Ответы на вопросы

Для подготовки к экзамену по курсу «Материаловедение»

1. Характерные свойства металлов: металлический блеск ,хорошая электропроводность, возможность применения механической обработки, высокая плотность, высокая температура плавления, большая теплопроводность, в реакциях чаще всего являются восстановителями.

«Колебания» этих свойств у разных металлов зависит в частности от их типа кристаллических решеток, среди этих типов выделяют:

ОЦК – Объемно-центрированная кубическая, характерная для так называемого

АЛЬФА-железа

ГЦК- гранецентрированная кубическая, характерна для ГАММА-железа

ГПУ - гексагональная плотно упакованная

Существует так называемое явление полиморфизма ( способность металла менять свой тип кристаллической решетки в зависимости от условий), которое ярко выражено в аллотропном (полиморфном) превращении альфа-железа в гамма-железо:

• До 911, град. С – устойчиво альфа-железо

• 768, град. С – (точка Кюри) железо из магнитного состояния переходит в не магнитное состояние

• 911-1392, град. С – стабильно гамма железо

• 1392-1539, град. С – температура плавления чистого железа, устойчиво дельта-железо( высокотемпературное альфа-железо)

2. В данном курсе мы имеем дело в основном с твердыми растворами, дадим определение:

Твердый раствор- фаза, в которой растворитель не меняет тип кристаллической решетки, а растворенное вещество меняет.

Твердый растворы могут быть растворами замещения и внедрения.

В свою очередь твердый растворы замещения могут быть с ограниченной и неограниченной растворимостью.

Для растворов с ограниченной растворимостью характерно:

• Растворитель и растворенное вещество имеют один тип кристаллической решетки.

• Различия в атомных размерах растворителя и растворенного вещества минимальны (не более 15%)

• Оба компонента находятся в одной группе периодической таблицы Менделеева.

Что касается твердых растворов внедрения, то можно сказать что они все являются растворами с ограниченной растворимостью, что является характерным для системы металл-неметалл.

3. Физико-механические свойства сплавов: в соответствии с диаграммой по растяжению образца определяем максимальную нагрузку и пластические характеристики.

К прочностным характеристикам относят:

• ϬВ ,МПа – предел прочности при растяжении/сжатии, т.е. максимальная нагрузка, которую выдерживает образец до разрушения.

• Ϭт ,МПа – предел текучести при растяжении/сжатии, т.е. максимальная нагрузка, которую выдерживает образец до появления пластических деформаций.

• Так же сюда можно отнести и твердость образца, измеряемую по шкале Бринелля или шкале Роквелла.

Пластические характеристики:

ϭ, % - относительное удлинение,

ψ,% - относительное сужение,

KCU, кДж/м2 – ударная вязкость.

Для сплавов выделяют два типа разрушения вязкое и хрупкое. Хрупкое разрушение представляет собой неожиданный «разрыв» образца, в месте обрыва появляется трещина, которая резко увеличиваясь приводит к разрушению.

Вязкое разрушение не является неожиданным, оно очень хорошо прослеживается даже не вооруженным глазом, при превышении допустимой нагрузки материал начинает «течь», т.е наблюдается его удлинение, деформация, сужение поперечного сечения, но чаще всего несколько выше перечисленных признаков вместе.

Для прочностной характеристики материала существует понятие порога хладноломкости.

Порог хладноломкости – это минимальное значение температуры материала, при котором все ещё наблюдается вязкое разрушение.

4. Во многих науках, таких как сопротивление материалов, физика, химия и т.д. , очень часто используют упрощение – металл по своему составу полностью однороден, и его атомы имеют кристаллическое строение лишенное каких либо дефектов.

Но в материаловедении разграничивают реальное строение металлов и «идеальное». Известно что в реальности у всех металлов имеются дефекты кристаллического строения:

• Точечные или дырки (нет атома)

• Линейные или дислокации.

Когда дефектов мало то металл легче поддается обработке давлением, но если дефектов много наблюдается эффект упрочнение металла, вследствие того что перемещение дефектов очень ограниченно.

В результате выделяют два способа создания прочного металла:

1. Создать металлов без дефектов, либо с незначительным количеством дефектов. Примером подобного металла могут служить так называемые «усы» - тончайшие нити чистого железа, которые по своей прочности превосходят многие сплавы.

2. Создать металл с большим количеством дефектов.

   Прочность

р –плотность дефектов

Р’ээ’

- прочность без учета дефектов

- «усы»

Р’-критическая плотность дефектов, именно такое значение дефектов и прочности наблюдается у реальных металлов, что является «плюсом» так как их проще обрабатывать.

Следует также помнить, что все дефекты откладываются по границам зерен.

6. Существует так называемое явление полиморфизма ( способность металла менять свой тип кристаллической решетки в зависимости от условий), которое ярко выражено в аллотропном (полиморфном) превращении альфа-железа в гамма-железо:

• До 911, град. С – устойчиво альфа-железо

• 768, град. С – (точка Кюри) железо из магнитного состояния переходит в не магнитное состояние

• 911-1392, град. С – стабильно гамма железо

• 1392-1539, град. С – температура плавления чистого железа, устойчиво дельта-железо( высокотемпературное альфа-железо)

Феррит – твердый раствор внедрения, углерода в альфа-железе. Феррит является самой мягкой из твердых фаз, т.к. растворимость углерода составляет максимум 0,02%

Аустенит- твердый раствор внедрения, углерода в гамма-железе. Аустенит является средней по твердости фазой, т.к. растворимость углерода в нем до 2.14%.