bogodukhov_s_i_sinyukhin_a_v_kozik_e_s_kurs_materialovedeniy
.pdf
|
|
ОБУЧАЮЩЕ*КОНТРОЛИРУЮЩАЯ ПРОГРАММА |
41 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 19 |
Рис. 20 |
№56. Какому типу сплавов принадлежит кристаллическая решет* ка, представленная на рис. 20?
A)Твердому раствору внедрения. B) Твердому раствору замеще* ния. C) Химическому соединению. D) Механической смеси.
№57. К какому типу принадлежит сплав, кристаллическая решет* ка которого представлена на рис. 21?
A)К химическим соединениям. B) К твердым растворам замеще* ния. C) К твердым растворам внедрения. D) К механическим смесям.
№58. К какому типу принадлежит сплав, кристаллическая решет* ка которого представлена на рис. 22?
A)К химическим соединениям. B) К твердым растворам внедре* ния. C) К твердым растворам замещения. D) К механическим смесям.
№59. На рис. 23 представлены кристаллические решетки, при* надлежащие сплавам одной системы. Какая это система?
Всистеме...
A)компоненты ограниченно растворяются друг в друге. B) компо* ненты неограниченно растворяются друг в друге. C) отсутствует вза* имная растворимость компонентов. D) компоненты образуют устой* чивое химическое соединение.
Рис. 21 |
Рис. 22 |
42 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ
Рис. 23
№60. Для каких сплавов компонентов A и B характерно равенство A(B) B(A)?
A)Для твердых растворов внедрения. B) Для механических смесей.
C)Для химических соединений. D) Для неограниченных твердых растворов.
№61. Возможна ли 100*процентная концентрация растворяемого компонента в решетке растворителя?
A)Возможна в системе с химическими соединениями. B) Нет.
C)Возможна в системе механических смесей. D) Возможна в системе неограниченных твердых растворов.
1.2.3.3. Диаграммы состояния
Диаграммы состояния в графической форме показывают равно* весный фазовый состав сплавов в зависимости от температуры и кон* центрации компонентов.
Общие закономерности существования фаз в равновесных услови* ях в математической форме выражаются правилом фаз Гиббса:
C K F 1,
где K — число компонентов, образующих систему; F — число фаз; C — число степеней свободы.
Компонентами называют вещества, образующие систему. Фаза — это однородная часть системы, отделенная от других частей (фаз) по* верхностью раздела, при переходе через которую свойства вещества меняются скачком.
Под степенями свободы понимают внешние и внутренние факторы (температура, концентрация), которые можно изменять, не выводя систему из данного фазового состава. (Используйте правило фаз при ответе на вопросы 71, 72, 73, 74, 76).
ОБУЧАЮЩЕ*КОНТРОЛИРУЮЩАЯ ПРОГРАММА |
43 |
|
|
При построении диаграмм состояния используют кривые охлаж* дения сплавов, полученные при термическом анализе. По точкам пе* региба и температурных остановок, вызванных тепловым эффектом превращений, определяют температуры фазовых превращений.
Однокомпонентная диаграмма представляет собой температурную шкалу с нанесенными на нее точками фазовых превращений.
Двухкомпонентная диаграмма помимо температурной оси (оси ор* динат) имеет ось концентраций (ось абсцисс). Один конец оси абс* цисс соответствует чистому компоненту, например A, другой — B. Все промежуточные точки оси соответствуют сплавам с различным соот* ношением компонентов.
Трехкомпонентные диаграммы имеют вид трехгранной равносто* ронней призмы, в основании которой лежит концентрационный тре* угольник, а ребра являются температурными осями. Вершины кон* центрационного треугольника соответствуют чистым компонентам, стороны — концентрационным осям двойных систем, точки внутри треугольника — тройным сплавам. При определении концентрации компонентов в тройном сплаве через заданную точку (фигуративную точку) треугольника проводят линии, параллельные его сторонам. Отрезок линии, заключенный между фигуративной точкой и сторо* ной треугольника, отнесенный к длине стороны, равен содержанию компонента (в долях единицы), которому соответствует вершина, противолежащая стороне.
Диаграмма, подобная представленной на рис. 24, называется диа* граммой с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Линия диаграммы A cB называется линией ликвидус. Выше этой линии все сплавы существуют в виде однофазного жидко* го раствора (L). Линия A fB — линия солидус. Ниже нее все сплавы находятся в твердом состоянии (в данном случае в виде неограничен* ного твердого раствора ). Между линиями A cB и A fB сплавы имеют двухфазный состав (L ).
Рис. 24
44 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ
Химический состав фаз и их относительное количество в сплаве при температуре, соответствующей двухфазной области, определяют с помощью правила отрезков.
Чтобы определить химический состав фаз, нужно через заданную точку, характеризующую состояние сплава (фигуративную точку), провести коноду (конодой называется горизонтальная линия, лежа* щая в двухфазной области диаграммы и опирающаяся своими конца* ми на фазовые границы). Проекции концов коноды на ось концен* траций покажут состав соответствующих фаз. Отношение длины от* резка, заключенного между фигуративной точкой и одним из концов коноды, к длине всей коноды равно относительному количеству фазы, на границу с которой опирается второй конец коноды. (Ис* пользуйте правило отрезков при ответе на вопросы 69, 70).
На рис. 30 представлена диаграмма с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии. Здесь линия ACB — ликвидус, DCE — солидус. Кристаллизация всех сплавов этой системы заканчи* вается на линии DCE эвтектическим превращением остатка жидкой фазы в механическую смесь кристаллов компонентов A и B. Образо* вавшаяся таким образом смесь называется эвтектической или эвтек* тикой. Сплав, кристаллизация которого начинается непосредственно с эвтектического превращения (в данном случае сплав, фигуративная линия которого проходит через точку C), называется эвтeктическим.
На рис. 31 представлена диаграмма с ограниченной растворимо* стью компонентов в твердом состоянии (диаграмма с эвтектикой). Помимо линий ликвидус и солидус (ACB и ADCEB) диаграмма содер* жит линии DF и EG предельной растворимости компонента B в твер* дом растворе (A(B)) и компонента A в твердом растворе (B(A)) со* ответственно. Кристаллизация сплава «c» начинается после пересече* ния линии ликвидус с выделения кристаллов твердого раствора . За* тем при пересечении линии DCE (линии эвтектики) образуется эвтек* тическая смесь из твердых растворов и . При дальнейшем охлажде* нии, в связи с уменьшением растворимости компонента A в B (A), выделяются кристаллы твердого раствора , богатого компонен* том A. В конечном счете структура сплава представлена первичными кристаллами , эвтектикой ( ) и вторичными кристаллами .
На рис. 33, В представлена диаграмма с ограниченной раствори* мостью компонентов в твердом состоянии (диаграмма с перитекти* кой). Перитектическое превращение протекает на линии CDE. Су* щество его состоит в том, что кристаллы твердого раствора , выде* лившиеся при охлаждении ниже линии AE, взаимодействуют с ос* татком жидкой фазы, следствием чего является образование твердо* го раствора .
ОБУЧАЮЩЕ*КОНТРОЛИРУЮЩАЯ ПРОГРАММА |
45 |
|
|
Диаграммы с устойчивым химическим соединением имеют вид двух или нескольких диаграмм, приложенных друг к другу по фигура* тивной линии химического соединения. Диаграммы с неустойчивым химическим соединением внешне напоминают диаграмму с перитек* тикой, однако вместо твердого раствора здесь образуется химическое соединение (границы твердого раствора как бы стягиваются в одну вертикальную линию).
Вид диаграмм состояния, в которых компоненты испытывают по* лиморфные превращения, зависит от характера взаимодействия алло* тропических модификаций компонентов. В ряде случаев они напоми* нают обычные диаграммы, расположенные этажами. Нередко в таких системах встречаются превращения, сходные по виду с эвтектиче* ским, но с распадом не жидкости, а твердого раствора. Превращение подобного типа, в отличие от эвтектического, называют эвтектоид* ным.
№ 62. Какой вид имеет уравнение правила фаз?
A) C K F 1. B) C F K 1. C) C F K 1. D) C K F 1.
№ 63. Каким отрезком определяется концентрация компонента A в точке m диаграммы состояния (рис. 24)?
A) Am. B) fm. C) mB. D) cf.
№ 64. Какая диаграмма состояния представлена на рис. 25?
A) Однокомпонентная диаграмма. B) Диаграмма с химическим со* единением. C) Диаграмма с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии. D) На рисунке представлена не диаграмма, а лишь ее температурная ось.
№ 65. Какая диаграмма состояния представлена на рис. 26?
A) С неограниченной растворимостью компонентов в твердом со* стоянии. B) С химическим соединением. C) С отсутствием раствори*
Рис. 25 |
Рис. 26 |
46 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ
Рис. 27 Рис. 28
мости компонентов в твердом состоянии. D) С ограниченной раство* римостью компонентов в твердом состоянии.
№ 66. Что такое эвтектика?
A) Вещество, образующееся при некотором соотношении компо* нентов и имеющее кристаллическую решетку, отличную от решеток, составляющих эвтектику веществ. B) Механическая смесь двух ком* понентов. C) Неограниченный твердый раствор компонентов друг в друге. D) Механическая смесь, образующаяся в результате одновре* менной кристаллизации компонентов или твердых растворов из жид* кого раствора.
№ 67. Диаграмма состояния какого типа представлена на рис. 27? A) С неограниченной растворимостью компонентов в твердом со*
стоянии. B) С ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. C) С неустойчивым химическим соединением. D) С от* сутствием растворимости компонентов в твердом состоянии.
№ 68. Какая диаграмма состояния представлена на рис. 28?
A) С неограниченной растворимостью компонентов в твердом со* стоянии. B) С ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. C) С химическим соединением. D) С отсутствием раство* римости компонентов в твердом состоянии.
№69. Отношением каких отрезков определяется количество кри* сталлической фазы в сплаве I — I в точке b (рис. 29)?
A)bc/ac. B) bc/ab. C) ab/ac. D) ab/bc.
№70. В каком из сплавов эвтектическая реакция займет больше вре* мени, если скорость кристаллизации во всех сплавах одинакова (рис. 30)?
А) e. B) c. C) Во всех сплавах одинаково. D) d.
№71. При каких температурных условиях кристаллизуются чис* тые металлы?
ОБУЧАЮЩЕ*КОНТРОЛИРУЮЩАЯ ПРОГРАММА |
47 |
|
|
Рис. 29 |
Рис. 30 |
A) В зависимости от природы металла температура может сни* жаться в одних случаях, повышаться в других и оставаться постоян* ной в третьих. B) При снижающейся температуре. C) При растущей температуре. D) При постоянной температуре.
№72. При каких температурных условиях кристаллизуются спла* вы в системе с неограниченной растворимостью компонентов в твер* дом состоянии?
A)Все сплавы кристаллизуются при снижающейся температуре.
B)Кристаллизация сплавов протекает при снижающейся температуре, завершается — при постоянной. C) Все сплавы кристаллизуются при постоянной температуре. D) Сплавы кристаллизуются при растущей температуре (из*за выделения скрытой теплоты кристаллизации).
№73. При каких температурных условиях кристаллизуются эвтек* тики в двухкомпонентных сплавах?
A)При снижающейся температуре. B) В зависимости от вида спла* ва температура может расти в одних случаях, снижаться — в других и оставаться постоянной в третьих. C) При постоянной температуре.
D)При растущей температуре.
№74. Как меняется температура сплавов системы с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии в процессе кри* сталлизации?
A)Снижается (кроме эвтектического сплава), завершается кри* сталлизация всех сплавов при постоянной температуре. B) Остается постоянной. C) Снижается. D) Снижается (кроме эвтектического сплава), завершается кристаллизация некоторых сплавов при посто* янной температуре.
№75. В чем состоит отличие эвтектоидного превращения от эвтек* тического?
48 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ
Рис. 31
A) При эвтектоидном превращении возникают промежуточные фазы, при эвтектическом — механические смеси. B) Принципиаль* ных отличий нет. Это однотипные превращения. C) При эвтектоид* ном превращении распадается твердый раствор, при эвтектическом — жидкий. D) При эвтектоидном превращении из твердых растворов выделяются вторичные кристаллы, при эвтектическом — из жидко* сти — первичные.
№76. Какому сплаву (каким сплавам) принадлежит кривая охла* ждения B (рис. 31)?
A) d. B) a и d. C) b. D) b и c.
№77. Какая из приведенных структур принадлежит сплаву I — I при комнатной температуре (рис. 32)?
А) B. B ) C. C) A. D) D.
Рис. 32
№ 78. В какой из диаграмм (рис. 33) имеется неустойчивое хими* ческое соединение?
A) D. B) C. C) B. D) A.
ОБУЧАЮЩЕ*КОНТРОЛИРУЮЩАЯ ПРОГРАММА |
49 |
|
|
Рис. 33
№79. На рис. 34 представлена диаграмма состояния с полиморф* ным превращением компонента A. Какое из суждений о диаграмме справедливо?
A)Высокотемпературная модификация компонента A изоморфна B.
B)Тип кристаллической решетки компонента A отличен от B. C) Низко* температурная модификация A изоморфна компоненту B. D) Компонент A имеет кристаллическую решетку того же типа, что и компонент B.
№80. Какое из суждений относительно приведенной на рис. 35 диаграммы справедливо?
На рис. 35 приведена диаграмма...
A)A — B. Компоненты A и B неограниченно растворяются друг в друге. B) с полиморфным превращением. Обе модификации A изо* морфны компоненту B. C) с эвтектикой. Низкотемпературная моди*
Рис. 34 |
Рис. 35 |
50 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ
Рис. 36
фикация A и компонент B имеют однотипные решетки. D) с пери* тектикой. Компонент A имеет по* лиморфное превращение. Низко* температурная модификация A изоморфна B.
№ 81. В какой диаграмме (каких диаграммах) состояния есть поли* морфное превращение (рис. 36)?
A) D. B) A. C) C. D) B и C.
Рис. 37 |
№ 82. |
Каков состав сплава в точ* |
|
ке z (рис. 37) тройной системы ABC?
A)A 30 %, B 60 %, C 10 %. B) A 10 %, B 60 %, C 30 %.
C)A 60 %, B 10 %, C 30 %. D) A 10 %, B 30 %, C 60 %.
Ответы к разделу
Позиция A
№46. A) Неверно. Любой спонтанный процесс протекает лишь тогда, когда уровень энергии нового состояния ниже, чем у исходного
состояния. При температуре t3 энергия кристаллического состояния выше, чем энергия жидкости, а при t2 они равны.
№47. A) Неверно. Рост зародышей с размерами менее критиче* ского сопровождается повышением уровня энергии системы, а пото* му маловероятен.
№48. A) Безусловно, выбранный вами фактор оказывает сущест* венное влияние на процесс кристаллизации, однако он проявляется в более общих закономерностях, установленных Д.К. Черновым.
№49. A) Правильно.
№50. A) Неверно. При больших степенях переохлаждения в еди* ницу времени образуется большое количество мелких центров кри*