2007 (Шпоры)

Билет 1

1. Элементарная ячейка кристаллической решетки и ее характеристики. Полиморфизм, анизотропия, их использование в технике.

Кристаллическое тело характеризуется правильным расположением атомов в пространстве. У аморфных веществ расположение атомов случайно. Кристаллические вещества образуют кристаллическую решётку. 14 типов кристаллических решёток. Крист. решётка характеризуется элементарной ячейкой. Эл. ячейка – кристаллич. решётка наименьшего объёма, воспроизведение которой в пространстве множество раз создаёт пространственную крист. решётку. Атомы в пространстве располагаются упорядоченно, образуя кристаллическую решётку. Основные типы:

1. Простая кубическая решётка: в узлах кубика атомы касаются друг друга. Параметры: Период решётки (расстояние между атомами a =d), d – диаметр атома. 1/8·8 =1 атом на элемент, ячейку. Для химического соединения данный тип решётки.

2. Кубическая объёмно-центрированная решётка характерна для тугоплавких металлов. a =1,21·d. 1/8·8 +1 =2. Feα, Ti, W, Nb.

3. Кубическая гранецентрированная решётка . 1/8·8 +1/2·6 =4. Характерна для пластичных металлов. Cu, Feγ, Au.

3. Анизотропия кристалла и изотропия кристаллических тел.

Анизотропия – это различие свойств в разных направлениях в кристалле. В монокристалле – анизотропия. Поликристаллические вещества – где много кристаллов. В поликристаллическом теле – изотропия (одинаковые свойства по разным направлениям).

2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода.

Легированной называется сталь, содержащая в своем составе один или несколько специально введенных легирующих элементов в количестве, заметно изменяющем свойства стали.

Принципы маркировки стали:

Марка легированной стали – буквенно-цифровой код ее химического состава.Каждый элемент обозначается заглавной буквой русского алфавита:

а) по первой букве русского названия Н – Ni; В – W; Т – Ti; Х – Cr; М – Mo; Г – Mn; Д – Cu; Ю – Al; А – N; Б – Nb;

б) по первой букве латинского названия С – Si;

в) просто условное обозначение Ф – V;

Марка легированной стали:

Если число соответствующее содержанию углерода двухзначное, то это содержание углерода в сотых долях процента, если в единицах, то это содержание углерода в десятых долях процента.

• низколегированные

• среднелегированные

• высоколегированные

Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.

1. Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель – сильный аустенизатор).

2. Хром. Если содержание в стали хрома больше 12%, то сталь – нержавеющая (при условии растворения хрома в кристаллической решетке железа). Хром – сильно карбидообразующий элемент. Из-за образования карбидов коррозионная стойкость стали может уменьшаться. В стали 12Х18Н10Т предотвращено образование карбидов хрома на зернах.

3. Вольфрам. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Карбиды вольфрама устойчивы и действуют при температуре выше температуры применения. Вольфрам используют для изготовления инструментальных сталей.

4. Ванадий. Ванадий повышает устойчивость к циклическим нагружениям и высоким температурам.

5. Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей.

6. Кремний. Кремний – ферритизатор – повышает устойчивость феррита при высоких температурах, то есть такая сталь обладает хорошими электро-магнитными свойствами (феррит – сильный ферромагнетик). Стали с высоким содержанием кремния используются для изготовления сердечников для электроприборов.

Билет 2

1 Фазы сплавов: твердые растворы и промежуточные фазы. Влияние состава на свойства твердых растворов. Промежуточные фазы постоянного и переменного составов, их строение и свойства (фазы внедрения, карбиды, нитриды, электронные соединения и т.д.).

1. Сплав – вещество, содержащее в своем составе два или более компонентов, по крайней мере один из которых – металл.

Получают их с помощью спекания или сплавлением. Компонент – вещество, образующее сплав.

Фаза – пространственно ограниченная и отличная от других часть системы, имеющая свою кристаллическую решётку и свои свойства. Гомогенные вещества имеют одну фазу, а гетерогенные – несколько фаз.

Структура – строение металла, в котором можно различать отдельные фазы, их форму, размеры и взаимное расположение. Структура влияет на свойства.

Равновесное состояние – когда в сплаве все фазы, присущие этой системе оформлены. Это состояние обеспечивается при медленном охлаждении, можно различать размеры и формы фаз.

Неравновесное состояние – процесс образования и обособления фаз не закончился, образуется при быстром охлаждении.

Компонент – химическое вещество, входящее в состав сплава.

В дальнейшем будем рассматривать двойные сплавы.

Различные типы кристаллических сплавов.

1. Твердые растворы – кристаллы, у которых один из компонентов образует собственную кристаллическую решетку, а второй присутствует в виде отдельных атомов, то есть собственной кристаллической решетки не имеет. Первый компонент называют растворителем, а второй – растворенным компонентом.

Выделяют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.

В твердых растворах внедрения – атомы растворенного вещества находятся в межатомных промежутках растворителя.

Особенности:

• растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);

• ограниченная растворимость;

В твердых растворах замещения – атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки.

Особенности

• растворенное вещество такого же типа, как и растворитель (атомы близки по размеру);

• часто имеют неограниченную растворимость;

2 Конструкционные стали нормальной прочности: углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и качественные стали. Состав, маркировка, упрочняющая обработка и применение.

1) Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

1. сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

2. сталь группы Б - по химическому составу;

3. сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

стали обыкновенного качества Сталь0 … Сталь3 … Сталь6, Ст.0 … Ст.3 (0,15-0,22% C)… Ст.6, самые дешёвые, плавка идёт всего 30 мин, слитки крупные  10 т, поставляют эти стали по механическим свойствам, не подвергаются термической обработке.

2) стали качественные: конструкционные, C меньше 0,7% Сталь 08, 10, …45 …60, содержание C в стали в сотых долях % и инструментальные, C больше 0,7% У7…У13, содержание C в десятых долях, разливаются в меньшие слитки, более дорогие, выше качество, подвергаются упрочняющей термической обработке, поэтому в них важно знать содержание C.

Билет 3

1. Точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты кристаллического строения и их влияние на физико-механические характеристики твердых тел. Механические свойства бездефектных кристаллов; нитевидные кристаллы.

Неоднородный химический состав и внешние условия вызывают дефекты кристаллической решетки. Выделяют дефекты трех типов:

1. точечные (вакансии, внедренные атомы);

2. линейные (краевые и винтовые дислокации);

3. объемные (микропоры, трещины, газовые пузырьки).

Точечные дефекты:

Вакансия – отсутствие атома в узле кристаллической решетки.

Внедренные атомы: а) чужеродный атом в узле кристаллической решетки; б) атом вне узла, в межузельном пространстве.

Линейные дефекты:

Дислокации: краевые – оборванный край атомной плоскости внутри кристаллической решетки; винтовые – условная ось внутри кристалл, относительно которой закручиваются атомные плоскости в процессе кристаллизации.

Объемные дефекты:

Возникают из-за влияния внешних условий кристаллизации или под действием внешних нагрузок. В результате несколько вакансий дают пору; несколько линейных дислокаций – трещину.

Влияние дислокаций на процесс деформирования кристалла.

Наличие дислокаций значительно облегчают движение атомных плоскостей друг относительно друга и способствует уменьшению предела прочности. В результате деформирования дислокации могут выходить за грани кристалла. Под действием значительных усилий в кристалле могут возникать новые дислокации, облегчающие деформирование кристалла (площадка текучести). Дислокации переплетаются.

n – плотность дислокаций;