Металлы и сплавы. Понятие о металлических сплавах и их свойства

 

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске в области температур около 300 °С. Она не зависит от скорости охлаждения.

Это явление связано с неравномерностью превращения опущенного мартенсита. Процесс протекает быстрее вблизи границ зерен по сравнению с объемами внутри зерна. У границ наблюдается концентрация напряжений, поэтому границы хрупкие.

Отпускная хрупкость I рода “необратима“, то есть при повторных нагревах тех же деталей не наблюдается.

Отпускная хрупкость II рода наблюдается у легированных сталей при медленном охлаждении после отпуска в области 450…650 °С.

При высоком отпуске по границам зерен происходит образование и выделение дисперсных включений карбидов. Приграничная зона обедняется легирующими элементами. При последующем медленном охлаждении происходит диффузия фосфора к границам зерна. Приграничные зоны обогащаются фосфором, снижаются прочность и ударная вязкость. Этому эффекту способствуют хром, марганец и фосфор. Уменьшают склонность к отпускной хрупкости II рода молибден и вольфрам, а также быстрое охлаждение после отпуска.

Отпускная хрупкость II рода “обратима“, то есть при повторных нагревах и медленном охлаждении тех же сталей в опасном интервале температур дефект может повториться.

Стали, склонные к отпускной хрупкости II рода, нельзя использовать для работы с нагревом до 650 °С без последующего быстрого охлаждения.

 

Определить структуру стали, содержащей 0,8 % углерода, после отпуска при температурах 180 и 600 °С.

 

Отпуск при температуре 180 °С.

В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения. Получают структуру – мартенсит отпуска.

Проводят для инструментальных сталей; после закалки токами высокой частоты; после цементации.

Отпуск при температуре 600 °С.

Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска.

Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки.

 

Понятие ферромагнитных материалов.

 

Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками. Магнитная проницаемость ферромагнетиков по порядку величины лежит в пределах 102–105. Например, у стали μ ≈ 8000, у сплава железа с никелем магнитная проницаемость достигает значений 250000.

К группе ферромагнетиков относятся четыре химических элемента: железо, никель, кобальт, гадолиний. Из них наибольшей магнитной проницаемостью обладает железо. Поэтому вся эта группа получила название ферромагнетиков.

Ферромагнетиками могут быть различные сплавы, содержащие ферромагнитные элементы. Широкое применение в технике получили керамические ферромагнитные материалы – ферриты.

 

Свойства ферромагнетиков

 

Ферромагнетики сильно втягиваются в область более сильного магнитного поля.

Магнитная восприимчивость ферромагнетиков значительно выше нуля.

При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.

 

Строение ферромагнетиков.

 

Ферромагнетики в основном кристаллизуются в трех типах решеток: кубической пространственной, кубической объемно-центрированной и гексагональной, показанных на рисунке 7.

Рисунок 7. Строение ферромагнетиков.

 

 

Характерной особенностью процесса намагничивания ферромагнетиков является так называемый гистерезис, то есть зависимость намагничивания от предыстории образца. Кривая намагничивания B (B0) ферромагнитного образца представляет собой петлю сложной формы, которая называется петлей гистерезиса (рис.8).

 

Рисунок 8. Петля гистерезиса ферромагнетика. Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции B0 внешнего магнитного поля.

Из рис. 5 видно, что при |B0 |> Bos наступает магнитное насыщение – намагниченность образца достигает максимального значения.

Если теперь уменьшать магнитную индукцию B0 внешнего поля и довести ее вновь до нулевого значения, то ферромагнетик сохранит остаточную намагниченность – поле внутри образца будет равно Br. Остаточная намагниченность образцов позволяет создавать постоянные магниты. Для того чтобы полностью размагнитить образец, необходимо, изменив знак внешнего поля, довести магнитную индукцию B0 до значения –B0c, которое принято называть коэрцитивной силой. Далее процесс перемагничивания может быть продолжен, как это указано стрелками на рис. 5.

У магнито-мягких материалов значения коэрцитивной силы B0c невелико – петля гистерезиса таких материалов достаточно «узкая». Материалы с большим значением коэрцитивной силы, то есть имеющие «широкую» петлю гистерезиса, относятся к магнито-жестким.

 

Природа ферромагнетизма может быть до конца понята только на основе квантовых представлений. Качественно ферромагнетизм объясняется наличием собственных (спиновых) магнитных полей у электронов. В кристаллах ферромагнитных материалов возникают условия, при которых, вследствие сильного взаимодействия спиновых магнитных полей соседних электронов, энергетически выгодной становится их параллельная ориентация. В результате такого взаимодействия внутри кристалла ферромагнетика возникают самопроизвольно намагниченные области размером порядка 10–2–10–4 см. Эти области называются доменами. Каждый домен представляет из себя небольшой постоянный магнит.

 

В отсутствие внешнего магнитного поля направления векторов индукции магнитных полей в различных доменах ориентированы в большом кристалле хаотически. Такой кристалл в среднем окажется ненамагниченным. При наложении внешнего магнитного поля В0 происходит смещение границ доменов так, что объем доменов, ориентированных по внешнему полю, увеличивается. С увеличением индукции внешнего поля возрастает магнитная индукция намагниченного вещества. В очень сильном внешнем поле домены, в которых собственное магнитное поле совпадает по направлению с внешним полем, поглощают все остальные домены, и наступает магнитное насыщение. Рис. 9 может служить качественной иллюстрацией процесса намагничивания ферромагнитного образца.

 

Рисунок 9. Намагничивание ферромагнитного образца. (1) B0 = 0; (2) B0 = B01; (3) B0 = B02 > B01.

 

Основные виды поляризации диэлектриков.

 

Поляризация диэлектриков — явление концентрации связанных зарядов в диэлектрике под воздействием внешнего электрического поля. Поляризацией также называют направление вектора электрической индукции E для статического поля.

 

Различают три вида поляризации диэлектриков:

- электронная (деформационная) поляризация диэлектриков с неполярными  молекулами (N2, H2, O2). Возникает за счёт деформации электрических полей.

- ориентационная (дипольная) поляризация. Заключается в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул (H2O, NH3, CO).

- ионная поляризация диэлектриков  с ионными кристаллами – заключается  в том, что происходит смещение  от кристаллической решётки положительных  ионов вдоль поля, а отрицательных  против поля, приводящих к возникновению дипольного момента (NaCl, KCl).

 

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры.

 

Характер температурной зависимости диэлектрической проницаемости диэлектриков с различными видами поляризаций часто определяют с помощью температурного коэффициента диэлектрической проницаемости:

 

 

 

 

Примесная проводимость полупроводников.

 

Примесная проводимость полупроводников — электрическая проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике малого количества примесей.

На проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси. Примеси бывают донорные и акцепторные.

Донорная примесь – это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводник называют полупроводником n-типа. Например, для кремния с валентностью n=4 донорной примесью является мышьяк с валентность n=5. Каждый атом примеси мышьяка приведёт к образованию одного электрона проводимости.

Акцепторная примесь – это примесь с меньшей валентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество “дырок”. Проводимость будет “дырочной”, а полупроводник называют полупроводником p-типа. Например, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью n=3. Каждый атом индия приведёт к образованию лишней “дырки”.

 

 

Список литературы:

 

1. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов, 2001.
2. Е.И. Бочаров конспект курса «Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника» часть 1, 1999.
3. Сибирская Государственная Геодезическая Академия, В.П. Перминов, В.А. Неронов, Учебно-методическое пособие для студентов всех форм обучения «Материаловедение и технология материалов», Новосибирск 2007.
4. Электронная энциклопедия www.ru.wikipedia.org.
5. Электронная энциклопедия www.xumuk.ru/encyklopedia/
6. Статьи химической энциклопедии www.chemport.ru