Инженерная графика
Физика
Атомные станции
Строймех
ТКМ
Начертательная геометрия
Экология энергетики
Сопромат
Готика
Черчение
Теплотехника
Математика

Театр

Конспект лекций
Атомная энергетика
Карта

Магнитные превращения

Некоторым металлам присуща способность сильно намагничиваться в магнитном поле. Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. Железо, кобальт, никель отличаются специфическими магнитными свойствами, например способностью хорошо намагничиваться. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Однако при нагреве ферромагнитные свойства металла постепенно теряются. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. Кюри показал, что полная потеря ферромагнитных свойств получается при определенной температуре, названной в дальнейшем точкой Кюри.

При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определенной температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа – ). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.

Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Возможен переход из одного состояния в другое, если новое состояние в новых условиях является более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии.

Магнитное превращение имеет ряд особенностей, отличающих его от аллотропического превращения.

Во-первых, магнитные свойства постепенно падают по мере приближения к точке превращения, и эта точка не отвечает скачкообразному изменению свойств. Во-вторых, магнитное превращение не имеет температурного гистерезиса. Увеличение скорости охлаждения не снижает температуры превращения. В третьих, механические и некоторые физические свойства при превращении не изменяются (изменяются многие электрические, магнитные и тепловые свойства). Наконец, в-четвертых, самое важное: магнитное превращение не сопровождается перекристаллизацией — образованием новых зерен и изменением решетки.

Эти особенности существенно отличают магнитное превращение от аллотропического.

Типичными для аллотропического превращения являются изменение кристаллической решетки, перекристаллизация и тепловой гистерезис превращения.

Магнитное превращение не сопровождается ни одним из этих явлений. Следовательно, магнитное превращение есть особый вид превращения, принципиально отличный от аллотропического.

Согласно современным представлениям, при магнитных превращениях происходит изменение не в кристаллической структуре металла, а во взаимодействии внешних и внутренних электронных оболочек атомов.

С изменением внешних условий свободная энергия изменяется по сложному закону различно для жидкого и кристаллического состояний. Характер изменения свободной энергии жидкого и твердого состояний с изменением температуры показан на рисунке 5.3.

В соответствии с этой схемой выше температуры ТS вещество должно находиться в жидком состоянии, а ниже ТS – в твердом.

При температуре равной ТS жидкая и твердая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго. Температура ТS – равновесная или теоретическая температура кристаллизации.

Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры ТS. Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации.

Рисунок 5.3 - Изменение свободной энергии в зависимости от температуры

Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения ():

Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязненности (чем чище металл, тем больше степень переохлаждения), от скорости охлаждения (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждени).

Рассмотрим переход металла из жидкого состояния в твердое.

При нагреве всех кристаллических тел наблюдается четкая граница перехода из твердого состояния в жидкое. Такая же граница существует при переходе из жидкого состояния в твердое.

Кристаллизация – это процесс образования участков кристаллической решетки в жидкой фазе и рост кристаллов из образовавшихся центров.

Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.

Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время – температура. Кривая охлаждения чистого металла представлена на рисунке 5.4.

Процесс кристаллизации чистого металла:

До точки 1 охлаждается металл в жидком состоянии, процесс сопровождается плавным понижением температуры. На участке 1 – 2 идет процесс кристаллизации, сопровождающийся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Оно компенсирует рассеивание теплоты в пространство, и поэтому температура остается постоянной. После окончания кристаллизации в точке 2 температура снова начинает снижаться, металл охлаждается в твердом состоянии.

– теоретическая температура кристаллизации;

. – фактическая температура кристаллизации

Рисунок 5.4 - Кривая охлаждения чистого металла

Лекция 6

Основные случаи взаимодействия компонентов в сплавах.

Чистые металлы (содержание основного компонента 99,99— 99,999 %) обладают низкой прочностью, поэтому их в технике используют редко (кроме Сu и А1 в электротехнике). Металлические сплавы наиболее широко применяют в технике в качестве конструкционных материалов.

Сплавом называют материал, состоящий из двух или большего числа химических элементов, являющихся компонентами сплава. В металлических сплавах основным компонентом (более 50 %) является металл. Так же как и чистые металлы, сплавы построены из кристаллических зерен. Возможны другие способы приготовления сплавов: спекания, электролиз, возгонка. В этом случае вещества называются псевдосплавами.

Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы обладают более разнообразным комплексом свойств, которые изменяются в зависимости от состава и метода обработки.

У сплавов более высокая механическая прочность, удельное электрическое сопротивление, стойкость к коррозии и т. д.

Сплавы (кроме сплавов с неорганической растворимостью компонентов в твердом состоянии) представляют системы, состоящие из нескольких фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температура, давление).


Электротехнические материалы