bogodukhov_s_i_sinyukhin_a_v_kozik_e_s_kurs_materialovedeniy

сталлизации, к тому же скорость роста кристаллов из этих центров в таких условиях невысока.

№51. A) Неверно. Поскольку пики кривых числа возникающих центров кристаллизации (ч.ц.) и скорости роста из них кристаллов (с.к.) не совпадают по температуре, вид структуры не может не зави* сеть от степени переохлаждения сплава.

№52. A) Правильно.

№53. A) Неверно. Твердые растворы обозначают буквами грече* ского алфавита, либо выражениями вида A(B) — раствор компонента B в A. Зерна растворов однородны. К какому виду растворов относит* ся сплав, можно установить лишь на атомном уровне.

№54. A) Неверно. Микроструктура сплава типа «механическая» смесь, состоит из разнородных зерен.

№55. A) Неверно. Механическая смесь выявляется на уровне от* дельных зерен или их частей, т.е. на уровне микроструктуры, а не тонкой структуры, как в данном случае.

№56. A) Правильно.

№57. A) Неверно. В кристаллической решетке химического со* единения атомы компонентов расположены закономерно — каждый атом одного компонента окружен вполне определенным количеством атомов другого компонента.

№58. A) Неверно. В кристаллической решетке химического со* единения атомы компонентов расположены закономерно — каждый атом одного компонента окружен вполне определенным количеством атомов другого компонента.

№59. A) Неверно. На схеме четко просматривается плавный пере* ход от решетки чистого компонента A к чистому компоненту B.

№60. A) Неверно. В твердых растворах внедрения атомы раство* ренного компонента находятся в межузлиях решетки растворителя.

Вэтом случае растворы A(B) и B(A) существенно различны.

№61. A) В принципе возможны химические соединения, неогра* ниченно растворяющиеся друг в друге. Однако если все атомы соеди* нения заменить атомами ОДНОГО растворяемого компонента, то оно перестанет быть соединением.

№62. A) Неверно.

№63. A) Неверно. Отрезок Am, прилегающий к компоненту A, оп* ределяет концентрацию компонента B.

№64. A) Правильно.

№65. A) Неверно. В этой системе твердых растворов нет.

№66. A) Неверно. Выбранный ответ описывает признаки химиче* ского соединения, но не эвтектики.

№67. A) Правильно.

52КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№68. A) Неверно. При охлаждении сплавов, лежащих между точ* ками D и E, образуется механическая смесь (эвтектика) из твердого раствора и компонента B.

№69. A) Неверно. Выражение bc/ac определяет относительное ко* личество жидкой фазы сплава.

№70. A) Неверно. Время кристаллизации определяется количест* вом жидкой фазы. Применив правило отрезков, вы убедитесь, что в выбранном варианте оно не самое большое.

№71. A) Неверно. Поведение системы в различных термодинами* ческих условиях определяется законом Гиббса. Примените правило фаз и вы получите однозначный ответ на поставленный вопрос.

№72. A) Правильно.

№73. A) Неверно. Отвод тепла при эвтектическом превращении полностью компенсируется скрытой теплотой кристаллизации. Для ответа на поставленный вопрос примените правило фаз.

№74. A) Правильно.

№75. A) Неверно. При эвтектоидном превращении могут возник* нуть промежуточные фазы, но это совсем не обязательно.

№76. A) Неверно. При охлаждении (нагреве) этот сплав не испы* тывает превращений, протекающих при постоянной температуре.

№77. A) Неверно. В структуре должны присутствовать зерна эв* тектики (фигуративная линия пересекает линию эвтектики).

№78. A) Неверно. Это диаграмма с устойчивым химическим со* единением, образующем твердые растворы с компонентами A и B.

№79. A) Правильно.

№80. A) Это справедливо лишь по отношению к низкотемпера* турной модификации компонента A. Высокотемпературная модифи* кация A и компонент B образуют ограниченный твердый раствор .

№81. A) Неверно. Диаграмма D — это диаграмма с неограничен* ной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

№82. A) Неверно. Концентрация компонентов в тройных сплавах пропорциональна отрезкам, проведенным через фигуративную точку сплава параллельно сторонам треугольника и заключенным между этой точкой и стороной, противолежащей искомому компоненту.

Позиция B

№46. B) Неверно. При температуре t2 кристаллизация невозмож* на, поскольку уровень энергии жидкого и кристаллического состоя* ний одинаков.

№47. B) Неверно. Рост зародыша размером r1 сопровождается снижением энергии Гиббса.

№48. B) Правильно.

№49. B) Неверно. Форма частиц, а точнее форма их кристаллов, оказывает влияние на форму растущих зерен лишь пока зерна нахо* дятся в контакте с жидкостью, не друг с другом.

№50. B) Неверно. Поскольку пики кривых числа возникающих центров кристаллизации (ч.ц.) и скорости роста из них кристаллов (с.к.) не совпадают по температуре, вид структуры не может не зави* сеть от степени переохлаждения сплава.

№51. B) Неверно. Аморфная структура может быть получена при таких переохлаждениях, когда подвижность атомов становится недос* таточной для образования центров кристаллизации.

№52. B) Неверно. Блоки мозаичной структуры представляют со* бой бездефектные (за исключением точечных дефектов) участки кри* сталла, окруженные малоугловыми границами.

№53. B) Неверно. Твердые растворы обозначают буквами грече* ского алфавита, либо выражениями вида A(B) — раствор компонента B в A. Зерна растворов однородны. К какому виду растворов относит* ся сплав, можно установить лишь на атомном уровне.

№54. B) Неверно. Чистые металлы обозначают их химическими символами или, в общем виде, буквами латинского алфавита.

№55. B) Неверно. В растворах внедрения атомы растворенного компонента находятся в МЕЖУЗЛИЯХ кристаллической решетки.

№56. B) Неверно. В твердых растворах замещения атомы раство* ренного компонента занимают места в УЗЛАХ кристаллической ре* шетки вместо атомов компонента*растворителя.

№№ 57–59. B) Правильно.

№60. B) Неверно. Выражения вида A(B) означают твердый рас* твор компонента B в A. Механические смеси растворов не образуют.

№61. B) Неверно. Если все атомы в кристаллической решетке од* ного компонента могут быть замещены атомами другого компонента, то это и будет раствор со 100*процентной концентрацией.

№62. B) Неверно.

№63. B) Неверно. Выбранный отрезок является частью фигура* тивной линии сплава с концентрацией, соответствующей точке m.

№64. B) Неверно. В диаграмме с химическим соединением долж* ны присутствовать по крайней мере два компонента, иначе о каком соединении может идти речь.

№65. B) Неверно. Диаграммы с химическим соединением состоят как бы из двух диаграмм, приложенных друг к другу по линии хими* ческого соединения.

№66. B) Ответ неполон. Механической смесью является, напри* мер, эвтектоид, имеющий определенные отличия от эвтектики.

54КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№67. B) Неверно. В системе в твердом состоянии нет механических смесей, нет химических соединений и нет иного раствора, кроме .

№68. B) Правильно.

№69. B) Неверно. Выражение bc/ab определяет соотношение жидкой и твердой фаз сплава.

№70. B) Правильно.

№71. B) Неверно. Поведение системы в различных термодинами* ческих условиях определяется законом Гиббса. Примените правило фаз и вы получите однозначный ответ на поставленный вопрос.

№72. B) Неверно. Температура может меняться подобным обра* зом, если кристаллизация завершается образованием эвтектики, чего

врассматриваемой системе нет.

№73. B) Неверно. Применив правило фаз к рассматриваемой сис* теме, вы получите однозначный ответ на поставленный вопрос.

№74. B) Неверно. При постоянной температуре в таких системах кристаллизуется лишь один сплав — эвтектический.

№75. B) Действительно, эти превращения по типу близки друг другу, тем не менее между ними имеется существенное различие.

№76. B) Неверно. При охлаждении (нагреве) эти сплавы не испы* тывают превращений, протекающих при постоянной температуре.

№№ 77, 78. B) Правильно.

№79. B) Подобное суждение может быть справедливо лишь отно* сительно низкотемпературной модификации компонента A. Высоко* температурная модификация однотипна с компонентом B.

№80. B) Действительно, компонент A имеет полиморфное превра* щение, но изоморфна B лишь низкотемпературная модификация A.

№81. B) Неверно. Диаграмма A — это диаграмма с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии.

№82. B) Правильно.

Позиция C

№№ 46, 47. C) Правильно.

№48. C) Безусловно, выбранный вами фактор оказывает сущест* венное влияние на процесс кристаллизации, однако он проявляется в более общих закономерностях, установленных Д.К. Черновым.

№49. C) Тепловые потоки, безусловно, влияют на ориентацию и форму растущих кристаллов, однако это влияние по сути — лишь проявление более общих закономерностей.

№№ 50, 51. C) Правильно.

№52. C) Неверно. Сложными называют решетки, у которых ато* мы находятся не только в вершинах элементарной ячейки, но также и внутри ее или на ее гранях или ребрах.

№53. C) Правильно.

№54. C) Неверно. Химические соединения обозначают выраже*

ниями вида AmBn, где A и B — компоненты соединения, а m и n — их стехиометрические коэффициенты.

№55. C) Неверно. В кристаллической решетке химического со* единения атомы компонентов расположены закономерно — каждый атом одного компонента окружен вполне определенным количеством атомов другого компонента.

№56. C) Неверно. В кристаллической решетке химического со* единения атомы компонентов расположены закономерно — каждый атом одного компонента окружен вполне определенным количеством атомов другого компонента.

№57. C) Неверно. В растворах внедрения атомы растворенно* го компонента находятся в МЕЖУЗЛИЯХ кристаллической ре* шетки.

№58. C) Неверно. В твердых растворах замещения атомы раство* ренного компонента занимают места в УЗЛАХ кристаллической ре* шетки вместо атомов компонента*растворителя.

№59. C) Неверно. В кристаллических ячейках сплавов находится переменное количество атомов как компонента A, так и B.

№60. C) Неверно. Выражения вида A(B) означают твердый рас* твор компонента B в A, но не химическое соединение.

№61. C) Неверно. В системе механических смесей не образуется твердых растворов.

№62. C) Неверно.

№63. C) Правильно.

№64. C) Неверно. В диаграмме с отсутствием растворимости ком* понентов должны присутствовать по крайней мере два компонента, иначе о какой растворимости может идти речь.

№65. C) Правильно.

№66. C) Неверно. Там, где имеют место неограниченные твердые растворы, эвтектики быть не может.

№67. C) Неверно. В системе в твердом состоянии нет механи* ческих смесей, нет химических соединений и нет иного раствора, кроме .

№68. C) Неверно. Диаграммы с химическим соединением состоят как бы из двух диаграмм, приложенных друг к другу по линии хими* ческого соединения.

№69. C) Правильно.

№70. C) Неверно. Время кристаллизации определяется количест* вом жидкой фазы, а оно к моменту образования эвтектики во всех сплавах различно.

56КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№71. C) Неверно. Поведение системы в различных термодинами* ческих условиях определяется законом Гиббса. Примените правило фаз и вы получите однозначный ответ на поставленный вопрос.

№72. C) При постоянной температуре кристаллизуются лишь нонвариантные системы. В рассматриваемом случае кристаллизация всех сплавов (кроме чистых компонентов) протекает при степенях свободы, отличных от нуля.

№73. C) Правильно.

№74. C) Неверно. Для большинства сплавов системы это лишь один из этапов процесса кристаллизации.

№75. C) Правильно.

№76. C) Ответ неполон. Кроме сплава b, аналогичную кривую ох* лаждения имеет еще один из выделенных сплавов.

№77. C) Неверно. Первичные кристаллы могут образоваться лишь в сплавах, лежащих правее эвтектического.

№78. C) Неверно. Диаграмма B — это диаграмма с перитектиче* ской реакцией, в результате которой при охлаждении образуется ог* раниченный твердый раствор компонента A в B.

№79. C) Неверно. Изоморфные компоненты образуют неограни* ченные твердые растворы. Раствор ограничен.

№80. C) Действительно, кристаллические решетки низкотемпе* ратурной модификации A и компонента B однотипны, но в диаграм* ме нет эвтектического превращения.

№81. C) Правильно.

№82. C) Неверно. Концентрация компонентов в тройных сплавах пропорциональна отрезкам, проведенным через фигуративную точку сплава параллельно сторонам треугольника и заключенным между этой точкой и стороной, противолежащей искомому компоненту.

Позиция D

№46. D) Неверно. Любой спонтанный процесс протекает лишь тогда, когда уровень энергии нового состояния ниже, чем исходного.

При температуре t3 энергия кристаллического состояния выше уров* ня энергии жидкости.

№47. D) Неверно. Вне зависимости от того, образуется ли зародыш внутри жидкости или на частицах примеси, его рост возможен лишь тогда, когда он будет сопровождаться снижением энергии системы.

№48. D) Безусловно, выбранный вами фактор оказывает сущест* венное влияние на процесс кристаллизации, однако он проявляется в более общих закономерностях, установленных Д.К. Черновым.

№49. D) Неверно. Форма зародышей определяет форму растущих кристаллов лишь пока они окружены жидкостью.

№50. D) Неверно. При малых степенях переохлаждения возмож* но возникновение лишь достаточно крупных центров кристаллиза* ции и, следовательно, не очень большого их количества. Эта законо* мерность характерна для всех металлов.

№51. D) Неверно. Мелкокристаллическая структура может воз* никнуть тогда, когда образуется большое количество центров кри* сталлизации при малой скорости роста из них кристаллов.

№52. D) Неверно. Ледебурит — это структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, представляющая собой механическую смесь аустенита и цементита или перлита и цементита.

№53. D) Неверно. Зерна химических соединений однородны. Хи*

мические соединения обозначают выражениями вида AmBn, где A и B — компоненты соединения, а m и n — их стехиометрические коэф* фициенты.

№№54, 55. D) Правильно.

№56. D) Неверно. Механическая смесь выявляется на уровне от* дельных зерен или их частей, т.е. на уровне микроструктуры, а не тонкой структуры, как в данном случае.

№57. D) Неверно. Механическая смесь выявляется на уровне от* дельных зерен или их частей, т.е. на уровне микроструктуры, а не тонкой структуры, как в данном случае.

№58. D) Неверно. Механическая смесь выявляется на уровне от* дельных зерен или их частей, т.е. на уровне микроструктуры, а не тонкой структуры, как в данном случае.

№59. D) Неверно. Химическое соединение имеет постоянную решетку, в которой местоположение всех атомов вполне опреде* ленно.

№№60–62. D) Правильно.

№63. D) Неверно. Выбранный отрезок является частью фигу* ративной линии сплава с концентрацией, соответствующей точ* ке m.

№64. D) Неверно. Представленный рисунок имеет все атрибуты диаграммы состояния. По ней можно определить, в каком состоянии находится сплав при любой температуре.

№65. D) Неверно. В этой системе твердых растворов нет.

№66. D) Правильно.

№67. D) Неверно. В системе в твердом состоянии нет механических смесей, нет химических соединений и нет иного раствора, кроме .

№68. D) Неверно. В области, лежащей левее линии ADF, в диа* грамме присутствует твердый раствор .

№69. D) Неверно. Выражение ab/bc определяет соотношение твердой и жидкой фаз сплава.

58КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№70. D) Неверно. Время кристаллизации определяется количест* вом жидкой фазы. Применив правило отрезков, вы убедитесь, что в выбранном варианте оно не самое большое.

№71. D) Правильно.

№72. D) Неверно. Некоторый рост температуры в начале кри* сталлизации возможен лишь при значительном переохлаждении сплава.

№73. D) Неверно. Рост температуры возможен лишь на на* чальной стадии кристаллизации при сильном переохлаждении жидкости.

№74. D) Неверно. Так кристаллизуются сплавы в системах с огра* ниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

№75. D) Неверно. Вторичные кристаллы выделяются из твердых растворов в результате уменьшения растворимости при изменивших* ся условиях, например, при изменении температуры.

№76. D) Правильно.

№77. D) Неверно. Такую структуру имеют сплавы, лежащие левее линии предельной растворимости твердого раствора .

№78. D) Неверно. Диаграмма A — это диаграмма с перитектиче* ской реакцией, в результате которой при охлаждении образуется не* ограниченный твердый раствор низкотемпературной модификации компонента A и компонента B.

№79. D) Это справедливо лишь относительно высокотемператур* ной модификации компонента A, но для низкотемпературной моди* фикации у подобного суждения оснований нет.

№80. D) Правильно.

№81. D) Неверно. В диаграмме B ни один из компонентов поли* морфных превращений не испытывает.

№82. D) Неверно. Концентрация компонентов в тройных сплавах пропорциональна отрезкам, проведенным через фигуративную точку сплава параллельно сторонам треугольника и заключенным между этой точкой и стороной, противолежащей искомому компоненту.

1.2.4.Механические свойства, деформация

ирекристаллизация металлов

Материал при приложении к нему внешних сил деформируется. Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после прекращения действия приложен* ных сил. При упругом деформировании атомы обратимо смещаются от положения равновесия. При пластическом — атомы обмениваются местами, вследствие чего деформация становится необратимой.

При пластическом деформировании скольжение в кристалличе* ской решетке происходит по плоскостям с наибольшей плотностью расположения атомов (с наибольшей ретикулярной плотностью). На* пример, в решетке ГЦК такими плоскостями являются {111}, в ОЦК — {110}. (Фигурными скобками обозначается совокупность плоскостей с одинаковым атомным строением. Например, {110} включает эквивалентные плоскости (110), (101), (011) и др.)

На свойства металлов большое влияние оказывает их дислокаци* онная структура. Прочность бездислокационных кристаллов (теоре* тическая прочность) в сотни раз превышает прочность реальных ма* териалов. При плотности дислокаций порядка 106…108 см*2, характер* ной для чистых неупрочненных металлов, сопротивление деформи* рованию наименьшее. При увеличении плотности сверх указанных значений подвижность дислокаций снижается, что воспринимается нами как рост прочности. Эффективными способами повышения плотности дислокаций (и других дефектов) и снижения их подвижно* сти являются легирование, пластическое деформирование (деформа* ционное упрочнение), упрочняющая термическая и химико*термиче* ская обработка.

Состояние пластически деформированного металла термодинами* чески неустойчиво. Переход в более стабильное состояние происхо* дит при нагреве. Процессы, протекающие при нагреве, подразделяют на две основные стадии: возврат и рекристаллизация.

Под возвратом понимают все изменения кристаллического строе* ния и связанных с ним свойств. При возврате различают стадии: от* дых и полигонизация. Отдых охватывает изменения в тонкой струк* туре (в основном уменьшение количества точечных дефектов). Поли гонизация — процессы образования субзерен с малоугловыми грани* цами, возникшими при скольжении и переползании дислокаций.

Под рекристаллизацией понимают группу явлений, охватывающих процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения. Размер рекристаллизованных зерен зависит от ве* личины перегрева выше температурного порога рекристаллизации и от степени предшествующей деформации. Степень деформации (обычно 3…8 %), при которой нагрев деформированного тела приво* дит к гигантскому росту рекристаллизованных зерен, называется кри* тической.

Температура рекристаллизации зависит от температуры плавле*

ния металла и определяется по формуле: Трекр аТпл, где Трекр и Тпл — абсолютные температуры рекристаллизации и плавления; а —

коэффициент, зависящий от чистоты металла. Чем чище металл, тем а меньше.

60 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

Если деформирование металла ведут при температуре, ниже тем* пературы рекристаллизации, то такую обработку называют холодной. При холодной обработке металл деформационно упрочняется. При обработке, ведущейся выше температуры рекристаллизации, упроч* нение снимается рекристаллизационными процессами. Такая обра* ботка называется горячей.

Механическими называют свойства материала, определяющие его сопротивление действию внешних механических нагрузок.

Пр о ч н о с т ь металла при статическом нагружении — это свойст* во, определяющее его способность сопротивляться деформации и разрушению. Стандартными характеристиками прочности являются предел упругости, предел текучести и временное сопротивление.

Пр е д е л о м у п р у г о с т и называют напряжение, при котором пластическая деформация достигает заданной малой величины, уста*

новленной условиями (например 0,005 % — 0,005).

П р е д е л т е к у ч е с т и (условный) — это напряжение, которому соответствует пластическая деформация 0,2 % ( 0,2). Предел текуче* сти физический устанавливают по диаграмме растяжения, если на ней есть площадка текучести (например рис. 38).

В р е м е н н о е с о п р о т и в л е н и е ( в) характеризует максималь* ное напряжение, предшествующее разрушению образца. Различают

напряжения условные и истинные. Условным напряжением называ* ют отношение величины нагрузки к исходному сечению образца; ис* тинным — к сечению, которое образец приобрел к моменту достиже* ния данной нагрузки. Диаграммы растяжения пластичных металлов с условными напряжениями отличаются от диаграмм с истинными на* пряжениями.

Конструктивную прочность материала характеризует комплекс ме* ханических свойств, обеспечивающих надежную и длительную работу в условиях эксплуатации. Конструктивная прочность определяется критериями прочности, надежности и долговечности.

К критериям прочности при статических нагрузках относят в (при оценочных расчетах пластичных материалов используют твер* дость) или 0,2, модуль упругости. В некоторых случаях имеют значе* ние удельные характеристики, критерии жаропрочности.

Твердость характеризует свойство поверхностного слоя материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации при местных контактных воздействиях.

Удельные механические свойства (удельная прочность, удельная жесткость) характеризуют эффективность материалов по массе и представляют собой отношение соответствующих характеристик ма* териала к его плотности.