Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
»
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Часть 1
2) восстановлением металлами (титан восстанавливают более активным магнием или бериллием);
3) электролизом растворов и расплавов (так получают алюминий и магний).
Природные руды зачастую бедные, поэтому перед выплавкой их обогащают. В цикле любого металлургического производства происходит постепенное повышение концентрации нужного металла:
Итак, задача металлургического производства – восстановление металлов из оксидов и других соединений.
Наиболее значимыми в технике являются черные металлы: чугун и сталь . Их получением занимается черная металлургия .
Цветная металлургия получает медь, алюминий, титан, другие цветные металлы и сплавы на их основе. Руды цветных металлов беднее железных: в медной руде содержится от 1 до 5 % меди, в молибденовых – сотые доли процента Mo. Для их обогащения применяется больше операций; плавка идет в несколько этапов.
Структура металлургического производства
Предприятия черной металлургии базируются на месторождениях руд и коксующихся углей, а также энергетических комплексах (см. рис.1).
Сырьем для черной металлургии являются железная руда, кокс, флюсы.
Продукция черной металлургии: стальные и чугунные отливки (литые заготовки), стальной прокат (рельсы, балки, листы, проволока, трубы), чугун передельный и литейный (в чушках), ферросплавы .
Важнейший из этих продуктов – сталь, «хлеб промышленности».
Отсюда основная задача черной металлургии :
1) получение чугуна из руды путем восстановления железа из оксидов; производится в доменной печи;
2) получение стали из чугуна и скрапа (металлолома) путем окисления избытка примесей; производится в сталеплавильных агрегатах (конверторе, мартеновской печи и др.).
Рис. 1. Схема металлургического производства (чёрная металлургия)
Получение чугуна
Домна – вертикальная плавильная печь шахтного типа, работает по принципу противотока: шихта загружается сверху, проплавляется и опускается, а горячий воздух и газы поднимаются вверх (см. рис. 2). Шихто й называют все материалы, загружаемые в печь. В доменном производстве это руда, кокс и флюсы. Все эти материалы проходят предварительную обработку: дробление крупных кусков, спекание мелких, обогащение. В домну загружается не природная руда, а обогащенный концентрат, причем в виде кусков определенной величины (10-80 мм), полученных агломерацией (спеканием) или окатыванием (из мелких фракций увлажненной шихты делаются шарики диаметром 30 мм и обжигаются).
Домна вмещает до 7 тыс. т шихты (5 железнодорожных составов). Это печь непрерывного действия, она работает в течение 5-8 лет круглосуточно, без ремонта. Снаружи домна одета стальным кожухом толщиной 40-50 мм, шамотная кладка печи имеет толщину от 70 см в верхней части до 1,5 м в районе гор
на. Подогретое дутьё
(воздух для горения топлива, обогащенный кислородом) подается из воздухонагревателей через фурмы. Температура дутья достигает 1200 °C, что позволяет экономить кокс и повышает производительность. У каждой домны есть несколько воздухонагревателей, которые поочередно работают то на нагрев кирпичной насадки отходящими газами (рис. 3), то на подогрев воздуха.
Кокс сгорает с выделением большого количества тепла: температура в заплечиках достигает 2000 °C. Продукты сгорания – газы CO и CO2 – отдают тепло шихте. На выходе их температура составляет всего 300 ° C.
В домне идет косвенное
(газами CO и H2) и прямое
(твердым углеродом кокса) восстановление железа, последовательно от старших оксидов к младшим:
Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe.
Кроме того, восстанавливаются примеси – кремний, марганец, фосфор; железо активно растворяет углерод и серу. Сплав, насыщенный углеродом до ≈4 %, плавится, стекает в горн, и дальнейшее науглероживание становится невозможным: слой жидкого чугуна прикрыт сверху слоем жидкого шлака, состоящего из оксидов и более легкого, чем металл.
Выпуск чугуна и шлака производится периодически через чугунную и шлаковую лётки соответственно.
Сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой называется доменным чугуном . Он подразделяется на литейный чугун, который разливают в слитки весом 45 кг (чушки) или получают из него отливки, и передельный чугун, который идет на передел в сталь. Передельный чугун из чугуновозных ковшей сливают в миксер – огнеупорную емкость, обогреваемую горючим газом, вместимостью до 2 тыс. т жидкого чугуна. В миксере происходит усреднение состава чугуна из разных плавок, что важно для правильной работы сталеплавильных агрегатов.
Чугун и доменные ферросплавы , применяемые для раскисления и легирования стали, – это основная продукция доменного производства, а шлак и доменный газ – побочная.
Технико-экономические показатели работы домны:
1) коэффициент использования полезного объема КИПО = V /P [м3/т],
где V – полезный объем, P – суточная производительность;
2) удельный расход кокса K = A /P , где A – расход кокса в сутки.
Понятно, что чем меньше эти показатели, тем эффективнее работает доменная печь. У лучших печей оба эти показателя имеют величину ≈0,4.
Лекция 2
Получение стали
Исходные материалы для получения стали – передельный чугун и скрап (металлолом).
Состав чугуна: 4 % C, 1 % Mn, 1 % Si, 0,3 % P, ≤ 0,1 % S.
Состав стали 40: 0,4 % C, 0,5 % Mn, 0,3 % Si, ≤ 0,05 % P, ≤ 0,03 % S.
Следовательно, чтобы получить сталь, содержание всех примесей в чугуне надо уменьшить примерно в 10 раз. Для этого примеси окисляют и переводят в шлак.
Выплавку стали производят в сталеплавильных печах различной конструкции, ёмкости и производительности.
Агрегаты для выплавки стали
Самая крупная сталеплавильная печь – мартеновская (см. рис. 4). Эта пламенная регенеративная печь может вмещать до 900 т жидкой стали. Печь представляет собой ванну из огнеупорных материалов. Сверху имеется свод, в передней стенке расположены окна для завалки шихты, в нижней части задней стенки – летка для выпуска стали. В боковых стенах имеются головки для подачи топлива и отвода продуктов сгорания. Источником тепла является факел, в котором сгорает природный газ или мазут. Газы, образованные при горении, проходят через один из регенераторов (воздухонагревателей), отдавая тепло кирпичной насадке. Воздух для горения топлива подается через нагретый регенератор. Затем с помощью задвижки поток газов направляют так, чтобы остывший регенератор нагревался, а нагретый работал на подогрев дутья.
Для ускорения плавки через свод печи пропущены фурмы для вдувания кислорода.
Производительность печи оценивают величиной съема металла с 1 м2 пода. Этот показатель достигает 10 т/м2; более крупные печи с площадью пода до 100 м2 работают более производительно. Печь выдерживает от 400 до 600 плавок (примерно 8 месяцев), после этого ставится на ремонт. Продолжительность плавки в мартеновской печи от 6 до 12 часов. Выплавляют стали обыкновенного качества, углеродистые и легированные.
Доля мартеновской стали составляет около 50 % от всей выплавляемой в мире стали. В последние десятилетия эта доля снижается, так как новых мартеновских печей больше не строят.
Рис. 4. Сталеплавильные печи
Кислородный конвертор – второй по величине сталеплавильный агрегат. Он представляет собой грушевидный сосуд (реторту) из огнеупорного кирпича, покрытый снаружи стальным кожухом и подвешенный на опорах. Конвертор может поворачиваться на цапфах, наклоняясь для выпуска стали и шлака. Емкость конверторов – до 400 т жидкой стали, обычно 300 т. Размеры: высота до 9 м, диаметр – до 7 м.
В конверторе окисление имеющихся в чугуне примесей идет за счет продувки жидкого чугуна чистым кислородом (через фурму сверху). Химические реакции окисления протекают с выделением огромного количества теплоты, поэтому ванна очень быстро разогревается. Под фурмой температура расплава достигает 2400 °C. Плавка продолжается всего 40 минут: это самый высокопроизводительный сталеплавильный агрегат. В конверторах выплавляют только углеродистую и низколегированную сталь (содержание легирующих добавок не более 3 %). Слишком высокие температуры способствуют выгоранию ценных легирующих элементов, поэтому иногда легирование производят уже в ковше, после выпуска стали из конвертора. Доля конверторной стали растет; конверторный способ вытесняет мартеновский.
Электродуговая сталеплавильная печь имеет емкость до 300 т. Это камера из огнеупорного кирпича со съемным сводом. Для загрузки флюсов и легирующих элементов имеется окно; загрузка шихты производится сверху при снятом своде. Для выпуска стали печь имеет огнеупорный желоб. Она может наклоняться благодаря специальному механизму.
Тепло для химических реакций получается от горения трех электрических дуг между графитовыми электродами и шихтой. Печь питается трехфазным током с напряжением 600 В; сила тока до 10 кА. В электродуговой печи можно создать необходимую атмосферу (нейтральную, восстановительную или вакуум). Электрические параметры легко поддаются регулированию, поэтому в печи можно установить любую температуру.
В электропечах выплавляют высококачественные легированные стали . Плавка длится 6-7 часов; на тонну стали расходуется примерно 600 кВтч электроэнергии и около 10 кг электродов.
Электроиндукционная печь – самый маленький агрегат для выплавки стали. Ее емкость не превышает 25 т. Такие печи часто строят на машиностроительных предприятиях для переплавки собственных отходов.
Электроиндукционная печь – это огнеупорный тигель, помещенный в индуктор. Индуктор выполнен в виде витков медной трубки, через которую под давлением прокачивается вода для охлаждения. Индуктор подключен к генератору переменного тока высокой частоты (от 500 до 2000 Гц). Ток создает переменное электромагнитное поле. Под действием этого поля в кусках шихты, находящейся в тигле, наводятся вихревые токи, или токи Фуко. За счет сопротивления металла прохождению тока шихта разогревается и плавится; расплав интенсивно перемешивается.
В этой печи также можно создать любую атмосферу. Здесь не слишком высокая температура, поэтому нет угара легирующих элементов. Нет графитовых электродов, как в дуговой печи, поэтому лишний углерод не попадает в расплав. В индукционных печах выплавляют высококачественные легированные стали и сплавы, в том числе безуглеродистые.
Этапы выплавки стали
В любой сталеплавильной печи плавка происходит в несколько этапов:
1) плавление шихты и нагрев ванны ; в этот период окисляются железо и примеси, и удаляется фосфор;
2) «кипение» ванны : лишний углерод удаляется в виде пузырьков CO, и кажется, что сталь кипит; в это же время идет удаление серы;
3) раскисление – восстановление железа из оксида FeO с помощью более активных элементов (марганца, кремния, алюминия);
4) легирование – добавление необходимых элементов для получения легированной стали; производится в конце плавки или прямо в ковше.
По степени раскисления стали подразделяют на спокойные (полностью раскисленные – ферромарганцем, ферросилицием и алюминием), кипящие (раскисленные только ферромарганцем, они «кипят» в изложнице – это выделяется оксид CO в виде пузырьков) и полуспокойные (раскислены марганцем и кремнием).
Слиток спокойной стали плотный, в верхней части имеется усадочная раковина. В слитке кипящей стали остаются пузырьки газа, усадочной раковины нет. Эта сталь не содержит неметаллических включений и более пластична, так как в ней меньше кремния.
Разливка стали
Выплавленную сталь выпускают в разливочный ковш и разливают в изложницы (чугунные формы) для получения слитков нужного веса и формы. Используется стопорный ковш. Изложницы заполняются сверху или снизу (сифонная разливка) . При сифонной разливке одновременно заполняются сразу несколько изложниц. Потери металла в этом случае больше, но качество слитка выше, так как заполнение формы расплавом идет спокойно, без брызг. Застывшие брызги образуют на поверхности слитка твердые частицы – «корольки», затрудняющие его дальнейшую обработку. Углеродистые стали обыкновенного качества разливают сверху, а легированные, качественные – сифоном.
Наиболее экономичным является способ непрерывной разливки стали
(рис. 5). Металл из ковша выпускается в промежуточное разливочное устройство, а оттуда поступает в медный кристаллизатор. Кристаллизатор имеет двойные стенки, между которыми прокачивается вода, отводящая тепло от расплава. Проходя через отверстие кристаллизатора, расплавленный металл начинает затвердевать. На выходе частично затвердевший слиток захватывается тянущими роликами и направляется на дополнительное охлаждение водой из форсунок. Скорость вытягивания составляет примерно 1 м/мин. Окончательно затвердевший профиль разрезается на мерные куски с помощью ацетилен-кислородного резака.
Установки непрерывной разливки стали (УНРС) бывают радиального, горизонтального и вертикального типов (по направлению вытягивания слитка). Выход годного продукта при этом способе составляет до 98 %. Слиток имеет плотное, мелкозернистое строение. Может быть получено сечение любой формы: .
Повышение качества стали
Повысить качество стали означает уменьшить в ней количество вредных примесей: серы, фосфора и газов.
Способы повышения качества стали:
1) Обработка синтетическим шлаком в ковше. Расплавленный шлак специального состава заливается на дно ковша, затем туда выпускается сталь. Более тяжелый жидкий металл опускается на дно, а шлак всплывает, при этом его частички захватывают неметаллические включения и газовые пузырьки. Кроме того, компоненты шлака связывают серу.
2) Вакуумная дегазация в ковше (или при переливании в изложницу, в другой ковш, в промежуточном разливочном устройстве). При понижении давления над расплавом пузырьки газов поднимаются вверх и уносят с собой оксиды и другие неметаллические примеси.
3) Двойной переплав: электрошлаковый, вакуумно-дуговой, плазменно-дуговой и др. В каждом из этих способов слиток постепенно расплавляется, и расплав проходит по капле через жидкую среду (шлак) или вакуум. Сталь очищается от газов и неметаллических включений. Затем металл снова кристаллизуется. Двойному переплаву подвергают только легированные стали, особо высококачественные.
Внедоменное получение железа из руды
Это наиболее перспективное направление в развитии черной металлургии. Традиционный двойной передел нужно заменить более рациональным процессом. Причины :
1) Запасы коксующихся углей истощаются.
2) Два вспомогательных производства – получение агломерата и кокса – по капиталоемкости, сложности, вреду выбросов значительно превосходят основное – доменное производство.
3) Необходимы перевозки сырья на все большие расстояния, к мощным металлургическим комплексам, вокруг которых запасы выработаны. (Только КМК и ЗСМК требуют 15 млн т руды в год.) При этом в металлургических центрах нарушена экология.
Выход : постепенная замена доменного и сталеплавильного производства прямым получением стали из руды; а затем – непрерывным металлургическим процессом руда – прокат.
Пока эта задача полностью не решена: есть установки для получения металлизованных окатышей из руды вне домны и есть способы непрерывной разливки и прокатки стали. Дело за «малым» – научиться производить непрерывную выплавку стали. Скорость химических реакций в существующих печах не позволяет это сделать.
Томская область имеет гигантские возможности стать центром добычи железорудного сырья, а возможно – и выплавки стали. Запасы Бакчарского месторождения оцениваются в 12 млрд т. Их хватит на 700 лет добычи. Предполагается разработка методом скважинной гидродобычи; размытая струей воды порода (пульпа ) будет подаваться на металлургический завод по пульпопроводу.
Одна из успешно работающих установок для внедоменного получения железа – шахтная печь противотока (рис. 6). Печь имеет вид шахты, в которую сверху загружаются рудные окатыши. Верхняя часть печи – это зона восстановления. Она нагревается до 1100 °С. В нее подаются газы CO и H2 – продукты конверсии природного газа. Они восстанавливают железо из оксидов, входящих в состав окатышей. Нижняя часть печи – зона охлаждения, куда подается холодный воздух. На выходе из печи получается губчатое железо в виде металлизованных окатышей. Они содержат до 95 % железа, остальное – примеси (марганец, сера, фосфор). Из них в электропечах выплавляют сталь. В такой стали содержится до 0,2 % С.
Есть и другие способы внедоменного получения железа: восстановление в кипящем слое, в капсулах (в виде концентрических слоев) и др.
Лекция 3
Раздел II Обработка металлов давлением
Обработка металлов давлением (ОМД) – это процессы получения заготовок и деталей машин из металлов методами пластического деформирования.
До 90 % металлических изделий в процессе изготовления подвергаются обработке давлением. Уровень использования обработки давлением в машиностроении определяет уровень этой отрасли в целом.
Продукция кузнечно-прессового производства включает как самые тяжелые и сложные изделия – роторы турбогенераторов, гребные винты морских судов, корпуса реакторов АЭС – так и мелкие товары повседневного спроса: гвозди, крепеж, аэрозольные баллончики, заклепки и пуговицы.
Все это объясняется преимуществами ОМД перед другими видами обработки:
1) при обработке давлением расход металла минимален;
2) производительность высокая (особенно важно в массовом производстве – автомобилей, сельхозтехники, товаров народного потребления);
3) достаточно высокая точность размеров и качество поверхности;
4) обработка давлением улучшает структуру и повышает механические характеристики металла.
Ответственные детали – например, колеса и оси железнодорожных вагонов, детали турбин самолетов – обязательно подвергаются обработке давлением.
Уже за 8 т. лет до н. э. применялась ковка из самородных металлов. Примером мастерства древних кузнецов является железный столб в столице Индии – Дели. Эта цилиндрическая кованая колонна диаметром около 42 см на протяжении многих веков не подвергается коррозии.
Физические основы ОМД
Обработка металлов давлением возможна благодаря уникальной способности металлов к пластической деформации, то есть к изменению формы металла без разрушения.
Под действием нагрузки в металле возникают напряжения. Напряжением в механике называют отношение силы P к площади сечения F , на которое она действует:
Растущее напряжение вызывает в металле вначале упругую деформацию, затем пластическую и, наконец, разрушение.
Упругая деформация – обратимая. Атомы смещаются из положений равновесия, а после снятия нагрузки возвращаются на свои места. Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки.
Пластическая деформация остается после снятия нагрузки. Атомы смещаются на значительные расстояния и занимают новые устойчивые положения. Слои металла смещаются относительно друг друга, идет скольжение слоев.
При достижении некоторой величины напряжения происходит разрыв межатомных связей, зарождается и растет трещина – происходит разрушение .
В процессе обработки металлов давлением необходимо достичь напряжения, достаточного для начала пластической деформации, но ни в коем случае не превысить величину напряжения, при котором начинается разрушение. Для каждого металла и сплава напряжение пластического течения свое. Оно называется пределом текучести и обозначается σ т, или σ 02. Максимальное напряжение, которое металл выдерживает, не разрушаясь, называется пределом прочности и обозначается σ в. Обе эти величины приводятся в справочниках. Рабочие напряжения в процессе ОМД должны быть выше предела текучести, но ниже предела прочности: σ т < σ <σ в.
Законы пластической деформации
Бочкообразная форма поковки объясняется действием сил трения
между заготовкой и бойками молота
3) Закон сдвигающего напряжения : Пластическая деформация начнется только тогда, когда сдвигающие напряжения в деформируемом теле достигнут определенной величины, зависящей от природы тела и условий деформирования. Используется при расчетах необходимого усилия, или мощности оборудования.
Холодная и горячая пластическая деформация
При нагреве сопротивление металла деформации значительно снижается, т. е. уменьшается предел текучести. Для успешной обработки давлением необходимо точно знать, до каких температур нагревать металл.
Существует определённая температура, своя для каждого металла и сплава, называемая температурой рекристаллизации Т р. Она тоже имеется в справочниках, но её можно определить, зная температуру плавления Т пл, по формулам:
Т р = 0,4∙Т пл – для металлов,
Т р = (0,6÷0,7)∙Т пл – для сплавов.
Обратите внимание: Т пл = t пл + 273. (Т – температура в кельвинах, t – в градусах Цельсия.)
Температура рекристаллизации является границей между областями горячей и холодной деформации. Деформация при температурах ниже t р называется холодной , а выше t р – горячей .
Значения t р для некоторых материалов:
чистое железо – 450 ºС,
углеродистая сталь – 550-650 ºС,
медь – 270 ºС,
свинец – –33 ºС.
В результате холодной пластической деформации искажается кристаллическая структура металла; зёрна, из которых он состоит, вытягиваются в одном направлении; возрастает прочность и снижается пластичность. Это явление называется наклёп . Деформировать наклепанный метал труднее, нужны бо льшие усилия, более мощное оборудование. Поэтому холодная пластическая деформация применяется реже, только для самых пластичных металлов или заготовок малого сечения (листы, проволока). Волочение и листовая штамповка обычно осуществляются вхолодную. При этом достигается высокая точность размеров и чистота поверхности. Есть возможность влиять на свойства изделия за счёт разной степени наклепа.
При горячей пластической деформации наклёп не возникает, т. е. металл не упрочняется. Сопротивление металла при горячей пластической деформации примерно в 10 раз меньше, чем при холодной. Поэтому можно получить большую величину деформации. Но в процессе нагрева на металле образуется окалина (слой оксидов), что снижает качество поверхности и точность размеров. Прокатка, ковка, прессование, объёмная штамповка обычно выполняются как горячая обработка давлением.
Температурный режим ОМД
Для осуществления горячей деформации надо и начинать, и заканчивать обработку выше температуры рекристаллизации. В процессе ковки или прокатки металл непрерывно остывает, и важно не дать ему остыть ниже t р. Поэтому для каждого металла и сплава определяют температурный интервал обработки давлением : температуру начала и окончания горячей деформации.
Температура начала деформации должна быть на 100-200º ниже температуры плавления. При нарушении этого правила (завышении температуры) возможен брак: перегрев – рост зерна в металле заготовки сверх допустимых значений, и даже пережог – окисление границ зерен. Последний вид брака неисправим.
Температура окончания деформации должна на 50-100º превышать температуру рекристаллизации, чтобы не допустить упрочнения.
Температурные интервалы ОМД:
углеродистые стали – ºС,
Заготовки, особенно крупные, должны нагреваться медленно, чтобы напряжения, возникающие из-за разности температур в центре и на поверхности, не привели к появлению трещин. (Слиток весом 40 т греют 24 часа!)
Иногда, чтобы избежать образования окалины, нагрев ведут в защитных атмосферах.
Устройства для нагрева заготовок
1) Старейшим нагревательным устройством является горн . Металл в нем нагревается в непосредственном контакте с топливом (коксом, древесным или каменным углем). Сейчас горны применяют только в ремонтных мастерских.
2) Камерная пламенная печь
(рис. 7) имеет одинаковую температуру во всем рабочем пространстве. Источник тепла – факел, получаемый при сгорании природного газа или мазута.
3) Методическая пламенная печь (рис. 8) состоит из нескольких зон с постепенно повышающейся температурой. Заготовки в печи продвигаются с помощью толкательных механизмов или конвейера.
Для очень крупных заготовок используют печи с выдвижным подом. Загрузку и выгрузку производят с помощью кран-балки. Для нагрева слитков весом десятки тонн в прокатных цехах применяются печи-колодцы. Их рабочее пространство расположено под полом цеха, а крышка – на уровне пола.
4) Электрические печи сопротивления имеют нагреватели в виде лент или спиралей вдоль всего рабочего пространства. Температурный режим поддерживается автоматически. По конструкции они могут быть как камерными, так и методическими. Окалины в них образуется меньше, чем в пламенных печах.
 |  |
5) Электронагревательные устройства – это установки индукционного или контактного нагрева (рис. 9). Они используются для нагрева больших партий одинаковых заготовок, обычно простой геометрической формы.
Рис. 9. Устройства индукционного (а) и электроконтактного (б) нагрева заготовок:
1 – заготовка; 2 – индуктор; 3 – медный контакт
Классификация видов обработки металлов давлением
Специальность «материаловедение и технология материалов» является одной из важнейших дисциплин практически для всех студентов, изучающих машиностроение. Создание новых разработок, которые смогли бы конкурировать на международном рынке, невозможно представить и осуществить без доскональных знаний данного предмета.
Изучением ассортимента различного сырья и его свойств занимается курс материаловедения. Различные свойства используемых материалов предопределяют спектр их применения в технике. Внутреннее строение металла или композитного сплава напрямую влияет на качество продукции.
Основные свойства
Материаловедение и технология конструкционных материалов отмечают четыре наиболее важных характеристики любого металла или сплава. В первую очередь это физические и механические особенности, позволяющие прогнозировать эксплуатационные и технологические качества будущего изделия. Основным механическим свойством здесь является прочность — она напрямую влияет на неразрушаемость готовой продукции под воздействием рабочих нагрузок. Учение о разрушении и прочности есть одна из важнейших составных частей базового курса «материаловедение и технология материалов». Эта наука составляет для поиска нужных конструкционных сплавов и компонентов, предназначенных для изготовления деталей с нужными прочностными характеристиками. Технологические и эксплуатационные особенности позволяют спрогнозировать поведение готового изделия при рабочих и экстремальных нагрузках, высчитать пределы прочности, дать оценку долговечности всего механизма.
Основные материалы
В течение последних столетий основным материалом для создания машин и механизмов является металл. Поэтому дисциплина «материаловедение» уделяет большое внимание металловедению - науке о металлах и их сплавах. Большой вклад в её развитие сделали советские ученые: Аносов П. П., Курнаков Н. С., Чернов Д. К. и другие.
Цели материаловедения
Основы материаловедения обязательны для изучения будущими инженерами. Ведь основной целью включения этой дисциплин в учебный курс является обучение студентов технических специальностей делать правильный выбор материала для сконструированных изделий, чтобы продлить сроки их эксплуатации.
Достижение поставленной цели поможет будущим инженерам решить следующие задачи:
- Правильно оценивать технические свойства того или иного материала, анализируя условия изготовления изделия и срок его эксплуатации.
- Иметь правильно сформированные научные представления о реальных возможностях улучшения каких-либо свойств металла или сплава путем изменения его структуры.
- Знать обо всех способах упрочнения материалов, которые могут обеспечить долговечность и работоспособность инструментов и изделий.
- Иметь современные знания об основных группах используемых материалов, свойствах этих групп и об области применения.
Необходимые знания
Курс «материаловедение и технология конструкционных материалов» предназначен для тех студентов, которые уже понимают и могут объяснить значение таких характеристик, как напряжение, нагрузка, пластическая и агрегатное состояние вещества, атомо-кристаллическое строение металлов, типы химических связей, основные физические свойства металлов. В процессе изучения студенты проходят базовую подготовку, которая им пригодится для покорения профильных дисциплин. Более старшие курсы рассматривают различные производственные процессы и технологии, в которых весомую роль играет материаловедение и технология материалов.
Кем работать?
Знания конструктивных особенностей и технических характеристик металлов и сплавов пригодятся или конструктору, работающему в области эксплуатации современных машин и механизмов. Специалисты в области технологии новых материалов могут найти свое место работы в машиностроительной, автомобильной, авиационной, энергетической, космической сфере. В последнее время наблюдается дефицит специалистов с дипломом «материаловедение и технология материалов» в оборонной промышленности и в сфере разработки средств связи.
Развитие материаловедения
Как отдельная дисциплина, материаловедение являет собой пример типичной прикладной науки, объясняющей состав, строение и свойства различных металлов и их сплавов при разных условиях.
Умение добывать металл и изготавливать различные сплавы человек приобрел еще в период разложения первобытнообщинного строя. Но как отдельная наука материаловедение и технология материалов начали изучаться чуть более 200 лет назад. Начало 18 века - период открытий французского ученого-энциклопедиста Реомюра, который первый попытался изучить внутреннюю структуру металлов. Аналогичные исследования проводил английский фабрикант Григнон, в 1775 году написавший небольшое сообщение о выявленной им столбчатой структуре, которая образуется при отвердевании железа.
В Российской империи первые научные труды в области металловедения принадлежали М. В. Ломоносову, который в своем руководстве попытался кратко объяснить сущность различных металлургических процессов.
Большой рывок вперед металловедение сделало в начале 19 века, когда были разработаны новые методы исследования различных материалов. В 1831 году труды П. П. Аносова показали возможность исследовать металлы под микроскопом. После этого несколькими учеными из ряда стран были научно доказаны структурные превращения в металлах при их непрерывном охлаждении.
Через сто лет эра оптических микроскопов прекратила свое существование. Технология конструкционных материалов не могла делать новые открытия, пользуясь устаревшими методами. На смену оптике пришло электронное оборудование. Металловедение стало прибегать к электронным методам наблюдения, в частности, нейтронографии и электронографии. С помощью этих новых технологий возможно увеличение срезов металлов и сплавов до 1000 раз, а значит, оснований для научных выводов стало гораздо больше.
Теоретические сведения о строении материалов
В процессе изучения дисциплины студенты получают теоретические знания о внутренней структуре металлов и сплавов. По окончании курса слушателями должны быть получены следующие умения и навыки:
- о внутреннем ;
- об анизотропии и изотропии. Чем обусловлены эти свойства, и как на них можно воздействовать;
- о различных дефектах строения металлов и сплавов;
- о методах исследования внутренней структуры материала.
Практические занятия по дисциплине материаловедение
Кафедра материаловедения имеется в каждом техническом вузе. В период прохождения заданного курса студент изучает следующие методы и технологии:
- Основы металлургии - история и современные методы получения сплавов металлов. Производство стали и чугуна в современных доменных печах. Разливка стали и чугуна, методы повышения качества продукции металлургического производства. Классификация и маркировка стали, ее технические и физические характеристики. Выплавка цветных металлов и их сплавов, производство алюминия, меди, титана и других цветных металлов. Применяемое при этом оборудование.
Современное развитие материаловедения
В последнее время материаловедение получило мощный толчок развития. Потребность в новых материалах заставила ученых задуматься о получении чистых и сверхчистых металлов, ведутся работы по созданию различного сырья по изначально просчитанным характеристикам. Современная технология конструкционных материалов предлагает использование новых веществ взамен стандартных металлических. Больше внимания уделяется применению пластмасс, керамики, композиционных материалов, которые имеют параметры прочности, совместимые с металлическими изделиями, но лишены их недостатков.
Д. М. Дубинкин
Г. М. Дубов Л. В. Рыжикова
Кемерово 2010
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
šКузбасский государственный технический университетŸ
Д. М. Дубинкин
Г. М. Дубов Л. В. Рыжикова
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Учебное пособие
Кемерово 2010
УДК 620.22(075.8)
Рецензенты:
Начальник отдела системы менеджмента качества ГОУ ВПО šКемеровский технологический институт пищевой промышленностиŸ, доктор технических наук, профессор Л. М. Захарова
Заведующий кафедрой технологии металлов и ремонта машин ФГОУ ВПО šКемеровский государственный сельскохозяйственный институтŸ, кандидат технических наук, доцент А. П. Черныш
Дубинкин, Д. М. Технология конструкционных материалов: учеб. пособие / Д. М. Дубинкин, Г. М. Дубов, Л. В. Рыжикова; Кузбас. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 2010. – 206 с.
ISBN 978-5-89070-748-2
Учебное пособие подготовлено по дисциплине šТехнология конструкционных материаловŸ. Написано с учетом современного состояния машиностроительного производства. Даны общие понятия и определения по технологии машиностроения. Рассмотрены вопросы производства металлов и сплавов, методы изготовления заготовок и обработки их резанием. Приводятся методы получения неразъемных соединений, применяемые для изготовления металлических конструкций, заготовок и деталей машин. Рассмотрены основные способы физико-химической обработки, применяемые для изготовления изделий из труднообрабатываемых материалов.
Предназначено для студентов специальностей 151001, 151002, 190601, 150402, 140604, 150202, 130402, 130403, 130404, 130405, 280102, магистрантов направления 150900, 130400, а также для специалистов машиностроительных предприятий.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Кузбасского государственного технического университета.
УДК 620.22(075.8) |
|
Дубинкин Д. М., Дубов Г. М., |
|
Рыжикова Л. В., 2010 |
|
Кузбасский государственный |
|
ISBN 978-5-89070-748-2 | технический университет, 2010 |
Н АСТАВНИКУ И УЧИТЕЛЮ
З АВ. КАФЕДРОЙ’Т ЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ- (1975–1982)
Д ОЦЕНТУ
ЛЮДВИГУ ОТТОВИЧУ ГЕРИКЕ
ПОСВЯЩАЕТСЯ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Решение технических проблем, возникающих в области машиностроения и связанных с ресурсосбережением материалов, уменьшением массы, надежностью и работоспособностью деталей машин и механизмов, во многом зависит от рационального выбора технологического процесса изготовления заготовок и изделий.
В данном учебном пособии рассмотрены вопросы курсов šТехнология конструкционных материаловŸ, šТехнологические процессы машиностроительного производстваŸ и раздела šТехнология конструкционных материаловŸ учебного курса šМатериаловедение и технология конструкционных материаловŸ для студентов технических специальностей. Цель этих курсов – получение знаний о современных методах получения конструкционных материалов и изготовления из них деталей машин с помощью литья, обработки давлением, сварки и обработки резанием, которые необходимы для формирования технического кругозора инженера, конструктора, технолога. К основным задачам курсов относится ознакомление с основами рационального выбора конструкционных материалов и изучение методов их получения и обработки. Это объясняется тем, что проблема рационального выбора технологии изготовления машиностроительных изделий – одна из основных в современном промышленном производстве. Без знаний в области технологии материалов решить ее невозможно.
Учебное пособие состоит из пяти глав. Первая глава посвящена металлургическому производству конструкционных материалов. Приведены исходные материалы для плавки и основные этапы получения металлов и сплавов. Во второй главе отражены методы изготовления заготовок в литейном производстве. В третьей главе рассмотрены методы обработки металлов давлением и формообразования машиностроительных профилей и заготовок деталей машин. В четвертой главе приведены методы получения неразъемных соединений. В пятой главе рассмотрены основные методы формообразования поверхности деталей машин и способы физико-химической обработки материалов, применяемые для получения изделий, изготовленных из труднообрабатываемых материалов. Описаны дефекты, возникающие в процессе изготовления различных полуфабрикатов и готовых изделий.
Учебное пособие может оказаться полезным при написании контрольной и курсовой работы, при подготовке к экзамену, а также при выполнении дипломного проекта и успешной работы на производстве.
1. ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
1.1. Современное металлургическое производство
и его продукция
Современное металлургическое производство представляет собой комплекс различных производств (рис. 1), базирующихся на месторождениях руд и коксующихся углей, энергетических комплексах и т.д.
Рис. 1. Схема металлургического производства
Металлургическое производство включает:
– шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;
– горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды, подготавливая их к плавке;
– коксохимические заводы (подготовка углей, их коксование
и извлечение из них полезных химических продуктов);
– энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, очистки металлургических газов;
– доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов или цехи для производства железорудных металлизованных окатышей;
– заводы для производства ферросплавов;
– сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные);
– прокатные цехи (слиток в сортовой прокат).
Основная продукция черной металлургии:
– чугуны: передельный, используемый для передела на сталь,
и литейный, для производства фасонных отливок;
– железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали;
– ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния, ванадия, титана и т.д.) для легированных сталей;
– стальные слитки для производства проката;
– слитки, полученные непрерывной разливкой, для изготовления заготовок на машиностроительных заводах;
– кузнечные слитки для изготовления крупных кованых валов, дисков.
Основная продукция цветной металлургии:
– слитки цветных металлов для производства проката;
– лигатуры – сплавы цветных металлов с легирующими элементами для производства сложных легированных сплавов;
– слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения и электротехники.
1.2. Материалы для производства металлов и сплавов
Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.
Промышленная руда – горная порода, из которой целесообразно извлекать металлы и их соединения (содержание металла в руде должно быть не менее 30¶60 % для железа, 3¶5 % для меди, 0,005¶0,02 % для молибдена). Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы. Называют руду по одному или нескольким металлам, входящим в их состав, например: железные, медно-никелевые.
В зависимости от содержания добываемого элемента различают руды богатые и бедные. Бедные руды обогащают путем удаления части пустой породы. При производстве чугуна руду вводят в виде агломерата и окатышей.
Флюсы – материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентратом и золой топлива. Такое соединение называется шлаком.
Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды (SiO 2 ,P 2 O 5 ), и основным, если в его составе больше основных оксидов (CaO ,MgO ,FeO ).
Топливо – в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) и генераторный газ.
Кокс получают сухой перегонкой при температуре 1000 ¸С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов. В коксе содержится 80¶88 % углерода, 8¶12 % золы, 2¶5 % влаги. Куски кокса должны иметь размеры 25¶60 мм. Это прочное неспекающееся топливо, служит не только горючим для нагрева, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды.
Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) металлургических печей
и ковшей для расплавленного металла. Они способны выдержать нагрузки при высоких температурах, противостоять резким изменениям температуры, химическому воздействию шлака и печных газов.
По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на группы: кислые (кварцевый песок, динасовый кирпич), основные (магнезитовый кирпич, магнезитохромитовый кирпич), нейтральные (шамотный кирпич). Взаимодействие основных огнеупорных материалов
и кислых шлаков, и наоборот, может привести к разрушению печи.
Углеродистый кирпич и блоки содержат до 92 % углерода в виде графита, обладают повышенной огнеупорностью. Применяются для кладки лещади доменных печей, электролизных ванн для получения алюминия, тиглей для плавки и разливки медных сплавов.
1.3. Производство чугуна
Чугун – сплав железа и углерода с сопутствующими элементами (содержание углерода более 2,14 %).
Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.
К железным рудам относятся:
– магнитный железняк (Fe 3 O 4 ) с содержанием железа 55¶60 %, месторождения: Соколовское, Курская магнитная аномалия (КМА);
– красный железняк (Fe 2 O 3 ) с содержанием железа 55¶60 %, месторождения: Кривой Рог, КМА;
– бурый железняк (гидраты оксидов железа 2Fe 2 O 3 »3H 2 O иFe 2 O 3 »H 2 O ) c содержанием железа 37¶55 %, месторождение Керчь.
Марганцевые руды применяются для выплавки сплава железа с марганцем – ферромарганца (10¶82 %), а также передельных чугунов, содержащих до 1 % марганца. Mарганец в рудах содержится в виде окислов и карбонатов: MnO 2 ,Mn 2 O 3 ,Mn 3 O 4 ,MnCO 3 и др.
Хромовые руды применяются для производства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов – хромомагнезитов.
Топливом для доменной плавки служит кокс, возможна частичная замена газом, мазутом.
Флюсом является известнякCaCO 3 или доломитизированный известняк, содержащийCaCO 3 иMgCO 3 , так как в шлак должны входить основные оксиды (CaC ,MgO ), которые необходимы для удаления серы из металла.
Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Метод подготовки зависит от качества руды.
Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной величины, осуществляются с помощью дробилок и классификаторов.
Обогащение руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав:
а) промывка – отделение плотных составляющих от пустой рыхлой породы;
б) гравитация (отсадка) – отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются;
в) магнитная сепарация – измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы и отделяющего их от пустой породы.
Окусковывание производят для переработки концентратов в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания: агломерацию и окатывание.
Федеральное агентство по образованию
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
Кафедра «Конструкционные материалы и специальные технологии»
Материаловедение. Технология конструкционных материалов
Конспект лекций для специальностей 190701 Организация перевозок и управление на транспорте,190702 Организация и безопасность движения
Лекция № 1
Введение
Материаловедение – наука, изучающая строение и свойства материалов и устанавливающая связь между их составом, строением и свойствами.
Знание свойств материалов позволяет наиболее успешно их использовать, поэтому это – конечная цель технического материаловедения. Свойства зависят от состава металла и его состояния. В свою очередь состав и состояние металла обуславливают его структуру.
Структура – порядок расположения атомов или молекул, а затем их группировка в более крупные скопления, называемые кристаллическими образованиями. Поэтому различают микро- и макроструктуру.
Типы кристаллических решеток у металлов
Металлы – кристаллические тела (положение атомов в пространстве упорядочено). Наименьшая часть кристаллической решетки называется элементарной ячейкой и представляет собой куб, шестигранную призму или другое геометрическое тело, в вершинах которого располагаются атомы металла. Многократно повторяясь, ячейки образуют кристаллическое зерно. Ориентировка ячеек в пределах одного зерна одинакова, а в соседних зернах различна. Размер зерен может быть от 1 мкм и более (до 10000 мкм).
Существует 7 разновидностей кристаллических решеток, но для металлов наиболее характерны следующие:
1. Кубическая объемно-центрированная решетка (ОЦК).
Это наиболее простой тип. 8 атомов образуют куб, девятый атом находится в центре объема куба на пересечении диагоналей.
п.: Fe , Cr, V, Mo, W.
В такой решетке атомы упакованы недостаточно плотно. Стремление атомов занять места наиболее близкие друг к другу приводит к образованию решеток других типов.
2. Кубическая гранецентрированная решетка (ГЦК).
8 атомов образуют куб, 6 атомов расположены в центре каждой из граней куба.
п .: Fe , Al, Cu, Ni, Pb.
3. Гексагональная плотноупакованная решетка (ГПУ).
12 атомов образуют шестигранную призму. 2 атома расположены в основаниях призмы, и еще 3 – внутри призмы.
п.: Mg, Zn, Cd (кадмий), Be (бериллий).
Прочность металла зависит от плотности упаковки кристаллической решетки и особенностей строения электронных оболочек атомов.
В свою очередь плотность упаковки определяется числом атомов, приходящихся на одну ячейку решетки и расстоянием между ними.
Всем монокристаллам присуща анизотропия, т. е. неравномерность свойств в различных направлениях, поскольку число атомов на разных направлениях различно.
п.: Если медный шар-монокристалл нагреть, то он превратится в эллипсоид (вследствие неодинаковости коэффициентов линейного расширения по различным направлениям).
Однако реальные металлы состоят из множества зерен, поэтому являются телами псевдоизотропными.
Опр . Полиморфизм (аллотропия) – способность некоторых металлов изменять кристаллическую решетку в зависимости от температуры и давления.
п.: железо при t 0 С имеет решетку ОЦК (Fe ), при 910 0 С
Дефекты кристаллических решеток: точечные, дислокации
Строение и свойства реальных кристаллов отличаются от идеальных вследствие наличия дефектов. Так, фактическая прочность металлов на 2–3 порядка ниже их теоретической прочности, которой обладает совершенно бездефектный металл.
Различают точечные, линейные и поверхностные дефекты.
Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. Их образование связано с диффузионным (тепловым) движением атомов и присутствием примесей, искажающих кристаллическую решетку. Под влиянием тепловых колебаний отдельные атомы, кинетическая энергия которых значительно выше среднего, выходят в междоузлия (дислоцированные атомы). Образовавшееся в узле свободное место называется «дыркой» или вакансией. Точечные дефекты искажают решетку на 5–6 периодов. Вакансии непрерывно перемещаются в решетке, до тех пор, пока не выходят на поверхность кристалла. Чем выше температура, тем больше дырок, и меньше времени вакансия находится в узле решетки. Число дислоцированных атомов не равно числу вакансий, так как они образуются независимо друг от друга.
Точечные дефекты образуются также примесными атомами, которые могут располагаться в узлах кристаллической решетки основного элемента (твердый раствор замещения) или в междоузлиях (твердый раствор внедрения). В любом случае чужеродные атомы вызывают искажение кристаллической решетки.
Линейные дефекты, которые имеют протяженность в одном измерении и малы в двух других, называют также дислокациями.
Опр . Дислокации – линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей.
Краевая дислокация – наиболее распространенный вид.
Все атомные плоскости полные, а полуплоскость АВ обрывается внутри решетки. Линию крайних атомов в этой полуплоскости АВ и принято называть дислокацией.
Если нагрузить силой P идеальную решетку без дефектов, то возникающие касательные напряжения стремятся разорвать одновременно все межатомные связи в плоскости сдвига S – S, что требует большой силы.
При наличии в плоскости сдвига дислокации, достаточно разорвать всего одну межатомную связь (рис.) в результате чего дислокация начнет перемещаться, пока не выйдет на границу зерна в виде ступени. Это потребует небольшого напряжения (на несколько порядков ниже, чем для бездефектного металла). По мере выхода на границу зерна новых дислокаций ступенька растет, превращаясь в зародыш сдвига, а затем и микротрещины. Так происходит пластическая деформация металла и его разрушение.
Вывод: прочность металлов может быть повышена или устранением дислокаций в кристаллах, или повышением сопротивления их движению.
Вторая возможность реализуется введением специальных примесей, препятствующих движению дислокаций (очень мелкие, твердые частицы карбидов, нитридов, интерметаллидов – стопоры) а также термообработкой, холодной деформацией.
График зависимости прочности металла от плотности дислокаций:
А – прочность бездефектного металла (теоретическая прочность); В – прочность т. н. «чистых» металлов. На участке АВ по мере увеличения плотности дислокаций прочность снижается. На участке ВС по мере дальнейшего увеличения плотности дислокаций прочность постепенно растет. Перемещение дислокаций затрудняется в связи с тем, что при большом их количестве они мешают перемещению друг друга.
Увеличения числа дефектов достигают введением легирующих примесей, термообработкой, холодной деформацией.
Поверхностные дефекты возникают вследствие неправильной формы границ отдельных кристаллов, различной ориентации осей в смежных кристаллах. Поэтому границы между зернами – это скопления дислокаций. Чем мельче зерна сплава, тем больше суммарная площадь границ, больше дислокаций и выше прочность сплава.
Лекция № 2
Первичная кристаллизация сплавов
Процесс образования кристаллов из жидкости принято называть первичной кристаллизацией.
Начало образования кристаллов при охлаждении жидкого металла легко заметить, наблюдая так называемые кривые охлаждения (изменение температуры сплава во времени при его охлаждении). Для их построения используется прибор пирометр термоэлектрический, в котором имеется термопара и милливольтметр. Спай термопары погружается в расплав. Температура будет пропорциональна величине термотока.
Температура T, при которой совершается превращение из жидкого состояния в твердое, называется критической точкой.
Подобную же критическую точку можно получить и при нагревании, когда металл будет плавиться. Это пример обратимого превращения, которое при одной и той же температуре может совершаться в ту или другую сторону, в зависимости от того, идет процесс нагрева или охлаждения.
Вопрос : почему при температурах больших T состояние сплава жидкое, при меньших – твердое, и превращение происходит именно при T?
Ответ : В природе все самопроизвольно протекающие превращения, в т. ч. плавления и кристаллизации, вызываются тем, что новое состояние в новых условиях является более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии.
Любая система, будь то жидкость или твердое тело, характеризуется термодинамической функцией F – запасом свободной энергии, которая меняется с изменением температуры, но по разному для жидкого и твердого состояний.
При меньшем значении F система всегда более устойчива, и если есть возможность, стремится перейти в состояние, где F=min. Если при данной температуре F ж
При температуре T s (теоретическая температура кристаллизации) свободные энергии жидкого и твердого состояния равны: F ж = F тв. Однако, если охлаждать жидкость, то при T s еще не происходит процесс кристаллизации. Для начала кристаллизации необходимо, чтобы жидкость была переохлаждена несколько ниже T s (достаточно очень незначительно), чтобы кристаллизация была термодинамически выгодной (F уменьшалась). То есть существует фактическая температура кристаллизации T пер. По аналогии также обратное превращение в жидкость происходит с перегревом твердого тела несколько выше T s .
