними работами Н. А. Изгарышева (1926 г.) установлено, что основным источником энергии гальванического э