ЛИСТ ЗАДАНИЙ

Вариант 38

49. Опишите строение и основные характеристики кристаллической решётки свинца (параметр, координационное число, плотность упаковки).

123. Вычертите диаграмму состояния системы медь – мышьяк. Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния и объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правила Курнакова.

218. Опишите физическую сущность напряжений второго рода и искажений третьего рода.

398. Вычертите диаграмму состояния Fe – C (Fe₃C), укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 20 градусов Цельсия (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,8%C. Выберите для данного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т.е. процентное содержание углерода в фазах при этой температуре; количественное соотношение фаз.

413) Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 450HB. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений, и какая структура получается в данном случае.

Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) рессор из стали 55СГ. Опишите их микроструктуру и свойства после обработки.

570) Опишите стеклопластики. Укажите характеристики наполнителя по природе и форме. Требования к связующему. Преимущества и недостатки стеклопластиков.

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Строение и основные характеристики кристаллической решётки свинца 5

2 Диаграмму состояния системы медь – мышьяк 8

3 Физическая сущность напряжений второго рода и искажений третьего рода 12

4 Диаграмму состояния Fe – C (Fe₃C) 14

5 Диаграмма изотермического превращения аустенита для стали У8 17

6 Стеклопластики 19

1 Строение и основные характеристики кристаллической решётки свинца

Все металлы и сплавы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. В отличие от некристаллических (аморфных) тел, у металлов атомы (ионы) расположены в строго геометрическом порядке, образуя пространственную кристаллическую решетку. Кристаллические решетки могут быть объемно-центрированной, гранецентрированной и гексогональной. Взаимное расположение атомов в пространстве и расстояния между ними устанавливаются рентгеноструктурным анализом. Расстояние между узлами в кристаллической решетке называется параметром решетки и измеряется в ангстремах Å (10^-8 см). Параметры решетки различных металлов колеблются от 2,8 до 6 Å . В кубической гранецентрированной решетке расположено 14 атомов. Такую решетку имеют: медь, свинец, алюминий, золото, никель и железо при температуре 910—1400° С.

От типа кристаллической решетки сильно зависят свойства металла.

Кристаллическое строение металлов. Изучением внутреннего строения и свойств металлов и сплавов занимается наука, называемая металловедением.

Взаимное расположение атомов в пространстве, количество атомов в решетке и междуатомные пространства характеризуют свойства металла (электропроводность, теплопроводность, плавкость, пластичность и т. д.).

а) б) в)

Элементарные ячейки кубических решеток: а) простой; б) гранецентрированной; в) объемно-центрированной

Основные характеристики

Параметр решетки - это расстояние между атомами по ребру элементарной ячейки. Параметры решетки измеряется в нанометрах (1 нм = 10^-9 м = 10 Å). Параметры кубических решеток характеризуются длиной ребра куба и обозначаются буквой а.

Параметры кубических решеток металлов находятся в пределах от 0,286 до 0,607 нм. Для металлов с гексагональной решеткой а лежит в пределах 0,228-0,398 нм. Параметры кристаллических решеток металлов могут быть измерены с помощью рентгеноструктурного анализа.

Свинец имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром 4,950 Å

Координационное число кристаллической решетки — характеристика, которая определяет число ближайших равноудаленных одинаковых частиц (ионов или атомов) в кристалле.

При подсчете числа атомов в каждой элементарной ячейке следует иметь в виду, что каждый атом входит одновременно в несколько ячеек. Например, для ГЦК-решетки, каждый атом, находящийся в вершине куба, принадлежит 8 ячейкам, а атом, центрирующий грань, двум. И лишь атом, находящийся в центре куба, полностью принадлежит данной ячейке.

Таким образом, ОЦК- и ГЦК-ячейки содержат соответственно 2 и 4 атома.

Под координационным числом понимается количество ближайших соседей данного атома.

В ОЦК решетке атом А (в центре) находится на наиболее близком равном расстоянии от восьми атомов, расположенных в вершинах куба, т. е. координационное число этой решетки равно 8 (К8).

В ГЦК решетке атом А (на грани куба) находится на наиболее близком равном расстоянии от четырех атомов, расположенных в вершинах куба, от четырех атомов, расположенных на гранях куба, и, кроме того, от четырех атомов, принадлежащих расположенной рядом кристаллической ячейке. Атомы принадлежащие расположенной рядом кристаллической ячейке симметричны атомам расположенным на гранях куба. Таким образом, ГЦК решетки координационное число равно 12 (К12).

Прямые линии, соединяющие центры ближайших атомов или ионов в кристалле, образуют координационный многогранник, в центре которого находится данный атом.

В решётках Браве для всех узлов координационное число одинаково. Число ближайших соседей отражает плотность упаковки вещества. Чем больше координационное число, тем больше плотность и соответственно свойства вещества ближе к металлическим. Данному параметру решетки соответствует первая, вторая (соседи, следующие за ближайшими), третья и т. д. координационные группы частиц.

Для простой кубической решетки координационное число равно шести, для ОЦК — 8, ГЦК и ГП (гексагональной плотноупакованной) — 12.

Значит для гранецентрированной решётки свинца координационное число равно – 12.

Плотность упаковки представляет собой отношение суммарного объема, занимаемого собственно атомами в кристаллической решетке, к ее полному объему. Различные типы кристаллических решеток имеют разную плотность упаковки атомов. Компактность решетки зависит от особенностей электронной структуры металлов и характера связи между их атомами.

Для металлов характерны кристаллические решетки с плотной упаковкой ионов в узлах. Прочность металлической связи и плотность упаковки обуславливают прочность, твердость, относительно высокие температуры плавления.

У алмаза плотности упаковки 34%

У кубической примитивной решетки плотность упаковки 52%

У кубической объемноцентрированной решетки плотность упаковки 68%

У кубической гранецентрированной решетки плотность упаковки 74%

У гексагональной решетки плотность упаковки 74%

Значит у свинца плотность упаковки 74% т.к. у него гранецентрированная кристаллическая решётка.