Контрольная работа по "Материаловедению"

       Содержание

     Вопросы:

     1. Как по своему строению различают твёрдые тела?........................................................2

     2. Что такое объемные дефекты?..........................................................................................3

     3. Какие свойства имеют монокристаллы, и каковы условия их получения?..................5

     4. Каковы отличия дендритной и зональной ликваций; факторы, влияющие на их величину?............................................................................................................................................6

     5. С какой целью в технике может использоваться наклеп, и какова природа его образования?.......................................................................................................................................7

     6. Что такое первичная и собирательная рекристаллизация?............................................8

     7. Как легирующие элементы влияют на структуру сталей?.............................................9

     8. Перечислите основные виды термообработки, их назначение и режимы………......10

     9. Объясните суть старения и его отличие от отпуска………………………………......12

     10 Как влияют примеси в сталях на их свойства?.............................................................14

     11.Какие легирующие элементы способствуют повышению прокаливаемости сталей?...............................................................................................................................................15

     12. Сопоставьте свойства углеродистых и легированных инструментальных сталей..16

     13. Назовите основные легирующие элементы, обеспечивающие сталям высокие антикоррозионные свойства………………………………………………………………………17

     14. Какие структуры стали обеспечивают её немагнитные свойства?............................18

     15. В каком виде может присутствовать графит в чугунах?............................................19

     16. Какие свойства можно получить за счет легирования и термообработки чугунов?.............................................................................................................................................20

     17. Как называются основные группы сплавов меди?......................................................21

     18. Перечислите деформируемые титановые  сплавы и их основные характеристики..22

     19. Благодаря каким фазам подвергаются химической обработке высокопрочные магниевые сплавы?...........................................................................................................................24

     20. Какова особенность применения бериллия и его сплавов?........................................25

     21.Каков механизм дополнительного упрочняющего действия в дисперсно-упрочненных композиционных материалах?................................................................................26

     22. Каковы различия между термореактивными и термопластичными материалами?.27

     23. Библиографический список…………………………………………………………...28 
 
 

     1 Как по своему строению различают  твёрдые тела? 

       Всякое  вещество состоит из очень большого числа мельчайших частичек — молекул. Каждая молекула, в свою очередь, состоит из сравнительно небольшого числа атомов. По взаимному расположению атомов или молекул твердые тела подразделяются на кристаллические и аморфные.

       Кристаллическими  называются тела, в которых атомы  и молекулы расположены в правильном геометрическом порядке, а аморфными (стеклообразными), — в которых атомы и молекулы расположены беспорядочно. Различие в строении кристаллических и аморфных веществ определяет и различия в их свойствах. Так, аморфные вещества химически более активны, чем кристаллические такого же химического состава. Поэтому в качестве активных минеральных добавок к цементам применяют горные породы, имеющие аморфное строение, — диатомиты, трепелы, пемзы, туфы.

       В зависимости от строения различают  волокнистые, зернистые, слоистые материалы. Если материал состоит из частиц различных веществ, прочно соединенных одна с другой, то говорят, что он имеет конгломератное строение. Примером искусственного конгломерата может служить бетон. В бетоне зерна щебня и песка прочно соединены в монолит цементным камнем.

       Волокнистые или слоистые материалы, у которых  волокна (слои) расположены параллельно  одно другому, обладают различными свойствами в различных направлениях. Это  явление называется анизотропией, а  материалы, обладающие такими свойствами, — анизотропными. Пример анизотропного материала — древесина, имеющая волокнистое строение. Древесина набухает поперек волокон в 10...15 раз больше, чем вдоль, а прочность древесины по разным направлениям совершенно различна. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Что такое объемные дефекты? 

       К объёмным, или трехмерным дефектам кристаллической решетки относятся трещины и поры. Наличие трещин резко снижает прочность как материалов на металлической основе, так и неметаллических материалов. Это связано с тем, что острые края трещин являются концентраторами напряжений. Важно отметить, что при одинаковой геометрии трещин пластичность металлических материалов остается выше, чем неметаллических. Природа этого различия состоит в том, что в металлических материалах в области концентрации напряжений облегчается генерация дислокаций, и пластическая деформация материала приводит к затуплению трещин. В неметаллических материалах кристаллическая решетка упакована неплотно, подвижность дислокаций невелика, следовательно, затупление острых краев трещин за счет пластической деформации невозможно.

       Присутствие в материале пор также снижает  прочность металлических материалов, поскольку уменьшается истинное сечение деталей. В неметаллических материалах влияние пор на свойства материала не столь однозначно. Крупные поры снижают прочность материала, поскольку уменьшается сечение изделий. В то же время мелкие поры могут повышать прочность материалов. Это связано с тем, что при возникновении пор появляется свободная поверхность. У атомов, находящихся на свободной поверхности, количество соседей резко отлично от количества соседей атомов в глубинных слоях материала, следовательно, энергия атомов на поверхности материала повышена. Первая производная поверхностной энергии по расстоянию является поверхностным натяжением. Таким образом, на атомы, находящиеся на поверхности пор, действуют сжимающие напряжения. Неметаллические материалы с ионной или ковалентной связью между атомами хорошо сопротивляются действию сжимающих и плохо противостоят действию растягивающих напряжений. При всех реальных схемах нагружения (например, изгиб) в материале возникают как растягивающие, так и сжимающие напряжения. При наличии пор сжимающие напряжения на их поверхности компенсируют внешние растягивающие напряжения. Поэтому присутствие мелких пор ведет к росту прочности неметаллических материалов.

       Поскольку энергия атомов на поверхности объёмных дефектов повышена, то они являются источником вакансий. При нагреве трещины и поры как бы "испаряются", превращаясь в вакансии. При охлаждении вакансии вновь "конденсируются". При "конденсации" вакансионного "пара" система стремится к минимуму энергии, а следовательно, к минимуму поверхностной энергии. Таким образом, при нагреве и последующем охлаждении острые трещины превращаются в сферические поры, то есть за счет чередования нагрева с охлаждением можно превращать опасные трещины в менее опасные поры.

       Уменьшение  сечения материала при наличии  пор и трещин, а также искажение кристаллической решетки вблизи их поверхности приводит к повышению удельного электросопротивления металлических материалов. В неметаллических материалах наличие объёмных дефектов снижает удельное электросопротивление вследствие повышения подвижности ионов по вакансиям в материалах с ионной связью и облегчения выхода электронов в материалах с ковалентной связью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3 Какие свойства имеют монокристаллы,  и каковы условия их получения? 

       Получение монокристаллов позволяет изучать свойства металлов, исключив влияние границ зерен. Существует несколько методов получения монокристаллов, важнейшими из них являются методы Бриджмена и Чохральского.

       Метод Бриджмена состоит в следующем: металл, помещенный в тигель с коническим дном, нагревается в вертикальной трубчатой печи до температуры на 50 — 100 грС выше температуры его плавления. Затем тигель с расплавленным металлом медленно удаляется из печи. Охлаждение наступает в первую очередь в вершине конуса, где и появляются первые центры кристаллизации. Монокристалл вырастает из того зародыша, у которого направление преимущественного роста совпадает с направлением перемещения тигля. При этом рост других зародышей подавляется. Для непрерывного роста монокристалла необходимо выдвигать тигель из печи со скоростью, не превышающей скорость кристаллизации данного металла.

       В методе Чохральского монокристаллы медленно вытягивается из расплава. Скорость вытягивания 1—20 мм/ч. Метод позволяет получать монокристаллы заданной кристаллографической ориентации. Метод Чохральского применяется при выращивании монокристалла иттриево-алюминиевого граната, ниобата лития и полупроводниковых монокристаллов. А. В. Степанов создал на основе этого метода способ для выращивания монокристалла с сечением заданной формы, который используется для производства полупроводниковых монокристаллов.

       Монокристаллы ценны как материал, обладающий особыми физическими свойствами. Например, алмаз и боразон предельно тверды, Флюорит прозрачен для широкого диапазона длин волн, Кварц — пьезоэлектрик. Монокристаллы способны менять свои свойства под влиянием внешних воздействий (света, механических напряжений, электрических и магнитного полей, радиации, температуры, давления). Поэтому изделия и элементы, изготовленные из монокристаллов, применяются в качестве различных преобразователей в радиоэлектронике, квантовой электронике, акустике, вычислительной технике и др. Первоначально в технике использовались природные монокристаллы, однако их запасы ограничены, а качество не всегда достаточно высоко. В то же время многие ценные свойства были найдены только у синтетических кристаллов. Поэтому появилась необходимость искусственного выращивания монокристалла. Исходное вещество для его выращивания может быть в твёрдом (в частности, в порошкообразном), жидком (расплавы и растворы) и газообразном состояниях. 

     4 Каковы отличия дендритной и зональной ликваций; факторы, влияющие на их величину? 

       Ликвация (от лат. liquatio – разжижение, плавление) – неоднородность химического состава  сплавов, возникающая при их кристаллизации.

       Различают дендритную ликвацию, которая проявляется  в микрообъёмах сплава, близких к размеру зёрен, и зональную ликвацию, наблюдаемую во всём объёме слитка. Дендритная ликвация выражается в том, что оси дендритных кристаллов отличаются по химическому составу от межосных пространств. Этот вид ликвации может быть в значительной степени устранён при длительном отжиге металла (так называемая гомогенизация) в результате диффузии примесей.

       Зональная ликвация выражается в наличии в  слитке нескольких зон с различным  химическим составом, которые в зависимости  от характера отклонений от среднего состава сплава называются зонами положительной или отрицательной ликвации. Различают осевую и внеосевую ликвацию. Для уменьшения зональной ликвации ограничивают размеры слитков, а также применяют специальные металлургические процессы: непрерывную разливку, переплав в водоохлаждаемом кристаллизаторе (электрошлаковый или вакуумный) и т. п. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       5 С какой целью в технике может использоваться наклеп, и какова природа его образования? 

       Наклеп  – изменение структуры и свойств  металлического материала, вызванное пластической деформацией. Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональность, предел текучести и твердость. Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака. При поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале и повышается его усталостная прочность. Наклеп возникает при обработке металлов давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), резанием, при обкатке роликами, при специальной обработке дробью.

       Упрочнение  металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением  числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а, следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.