1. Сплавы железа с углеродом. Применение правил отрезков и концентраций.

Диаграммы равновесного состояния сплавов

Наглядным графическим представлением превращений, происходящих в сплавах при изменении состава (концентрации компонентов) и температуры, являются диаграммы равновесного состояния (рис.15), линии которых ограничивают области различных структурно-фазовых состояний сплавов. Например, выше линии начала кристаллизации  (ЛНК) сплав находится в жидком состоянии, ниже линии окончания кристаллизации (ЛОК) полностью в твердом состоянии. Между ними в равновесии находится как твердая (Т), так и жидкая фаза (Ж).

 

Рис. 15. Пример диаграммы состояния

 Количественный анализ диаграмм производится с помощью правила концентраций и правила отрезков (рис. 15).

По правилу концентраций, например, состав жидкой и твердой фазы при температуре T отвечает проекциям точек a` и c`, соответственно, в точки a и c на ось концентраций.

По правилу отрезков доля жидкой Q_ж и твердой Q_т, например, в точке b` при температуре T определяется как отношение отрезков Q<sub>ж</sub>/(Q<sub>ж</sub>+Q<sub>т</sub>) = b`c`/а`с`, Q<sub>т</sub>/(Q<sub>ж</sub>+Q<sub>т</sub>) = a`b`/а`с`.

 

 

 

1. Особенности применения сплавов различного типа (литейные сплавы, сплавы с высокого удельного сопротивления, высокой прочности и пластичности).

 

 

1. Жесткость. Характеристики жесткости. Факторы, влияющие на характеристики жесткости. Характеристики жесткости отдельных материалов.

Жесткость - способность материала сопротивляться упругому, то есть обратимому деформированию.

Количественной характеристикой жесткости при растяжении или сжатии твердого тела произвольных размеров является коэффициент жесткости k в законе Гука (рис. 22):

F= k·DL,

где F - сила, приложенная к стержню длиной L₀ и площадью S₀, DL - абсолютная упругая деформация образца, при этом k зависит от материала образца,  его длины и площади.

 

а)                                                                                 б)

Рис. 22 Упругая деформация образца. а) деформация растяжения, б) деформация сдвига

Для оценки жесткости материала, не зависящей от геометрических параметров образцов, принимается жесткость образца единичной площади и единичной длины, за который можно принять куб с ребром единичной длины.

Тогда закон Гука можно записать как

F/S₀ = (k·L₀ /S₀)·DL/ L₀,

где сила, действующая перпендикулярно на единичную площадь соответствует нормальному напряжению s= F/S₀ (Па), а  величина DL/L₀ равна относительной деформацией e =  DL/L₀ (соответствует абсолютной деформации, приходящейся на единицу длины). Тогда величина (k·L₀ /S₀) является коэффициентом жесткости материала, известным как модуль нормальной упругости E (модуль Юнга):

E = k·L₀ /S₀

Закон Гука в этом случае имеет вид

s = E·e

Кроме модуля нормальной упругости E, отвечающего за одноосное растяжение и сжатие, для описания жесткости материалов в условиях сдвига и кручения используют модуль сдвига G, равный:

G = t/g,

где t =F/S₀ - напряжение сдвига, соответствующее силе F, приложенной вдоль площади S₀ и приходящейся на единицу площади, g= DL/L₀ - относительный сдвиг или угол сдвига.

Так как для некоторых применений, например в авиационно-космической технике, конструкции должны быть не только жесткими, но и легкими, то в качестве критерия введено понятие удельного модуля упругости E/rg (м), где r - плотность материала, g – ускорение свободного падания (табл. 1).

Наибольшую жесткость проявляют кристаллы с ковалентной связью (C, SiC), ионно-ковалентные с большим зарядом ионов (BeO, Al₂O₃), тугоплавкие переходные металлы (W, Os, Re, Mo, Ta...) и металлы с малым размером  атома (Be).

Жесткость ведет себя как анизотропная характеристика кристалла, так как в разных направлениях в кристаллической решетке различны плотность упаковки атомов и жесткость связи. Изотропность, проявляемая поликристаллами, обусловлена хаотичностью ориентации отдельных зерен.

За счет появления дефектов возможно как небольшое снижение, так и увеличение жесткости материалов, поэтому жесткость считается свойством, мало зависящим от дефектной структуры. Некоторого увеличения жесткости поликристаллов можно добиться, создавая анизотропию за счет преимущественной ориентации зерен.

Нагрев, в общем случае, приводит к снижению модулей упругости, так как способствует ослаблению межатомного взаимодействия за счет теплового расширения.