malahov (А.И.Малахов, А.П.Жуков - Основы металловедения и теории коррозии)

9 '.в Ю Ю Д ~ в >р ю ф Ь1' миев ф~Ф~~~ А~ 3 T ~А.И.МАЛАХОВ ~, А. П. ЖУКОВ ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ И ТЕОРИИ КОРРОЗИИ Допущено Управлением кадров и учебных заведений Министерства автомобильной промышленности СССР в качестве учебника для машиностроительных техникумов по специальности 0607 ° Элентрохимнческие покрытия» МОСКВА кВЦСШАЯ ШКОЛАэ 1978 ББК 34.2 + 34.66 М18 УДК 669.617+626.19(676) Рскензснты: дон. Н. Х. Андреев (Е7АНКНН! н нренодава. тель Горьковского автомсханнчсского техникума Е. Н. Бочка- рена.

Ги ыЪА.И.!, кучма.п. М16 Основы металловедения и теории коррозии: Учебник для машиностроительных техникумов.— М.: Высш. школа, 1976. — 192 с., ил. 36 к. В кинге рассмотрены общие вопросы основ металловедения н коррозин металлов. дано списание бюзнко.механических, химических и технологических свойств Ширака применяемых металлов и силапов. БОльшое внимание уделено коррозии и корр!иконной стойкости основных металлических материалов я методам их защиты. описаны карразионно-стойкие неметаллические материалы. Прн рассмотреним конструкционных материалов указаны области их применения.

20603 — 299 ББК 34.2+И,66 001 (01) — 73 6П3.4+ЕП4,62 Афаваснй Ивановне.Малахов Александр Петрович Жуков ОСНОВЫ МЕТАЙЛОВЕДЕНИЯ И ТЕОРИИ КОРРОЗИИ Редактор В. Н, Борансикова Художник А, И. Шааард Художественный 'редактор Т. М. Скворцова Технический редактор А К. Нестераяа Корректор С. К. Марченко ИБ № !042 Изд. №ХИМ вЂ” 58! Сдана в набор !8.П.уу Падл. в печать 34,04.38, Формат 84Х!Оау»1 Нуль тип.

№ 3. Гарн!итра лятературвая. Печать «ысакая. Объем !0.08 уел. печ. л. !0,03 уч.-нзд. л. Гираж 40000 зю. Зак. № 3ВН. Ценз 35 жю. Издательспю «Высшая школа», Москва, К-5!. Неглинная ул.. д. 20П4 Московская типография № 8 Союзполиграфпрома прн Гасударственном комитете Совета Миикстров СССР по делам издательств. полиграфии н книжной торговли. Хоклонскнй пер.. т. ©Издательство еиысшан школаз, !978 г, ПРЕДИСЛОВИЕ Развитие народного хозяйства в значительной степени определяется производством металлов .и сплавов. В современной технике применяются материалы с высокой прочностью, коррознонной стойкостью, электро- и теплостойкостью. Правильный выбор материала н его рациональное использование зависят от знания свойств металлов и сплавов.

Металловедение изучает связь между строением и свойствами металлов и сплавов в зависимости от химического состава, технологии получения и обработки. Зарождение металловедения связано с именами П. П. Аносова и Д. К. Чернова, работы которых оказали огромное влияние на последующее развитие металловедения. Большую роль в развитии металловедения сыграли работы Д. И. Менделеева, Н.

С. Курнакова, Р. Аустена, Ф. Осмонда, А. А. Байкова, А. М. Бочвара, А. Л. Бабошнна, С. С. Штейнберга, А. А. Бочвара, Н. Т. Гудцова, Г. В. Курдюмова, н др. ХХт' съезд КПСС наметил большую программу в области производства конструкционных материалов. Так, к концу десятой пятилетки производство стали составит 160 — 170 млн. т., производство алюминия, меди, никеля возрастет в 1,2 — 1,3 раза, титана †,в 1,4 раза. Металлы и сплавы под действием внешней среды разрушаются, поэтому применение нх в технике требует знания как теории коррозии металлов под влиянием различных факторов, так и мер и способов борьбы с этими явлениями. Несмотря'па то что средства, затрачиваемые на борьбу с коррозией„огромны, ежегодно теряется большое количество металла. Одной из первоочередных задач снижения потерь металлов и сплавов от коррозии является внедрение в машиностроение новых, металлических материалов (титана, тантала и др.), обладающих стойкостью против воздействия агрессивных сред.

Настоящая книга является- первой попыткой изложить два очень больших и важных вопроса — основы металловедения и коррозии металлов. В ней кратко рассмотрены строение металлов и сплавов, методы исследования их структуры и свойств, основы термической и химико-термической обработки, а также вопросы, связанные с изучением коррозии металлов и сплавов и методы их защиты от коррозии, описаны металлические и неметаллические материалы, применяемые в технике и в быту.

Учебник состоит из четырех разделов: 1 и 1Ч написаны 1проф. А. И. Малаховым~; П и 1П вЂ” асс. А. П. Жуковым. Раздел первый ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ Металловедение — наука, изуча1ошая строение, свойства металлов и сплавов в зависимости от их состава, теплового, химического и механического воздействия. Металловедение базируется на таких науках, как химия, физика, кристаллография, оказывая большое влияние на развитие инженерных дисциплин.

Металловедение условно можно подразделить на теоретическое и практическое. Теоретическое металловедение изучает природу металлов н сплавов, законы, по которым изменяются свойства и строение сплавов в зависимости от состава, а также от теплового, химического или механического воздействий. Практическое металловедение дает возможность выбирать металлы или сплавы для определенных целей, основываясь на их физических, химических, механических и технологических свойствах. Гааза ! СТРОЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ 1.

Строение металлов Из 106 элементов периодической системы Д. И. Менделеева 82 элемента относятся к металлам. Металлы и сплавы — это твердые кристаллические вещества. Характерной особенностью кристаллического состояния вещества является правильное, закономерное расположение атомов (рис. 1) в пространстве. У металлов и сплавов атомы в кристалле расположены в строго определенном порядке и образуют так называемую пространственную решетку, в узлах которой находятся положительно заряженные ионы, а между ними перемещаются свободные электроны. Металлы легко вступают во взаимодействие с иеме- ми, отдавая валентные электроны. Это объясняетталлами, о т ны неп оч- тем, что у металлов все валентные влек ро р но связаны с ядром,и количество их невелико.

Этн ж е свойства металла лежат и в основе электропроводности, так как электроны, заряженные отрицательно, создают ничтожную разность потенциалов, что обеспечи,вает;нх перемещение к положительно заряженному полюсу и тем самым появлению электрического тока. Таким образом, слабая связь ~валентных электронов с ядром определяет физические и х~имнчеокие свойства металлов. Рис.

К Располоксение МЕтаЛЛЫ, КаК ПраинЛО, ХОра- атомов а кристалло- шо,проводят электричество и тепгРафической плоскости лоту, обладают характерным ме- талличесннм блеском, непрозрачны, .пластичны Таким~и же свойствамн обладают и металлические сплавы — более сложные вещества, состоящие мз нескольких элементов как металлов, так л не- металлов. Все ~металлы условно подразделяют на черные и,цветные.

К чер- 1 ныл металлам относят железо и сплавы на основе железа. К цветныая металлам относят медь, наякель, цинк, свинец, алюминий, магний, титан н др. и Расположенгие атомов в к1йтстал- г~ ле условно можно изображать раз- и личными схемами, ~но чаще всего в виде пространственных, так казы- Рис. 2. Простая кубиваемых элемента~рных кристаллнче- ческая элементарная сВих ячеек, многократным повторе- режсгка вием которых можно ~воспроизвести пространственную кристаллическую,решетесу. Расстояние между атомами в кристаллической решетке называют параметрами решетки и обозначают а и с.

Онн измеряются в аигстремах А (1А=10-а см). Простейшей элеМентарной кристаллической решеткой является простая кубическая рещртка с параметром а (рис. 2). Для ме- таллов наиболее распространены типы кристаллических решеток (рис. З,а — в): а — кубическая объемноцентрированная, которую имеют %, Мо, Ч, Сг, Ге„; б — кубическая гранецентрированцая, которую имеют РЬ, Гет, А!, Сц, )ч(; в — гексагональная плотноупакованная, которую имеют Т(, Мд, Хп, Ве. В перечисленных решетках каждый атом окружен максимальным геометрически допу- ЙЫ®® Й Рис.

3. Элементарные кристаллические решетки чистых метал лов стимым числом атомов, соответствующим ллотнейшей упаковке шаров одного и того же размера. Некоторые металлы, напрвмер олово, индий, галлий, имеют тетра- Рис. 5. Кристаллические плоскости в кубической объемионентрированиой решетке Рнс. 4. Простая тетрагональпая решетка гональйую решетку с параметрами а и с (рис.

4), которая в зависимости от расположения атомов и .пространстве (как кубическая) может быть простой, объемно- н граиецентрированной. Для металлов характерным свойством является анизотропия, т. е. неодинаковость свойства кристалла в разных кристаллографическнх направлениях. Объясняется это тем, что кристаллические плоскости а и 6, например, в кубической объемноцентрированной решетке заполнены атомами с различной плотностью (рис. 5). 7 2.

Построение кривых охлаждения Для определения температуры плавления металла нли сплава, выяснения процессов кристаллизации применяют термический метод анализа. В огнеупорный тигель 5 (рис. 6), содержащий расплавленный металл 4, погружают термопару 3 (дне сваренные с одного конца проволоки пз разных металлов), свободные концы которои присоединяют к гальванометру 2. При нагревании сваренного конца г термопары, т. е.

при разнице температур горячего спая н двух холодных концов, в пей возникает э.д.с., ток которой пропорционален температуре металла, и стрелка гальваРие. 6. Схе~~ епрелелепЯЯ тем нометра, отклоняясь, бу- дет показывать темперапературы плаалеиия металла туру металла по градуированной шкале 1 гальваиометра. Если охлаждать расплавленный металл и измерять по гальванометру температуру, записывая ее изменение черсз определенные промежутки врсмени, можно получить данные, по которым строят кривые охлаждения металла в координатах температура — время. Если в металле при определенной температуре происходит какос-либо превращение, то такая температура называется критической точкой.

3. Кристаллизация металлов Металлы в зависимости от условий (температуры, давления) могут находиться в трех состояниях: газообразном, жидком н твердом. Химически чистые металлы при нагревании переходят в жидкое состояние при строго определенной температуре, называемой температурой плавления, а пз жидкого — в газообразное (парообразное) при температуре, называемой температурой кипения.