П/п Формулировка вопроса (задания)




НазваниеП/п Формулировка вопроса (задания)
страница1/9
Дата публикации28.06.2013
Размер1.1 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

п/п

Формулировка вопроса (задания)

1

Наука материаловедение. Основные понятия, цели и задачи курса «Материаловедение».

Материаловедение - научная дисциплина о структуре, свойствах и назначении материалов.

Свойства технических материалов формируются в процессе их изготовления. При одинаковом химическом составе, но разной технологии изготовления, образуется разная структура, и вследствие, свойства.

Цель настоящей дисциплины - изучение закономерностей формирования структуры и свойств материалов методами их упрочнения для эффективного использования в технике.

Основная задача дисциплины - установить зависимость между составом, строением и

свойствами, изучить термическую, химико-термическую обработку и другие способы

упрочнения, сформировать знания о свойствах основных разновидностей материалов.

2

Классификация свойств технических материалов. Основные свойства технических материалов. Структурные методы исследования.

Назначение материала определяется требованиями конструкции (конструкционные критерии -прочность, долговечность, коррозийные свойства и т.п.) и возможностью переработки в изделие (технологические критерии - коэффициент обрабатываемости резанием, сварки и обработки давлением и т.п.). Выбор материала с использованием классификации осуществляется по двум основным критериям. В общем случае классификация материалов включат в себя три основных

разновидности материалов: металлические материалы, неметаллические материалы,

композиционные материалы. По геометрическим признакам материалы и вещества принято классифицировать по виду полуфабрикатов: листы, профили, гранулы, порошки , волокна и т.п.. Поскольку материал того или иного полуфабриката изготавливается по разной технологии, применяют разделение по структуре.

Металлические материалы принято классифицировать по основному компоненту. Различают черную и цветную металлургию. К материалам черной металлургии принадлежат стали, чугуны, ферросплавы и сплавы на основе железа, легированные цветными металлами в количестве превосходящим стали. К материалам цветной металлургии принадлежат важнейшие цветные металлы - алюминий, медь, цинк, свинец, никель, олово и сплавы на их основе. К металлическим материалам относятся и материалы порошковой металлургии. Неметаллические материалы различают по основным классам: резина, керамика, стекло, пластические массы, ситаллы (стеклокристаллические материалы). Ситаллы обладают малой плотностью (они легче алюминия), высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твердостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью и другими ценными свойствами. Композиционными материалы - сложные или составные материалы, состоящие из двух разнородных материалов (например: стекла и пластмассы - стеклопластики) принято классифицировать по типу структуры, материалу матрицы, назначению и способу изготовления. Более подробно классификация материалов будет изложена ниже в разделах лекционного курса. Технические материалы принято классифицировать по назначению: материалы приборостроения, машиностроительные материалы, и более подробно, например стали для судостроения или мостостроения. В научном аспекте материалы разделяют по типу

структуры: аморфные, кристаллические, гетерофазные. При выборе материала для той или иной детали или конструкции учитывают экономическую целесообразность его применения.

Стоимость технического материала связана с затратами на его производство и уровнем запасов

его в промышленном и государственном резервах, с содержанием в Земной коре веществ и элементов, необходимых для его производства. Поэтому так важно знание инженера о содержании элементов и веществ в земной коре.

Медь Сu = 0.01 %, Серебро =4*10-6 %, Олово =6*10-4%, Титан =0.58 %, Магний =1.94 %,

Золото =5*10-7%, Бериллий = 5*10-4%, Цинк = 2*10-2 %, Железо =4.7 %, Алюминий =7.5 %,

Кремний =25.7 %, Свинец =8*10-4 %, Хром =3.3*10-2 %, Никель = 1.8*10-2 %.

В последние годы в классификации машиностроительных материалов применяют параметры удельной прочности и энергрозатрат производства материалов. Они показывают, что наилучшими сочетаниями свойств для машин обладают титан и алюминий. Классификация известных материалов находит свое отражение в

Государственных Стандартах (ГОСТ).__

^ Структурные методы исследования.

Материаловедение, как научная дисциплина, числено оперирует показателями свойств

материала (временное сопротивление разрушению, прочность на сжатие, твердость и т.п.)

Различают макростроение, микростроение и субмикростроение материалов. Первая структура выявляется визуально, вторая – при увеличении, достигаемым оптическими системами, третья - с помощью рентгеновских и электронных лучей.

Макроанализ – изучение изломов и темплетов (образцов протравленных кислотой)

Микроскопический анализ: производится с помощью оптических микроскопов (полезное увеличение до 950 крат), электронных микроскопов (увеличение до мл. раз), электронных проекторов (увеличение - несколько мл. раз). Исследование производится на зеркальной поверхности шлифа (после соответствующей полировки) или слепка с нее - на электронном микроскопе. Шлифы исследуют до и после травления. Травление металлической поверхности растворами кислот выявляет рельеф границ кристаллов, контуры отдельных элементов

структуры. Данные исследований - размер и форма зерен получают количественную и качественную оценку.

Физические методы исследования структуры: Среди них особое место занимают методы радиографии и рентгеновского анализа. Путем просвечивания осуществляется дефектоскопия

и контроль ориентации арматуры в композитах. Параметры кристаллических решеток определяются с помощью рентгеновского структурного анализа, основой которого служит соотношение Вульфа-Брегга:

2 * d * sinΨ = η ∗ λ, (1)

d - межплосткостное расстояние (параметр решетки),

Ψ - угол падения луча на кристаллографическую плоскость,

η - простое число (1, 2, 3, 4 ......),

λ - длина волны рентгеновских лучей.

Рентгеновский анализ т.ж. определяет качественный и количественный состав сплавов,

физическую плотность кристаллов, особенности субструктуры, плотность линейных дефектов в

реальном кристалле, позволяет проследить полиморфные превращения в сталях и сплавах и

обнаружить глубокие физико-химические процессы в металлах.

3

Строение твёрдого тела. Кристаллическое и аморфное строение вещества.

Твердые тела имеют различное строение

-аморфные;изотропные

- кристаллические;анизотропные

-гетерофазные;

4

Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия в кристаллах.



Типы кристаллических решеток. (а - объемоцентрированная кубическая ОЦК;

б - гранецентрированная кубическая плотноупакованная ГЦК; в- гексоганальная

плотноупакованная решетка ГПУ).

Периодом решетки называется расстояние между центрами двух соседних атомов.

Координационное число - количество атомов, находящихся на наиболее близком расстоянии от любого атома в решетке. Атомный радиус (половина атомного диаметра) – половина межатомного расстояния между центрами ближайших атомов.

Металлы имеют плотную упаковку атомов, т.е. высокие координационные числа и большое количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку.

Вследствие неодинаковой плотности атомов в различных направлениях, многие свойства кристалла анизотропны.

Кристаллическая структура изменяется в зависимости от температуры.

Например, кристаллическая решетка железа в интервале температур от 0 до 910 град С – ОЦК (Fe -α); от 910 до 1400 град С - ГЦК (Fe-γ); от 1400 до 1539 град С (плавление) - ОЦК (Fe-α или Fe-δ).

5

Дефекты строения реальных кристаллов. Классификация дефектов.

Особенностью строения реальных металлических материалов является наличие искажений и дефектов кристаллического строения, вызванное действием температурных, электромагнитных и иных полей, а т .ж. механическими напряжениями. Наибольшее число дефектов возникает при первичной кристаллизации расплава или при пластической деформации твердого тела. Кристаллические дефекты разделяют на точечные, линейные, поверхностные и объемные.



^ Простейшие виды дислокаций – краевые и винтовые.

Краевая дислокация представляет собой линию, вдоль которой обрывается внутри кристалла край “лишней“ полуплоскости



Неполная плоскость называется экстраплоскостью.

Большинство дислокаций образуются путем сдвигового механизма. Ее образование можно описать при помощи следующей операции. Надрезать кристалл по плоскости АВСD, сдвинуть нижнюю часть относительно верхней на один период решетки в направлении, перпендикулярном АВ, а затем вновь сблизить атомы на краях разреза внизу.

Наибольшие искажения в расположении атомов в кристалле имеют место вблизи нижнего края экстраплоскости. Вправо и влево от края экстраплоскости эти искажения малы (несколько периодов решетки), а вдоль края экстраплоскости искажения простираются через весь кристалл и могут быть очень велики (тысячи периодов решетки).Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то краевая дислокация – положительная (), если в нижней, то – отрицательная (). Дислокации одного знака отталкиваются, а противоположные притягиваются.



Другой тип дислокаций был описан Бюргерсом, и получил название винтовая дислокация

^ Винтовая дислокация получена при помощи частичного сдвига по плоскости Q вокруг линии EF. На поверхности кристалла образуется ступенька, проходящая от точки Е до края кристалла. Такой частичный сдвиг нарушает параллельность атомных слоев, кристалл превращается в одну атомную плоскость, закрученную по винту в виде полого геликоида вокруг линии EF, которая представляет границу, отделяющую часть плоскости скольжения, где сдвиг уже произошел, от части, где сдвиг не начинался. Вдоль линии EF наблюдается макроскопический характер области несовершенства, в других направлениях ее размеры составляют несколько периодов.

Если переход от верхних горизонтов к нижним осуществляется поворотом по часовой стрелке, то дислокация правая, а если поворотом против часовой стрелки – левая.



Дефекты влияют на структурночувствительные свойства. Например, наличие дислокаций изменяет прочность металлов. Теоретический подсчет предела упругости дает величину, превышающую реальную в 1000 раз (10 Е5 и 100 МПа) для чистых металлов и в 100 раз для сталей. Бездефектные кристаллические металлические и керамические материалы в виде волокон и НК (нитевидных кристаллов) применяются как арматура - фаза упрочнитель конструкционных композитов.



6

Диффузионные процессы в металлах. Формирование структуры металлов при кристаллизации.

Диффузия – это перенос вещества, обусловленный беспорядочным тепловым движением диффундирующих частиц. При диффузии газа его молекулы меняют направление движения при столкновении с другими молекулами Основными типами движения при диффузии в твердых телах являются случайные периодические скачки атомов из узла кристаллической решетки в соседний узел или вакансию. Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя, под которым понимают слой материала детали у поверхности насыщения, отличающийся от исходного по химическому составу, структуре и свойствам. Для диффузии большое значение имеют вакансии и их ассоциации (бивакансии, комплексы вакансия – атом примеси), а также дефекты, являющиеся их источниками (линейные и поверхностные).

Основным механизмом самодиффузии и диффузии в твердых растворах замещения является вакансионный. В твердых растворах внедрения основным механизмом перемещения примесных атомов небольшого размера является межузельный.

Если два хорошо соединенных между собой куска чистых металлов АиВ длительно отжигать, то будет наблюдаться взаимное проникновение металлов и смещение первоначальной границы раздела, отмеченной инертными метками (оксидными частицами или вольфрамовыми проволочками) на величину х, прямо пропорциональную квадратному корню из времени отжига. Если DА > DВ, то компонент А проникает в В с большей скоростью, чем В в А, вследствие этого часть В образца увеличивается в объеме. Диффузионная металлизация – процесс диффузионного насыщения поверхности изделий металлами или металлоидами. Диффузионное насыщение проводят в порошкообразной смеси, газовой среде или расплавленном металле (если металл имеет низкую температуру плавления).

Кристаллизацией называется переход из жидкого в твердое состояние с образованием

кристаллических решеток или кристаллов. В реальных металлических телах кристаллизация расплавов заканчивается образованием структуры сложно переплетенных кристаллов -дендритов. Их морфология определяет свойства материалов. При образовании кристаллов их развитие идет в основном в направлении, перпендикулярном плоскостям с максимальной плотностью упаковки атомов. Это приводит к тому, что первоначально образуются длинные ветви, так называемые оси первого порядка. Одновременно с удлинением осей первого порядка на их ребрах зарождаются и растут перпендикулярные к ним такие же ветви второго порядка. В свою очередь на них растут оси третьего порядка и т.д. Образуются кристаллы древовидной -дендритной формы. Преимущественный рост кристалла происходит в направлении отвода тепла. Ветви дендритов разделены очень тонкими прослойками нерастворимых в жидком и особенно в твердом состоянии примесей и мельчайшими полостями и порами, возникшими в результате уменьшения объема при переходе металла из жидкого состояния в твердое. При tпл, определенной для каждого металла, твердый металл переходит в жидкий. Многие свойства при

этом меняются незначительно. Например, плотность падает на 5-7% , электропроводность и теплопроводность возрастают.

Характер внутренних сил не изменяется. Металлическая

жидкость по своему строению близка к твердому телу. Кристаллическая решетка сохраняется до температуры плавления. После расплавления решетка разрушается, но сохраняется динамический ближний порядок. Затвердевание происходит при температуре tзатв, она меньше tпл. Существует переохлаждение и перенагрев.


При температуре Тп величины свободных энергий жидкого и твердого состояния равны.

Процесс кристаллизации протекает при температуре, меньшей Тп. Для начала затвердевания необходимо переохлаждение (разность энергий). Переохлаждение тем больше, чем больше скорость изменения температуры.


  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

П/п Формулировка вопроса (задания) iconПамятка для эксперта
Критериями оценивания ответа на задание С1 конкретного варианта (формулировка задания С1 с развёрнутым ответом; текст, на основе...

П/п Формулировка вопроса (задания) iconФормулировка тестового задания
Способ печати, применяющийся для печати на кривых поверхностях и на трёхмерных объектах – это…

П/п Формулировка вопроса (задания) icon«Экономика товарного обращения» Задания на контрольные работы для...
Контрольная работа выполняется индивидуально каждым студентом в виде ответов на два теоретических вопроса и решения задачи. Задания...

П/п Формулировка вопроса (задания) iconКодексы корпоративной социальной ответственности компаний. Понятие. Подходы. Определения
Для выполнения контрольной работы раскройте в письменной форме ответы на 3 вопроса (номер 1-го вопроса соответствует последней цифре...

П/п Формулировка вопроса (задания) iconКонтрольная работа состоит из двух частей: теоретического вопроса и практического задания
Контрольные работы по русскому языку и культуре речи для студентов заочной формы обучения (всех специальностей)

П/п Формулировка вопроса (задания) iconГаятри деви васудев оглавление
Первая базируется на анализе карты, построенной по данным момента рождения. В хорарной астрологии карта строится на момент задания...

П/п Формулировка вопроса (задания) iconУровню усвоения. Структура экзаменационного билета. Билеты каждого...
Целью устного экзамена является проверка уровня предметной компетентности учащихся 9 классов по геометрии за курс основной школы...

П/п Формулировка вопроса (задания) iconКак выполнить контрольную/курсовую работу
Взять задания в папке «Задания для студентов» в компьютере, для этого найти папку своей группы и скачать задания на флешку

П/п Формулировка вопроса (задания) iconI закон Ньютона (формулировка)
Вес тела, покоящегося или, движущегося равномерно и прямолинейно (опр., формула)

П/п Формулировка вопроса (задания) iconМетодические рекомендации для выполнения задания
Выбор варианта задания осуществляется по списку студентов в учебном журнале. Порядковый номер по списку в журнале соответствует порядковому...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов