Зміст підручника відповідає освітньо-професійній програмі підготовки фахівців II - IV акредитаційних рівнів за напрямком 0901 "Інженерне матеріалознавство" та містить основні питання щодо металів і сплавів: їх атомно-кристалічну будову, кристалізацію, пластичну деформацію та рекристалізацію, структуру і властивості основних груп металевих матеріалів. Особливу увагу приділено діаграмам стану подвійних та потрійних систем, розглянуто також принципи термічної обробки металевих сплавів. Для студентів матеріалознавчих, металургійних та машинобудівних спеціальностей при здобутті кваліфікації бакалавра, спеціаліста і магістра, а також може бути корисним аспірантам, науковцям та інженерно-технічним працівникам різних галузей промисловості. ЗМІСТ Передмова Ю Розділ 1. Атомно-кристалічна будова металів 11 1.1. Основні уявлення П 1.2. Природа сил міжатомного зв'язку 13 1.2.1. Іонний зв'язок 13 1.2.2. Ковалентний зв'язок 14 1.2.3. Ван-дер-ваальсів зв'язок 15 1.2.4. Металевий зв'язок 16 1.3. Атомно-кристалічна будова металів 16 1.3.1 .Характеристики кубічної та гексагональної систем 18 1.4. Анізотропія кристалів 22 1.5. Поліморфізм металів 22 1.6. Дефекти кристалічної будови 25 1.6.1. Точкові дефекти 25 1.6.2. Дислокації 27 1.6.3. Поверхневі дефекти 31 1.6.4. Об'ємні дефекти 32 Розділ 2. Кристалізація металів 33 2.1. Характеристика рідкого металу 33 2.2. Термодинаміка та кінетика кристалізації 36 2.2.1. Термодинамічні умови кристалізації 36 2.2.2. Кінетичні умови кристалізації 41 2.3. Гетерогенне (недовільне) зародкоутворення 43 2.4. Ріст кристалів 45 2.5. Форма і розміри кристалів 48 2.6. Будова металевого зливка 52 2.7. Ліквація 54 2.8. Усадка при кристалізації 55 2.9 Гази та газові пузирі 56 2. 10 Неметалеві включення 57 2.11. Вторинні переплавні процеси та неоднорідність литого металу .... 58 Розділ 3. Пластична деформація та рекристалізація 60 3.1. Пружна та пластична деформація 60 3.2. Дотичні напруження у кристалі 61 3.3. Системи ковзання у кристалах 62 3.4. Дислокаційний механізм ковзання 64 3.5. Джерела Франка-Ріда 65 3.6. Наклеп металів 67 3.7. Двійникування 68 3.8. Пластична деформація полікристалічних тіл 70 3.9. Зміни структури та властивостей металу при пластичній деформації .. 71 3.10. Вплив нагрівання на структуру та властивості деформованого металу. Повернення та рекристалізація 72 3.10.1.Повернення у деформованому металі……………………………. 73 3.10.1.1. Відпочинок 73 3.10.1.2. Полігонізаці 74 3.10.2.Рекристалізація …….. 76 3.10.2.1. Первинна рекристалізація 78 3.10.2.2. Збиральна рекристалізація 81 3.10.2.3. Вторинна рекристалізація 83 3.10.3. Холодна, тепла та гаряча обробка тиском………………………. 84 Розділ 4. Металеві сплави 86 4.1. Загальні положення 86 4.2. Хімічні сполуки 87 4.3. Тверді розчини 89 4.3.1. Тверді розчини заміщення 90 4.3.2. Тверді розчини проникнення 91 4.3.3. Тверді розчини вилучення 91 4.3.4. Упорядковані тверді розчини 92 4.4.Проміжні фази……………………………………………………………… 4.4.1. Електронні фази 96 4.4.2. Фази нікель-арсенідного типу 97 4.4.3. Сигма-фази 98 4.4.4. Фази проникнення 99 4.4.5. Фази Лавеса 100 4.5.Резюме …. .. 101 Розділ 5. Діаграми стану подвійних систем 103 5.1. Основні уявлення 103 5.2. Діаграми стану системи, компоненти якої утворюють неперервний ряд рідких і твердих розчинів 105 5.2.1. Механізм кристалізації сплавів, що мають структуру необмеженого твердого розчину 109 5.2.2. Діаграми стану з екстремальними точками на лініях ліквідусу і солідусу 111 5.2.3. Діаграма стану з бінодальною кривою 112 5.2.4. Діаграми стану систем з упорядкованими твердими розчинами .. 113 5.3. Діаграма стану системи з відсутністю взаємної розчинності компо- нентів у твердому стані 114 5.3.1. Механізм евтектичної кристалізації 116 5.4. Діаграми стану систем з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані 118 5.4.1. Діаграма стану системи з евтектичним перетворенням 118 5.4.1.1. Трикутник Таммана 121 5.4.2. Діаграма стану системи з перитектичним перетворенням ……..122 5.4.2.1. Механізм перитектичного перетворення 125 5.5. Діаграми стану систем з хімічними сполуками та проміжними фазами ……………………………………………………………………………….128 5.5.1. Діаграми стану систем зі стійкими проміжними фазами 128 5.5.2. Діаграми стану систем з нестійкими проміжними фазами .... 130 5.5.3. Діаграми стану систем з проміжними фазами, які утворюються без участі рідкої фази 132 5.5.4. Діаграми стану систем з упорядкованими проміжними фазами .. 133 5.6. Діаграми стану систем з повною нерозчинністю або обмеженою розчинністю компонентів у рідкому стані 134 5.6.1. Діаграма стану системи з повною нерозчинністю компонентів у рідкому і твердому станах 134 5.6.2. Діаграма стану систем з обмеженою розчинністю компонентів у рідкому стані 136 5.6.2.1. Обмежена розчинність в усьому інтервалі концентрацій ..136 5.6.2.2. Обмежена розчинність у певному інтервалі концентрацій . . 137 5.6.2.3. Обмежена розчинність компонентів у твердому стані .... 138 5.6.3.Діаграма стану системи з синтектичним перетворенням ………140 5.7.Діаграми стану систем з поліморфними компонентами і проміжними фазами……………………………………………………. 141 5.7.1. Діаграма стану системи, один з компонентів якої мас 2 поліморфні модифікації, другий - мономорфний і розчинності у твердому стані немає 142 5.7.2. Діаграма стану системи, мономорфний компонент якої є ізоморфним низькотемпературній модифікації другого компонента ... 143 5.7.3. Діаграма стану системи, мономорфний компонент якої є ізоморфним високотемпературній модифікації другого компонента ... 144 5.7.4. Діаграма стану системи, високотемпературні модифікації компонентів якої ізоморфні одна одній, а низькотемпературні -неізоморфні 145 5.7.5. Діаграма стану системи з поліморфною проміжною фазою .. 146 5.7.6. Діаграма стану системи з монотектоїдним перетворенням ... 146 5.7.7. Діаграма стану системи з метатектичним перетворенням .... 147 5.8.Загальні закономірності будови подвійних систем та їх діаграм стану ... 148 5.8.1. Зображення фазових рівноваг 148 5.8.2. Загальні закономірності, яким підпорядковуються подвійні системи 149 5.9. Зв'язок між діаграмами стану різних типів 149 5.10. Зв'язок між типом діаграми стану і властивостями сплавів (правила Курнакова) 150 Розділ 6. Діаграми стану потрійних систем 154 6.1. Геометричні основи діаграм стану потрійних систем 154 6.2. Основні закономірності будови потрійних систем та їх діаграм стану .. 157 6.2.1. Правило фаз Гіббса 157 6.2.2. Правило відрізків (важеля) 158 6.2.3. Правило Мазінга 159 6.2.4. Правило метастабільних продовжень 159 6.2.5. Інші закономірності, загальні для подвійних і потрійних систем .. 159 6.2.6. Правило центру маси конодного трикутника 159 6.3. Діаграма стану системи з необмеженою розчинністю компонентів у рідкому та твердому станах 160 6.3.1. Загальний опис діаграми 160 6.3.2. Кристалізація потрійних сплавів 161 6.3.3. Ізотермічні розрізи 163 6.3.4. Політермічні розрізи 165 6.4. Діаграма стану системи з необмеженою розчинністю компонентів у рідкому стані та відсутністю розчинності у твердому стані 167 6.4.1. Кристалізація типових сплавів 169 6.4.2. Ізотермічні розрізи 172 6.4.3. Політермічні розрізи 173 6.5.Діаграми стану систем з проміжними фазами 175 6.5.1. Діаграма стану системи з однією подвійною проміжною фазою .. 175 6.5.1.1. Загальний опис 175 6.5.1.2. Кристалізація типових сплавів 177 6.5.1.3. Ізотермічні (горизонтальні) розрізи 179 6.5.1.4. Політермічні (вертикальні) розрізи 181 6.5.1.5. Квазібінарні розрізи 182 6.5.2.Діаграми стану систем з декількома проміжними фазами .... 183 6.5.2.1. Метод виключення розрізу 183 6.5.2.2. Сингулярна тріангуляція систем з декількома проміжними фазами 185 6.6. Діаграми стану систем, компоненти яких обмежено розчиняються один в одному у твердому стані 186 6.6.1. Діаграми стану системи з обмеженою постійною взаємною розчинністю компонентів у твердому стані 186 6.6.1.1. Кристалізація типових сплавів 189 6.6.1.2. Вертикальні (політермічні) розрізи 192 6.6.2. Діаграма стану системи з обмеженою змінною взаємною розчин- ністю компонентів у твердому стані 194 6.6.2.1. Загальний опис діаграми 195 6.6.2.2. Кристалізація типових сплавів 197 6.6.2.3. Вертикальні розрізи 199 Розділ 7. Залізо та його сплави 204 7.1. Основні властивості заліза 204 7.2. Діаграми стану залізо-вуглець 206 7.3. Формування структур залізовуглецевих сплавів 212 7.4. Вуглецеві сталі 217 7.5. Вплив вуглецю на властивості сталі 218 7.6. Вплив постійних домішок на властивості сталі 219 7.7. Класифікація вуглецевих сталей 221 7.8. Чавуни 223 7.9. Основні принципи термічної обробки сплавів 230 7.9.1. Відпал 1-го роду 231 7.9.2. Відпал 2-го роду 233 7.9.3. Гартування із поліморфним перетворенням і відпуск сталі ... 240 7.9.4. Гартування без поліморфного перетворення та старіння сплавів .. 242 7.9.5. Особливості термічної обробки чавунів 244 Розділ 8. Мідь та сплави на її основі 249 8.1. Мідь, її властивості 249 8.2. Класифікація сплавів на основі міді 250 8.3. Латуні 251 8.4. Олов'яні бронзи 254 8.5. Алюмінієві бронзи 257 8.6. Берилієві бронзи 260 8.7. Кремнієві бронзи 261 8.8. Марганцеві бронзи 262 8.9. Свинцеві бронзи 262 8.10. Мідно-нікелеві сплави 264 8.11. Спеціальні мідні сплави 265 Розділ 9. Алюміній та алюмінієві сплави 297 9.1. Алюміній. Основні властивості 267 9.2. Взаємодія алюмінію з легуючими елементами і домішками 268 9.3. Будова алюмінієвих сплавів у литому стані 270 9.4. Будова алюмінієвих сплавів після гарячої і холодної обробки тиском .. 272 9.5. Принципи вибору режимів термічної обробки алюмінієвих сплавів .. 275 9.5.1. Відпал 276 9.5.2. Гомогенізація 277 9.5.3. Рекристалізаційний відпал 279 9.5.4. Відпал термічно зміцнених сплавів з метою їх знеміцнення .. 280 9.5.5. Відпал для зняття залишкових напружень (низький відпал) .. 280 9.5.6. Гартування 280 9.5.7. Старіння 282 9.5.8. Повернення при старінні 285 9.5.9. Структурне знеміцнення алюмінієвих сплавів 286 9.6. Класифікація алюмінієвих сплавів 287 9.6.1. Термічно незміцнювані сплави, що деформуються 288 9.7. Деформівні алюмінієві сплави, що зміцнюються термообробкою .. 293 9.8. Ливарні алюмінієві сплави 299 9.8.1. Вплив умов плавки й обробки алюмінієвих ливарних сплавів на їхню структуру і властивості 300 9.8.2. Рафінування ливарних алюмінієвих сплавів 305 9.8.3. Модифікування алюмінієвих сплавів 308 9.9. Особливості плавки сплавів різних систем 311 9.10. Спеціальні алюмінієві сплави 320 Розділ 10. Магній і сплави на його основі 324 10.1. Магній, його властивості 324 10.2. Взаємодія магнію з легуючими елементами і домішками 325 10.3. Класифікація магнієвих сплавів 330 Розділ 11. Титан і сплави на його основі 338 11.1. Титан, його властивості 338 11.2. Вплив домішок та властивості титану 341 11.3. Структура і властивості легованого титану 346 11.4. Класифікація і характеристика конструкційних і ливарних сплавів на основі титану 353 11.5. Фазові перетворення, термічна обробка і властивості титанових сплавів 358 Розділ 12. Підчіпникові сплави 370 12.1. Основні підчіпникові сплави, їх стисла характеристика 371 12.2. Антифрикційні чавуни 371 12.3. Бабіти 372 12.4. Цинкові підчіпникові сплави 377 12.5. Алюмінієві підчіпникові сплави 377 Розділ 13. Нікель, його сплави 379 13.1. Нікель, його властивості 379 13.2. Сплави системи нікель-мідь 379 13.3. Сплави системи нікель-хром 380 13.4. Сплави нікелю з залізом 381 Список літератури 383