Билет 1 Упорядоченное расположение атомов, когда атомы занимают в пространстве вполне определенные места, Такие вещества называются кристаллическими. Расположение атомов вещ-ва в послед-ти, которая периодически повторяется в 3х измерениях называется кристаллическим строением. Благодаря упорядоченному расположению атомов в пространстве, их центры можно соединить воображаемыми прямыми линиями. Совокупность таких пересекающихся линий представляет пространственную решетку, которую называют кристаллической решеткой. Внешние электронные орбиты атомов соприкасаются, так что плотность упаковки атомов в кристаллической решетке весьма велика. Все металлы являются кристаллическими телами, имеющими определенный тип кристаллической решетки. Тип решетки определяется формой элементарного геометрического тела, многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку данного кристаллического тела.
К
убич-я;
Объ-но-центр-ая кубич-я; гранецентр-ая
кубич-я 1ат. на яч-ку; 2 ат.на яч-ку
О
снову
ОЦК-решетки составляет кубическая
ячейка (рис. 1.2,б), в которой положительно
заряженные ионы металла находятся в
вершинах куба, и еще один атом в центре
его объема, т. е. на пересечении его
диагоналей. Такой тип решетки имеют
железо, хром, и др. металлы. У ГЦК-решетки
(рис. 1.2, в) ячейкой служит куб с
центрированными гранями. Подобную
решетку имеют железо, алюминий, медь,
и др. металлы. Степень заполненности
кристаллической решетки атомами
определяется такими показателями как
параметр решетки, число атомов в каждой
ячейке, и плотность упаковки. Параметр
решетки - это расстояние между атомами
по ребру ячейки. Параметры решетки
измеряется в нанометрах 1нм =10-9м).
Параметры кубических решеток
характеризуются длиной ребра куба и
обозначаются буквой а. При подсчете
числа атомов в каждой ячейке следует
иметь в виду, что каждый атом входит
одновременно в несколько ячеек. Так,
на одну элементарную ячейку: ОЦК
приходится два атома - один в центре,
другой - в вершинах куба (1+8 1/8); на ячейку
ГЦК четыре атома - один в вершинах куба
и три на его гранях (8-1/8+6-1/2) на ячейку
ГПУ - шесть атомов (3+12-1/6+12-1/2=6). Основные
характеристики кристаллической решетки
(тип, период, количество атомов в ячейке)
определяют расположение атомов в
кристалле. Плотность кристаллической
решетки характеризуется координационным
числом, (К - для кубической и Г - для
гексагональной решеток) равным числу
ближайших равноудаленных соседей.
Отношение объема всех атомов, приходящихся
на одну ячейку ко всему ее объему,
определяется коэффициентом компактности.
Для ОЦК решетки он составляет 0,68, а для
ГЦК и ГПУ решеток коэффициент компактности
равен 0,74. В
кристалле расстояние между атомами в
различных кристаллографических
направлениях неодинаковы, поэтому и
свойства кристаллических тел зависят
от направления, т.е. возникает анизотропия.
Реальный кристалл отличается от
идеального наличием различных структурных
несовершенств - дефектов, которые могут
быть точечными, линейными, поверхностными
и объемными. Размеры точечных дефектов
близки к межатомному расстоянию.
Объемные дефекты (поры, трещины) имеют
значительные размеры во всех трех
направлениях. К точечным дефектам
относятся вакансии, межузельные атомы
основного вещества, чужеродные атомы
внедрения и замещения. Вакансией
называется пустой узел кристаллической
решетки. Атом, перемещенный из узла в
позицию между узлами, называется
межузельными. Также вакансии могут
образоваться в результате пластической
деформации. Важнейшими видами линейных
несовершенств являются краевые и
винтовые дислокации. Линия, перпендикулярная
направлению сдвига кристалла, является
краем экстраплоскости. Она называется
линейной
краевой
дислокацией
и может достигать многих тысяч межатомных
расстояний. Под диффузией
понимают перемещения атомов в
кристаллическом теле на расстояния,
превышающие средние межатомные данного
вещества.
Билет 3 Большинство металлов имеют поликристаллическую структуру, в которой зерна ориентированны не одинаково. Пластическая деформация в этом случае не может протекать одновременно и одинаково во всем объеме металла.
Рис. 4.3. Изменение микроструктуры поликристаллического металла при деформации: а - исходное состояние (е=0); б - 8=1%; в - 8=40%; г - 8=80-90%; 8 - степень деформации.
Пока общая деформация мала (~ 1%), зерна, деформируются неоднородно (рис. 4.3, б). С ростом степени деформации в результате процессов скольжения зерна вытягиваются в направлении приложенных сил, образуя волокнистую или слоистую структуру, при этом внутри самих зерен происходит дробление блоков. (рис. 4.3, в). При очень больших степенях деформации (80.90%) возникает текстура деформации (рис. 4.3, г). Характер текстуры зависит от вида деформации, природы металла, наличия примесей и условий деформации. Образование текстуры приводит к анизотропии механических и физических свойства металла.
Билет 2 Наиболее характерными свойствами чистой меди являются электропроводность, теплопроводность и стойкость против атмосферной коррозии. В связи с высокой пластичностью чистая медь хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. В процессе холодной деформации медь наклепывается и упрочняется. Чистая медь имеет низкую прочность и жидкотекучесть, плохо обрабатывается резанием, поэтому более широкое применение нашли сплавы на ее основе. Для легирования меди в основном применяют цинк, олово, алюминий, бериллий, кремний, марганец и никель. Вредными добавками, снижающими механические и технологические свойства меди и ее сплавов, являются свинец, сера и кислород. Латунями называют медноцинковые сплавы. При дополнительном введении в сплав добавок алюминия, свинца, олова, кремния и других элементов получают специальные латуни. По структуре различают однофазные и двухфазные латуни. Наибольшей пластичностью обладают однофазные латуни. Различают деформируемые и литейные латуни. Однофазные латуни хорошо деформируются в холодном состоянии. Латуни являются деформируемыми сплавами на медной основе и лишь отдельные марки специальных латуней с повышенной твердостью применяются для отливки фасонных деталей. Латунные детали при длительном хранении, особенно в коррозионно-активной среде растрескиваются. Для предотвращения этого детали подвергают отжигу для снятия остаточных напряжений при 200. 300°С. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свинцом, бериллием соответственно называются оловянистыми, алюминиевыми, кремнистыми, свинцовистыми, берриллиевыми бронзами. Оловянистые бронзы применяются в литом виде. По структуре различают однофазные и двухфазные оловянистые бронзы. В оловянистые бронзы для улучшения свойств вводят до 5% свинца (улучшает обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства), до 1% фосфора (повышает антифрикционные свойства, износостойкость и жидкотекучесть). Оловянистые бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые (однофазные) легированы свинцом, цинком, фосфором они используются для изготовления пружин, мембран, антифрикционных деталей. Литейные оловянистые бронзы имеют двухфазную структуру, обладают более высокими антифрикционными свойствами и стойкостью против коррозии. Безоловянистые бронзы - это сплавы меди со свинцом, алюминием, железом, и другими элементами. Так свинцовистая бронза, обладающая высокими антифрикционными свойствами, используется для изготовления вкладышей подшипников, берилиевая бронза теплостойка используется для изготовления упругих элементов точных приборов, деталей, работающих на износ при высоких скоростях, давлениях и температурах.
Билет 4. Конверторный способ производства стали
Способы получения стали зависят от применяемого оборудования:
кислородно-конвертерный;
мартеновский;
электроплавильный.
При первом способе выплавка стали производиться в конвертере, представляющим собой стальной сосуд грушевидной формы, выложенный внутри огнеупорным кирпичом. Для получения стали ,в конвертер заливают жидкий чугун, имеющий высокую температуру (1250-1400 С) и загружают известняк, металлолом. Затем подают кислород под давлением. При этом кислород быстро выжигает из чугуна избыток углерода и др. примесей, известь взаимодействует с фосфором, серой и переводит их в шлак. По ходу плавки берут пробы металла на экспресс-анализ. Если содержание углерода соответствует заданному продувку кислородом прекращают и сталь сливают в ковш, а шлак сливают через специальное отверстие. В готовой стали остается кислород в виде окисла железа. Для его восстановления в ковш вводят раскислители. Если сталь полностью раскислена и при застывании в изложницах из нее почти не выделяются газы, ее называют «спокойной». При выплавке спокойной стали в качестве раскислителей вводят сначала ферромарганец, потом ферросилиций и в последнюю очередь алюминий .В тех случаях, когда из стали не удален кислород при ее разливке в изложницы и постепенном охлаждении последний взаимодействует с углеродом. с образованием окиси углерода. При интенсивном выделении окиси углерода поверхность металла как бы бурлит и сталь называют «кипящей». В этом случае в качестве раскислителей вводят только ферромарганец. Наличие в жидком металле растворенных газов является причиной образования в слитке пустот, снижающих свойства стали. Для предотвращения образования пустот необходима дегазация жидкой стали до разлива ее в изложницы. Наиболее полная дегазация достигается обработкой стали в вакуумных камерах, в результате которой значительно повышаются плотность слитка и физико-механические свойства металла. После раскисления и дегазации сталь разливают по изложницам. Существует два типа конвертеров- бессемеровский и томассовский, которые отличаются видом футеровки (огнеупорный материал).Для кремнистых чугунов- бессемеровский конвертер, для чугунов, обогащенных окислами фосфора- томассовский. В кислородных конвертерах выплавляют углеродистые, низколегированные и легированные стали. Из таких сталей изготовляют проволоку, трубы, рельсы. Преимущества конвертерного способа:
высокая производительность;
компактность и простота устройства конвертера;
низкая себестоимость стали.
Недостатки:
1)в конвертерах перерабатывается только жидкий чугун, а переработка металлолома возможна в небольшом количестве (до 10%);
2)в процессе продувки наряду с выгоранием углерода и других примесей выгорает немалая часть железа (потери металла составляют 10-15%);
3)процесс получения стали вследствие большой скорости с трудом поддается регулированию, что сокращает возможность получения стали точно определенного состава.
Конвертерную сталь применяют главным образом для изготовления изделий не требующих от металла особо высоких качеств. При конвертерном способе производства стали возможность переработки металлолома невелика. С ростом потребления металла и развитием машиностроения проблема утилизации отходов металлообработки и металлолома становится все более актуальной и она обусловила возникновение нового способа производства стали - в мартеновских печах. Мартеновская печь-это печь особой конструкции пламенная печь, в которой металл плавится под непосредственным воздействием пламени горящего топлива. Мартеновская печь работает на газообразном и жидком топливе (мазуте). В зависимости от состава шихты различают скрап-процесс и скрап-рудный процессы плавки. При скрап–процессе в печь загружаются скрап (55-75%) и чушковый чугун (25-45%). При скрап-рудном процессе в печь заливают жидкий чугун (55-75%), добавляют руду (12-20%) и скрапБилет 4
Билет 8 Легированные стали производят и поставляют качественными, высококачественными и особовысококачественными. Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать хром - Х, никель - Н, марганец - Г, и т.д. Число, стоящее после буквы, указывает среднее содержание в процентах легирующего элемента в стали. Если число отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1%. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная. Особовысококачественные стали имеют в конце буквы: «Ш» - электрошлаковый переплав; «ВД» - вакуумно-дуговой переплав; «ВИ»-вакуумно-индукционная выплавка. Число в начале марки конструкционной легированной стали показывает содержание углерода в сотых долях. Например: конструкционная сталь 12Х18Н9Т содержит 0,12%С, 18%Сг, 9%Ы и менее 1%77; Число перед маркой инструментальных сталей показывает содержание углерода в десятых долях. Если же концентрация углерода примерно 1%, то цифры не ставятся, например: Сталь ХВГ содержит по 1% углерода, хрома, вольфрама и марганца; Сталь 9ХС - 0,9%С, 1%Сг, 1%$/. Некоторые стали содержат дополнительную букву после слова сталь, обозначающую ее группу или тип, например: ШХ15 - шарикоподшипниковая сталь (1%С, 1,5%Сг); Р6М5 - быстрорежущая сталь (1%С, 6%Ж, 5% Мо); АС14ХГН - автоматная сталь (14%$/, 1%Сг, 1%Мп, 1%М).