bogodukhov_s_i_sinyukhin_a_v_kozik_e_s_kurs_materialovedeniy

A) Об атмосфере Коттрелла. B) О винтовой дислокации. C) О боль* шеугловой (межзеренной) границе. D) О малоугловой (межблочной) границе.

Ответы к разделу

Позиция A

№18. A) Неверно. Тип кристаллической решетки сам по себе оп* ределяется типом ее элементарной ячейки.

№19. A) Неверно. Такую часть кристаллической решетки называ* ют элементарной кристаллической ячейкой.

№20. A) Правильно.

№21. A) Неверно. Каждый из атомов, лежащих на гранях куба, принадлежит, кроме данной ячейки, еще одной, а в вершинах куба — еще семи соседним ячейкам.

№22, 23. A) Неверно.

№24. A) Неверно. Каждый из атомов, лежащих в вершинах куба, принадлежит восьми элементарным ячейкам.

№25. A) Правильно.

№26. A) Неверно. Базис — это таблица значений координат всех атомов, входящих в элементарную ячейку.

№27. A) Неверно. Координационное число К8 характеризует объ* емно*центрированную кубическую кристаллическую решетку.

№28. A) Неверно. При ковалентной связи плотность упаковки атомов в кристалле ниже, чем при металлической связи, поэтому ко* валентная связь не является препятствием для образования концен* трированных твердых растворов внедрения.

№29. A) Неверно. Рост параметра решетки (при сохранении ее типа, например при нагреве) приведет к увеличению ее объема и сни* жению плотности вещества.

№№ 30, 31. A) Правильно.

№32. A) Неверно.

№33. A) Правильно.

№34. A) Неверно. Изотропность (изотропия) состоит в одинако* вости свойств материала во всех направлениях.

№35. A) Правильно.

№36. A) Неверно. Магнитные свойства материалов (диамагне* тизм, парамагнетизм и т.д.) определяются электронным строением атомов (тонкой структурой). Анизотропия же — свойство, проявляю* щееся на уровне микроструктуры.

№37. A) Правильно.

32КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№38. A) Неверно. Поверхностные дефекты имеют размеры в од* ном направлении несколько периодов, а в двух других — десятки и сотни тысяч периодов кристаллической решетки.

№39. A) Неверно. Дислокации — это линии, измеряемые десятка* ми и сотнями тысяч периодов кристаллической решетки, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла.

№40. A) Правильно.

№41. A) Неверно. Плоскость скольжения — это плоскость, по ко* торой происходит сдвиг одной части кристалла относительно другой при его деформировании. Представленный элемент структуры суще* ствует независимо от того, деформируют кристалл или нет.

№42. A) Неверно. Дефекты строения, вызванные межузельными атомами, имеют во всех направлениях размеры в несколько периодов кристаллической решетки.

№43. A) Неверно. Такие плоскости называют малоугловыми (низкоугловыми) границами.

№44. A) Правильно.

№45. A) Неверно. Атмосферы Коттрелла — это скопления атомов растворенного вещества вокруг дислокаций.

Позиция B

№18. B) Правильно.

№19. B) Неверно. Расстояние между соседними одноименными плоскостями называют межплоскостным расстоянием.

№20. B) Неверно. В обеих ячейках атомы занимают места не только в вершинах куба, но и в центре ячейки (В), либо в центре каж* дой грани (С ).

№21. B) Неверно. Каждый из атомов, лежащих на гранях куба, принадлежит, кроме данной ячейки, еще одной, а в вершинах куба еще семи соседним ячейкам.

№22. B) Правильно.

№23. B) Неверно.

№24. B) Неверно. Каждый из атомов, лежащих в вершинах куба, принадлежит восьми элементарным ячейкам.

№25. B) Неверно. Изомерия заключается в существовании соеди* нений, главным образом органических, одинаковых по составу, но различающихся по расположению атомов в пространстве.

№26. B) Неверно. Параметры решетки — это совокупность значе* ний длин ребер элементарной ячейки и величин углов между ними.

№27. B) Неверно. Координационное число К12 характеризует гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку.

№28. B) Правильно.

№29. B) Неверно. Уменьшение количества пор в ячейке не озна* чает снижение их общего объема. Например, кристаллическая решет* ка К8 (много мелких пор) по компактности занимает промежуточное положение между К6 и К12, имеющих меньшее количество пор.

№30. B) Неверно. Координационное число — это число атомов, находящихся на наименьшем равном расстоянии от любого данного атома.

№31. B) Неверно. В данном случае первый индекс — не отрица* тельное число. К тому же знак минус ставят не перед числом, а над ним.

№32. B) Правильно.

№33. B) Неверно. Отрезки, отсекаемые плоскостью на коорди* натных осях, определены неправильно.

№34. B) Правильно.

№35. B) Неверно. Магнитные свойства определяются электрон* ным строением вещества. Ферромагнитными могут быть и изотроп* ные материалы, например металлические стекла.

№36. B) Правильно.

№37. B) Неверно. Такие дефекты предполагают наличие экстра* плоскости, либо плоскости, изогнутой по винтовой поверхности.

№38. B) Неверно. Объемные дефекты охватывают области в радиу* се многих десятков, сотен и тысяч периодов кристаллической решетки.

№39. B) Неверно. Поры — это пустоты, вызванные отсутствием в данной области кристаллической решетки МНОГИХ атомов.

№40. B) Неверно. Межузельные атомы возникают в результате перехода атомов, образующих ДАННОЕ вещество, из узлов кристал* лической решетки в межузельное пространство.

№41. B) Неверно. Выделенный элемент структуры обусловливает возникновение краевой дислокации, но сам таковой не является.

№42. B) Неверно. Поверхностные дефекты имеют размеры в од* ном направлении несколько периодов, а в двух других — десятки и сотни тысяч периодов кристаллической решетки.

№43. B) Неверно. Поверхностные дефекты кристаллической ре* шетки называют малоугловыми (низкоугловыми) и большеугловыми (высокоугловыми) границами.

№44. B) Неверно. Цепочка вакансий прерывает атомную плос* кость, но не создает экстраплоскости.

№45. B) Неверно. Винтовая дислокация представляет собой ли* нейный дефект кристаллической решетки, при котором кристалл фактически состоит из единственной атомной плоскости, изогнутой по винтовой поверхности.

34 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

Позиция C

№18. C) Неверно. Элементарные ячейки могут содержать многие десятки атомов.

№19. C) Неверно. Число атомов, находящихся на наименьшем равном расстоянии от любого данного атома, называют координаци* онным числом.

№20. C) Неверно. В ячейке С атомы расположены не только в вершинах куба, но также и в центре каждой грани.

№21. C) Правильно.

№22. C) Неверно.

№23. C) Правильно.

№24. C) Неверно. Каждый из атомов, лежащих в вершинах куба, принадлежит восьми элементарным ячейкам.

№25. C) Неверно. Анизотропия — это явление, состоящее в неод* нородности свойств материала в различных направлениях.

№26. C) Неверно. Коэффициент компактности — это характери* стика, определяющая отношение объема атомов, входящих в элемен* тарную ячейку, к объему ячейки.

№27. C) Правильно.

№28. C) Неверно. Решетки ГЦК и ГПУ компактнее решетки, представленной на рисунке (ОЦК), однако они образуют более концентрированные растворы внедрения. Например, железо с ре* шеткой ГЦК растворяет до 2,14 % углерода, а с ОЦК — не бо* лее 0,1 %.

№29. C) Неверно. К примеру, решетки Г12 (6 атомов на ячейку) и К12 (4 атома на ячейку) компактны одинаково.

№30. C) Неверно. Базис представляет собой совокупность коор* динат всех атомов, составляющих элементарную ячейку.

№31. C) Неверно. Координаты точки направления определены неправильно.

№32. C) Неверно.

№33. C) Неверно. Индекс не может быть дробным числом. В дан* ном случае лишь определены отрезки, отсекаемые плоскостью на ко* ординатных осях. Нужно взять их обратные значения и привести к трем целым числам.

№34. C) Неверно. Текстура состоит в преимущественной ориен* тации структуры материала.

№35. C) Неверно. Поскольку в поликристаллических веществах кристаллические решетки в различных зернах ориентированы по раз* ному, свойства тела во всех направлениях усредняются. Тело стано* вится изотропным (квазиизотропным).

№36. C) Неверно. Полиморфизм — это способность вещества иметь различные типы кристаллических решеток. Анизотропия мо* жет проявляться и в веществах, не обладающих таким свойством.

№37. C) Неверно. Поверхностные дефекты представляют собой дислокационные стенки либо переходные области между кристалли* ческими решетками различных ориентаций.

№№ 38, 39. C) Правильно.

№40. C) Неверно. Примесные атомы замещения заменяют атомы данного вещества в УЗЛАХ кристаллической решетки.

№41. C) Неверно. Атомы выделенного элемента структуры распо* ложены в узлах кристаллической решетки.

№№ 42–43. C) Правильно.

№44. C) Неверно. Микротрещина — это объемный дефект. Иска* жения вдоль края экстраплоскости — линейный дефект кристалличе* ской структуры.

№45. C) Правильно.

Позиция D

№18. D) Неверно. Бездефектные области кристаллов обычно со* ставляют блоки мозаичной структуры.

№19. D) Правильно.

№20. D) Неверно. В ячейке B атомы расположены не только в вершинах куба, но также и внутри ячейки.

№21. D) Неверно. Каждый из атомов, лежащих на гранях куба, принадлежит, кроме данной ячейки, еще одной, а в вершинах куба — еще семи соседним ячейкам.

№22, 23. D) Неверно.

№24. D) Правильно.

№25. D) Неверно. Текстура — это преимущественная ориентация элементов структуры материала. Например, закономерная ориента* ция кристаллитов относительно внешних деформирующих материал сил получила название текстуры деформации.

№26. D) Правильно.

№27. D) Неверно. Координационное число Г12 характеризует гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку.

№28. D) Неверно. Металлы с решеткой ОЦК действительно не образуют концентрированных твердых растворов внедрения. Раство* римость H, B, C, N (элементы, образующие твердые растворы внедре* ния) в таких металлах не превышает десятых долей процента.

№29. D) Правильно.

№30. D) Неверно. Параметры решетки — это совокупность зна* чений длин ребер элементарной ячейки и величин углов между ними.

36КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№31. D) Неверно. Индекс не может быть дробным числом. Нуж* но привести значения координат точки направления к целым числам.

№32. D) Неверно.

№33. D) Неверно. Индекс не может быть дробным числом. Нуж* но привести полученные значения к трем целым числам.

№34. D) Неверно. Полиморфизм — это способность материала существовать в различных кристаллических модификациях.

№35. D) Неверно. Аморфные материалы изотропны.

№36. D) Неверно. Переохлажденные жидкости, как и всякие жидкости, за исключением жидких кристаллов, аморфны. Такие структуры изотропны.

№37. D) Неверно. Объемные дефекты имеют протяженность во всех направлениях на многие периоды кристаллической решетки.

№38. D) Неверно. Линейные дефекты простираются в двух на* правлениях на несколько периодов, а в третьем — на десятки и сотни тысяч периодов кристаллической решетки.

№39. D) Неверно. Межузельный атом — это дефект, состоящий в местном увеличении периода кристаллической решетки, образую* щийся в результате перехода атома из узла решетки в межузлие.

№40. D) Неверно. Вакансия — это дефект, состоящий в отсутст* вии атома в УЗЛЕ кристаллической решетки.

№41. D) Правильно.

№42. D) Неверно. Микротрещины — это объемные дефекты кри* сталлической структуры. Ширина микротрещины переменна и лишь

уустья ее размеры сопоставимы с межатомными.

№43. D) Неверно. Плоскость кристаллической решетки, по кото* рой происходит скольжение одной части кристалла относительно другой, называют плоскость скольжения.

№44. D) Неверно. При наличии винтовой дислокации кристалл как бы состоит из одной атомной плоскости, закрученной в виде вин* товой поверхности. Экстраплоскости в этом случае нет.

№45. D) Неверно. Малоугловая граница представляет собой це* почку дислокаций (дислокационную стенку).

1.2.3.Теория сплавов

1.2.3.1. Кристаллизация металлов

Кристаллизация — это переход жидкости в твердое (кристалличе* ское) состояние. Как всякий спонтанный процесс, кристаллизация протекает при термодинамических условиях, обеспечивающих сни* жение энергии Гиббса системы.

Кристаллизация складывается из двух элементарных процес* сов — зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов из этих центров. Скорость каждого из процессов зависит от степени переохлаждения (n) жидкости относительно равновесной темпера* туры, т.е. температуры, при которой энергии Гиббса жидкого и кристаллического состояний равны. При n 0 образование заро* дышей кристаллов (центров кристаллизации) невозможно, по* скольку равен нулю движущий фактор процесса (разность энер* гий Гиббса жидкого и твердого состояний). С увеличением пере* охлаждения эта разность растет, вызывая увеличение скорости возникновения центров (числа центров — ч.ц.) и скорости роста кристаллов (с.к.). Однако с увеличением n снижается диффузион* ная подвижность атомов, что вызывает торможение обоих элемен* тарных процессов. При значительном переохлаждении атомы ста* новятся столь малоподвижными, что кристаллизация полностью подавляется.

При небольших значениях n (при малых величинах ч.ц. и боль* ших с.к.) образуются крупнозернистые структуры. С увеличением переохлаждения структуры измельчаются (ч.ц. возрастает быстрее, чем с.к.).

От степени переохлаждения зависит критический размер зароды* ша, т.е. такой минимальный размер, при котором рост зародыша со* провождается снижением энергии Гиббса системы. Зародыши мельче критического к росту не способны и растворяются в жидкости. Чем больше степень переохлаждения жидкости, тем меньше критическая величина зародыша.

При кристаллизации кристаллы, окруженные со всех сторон жид* костью, имеют более или менее правильную геометрическую форму. При столкновении растущих кристаллов форма нарушается, стано* вится неправильной, так как рост граней на участках соприкоснове* ния прекращается. Такие искаженные кристаллы называют кристал литами или зернами. Таким образом, форма и размер образовавшихся в результате кристаллизации зерен определяются условиями столкно* вения растущих кристаллов.

В реальных условиях форма и размер образующихся кристаллов, помимо условий столкновения, зависят от направления и скорости отвода теплоты, температуры жидкого металла, вида и количества примесей (при росте кристаллов на частицах примесей, играющих роль готовых центров, образование зародышей называют гетероген ным в отличие от гомогенного — самопроизвольного образования). Не* редко при кристаллизации возникают разветвленные древовидные кристаллы, называемые дендритами.

38 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№ 46. При какой (каких) температуре(ах) возможен процесс кри* сталлизации (рис. 13)?

A) t2 и t3. B) t1 и t2. C) t1. D) t3.

№47. На рис. 14 представлено изменение энергии Гиббса при об* разовании зародышей кристалла. Возможен ли рост кристалла из за*

родыша размером r1?

A) К росту способен любой зародыш. B) Рост маловероятен, так как он сопровождается повышением энергии Гиббса. C) Рост возмо* жен, поскольку размер зародыша превышает критический. D) Рост такого зародыша возможен только при гетерогенном образовании.

№48. Какими факторами определяется кристаллизация?

A) Числом частиц нерастворимых примесей и наличием конвек* тивных потоков. B) Числом центров кристаллизации и скоростью роста кристаллов из этих центров. C) Степенью переохлаждения сплава. D) Скоростью отвода тепла.

№ 49. Чем определяется форма зерен металла?

A) Условиями столкновения растущих зародышей правильной фор* мы. B) Формой частиц нерастворимых примесей, на которых протека* ет кристаллизация. C) Интенсивностью тепловых потоков. D) Формой кристаллических зародышей.

№ 50. Как зависит размер зерен металла от степени переохлажде* ния его при кристаллизации?

A) Чем больше степень переохлаждения, тем крупнее зерно. B) Раз* мер зерна не зависит от степени переохлаждения. C) Чем больше сте* пень переохлаждения, тем мельче зерно. D) Зависимость неоднознач* на: с увеличением переохлаждения зерно одних металлов растет, дру* гих — уменьшается.

№ 51. Какую структуру можно ожидать, если при кристаллизации достигнута степень переохлаждения n1 (рис. 15)?

A) Любую. Характер структуры мало зависит от степени переохла* ждения. B) Аморфную. C) Крупнокристаллическую. D) Мелкокри* сталлическую.

№ 52. Как называется структура, схема которой представлена на рис. 16?

A) Дендрит. B) Блок мозаичной структуры. C) Сложная кристал* лическая решетка. D) Ледебурит.

1.2.3.2. Виды сплавов

Сплавами называют вещества, полученные сплавлением двух или нескольких компонентов. По характеру взаимодействия компонентов различают сплавы: механические смеси, твердые растворы, химиче* ские соединения, промежуточные фазы.

При образовании механических смесей компоненты химически не взаимодействуют и не растворяются друг в друге. Металлографиче* ский анализ структуры обнаружит зерна каждого из входящих в со* став сплава компонентов. Механические свойства смесей линейно за* висят от соотношения компонентов и являются промежуточными ме* жду свойствами чистых компонентов.

В твердых растворах компоненты растворяются друг в друге не только в жидком, но и в твердом состояниях. Микроструктура та* ких сплавов состоит из однородных зерен, имеющих кристалличе* скую решетку элемента растворителя. Аббревиатура вида A(B) оз* начает твердый раствор, состоящий из компонентов A и B, при* чем компонент B растворен в кристаллической решетке компо* нента A.