A fémek egyensúlyi viselkedése. A fémek kristályos szerkezete

Hasonló dokumentumok
A fémek egyensúlyi viselkedése. A fémek kristályos szerkezete

Anyagszerkezet és vizsgálat. 2. Előadás

Anyagszerkezet és vizsgálat. 2. Előadás

Reális kristályok, rácshibák. Anyagtudomány gyakorlat 2006/2007 I.félév Gépész BSC

Fémek és ötvözetek termikus viselkedése

Az atomok elrendeződése

Színfémek és ötvözetek egyensúlyi lehőlése

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Vas- karbon ötvözetrendszer

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek

Anyagszerkezet és vizsgálat

Anyagszerkezet és vizsgálat Fémtan, anyagvizsgálat

Reaktortechnika. Anyagismeret

American Society of Materials. Szilárdtestek. Fullerének (C atomok, sokszögek) zárt gömb, tojás cső (egy és többrétegű)

Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

Ötvözetek, állapotábrák. Az előadás során megismerjük: Ötvözetek szerkezete Homogén?

Tematika. Az atomok elrendeződése Kristályok, rácshibák

A metastabilis Fe-Fe 3 C ikerdiagram (Heyn - Charpy - diagram)

Kétalkotós ötvözetek. Vasalapú ötvözetek. Egyensúlyi átalakulások.

Vas- karbon ötvözetrendszer. Összeállította: Csizmazia Ferencné dr.

Fázisátalakulás Fázisátalakulások diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül)

5 előadás. Anyagismeret

HŐKEZELÉS 2016/2017 ősz BMEGEMTAGM3

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK. Anyagismeret 2016/17. Szilárdságnövelés. Dr. Mészáros István Az előadás során megismerjük

Készítette: Sándor Gyula Kaposvár 2006

41. ábra A NaCl rács elemi cellája

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Mérnöki anyagok Járműszerkezeti anyagok. Vas-karbon ötvözetrendszer Egyensúlyi átalakulások

Szilárdságnövelés. Az előadás során megismerjük. Szilárdságnövelési eljárások

ANYAGSZERKEZETTAN II.

Kristályos szerkezetű anyagok. Kristálytan alapjai. Bravais- rácsok 1. Bravais- rácsok 2. Dr. Mészáros István Anyagtudomány tárgy előadásvázlat 2004.

Fogászati anyagok fajtái. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Anyagcsaládok: fémek, kerámiák.

Anyagszerkezet és vizsgálat. 4. Előadás: Vas-karbon ötvözetrendszer

Bevezetés az anyagtudományba III. előadás

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI IV.

ANYAGSZERKEZETTAN II.

Kristályos szilárd anyagok

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

KRISTÁLYOK GEOMETRIAI LEÍRÁSA

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

Reális kristályok, kristályhibák

Az elektronpályák feltöltődési sorrendje

A szilárd testek szerkezete

ANYAGSZERKEZETTAN II.

A nagytermi gyakorlat fő pontjai

Réz és ötvözetei. Katt ide! Technikusoknak

KRISTÁLYHIBÁK. Rácsot összetartó erők

Diffúzió 2003 március 28

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Kristályos szerkezetű anyagok

Fogászati anyagok fajtái. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 4. Általános anyagszerkezeti ismeretek Anyagcsaládok: fémek és kerámiák KERÁMIÁK FÉMEK

Anyagismeret. 3. A vas- karbon ötvözet

ANYAGSZERKEZETTAN II.

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

GEMTT031-B Anyagtudomány és anyagvizsgálat

Az anyagi rendszerek csoportosítása

Kondenzált anyagok csoportosítása

GEMTT001-B ANYAGTUDOMÁNY ALAPJAI

Ón-ólom rendszer fázisdiagramjának megszerkesztése lehűlési görbék alapján

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

3. Az Sn-Pb ötvözetek termikus analízise, fázisdiagram megszerkesztése. Előkészítő előadás

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok. Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék:

FÁZISÁTALAKULÁSOK ábra Tiszta fém hűlésgörbéje.

5. előadás

Kondenzált anyagok fizikája 1. zárthelyi dolgozat

Bevezetés s az anyagtudományba. nyba. Geretovszky Zsolt május 13. XIV. előadás. Adja meg a következő ionok elektronkonfigurációját! N e P.

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Anyagtudomány. Kristálytani alapismeretek

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Anyagszerkezettan vizsgajegyzet

Egyensúlyitól eltérő átalakulások

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5.

Fe-C állapotábra ábra A Fe-C ötvözetek állapotábrája

1.2. A szilárd testek szerkezete

Fogászati anyagok fajtái

Fogászati anyagok fajtái

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

A SZILÁRDTEST FOGALMA. Szilárdtest: makroszkópikus, szilárd, rendezett anyagdarab. molekula klaszter szilárdtest > σ λ : rel.

Anyagismeret tételek

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Az elemek rendszerezése, a periódusos rendszer

Atomerőművi anyagvizsgálatok 4. előadás: Fémtan

Halmazállapotok. Gáz, folyadék, szilárd

Kétalkotós ötvözetek egyensúlyi fázisdiagramjai

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

BUDAPESTI MŰSZAKI FŐISKOLA

Elemi cellák. Kristály: atomok olyan rendeződése, amelyben a mintázat a tér három irányában periódikusan ismétlődik.

Polimorfia Egy bizonyos szilárd anyag a külső körülmények függvényében különböző belső szerkezettel rendelkezhet. A grafit kristályrácsa A gyémánt kri

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

11. előadás MAGMÁS KŐZETEK

1. Sorolja fel az újrakristályosító hőkezelés néhány ipari alkalmazását! Dróthúzás, süllyesztékes kovácsolás.

Átírás:

A fémek egyensúlyi viselkedése A fémek kristályos szerkezete

Kristályos szerkezet A kristályos szerkezetben az atomok szabályos geometriai rendben helyezkednek el. Azt a legkisebb - több atomból álló - szabályos idomot, melynek ismételgetésével a rácsszerkezet leírható a rácselemnek, vagy elemi cellának nevezzük.

A kristályos szerkezet leírása A rácsszerkezet leírására koordináta rendszereket alkalmazunk. A rácsszerkezet x, y, z, koordináta rendszerben a rácselem oldaléleinek nagyságával (a, b, c) és a tengelyek által bezárt szöggel a jellemezhetı. A lehetséges kristályrácsokat 7 koordináta rendszerrel ill. 14 Bravais rács típussal le lehet írni.

A rácsszerkezet jellemzıi Koordinációs szám atomátmérı elemi cellát alkotó atomok száma térkitöltési tényezı elemi cellába illeszthetı legnagyobb gömb legsőrőbb illeszkedési sík és irány

Köbös vagy szabályos rendszer Egyszerő vagy primitív (Po) Térközepes Lapközepes gyémántrács

Térközepes köbös rácsszerkezet

Li, Na, K, V, Cr, W, Ta, és a vas (δ-fe) 1392 C és az olvadáspont (1536 C ) között illetve 911 C (α-fe ) alatt. Térközepes köbös

Lapközepes köbös rácsszerkezet

Al, Cu, Au, Ag, Pb, Ni, Ir, Pt valamint a vas (γ-fe) 911 C és 1392 C között. Lapközepes köbös

Gyémántrács minden C atom között kovalens kapcsolat van.

Hexagonális rácsszerkezet

Hexagonális rendszer Egyszerő pl. grafit szoros illeszkedéső pl. Be, Zn, Mg, Cd és a Ti egyik módosulata

Polimorfizmus, allotrópia A kristályos szerkezet néhány esetben nincs egyértelmő kapcsolatban az összetétellel. A rácsszerkezet a fizikai paraméterek: hımérséklet és nyomás függvényében megváltozhat. Ez a polimorfizmusnak nevezett jelenség pl. SiO 2 kvarc vagy a grafit és a gyémánt A színfémek polimorfizmusát allotrópiának nevezzük.

Allotróp átalakulás Az elem egymás után elıforduló rácsú változatait az un. allotróp módosulatait a hımérséklet növekvı sorrendjében a görög ábécé betőivel, az átalakulások hımérsékleteit pedig rendre A 1, A 2... A n betőkkel jelölik.

Rácsrendezetlenségek, rácshibák A kristályszerkezet megismerése lehetıvé tette a maradó alakváltozás kezdetét jelentı feszültség (R P0,2 ) számítását, modellek alapján Az elcsúszást elıidézı feszültség számított és a mért értékeke között nagyságrendnyi eltérés volt

Magyarázat 1 A fémkristályokban az elcsúszás a képlékeny alakváltozás nem egyszerre következik be, hanem egy adott síkon és adott irányban fokozatosan

Magyarázat 2 Az elcsúszás nem egyszerre megy végbe Ez csak akkor lehetséges, ha a kristály tartalmaz egymérető rácshibákat, diszlokációkat.

Reális rács, rácsrendezetlenségek, rácshibák A rácsrendezettlenségeket kiterjedésük szerint csoportosíthatjuk: Nulladimenziós (pontszerő) rácshibák Egydimenziós (vonalszerő) rácshibák Két- és háromdimenziós (sík és térbeli) hibák

Pontszerő rácshibák

Üres rácshelyek Egységnyi térfogatuk a hımérséklet emelkedésével nı Szobahımérsékleten kb. 10 18 1000 K-nél már 10 5 atomra jut üres rácshely Fontos szerepük van a diffúzióban

Üres rácshely

Idegen atom a rácsban

Egydimenziós rácshibák Éldiszlokáció Diszlokáció csavardiszlokáció

Diszlokáció

A diszlokáció az elcsúszott és el nem csúszott részek határvonala! A diszlokációk elmozdulásával jön létre a fémben a képlékeny alakváltozás!

Diszlokáció Diszlokáció rozsdamentes acélban (Cr-Ni ötvözés) diszlokáció Ti ötvözetben N 51 450x

A diszlokációsőrőség és a szilárdság közötti összefüggés

Felület Kétdimenziós rácshibák

Kétdimenziós rácshibák kristályhatár

Kétdimenziós rácshibák Fázishatár a fázisok határfelületei koherens semikoherens inkoherens

Ötvözetek Színfémek nem tudják az ipar igényeit kielégíteni ötvözet= olyan, legalább látszatra egynemő, fémes természető elegy, amelyet két vagy több fém összeolvasztása, vagy egymásban való oldása utján nyerünk. Alapfém ötvözı szennyezı

Az ötvözetek szerkezete, színfém, szilárdoldat vegyület fázisai Ezek a kristályos fázisok elıfordulhatnak önállóan, mint egy fázisú szövetelemek, de alkothatnak egymással kétfázisú heterogén szövetelemeket is.(eutektikum, eutektoid)

Szilárd oldat szubsztitúciós az alapfém atomját helyettesíti intersztíciós az alapfém atomjai közé beékelıdik

Az oldódás lehet: Korlátlan, ha: (csak szubsztitúciós) azonos a rácsszerkezet atomátmérıben ±14-15 % -nál nem nagyobb az eltérés azonos a vegyérték Korlátozott α ß

Fémvegyület Ionvegyületek pl. NaCl, CaF 2, ZnS elektronvegyület pl. CuZn, Cu 5 Zn 8, CuZn 3 vagy AgZn, Cu 5 Si intersztíciós vegyület pl. A 4 B, A 2 B, AB vagy AB 2 lehet vagy ilyen pl. a Fe 3 C, Mn 7 C 3

Az ötvözet alkotó nem oldják egymást Ha az ötvözet alkotói nem oldják egymást szilárd állapotban az ötvözetrendszerben megjelenik az eutektikum

A fémek és ötvözetek kristályosodása, átalakulásai Hogyan jön létre a szilárd szerkezet?

Vizsgálatainkat az anyagnak a külvilágtól elkülönített részén az un. rendszerben végezzük. A rendszer az anyagnak a külvilágtól megfigyelés céljából elkülönített része. Homogén vagy egyfázisú heterogén vagy többfázisú A rendszer homogén, önálló határoló felületekkel elkülöníthetı része a fázis. Jele: F

A rendszert az alkotók vagy komponensek építik fel. Jele: K A rendszer állapotát az állapottényezık határozzák meg. Ezek: a hımérséklet T a nyomás p a koncentráció c Az állapothatározók és a fázisok száma között egyensúly esetén összefüggés van. Ezt fejezi ki a Gibbs féle fázisszabály.

A Gibbs féle fázisszabály általános alakja A Gibbs - féle fázisszabály általános alakja szerint a fázisok (F) és a szabadsági fokok (Sz) számának összege kettıvel több, mint a komponensek (K) száma F + Sz = K + 2 A képletben szereplı 2-es szám, a nyomást és a hımérsékletet, mint független változókat jelenti.

A Gibbs féle fázisszabály fémekre érvényes alakja A fémek esetében a nyomásnak alig van hatása, ezért állandónak tekintjük. Ezért a fázisszabály fémekre vonatkozó alakja: F + Sz = K + 1

A rendszer állapotának termodinamikai vizsgálata A rendszer, adott körülmények között akkor van termodinamikai egyensúlyban ha a szabadenergiája minimális. A rendszer mindig a legalacsonyabb energiaszintre törekszik. A spontán, külsı beavatkozás nélkül létrejövı folyamatok, minden esetben csökkentik a rendszer szabadenergiáját

A rendszer állapota lehet Stabil (legalacsonyabb energia szint) metastabil azt jelenti, hogy a rendszer fázisainak energiája nem a legkisebb, mégis hosszú ideig képesek ebben az állapotban maradni instabil

Kristályosodás A kristályos szerkezet rácselemekbıl épül fel, melynek alakja változatos és jellegzetes. Az ionos és kovalens kötéssel rendelkezı anyagok, az ásványok, kerámiák kristályainak külsı alakja formatartó, magán viseli a rácstípus jellegzetességeit. Ezek az egyedülálló kristályok az egykristályok.

Fémkristályok, krisztallitok A fémek esetében csak speciális hőtési módszerrel tudunk egykristályokat kialakítani. Bármely fémdarabot megnézve azon a kristályosság nem fedezhetı fel. Ezek a krisztallitok

Olvadék dermedése az olvadékban az atomok összekapcsolódásával kristálycsirák képzıdnek. A kristályosodás során a meglévı csirákhoz további atomok kapcsolódnak, a csirák növekedni kezdenek. Növekedés közben a szomszédos, szabályos lapokkal határolt kristályok egymásba érve akadályozzák egymást, így szabálytalan határfelületekkel határolt szemcsék un. krisztallitok keletkeznek.

Olvadék dermedése

A kristályosodás, a krisztallitok jellege és mérete a kristályosodási képességtıl, vagy csiraképzıdéstıl, és a kristályok növekedésének sebességétıl függ. Mindkét tényezıt befolyásolja az olvadásponthoz képesti túlhőtés mértéke. Kristályosodás

Milyen szemcseméret alakul ki Lassú hőtés (pl. homokforma) a csiraképzıdés kicsi, a növekedés sebessége nagy. Az eredmény durva szemcseszerkezet dermedéskor?

Milyen szemcseméret alakul ki Gyors hőtés (pl. fémforma, kokilla) a csiraképzıdés nagy, a növekedés sebessége nagy. Az eredmény finom szemcseszerkezet dermedéskor?

Lassabb hőtés Gyors hőtés

A kristályosodást befolyásoló tényezık Idegen fajtájú csira

Kristályosodási formák Poliederes dendrites szferolitos

A kristályosodást befolyásoló Intenzív, irányított hıelvonás (fém forma, kokilla) tényezık