Вопросы для подготовки раздела «Металловедение».

Вопросы для подготовки раздела «Металловедение».

1. Что изучает наука «Металловедение»?

Металловедение - наука о природе металлов и сплавов, об искусственном улучшении их свойств путем изменения химического состава, термической обработки, деформации и др., о поведении материала в процессе обработки и в условиях эксплуатации, о рациональном использовании металлов и сплавов в народном хозяйстве.

2. На какие две основные группы принято делить все металлы (классификация металлов)?

- Черные металлы (железо, сплавы на основе железа)

- Цветные металлы: легкие; легкие и тугоплавкие; благородные и т.д.

3. Перечислите известные вам методы исследования структуры и свойств металлов и сплавов.

1). Макроструктурный анализ

2). Микроструктурный анализ

3). Рентгеноструктурный анализ

4). Термический метод анализа.

4. Что является первопричиной, определяющей свойства металла?

Свойства металлов и их структуру определяет тип связи между атомами.

5. Назовите 3 основных типа кристаллических решеток, встречающихся в металлах.

Всего в природе существует 14 типов кристаллических решеток. Основные:

1). ОЦК - объемноцентрированная кубическая (плотность упаковки - 2, К8, 0,68). Атомы расположены в вершинах куба и один атом в центре обёма куба.

2). ГЦК - гранецентрированная кубическая (плотность упаковки - 4, К12, 0,74). Атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани.

3). ГП(у) - гексагональная плотноупакованная (К12, 0,74). Атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома - в средней плоскости призмы.

6. Что представляет собой элементарная ячейка в кристаллической решетке? Перечислите 6 величин, используемых для описания элементарной ячейки.

Элементарная ячейка - наименьший комплекс атомов кристаллической решетки, который при многократном повторении по 3-м осям координат (x,y,z) образует решетку определенного типа. 6 основных параметров, характеризующих любую элементарную ячейку: 3 ребра (a, b, c) и 3 угла между осями (альфа, бета, гамма).

7. Какие дополнительные характеристики кристаллической решетки вам известны?

Плотность упаковки (число целых атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку). Коэффициент компактности (отношение объёма всех атомов, приходящихся на элементарную ячейку, к объёму элементарной ячейки). К - координационное число (число ближайших равноудалённых атомов от некоторого (базисного) атома).

8. Как принято обозначать определенные кристаллографические направления и плоскости (из-за различных расстояний между атомами в различных направлениях и плоскостях в кристал. решетке)?

Для определения положения атомных плоскостей (проходящих через атомы) в кристаллических пространственных решетках пользуются индексами h, k, l, представляющими собой три целых рациональных числа, являющихся величинами, обратными отрезкам осей, отсекаемым данной плоскостью на осях координат. Единицы длины вдоль осей выбирают равными длине ребер элементарной ячейки. Эти числа заключают в круглые скобки.

Для определения индексов направлений расположения рядов атомов в кристаллической решетке необходимо из семейства параллельных плоскостей выбрать направление плоскостей, проходящих через начало координат. Далее, приняв за единицу длину ребра элементарной ячейки (или период решетки), определяют координаты любой точки этого направления. Полученные значения координат точки приводят к отношению трех наименьших чисел. Эти числа, заключенные в квадратные скобки [uvw], являются индексами данного направления и всех параллельных ему направлений.

9. Что понимают под анизотропией свойств в кристаллах?

Анизотропия в Ме - зависимость свойств кристалла от направления, возникающая в результате упорядоченного расположения атомов в кристалле.

10. В каких случаях поликристаллические твердые тела изотропны, а когда анизотропны?

Если кристаллиты имеют одинаковую преимущественную ориентацию в каких-то направлениях, то металл приобретает анизотропию свойств.

11. Что такое полиморфизм в металлах (на примере железа)?

Полиморфизм в Ме состоит в том, что в твердом состоянии при разных условиях, а именно - температура (и давление) металл может иметь разную кристаллическую структуру (решётку).

12. Чем определяется стабильность той или иной полиморфной модификации металла при определенных температуре и давлении (например, железа или титана)?

Термодинамический потенциал

13. Действием каких сил определяется взаимодействие атомов в кристалле?

При взаимодействии между атомами возникают силы притяжения (связи).

Связь в металле осуществляется электростатическими силами.

14. Как подразделяют кристаллы по характеру превалирующей связи между атомами?

1). Молекулярная связь

2). Ковалентная связь

3). Металлическая связь

4). Ионный тип связи

15. Чем отличается строение реальных кристаллов от идеальных кристаллов?

В любом реальном кристалле, в отличие от идеального, всегда имеются дефекты строения.

16. Перечислите известные точечные дефекты.

1). Вакансии

2). Межузельные атомы

17. Перечислите известные линейные дефекты.

1). Краевая дислокация

2).Винтовая дислокация (возникает, если кристалл состоит из одной атомной плоскости, закрученной по спирали).

18. Дайте определение дислокации.

Дислокация – лишняя полуплоскость в чередовании плоскостей

19. Какие количественные параметры характеризуют дислокации?

1). Вектор Бюргерса - вектор, нужный для замыкания контура кристаллической решетки с наличием дислокации. Служит критерием искажения кристаллической решетки. При нулевой дислокации вектор Бюргерса перпендикулярен дислокационной линии. При винтовой - параллелен дислокационной линии).

2). Плотность дислокации - суммарная длина дислокационных линий, приходящихся на единицу объёма кристалла: {ро}=({сумма}l cv)/(V см^3)=(см^-2).

20. Как влияют дислокации на скорость диффузии в металле и на свойства (особенно прочность) металлов и сплавов?

При увеличении дислокаций увеличиваются прочностные характеристики и уменьшаются пластические. Уменьшается коррозионная стойкость.

21. Перечислите известные поверхностные дефекты в кристаллах.

Поверхностные (двумерные) дефекты:

1). Высокоугловые.

2). Малоугловые (границы субзёрен внутри зерна).

22. Что называют диффузией в металлах?

Диффузия - процесс перемещения атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие межатомные расстояния данного металла/сплава.

Выделяют самодиффузию (перемещение атома в собственной кристаллической решётке) и гетеродиффузию (диффузия атомов в чужой кристаллической решетке).

23. Перечислите известные механизмы диффузии.

Механизмы диффузии:

- обменный

- кольцевой

- вакансионный

- межузельный

24. Что является количественной оценкой скорости диффузии?

Коэффициент диффузии D=D0*e^(Q/RT) [(см^2)/с].

25. Как влияет температура на скорость диффузии в металлах?

С повышением температуры диффузионные процессы ускоряются.

26. Какой процесс называют кристаллизацией?

Первичная кристаллизация - переход из жидкого состояния в твёрдое с образованием кристаллической структуры.

Вторичная кристаллизация - образование новых кристаллов в твёрдом веществе.

27. Какие два одновременно идущих процесса наблюдаются при кристаллизации?

Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процессов:

- зарождение центров кристаллизации;

- рост этих центров.

28. Что называют сплавом и что такое компонент?

Сплав - это соединение/сплавление минимум двух элементов Периодической системы. Элементы, которые сплавляют, называются компонентами.

29. Что образуют компоненты при взаимодействии между собой?

В сплавах элементы могут по-разному взаимодействовать между собой, образуя различные по химическому составу, типу связи и строению кристаллические фазы.

30. Чем отличаются твердые растворы замещения от твердых растворов внедрения?

Твёрдый раствор - это кристаллы, в которых сохраняется тип кристаллической решётки элемента-растворителя. 2 случая:

1). Тв. р-ры замещения - когда атомы растворённого элемента (B) замещают атомы в узлах растворителя (А).

2). Тв. р-ры внедрения - когда атомы растворенного вещества (B) внедряются между узлами растворителя (А).

31. Что называют фазой?

Фаза - однородная часть сплава, отделённая от другой части поверхностью/границей раздела, имеющая одинаковый хим. Состав, строение и свойства

32. Сформулируйте правило фаз (правило Гиббса).

С=К-Ф+2. Если принять, что фазовые превращения происходят при постоянном давлении, то правило фаз принимает вид: С=К-Ф+1. Если С=0, то фазовое превращение происходит при постоянной температуре, а если С=1, - в интервале температур.

33. Что имеют в виду под степенью свободы в правиле фаз? Перечислите известные вам степени свободы.

Степени свободы - внешние или внутренние факторы, которые можно менять, но при этом 2 фазы находятся в равновесии.

Под числом степеней свободы (вариантностью системы) понимают возможность изменения температуры, давления и концентрации без изменения числа фаз, находящихся в равновесии.

34. Дайте определение диаграммы состояния сплава.

Диаграммой состояния называется графическое изображение фазового состояния сплавов данной системы в зависимости от их концентрации и температуры. По этомй диаграмме можно качественно судить о структуре сплавов, их физико-химических, физических, механических и технологических свойствах.

35. В каких координатах строят диаграммы состояния?

по оси абсцисс откладывается концентрация компонентов, а по оси ординат - температура.

36. Какие точки называют критическими?

Критическими точками называются температуры, при которых происходит изменение фазового состояния сплавов или чистых компонентов.

37. Как экспериментально определяют критические точки?

Определение критических точек производится с помощью ряда методов физико-химического анализа: термического, металлографического, дилатометрического, измерения электрических, магнитных свойств и т.д. Одним из наиболее простых и широко используемых методов является термический. Для определения критических точек металла или сплава термическим методом производится построение кривых охлаждения/нагрева в координатах температура-время. Тепловой эффект фазового превращения сказывается на скорости изменения температуры системы, в результате чего на кривой охлаждения появляется точка перелома, соответствующая критической точке материала.

38. В каких координатах стоят кривые охлаждения и что по ним определяют?

Для определения критических точек металла или сплава термическим методом производится построение кривых охлаждения в координатах температура-время. Тепловой эффект фазового превращения сказывается на скорости изменения температуры системы, в результате чего на кривой охлаждения появляется точка перелома, соответствующая критической точке материала.

39. Как называют линии начала и конца кристаллизации из жидкой фазы?

Линия начала кристаллизации называется ликвидус. Выше нее сплавы находятся в жидком состоянии.

Линия конца кристаллизации называется солидус. Ниже нее сплавы находятся в твердом состоянии.

40. Что можно определить по диаграмме состояния (с использованием правила рычага или правила отрезков)?

Диаграмма состояния дает возможность не только установить фазовое состояние любого сплава данной системы, но и определить количественное соотношение равновесных фаз и их химический состав. Для этого пользуются правилом рычага или правилом отрезков.

Для того чтобы определить химический состав фаз, через точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонталь до пересечения с линиями диаграммы состояния. Проекция точек пересечения на ось концентрации показывает составы фаз. Отрезки этой горизонтали между заданной точкой, определяющей фазовое состояние сплава, и точками, определяющими химический состав фаз, пропорциональны количествам этих фаз.

41. Перечислите фазы, которые образуются между компонентами согласно диаграмме железо-углерод.

Однофазные структуры:

1). Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в железо с решеткой ГЦК.

2). Феррит - твердый раствор внедрения углерода в железо с решеткой ОЦК.

3). Цементит - химическое соединение карбид железа Fe3C.

Двухфазные структуры:

1). Ледебурит (t = 1147-727) - смесь аустенита и цементита.

2). Ледебурит (t < 727) - смесь перлита и цементита.

3). Перлит - смесь феррита и цементита.

42. Какую точку называют эвтектической на диаграмме состояния (на примере диаграммы железо-углерод)?

В эвтектической точке происходит кристаллизация только одной эвтектики (гетерогенная смесь двух или более в сложных системах) фаз, кристаллизующихся одновременно в определенном количественном соотношении из жидкой фазы определенного эвтектического состава).

На диаграмме железо-углерод эвтектической точке C соответствует концентрация 4,3% C (t=1147).

При данных температуре и концентрации жидкость одновременно кристаллизуется в эвтектическую смесь двух типов кристаллов - аустенита и цементита (ледебурит).

43. Какую точку называют эвтектоидной на диаграмме состояния (на примере диаграммы железо-углерод)?

Распад бета-раствора на смесь двух фаз альфа и альфа штрих может быть описан аналогично эвтектическому превращению, но в этом случае исходной фазой будет твердый раствор (а не жидкость, как это встречается при эвтектическом превращении).

В эвтектоидной точке аустенит с концентрацией 0,8% C претерпевает превращение в перлит - эвтектоидную смесь феррита и цементита.

44. В чем заключается отличие между эвтектическим и эвтектоидным превращением?

Механизм образования эвтектоидной смеси подобен механизму образования эвтектической смеси, но эвтектика образуется из жидкой, а эвтектоид - из твердой фазы.

45. Как изменяется растворимость углерода в аустените и феррите с понижением температуры?

Феррит. При температуре 727 растворимость углерода в Fe{альфа} максимальна. C понижением температуры растворимость уменьшается (согласно линии QP) и при комнатной температуре приближается к 0,006%. Низкая растворимость углерода в Fe{альфа} связана с малым размером пор в ОЦК решетке, и поэтому значительная часть атомов углерода размещается в дефектах (вакансиях, дислокациях).

Аустенит. Межатомные поры в ГЦК решетке почти в два раза больше, чем в ОЦК, что приводит к более высокой растворимости углерода. C понижением температуры растворимость уменьшается (согласно линии ES) и при 727 град. C составляет 0,8% C.

46. Укажите максимальное содержание углерода в аустените и феррите (согласно равновесной диаграмме состояния железо-углерод).

При температуре 727 град. C растворимость углерода в феррите максимальна и составляет 0,025% (точка P).

Максимальное значение растворимости углерода в аустените составляет 2,14% при температуре 1147 (точка E).

47. Какие изотермические превращения происходят в сплавах железа с углеродом?

- эвтектическое

- эвтектоидное (из аустенита образуется феррит и цементит, т.е. перлит).

48. При каких условиях образуются ледебурит и перлит в сплавах железа с углеродом?

В точке C (эвтектическая) при температуре 1147 и концентрации 4,3% C жидкость одновременно кристаллизуется в эвтектическую смесь двух типов кристаллов - аустенита и цементита - и называется ледебуритом.

На линии PSK (t = 727 град. C) называется эвтектоидной, на ней аустенит с концентрацией 0,8% C претерпевает превращение в перлит - эвтектоидную смесь феррита и цементита.

49. Какие изменения происходят в ледебурите при температуре ниже 727 град. С?

Ледебурит ниже 727 град. C представляет собой смесь перлита и цементита.

50. На какие классы материалов подразделяют сплавы железа с углеродом в зависимости от содержания в них углерода?

1). Техническое железо - концентрация углерода до 0,025%.

2). Стали - концентрация углерода от 0,025 до 2,14%.

а. доэвтектоидные с концентрацией углерода от 0,025 до 0,8%;

б. эвтектоидные с концентрацией углерода 0,8%;

в. заэвтектоидные с концентрацией углерода более 0,8%.

3). Чугуны:

а. доэвтектические с концентрацией углерода менее 4,3%;

б. заэвтектические с концентрацией углерода более 4,3%.

51. Как влияет содержание углерода на твердость, прочность и пластичность сталей (лаб. раб. 42)?

С увеличением в стали углерода возрастают твердость, пределы прочности и текучести и уменьшаются относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость, а также снижается плотность. Предел выносливости с повышением содержания углерода до 0,55-0,65% возрастает, а при большем содржании углерода снижается.

52. Чем отличаются по структуре белые чугуны от серых чугунов?

Структура белого чугуна состоит из перлита, цементита и ледебурита.

При t = 727 град. C аустенит приобретает концентрацию 0,8% и превращается в перлит, на фоне которого расположены включения графита; такой чугун называется серым.

53. Перечислите известные способы изменения структуры сплавов.

Механическая (прокатка, прессование), термическая (отжиг, закалка, отпуск, старение), химическая (борирование, азотирование, силицирование, цементация) и другая обработка.

54. Что такое деформация металла?

Деформация - изменение формы и размеров твёрдого тела под действием приложенных сил.

55. Какие бывают деформации?

Деформации делятся на упругие (обратимы) и пластические (необратимы).

56. Что называют пластичностью металла или сплава?

Пластичность — способность материала получать остаточные деформации без разрушения и сохранять их после снятия нагрузки.

57. Назовите механизм пластической деформации.

Механизмом пластической деформации является сдвиг, который происходит под действием касательных напряжений. Два пути:

- Скольжение (одна часть кристалла смещается относительно другой вдоль плоскости, называемой плоскостью скольжения).

- Двойникование (перестройка кристаллической решетки в новое положение, зеркально симметричное к его недеформированной части. Плоскость зеркальной симметрии называется плоскостью двойникования).

58. Чем обусловлена низкая реальная прочность кристаллов?

Низкая прочность реальных кристаллов объясняется их структурным несовершенством (наличием дефектов в кристаллической решетке).

59. За счет чего происходит пластическое деформирование в реальных металлах и сплавах?

Пластическое деформирование в реальных кристаллах осуществляется путем последовательного перемещения дислокаций.

60. Что лежит в основе упрочнения металлов и сплавов при деформации?

Деформационное упрочнение связано с увеличением количества барьеров для перемещения дислокаций, наиболее эффективными из которых являются неподвижные/малоподвижные дислокации, границы зерен, мелкодисперсные, равномерно распределенные упрочняющие фазы. Для преодоления этих барьеров в процессе дальнейшей деформации требуются все большие усилия (напряжения), то есть материал упрочняется.

61. Какова роль дислокаций в упрочнении металла при пластической деформации?

В процессе скольжения возникают новые дислокации. Их плотность возрастает до ~10^6-10^8 см^-2. Это увеличение плотности дислокации приводит к увеличению плотности материала.

Основным механизмом пластической деформации является скольжение дислокаций. Появление в процессе пластической деформации определенных изменений в структуре приводит к затруднению скольжения дислокаций - деформационное уплотнение.

62. Как называют явление повышения прочности (упрочнение) металла или сплава в результате холодной деформации?

наклепом или нагартовкой.

63. Что называют наклепом или нагартовкой?

Наклеп (нагартовка) - упрочняющее действие пластической деформации в металлах и сплавах, сопровождающееся уменьшением пластичности.

64. Как изменяется прочность металлов и сплавов в зависимости от плотности дислокаций (кривая Одинга-Бочвара)?

Чем больше плотность дислокаций, тем больше прочность.

65. В чем отличие холодной деформации от горячей деформации?

При холодной пластической деформации изменения структуры и свойств металлов имеют место лишь в диапазоне температур ниже температуры рекристаллизации. Горячая деформация осуществляется при температурах выше температур рекристаллизации.

66. От чего зависит температура рекристаллизации в металлах и сплавах?

Она зависит от чистоты металла, степени легированности металла, степени предшествующей деформации и продолжительности отжига.

67. Какие процессы наблюдают при нагреве деформированного металла?

При нагреве деформированного металла в нем протекают процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации, обусловливающие возвращение всех свойств к свойствам металла до деформации.

68. Что происходит в структуре деформированного металла при возврате?

1). Первая стадия (отдых) - уменьшение концентрации точечных дефектов (вакансий)

2). Вторая стадия (полигонизация) – перемещение дислокаций

Микроструктура не меняется

69. Что происходит в структуре деформированного металла при рекристаллизации?

При первичной рекристаллизации – зарождение зерен

Собирательная – укрупнение этих зерен

При вторичной рекристаллизации – аномальный рост одних зерен за счет других

70. Какие 2 условия необходимо выполнить для протекания процесса рекристаллизации в металле?

Наклеп и нагрев до определенной температуры.

71. Что такое рекристаллизация?

Рекристаллизация - процесс зарождения и роста новых зерен в пределах одной фазы

72. Какие структурные изменения происходят в металле при рекристаллизации?

Рекристаллизация, в отличие от возврата, сопровождается металлографическими изменениями структуры.

73. Есть ли отличие между наклепом и нагартовкой?

Отличия нету.

74. До каких температур сохраняется упрочнение, достигнутое при холодной деформации?

До температуры первичной рекристаллизации.

75. Каким образом можно полностью снять наклеп?

Почти полностью снимается наклеп, полученный при пластической деформации, при первичной рекристаллизации; при собирательной рекристаллизации наклеп полностью снимается.

76. Как влияет поверхностный наклеп на усталость материала?

Наклёп приводит к повышению усталостной прочности, а иногда и износостойкости.

77. Что представляет собой технологический процесс термической обработки металлов и сплавов?

Термической обработкой называется технологический процесс, связанный с нагревом изделий из металлов и сплавов в целях изменения их структуры и свойств. Этот процесс включает три последовательно идущие стадии: нагрев изделий до температуры термической обработки; выдержку при температуре обработки; охлаждение изделий с заданной скоростью.

78. Какие параметры характеризуют режим термической обработки?

Температура нагрева, время выдержки, скорость охлаждения.

79. Исходя из чего выбирают вид и режим термообработки для сплавов?

Выбор вида и режима термообработки зависит от структуры и свойств, которые необходимо получить для данного сплава.

80. Какая принята классификация видов термообработки?

1). Отжиг

-отжиг 1 рода(диффузионный, дорекристализационный, рекристализационный, для уменьшения внутренних напряжений)

-отжиг 2 рода

2). Закалка.

3). Отпуск стали.

- Низкий отпуск.

- Средний отпуск.

- Высокий отпуск.

81. С какой целью применяют отжиг первого рода?

При отжиге главной целью является получение равномерной структуры стали, снижение прочности, увеличение пластичности.

Назначение отжига: снижение твердости, устранение дендритной ликвации, улучшение обрабатываемости давлением, подготовка к последующим операциям термической обработки.

82. Что называют отжигом 2-го рода?

Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация) заключается в нагреве стали до температур выше точек Ас1 или Ас3, выдержке и, как правило, последующем медленном охлаждении. В процессе нагрева и охлаждения в этом случае протекают фазовые превращения, определяющие структуру и свойства стали.

83. Какую термообработку называют закалкой?

Закалка – нагрев до некоторой критической температуры, выдержка и последующие быстрое охлаждение с целью получения пересыщенного твердого раствора.

84. Что дает высокая скорость охлаждения при закалке?

получение пересыщенного твердого раствора

85. Для каких сплавов применима закалка (какие фазовые превращения, согласно равновесной диаграмме состояния, должны наблюдаться)?

Закалку применяется для сплавов. В которых есть переменная растворимость одного компонента в другом, полиморфное превращение, наблюдается эвтектоидное превращение..

86. С какой целью применяют отпуск или старение после закалки?

Отпуск стали - нагрев закаленной стали до температуры ниже критической температуры А1 (727 град. C) с последующим охлаждением. При этом обеспечивается снятие внутренних напряженией, повышается вязкость и пластичность стали. В лаб. работе 44 отпуску подвергают сталь 40 для выявления влияния температуры отпуска на твердость стали.

Низкий отпуск: твердость и прочность закаленной стали снижаются незначительно, а ударная вязкость и пластичность несколько возрастают.

Средний отпуск: дает структуру тростита отпуска, обеспечивающего более высокую вязкость, чем мартенсит отпуска, и высокие значения предела пропорциональности.

Высокий отпуск: проводится в целях получения больших значений вязкости и пластичности стали, понижения ее чувствительности к надрезу. Он создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали.

87. Какие виды термообработки применимы к сталям?

1). Отжиг стали.

2). Нормализация.

3). Закалка.

4). Неполная закалка.

5). Закалка в масле.

6). Отпуск стали.

- Низкий отпуск.

- Средний отпуск.

- Высокий отпуск.

88. Какая термообработка для сталей называется улучшением?

Улучшение - сочетание закалки с высоким отпуском.

89. Какая термообработка для сталей называется нормализацией?

Нормализация - нагрев на температуру отжига с последующим охлаждением на воздухе (скорость охлаждения V2).

90. Какие структуры могут образовываться в результате изотермического распада аустенита (С-образные кривые)?

При температурах от А1 до 500..550 град. C переохлажденный аустенит претерпевает перлитное превращение, при котором аустенит переходит в смесь феррита с цементитом.

При температурах от 500..550 град. C до точки Мн (начало мартенситного превращения) распад аустенита сопровождается диффузией углерода с образованием пластин альфа-твердого раствора углерода в железе по мартенситному механизму с выделением частиц цементита. Структура - бейнит (или игольчатый тростит).

При переохлаждении аустенита до температур ниже точки Мн образуется мартенсит.

91. Чем отличаются друг от друга структуры: перлит, сорбит, тростит?

Все эти структуры представляют собой смесь пластин феррита и цементита, отличающихся дисперсностью.

Перлит - смесь пластин феррита и цементита, толщина пластин 0,5-0,7 нм.

Сорбит - толщина пластин 0,3-0,4 нм.

Тростит - толщина пластин 0,1-0,2 нм.

92. Какую структуру называют мартенсит?

Мартенсит - пересыщенный твердый раствор углерода в железе альфа.

93. Какие условия необходимы для получения мартенситной структуры в сталях?

Мартенсит - пересыщенный твердый раствор углерода в железе альфа. Мартенситное превращение происходит в интервале температур. Для получения мартенсита углеродистые стали необходимо быстро и непрерывно охлаждать.

94. Какая скорость охлаждения обеспечивает получение мартенсита в структуре стали после закалки?

V - критическая скорость охлаждения - минимальная скорость охлаждения, при которой идет превращение аустенита в мартенсит.

95. Как влияет легирование стали на положение С-образных кривых

Сдвигают кривые вправо

96. Можно ли получить структуру Мартенсит в структуре легированной стали при проведении закалки с последующим охлаждением на воздухе?

Можно, в сильнолегированных сталях.

97. Перечислите особенности Мартенситного превращения

98. При каких температурах проводят отпуск стали?

Отпуск проводят при температуре ниже критической(727).

Низкий отпуск(170…200)

Средний отпуск(350…500)

Высокий отпуск(500…680)

99. Какие превращения происходят в структуре стали при отпуске?

Низкий отпуск дает структуру мартенсита отпуска.

Средний отпуск дает структуру тростита отпуска.

Высокий отпуск дает структуру сорбита отпуска.

100. Как влияет содержание углерода и легирующих элементов в стали на температуру начала и конца Мартенситного превращения?

При увеличении содержания углерода температуры начала и конца Мартенситного превращения понижаются и возрастает интервал температур.

При увеличении содержания легирующих элементов происходит снижение точки начала мартенситного превращения.

101. Что понимают под прокаливаемостью и закаливаемостью стали?

Прокаливаемость – глубина, на которую материал закаливается.

Закаливаемость - способность стали приобретать в результате закалки высокую твёрдость

102. Какая обработка называется химико-термической обработкой (ХТО)?

Процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали

103. Перечислите известные виды ХТО для сталей?

Цементация, Азотирование, Цианирование и нитроцементация, Диффузионная металлизвция

104. В каком виде используют насыщающие среды при проведении ХТО?

105. Какие механические свойства характеризуют прочность материала?

{сигма в} - предел прочности.

{сигма -1} - предел усталости.

{сигма 0,2} - предел текучести.

106. Что такое прочность?

Прочность - сопротивление пластической деформации и разрушению.

107. Какие характеристики механических свойств определяют при статических испытаниях на растяжение?

Относительное удлинение {дельта} и относительное сужение {кси}.

108. Какие механические свойства относят к показателям надежности материала, т.е. его способности противостоять хрупкому разрушению?

- {дельта} - относительное удлинение, в %. Характеризует пластичность материала.

- {кси} - относительное сужение, в %. Характеризует пластичность материала.

- КС - ударная вязкость (Дж/м^2).

- К1С - вязкость разрушения (МПа/м^1/2).

- t50 - порог хладноломкости.

109 Назовите виды разрушения металлов.

- Хрупкое.

- Вязкое.

110. Перечислите особенности вязкого и хрупкого разрушения.

Вязкое - разрушение под действием касательных напряжений, происходит срезом.

Хрупкое - разрушение под действием нормальных напряжений, происходит с отрывом.

1). Вязкому разрушению предшествует значительная пластическая деформация.

2). Абсолютная скорость развития хрупкой трещины стремится к скорости звука; вязкой - значительно меньше.

3). Для распространения по Ме вязкой трещины необходимо затратить гораздо большую работу по ее распространению. Если сравнить с разрушением отрывом, то для хрупкой трещины такая А -> 0.

4). Для хрупкого разрушения характерна тонкая ветвящаяся трещина, для вязкого трещина имеет клинообразный вид.

5). Вязкий излом матового цвета, волокнистый. Хрупкий - блестящий, кристаллический.

6). По границам зерен разрушение всегда хрупкое.

111. Какое явление называют хладноломкостью?

Хладноломкость - способность материала понижать значение ударной вязкости с понижением температуры.

112. Что называют вязкостью разрушения, по каким критериям ведут ее оценку?

Вязкость разрушения - характеристика способности материала сопротивляться началу движения и развитию трещин при механических и других воздействиях.

Критическое напряжение, длина трещины

113. Что определяет жесткость материала?

114. Что называют усталостью материала?

Усталость – процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящих к изменению его свойств, образованию трещин и разрушению.

115. Что такое предел усталости?

Предел усталости {сигма -1} (главная характеристика выносливости) - это то наибольшее напряжение, под действием которого материал выдерживает заданное число циклов без разрушения.

116. Перечислите особенности усталостного разрушения.

1). Оно опасно, т.к. начинается при напряжениях меньше предела прочности и иногда даже предела текучести.

2). Усталостные разрушения начинаются с поверхности или вблизи её, в местах концентрации напряжений или повреждения поверхности.

3). Процесс разрушения протекает в три стадии:

- накопление повреждений и зарождение микротрещин;

- слияние этих отдельных микротрещин в одну магистральную трещину;

- стадия долома.

117. Что понимают под «живучестью материала»?

долговечность

118. Что такое жаропрочность металлов и сплавов?

Жаропрочность - способность сопротивляться ползучести и разрушению при действии нагрузок в высоких температурах.

119. В чем причина изменения свойств металлов при повышении температуры?

При повышенных температурах ускоряют диффузионные процессы, облегчающие перемещение дислокаций внутри зерен и скольжение по границам зерен.

120. Что такое ползучесть металлов и сплавов?

Ползучесть - постепенная пластическая деформация, происходящая со временем под воздействием постоянных приложенных нагрузок (при постоянной температуре).

121. Какие стадии ползучести наблюдаются в металлах?

Каждая стадия ползучести характеризуется протеканием тех или иных процессов, приводящих к изменению внутреннего строения материала.

На 1 стадии происходит перераспределение напряжений между отдельными зернами, вследствие чего имеет место более равномерное нагружение всех кристаллов. На этой стадии происходит формирование субструктуры сплава, т.е. образование дополнительных дислокаций и их перемещение, в результате чего они занимают более выгодное положение относительно друг друга.

На 2 стадии также имеет место перемещение дислокаций и их дальнейшее торможение вблизи препятствий. Имеются большие возможности для дополнительного движения дислокаций за счет их переползания в новую плоскость скольжения. Т.о., на этой стадии процессы упрочнения и разупрочнения стабилизированы.

На 3 стадии преобладают процессы разупрочнения; скорость ползучести постепенно возрастает.

122. Назовите критерии жаропрочности материала.

Оценка жаропрочности сплавов производится по таким характеристикам, как предел ползучести и предел длительной прочности.

123. Дайте определение предела ползучести.

Пределом ползучести называется такое напряжение, которое вызывает заранее заданную деформацию материала за известный промежуток времени при постоянной температуре.

124. Дайте определение предела длительной прочности.

Пределом длительной прочности называют такое напряжение, под воздействием которого материал разрушается в конце заданного промежутка времени при выбранной температуре.

125. Как структура металла или сплава влияет на жаропрочность?

Жаропрочность сплава зависит от выбора основы сплава и от создаваемой структуры. С повышением температуры плавления металла увеличивается жаропрочность, в связи с чем наиболее жаропрочными являются тугоплавкие металлы (W, Mo, Nb). В качестве основы современных жаропрочных сплавов используется никель.

Наилучшей структурой является неоднородная (гетерогенная) структура, состоящая из множества мельчайших упрочняющих фаз, равномерно распределенных в сильно легированном твердом растворе. Основной упрочняющей фазой в жаропрочных никелевых сплавах является интерметаллид Ni3(Ti, Al), называемый {гамма-штрих}-фазой. Количество {гамма-штрих}-фазы колеблется в различных сплавах от 7 до 60%. Помимо интерметаллидной фазы в сплавах могут быть карбидные и боридные частицы, также препятствующие ползучести.

126. Что называют жаростойкостью материала?

Под жаростойкостью понимают сопротивление газовой коррозии при высоких температурах.

127. Что делает металл жаростойким?

Жаростойкость связана с образованием на поверхности металла плотной окисной пленки, препятствующей прохождению через нее атомов кислорода.

128. Как можно повысить жаростойкость металла или сплава?

На некоторых металлах, таких, как хром, алюминий, никель, образуется естественная окисная пленка малой толщины (около 2 нм), хорошо защищающая от дальнейшего окисления. На других металлах окисная пленка недостаточно хорошо защищает металл, и поэтому приходится наносить на поверхность защитное покрытие или легировать сплав элементами, увеличивающими жаростойкость.

129. Как классифицируют алюминиевые сплавы в соответствии с диаграммой состояния алюминий-легирующий элемент?

Все сплавы алюминия можно разделить на 2 группы:

1). Деформируемые (предназначены для получения полуфабрикатов). По способности упрочняться термической обработкой делятся на:

- сплавы, неупрочняемые термической обработкой;

- сплавы, упрочняемые термической обработкой.

2). Литейные (предназначены для фасонного литья).

130. К какой системе относят дуралюмины?

Дуралюминами называют сплавы Al - Cu - Mg, в которые дополнительно вводят марганец.

131. Сплавы системы Al-Mg можно упрочнить термической обработкой?

Нет, они относятся к деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термической обработкой.

132. Каким образом можно упрочнить дуралюмины?

Упрочняющая термическая обработка дуралюмина состоит из двух этапов. Первый этап - закалка, второй этап - старение.

Упрочнение дуралюмина при термической обработке достигается в результате образования зон ГП сложного состава или метастабильных фаз {тета} и S.

133. Силумины (сплавы системы Al-Si) относятся к литейным или деформируемым алюминиевым сплавам?

Силумины относятся к литейным алюминиевым сплавам. Они близки по составу к эвтектическому сплаву и потому отличаются высокими литейными свойствами.

134. Как классифицируют титановые сплавы по структуре?

В соответствии со структурой различают:

- {альфа}-сплавы, имеющие структуру - твердый раствор лигирующих элементов в альфа-титане;основной лигирующий элемент - алюминий;

- {альфа + бета}-сплавы, состоящие из альфа- и бета-стабилизаторов.

- {бета}-сплавы.

135. С какой структурой (однофазной или двухфазной) титановые сплавы подвергают упрочняющей термообработке?

{альфа}-сплавы невозможно упрочнить при термообработке.

{альфа+бета}-сплавы упрочняются термообработкой.

136. Перечислите достоинства титановых сплавов.

- Высокая удельная прочность в интервале рабочих температур 300..600 град. C.

- Высокая коррозионная стойкость в различных средах.

- Устойчивость против окисления до 400..500 град. C.

- Хорошие эксплуатационные свойства в условиях теплосмен.

- Возможность упрочнения сплавов при термообработке.

137. На какие два класса классифицируют стали по химическому составу?

Углеродистые и легированные.

138. В чем заключается отличие углеродистых сталей от легированных?

Легированными называются стали, которые кроме углерода и примесей содержат специально вводимые легирующие элементы, изменяющие фазовый состав, структуру и свойства стали.

Легированные стали имеют более высокую прокаливаемость, чем нелегированные стали. Поэтому из легированных сталей изготавливают упрочняемые закалкой детали более крупных размеров, чем из углеродистых сталей.

139. Назовите основную цель легирования сталей.

Основная цель легирования - повышение прокаливаемости сталей.

140. Перечислите, на что и как влияет содержание легирующих элементов в сталях.

Легирующие элементы улучшают комплекс механических свойств стали, позволяя получать хорошее сочетание прочности, пластичности и высокой надежности.

Большинство лигирующих элементов, замедляя диффузионную подвижность атомов, повышают устойчивость переохлажденного аустенита, сдвигают кривые изотермического распада аустенита (С-образные кривые) вправо и снижают критическую скорость закалки Vкр.

Одновременно происходит снижение точки начала Мн мартенситного превращения.

Благодаря снижению критической скорости закалки можно закаливать сталь на мартенсит в масле, а сильнолегированные стали - даже на воздухе. В результате более спокойного охлаждения уровень внутренних напряжений в закаленной детали понижается, деталь меньше коробится, снижается возможность образования закалочных трещин.

Ввиду снижения критической скорости охлаждения легированные стали имеют более высокую прокаливаемость, чем нелегированные стали.

Легирующие элементы влияют на температуру полиморфного превращения железа. Элементы, главным образом с ОЦК-решеткой, изоморфной с Fe{альфа} (Cr, V, W, Mo, Nb), понижают критическую точку А4 и повышают критическую точку А3. Они стабилизируют модификацию Fe{альфа} и способствуют получению ферритной структуры.

Элементы, в основном с ГЦК-решеткой, изоморфной с Fe{гамма} снижают А3 и повышают А4 и стабилизируют Fe{гамма}. К таким элементам относятся никель, марганец и углерод.

Формирование различных классов сталей объясняется тем, что по мере возрастания содержания легирующих элементов устойчивость аустенита ниже точки А1 возрастает, а температура как начала, так и конца мартенситного превращения понижается.

При небольшом количестве легирующих элементов (до 3..5%) С-образные кривые смещаются вправо незначительно, и кривая охлаждения на воздухе Vвоз пересекает их в области образования сорбита или тростита. Такие стали относятся к перлитному классу.

При содержании легирующих элементов от 3..5 до 8..10% С-образные кривые оказываются заметно сдвинутыми вправо. Кривая охлаждения на воздухе проходит левее С-образных кривых и пересекает только точку мартенситного превращения. При этом сталь приобретает мартенситную структуру.

Стали с высоким содержанием легирующих элементов (свыше 8..10%) и со значительным содержанием никеля и марганца имеют диаграмму изотермического распада аустенита с еще более сдвинутыми С-образными кривыми вправо, а мартенситную точку значительно ниже 0 град. C. Такие стали относят к аустенитному классу.

141. В какой форме встречаются в серых чугунах графитовые включения?

Характерная особенность структуры серых чугунов, определяющая многие его свойства, заключается в том, что графит имеет в поле зрения микрошлифта форму пластинок.

Дата добавления: 2015-08-29