Механическая смесь двух компонентов А и В образуется тогда, когда они не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. При этих условиях сплав будет состоять из кристаллов А и В, отчетливо выявляемых на микроструктуре.
При образовании химического соединения должны выполняться условия:
а) соотношение чисел атомов элементов соответствует стехиометрической пропорции,
б) образуется специфическая кристаллическая решетка с упорядоченным расположением в ней атомов компонентов, т.е. их свойства отличны от свойств образующих элементов
в) тепловой эффект их образования положителен.
Наиболее распространенные химические соединения:
С ионным типом связи
С ионно-ковалентным типом связи
C металлическим типом связи
Твердые растворы - фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решетке, могут быть неупорядоченными, частично или полностью упорядоченными.
Вопрос 11.
Раскройте понятие «Механическая смесь»
Механическая смесь двух компонентов А и В образуется тогда, когда они не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. При этих условиях сплав будет состоять из кристаллов А и В, отчетливо выявляемых на микроструктуре.
Механические свойства зависят от количественного соотношения компонентов, а также от размера и формы зерен, значения их – промежуточные между характеристиками свойств чистых компонентов.
Вопрос 12.
Что такое «химическое соединение»? Основные виды химических соединений.
При образовании химического соединения должны выполняться условия:
|
|
а) соотношение чисел атомов элементов соответствует стехиометрической пропорции,
б) образуется специфическая кристаллическая решетка с упорядоченным расположением в ней атомов компонентов, т.е. их свойства отличны от свойств образующих элементов
в) тепловой эффект их образования положителен.
Наиболее распространенные химические соединения:
С ионным типом связи
С ионно-ковалентным типом связи
C металлическим типом связи
В сплавах существуют химические соединения переменного состава, не соответствующего правилу валентности, так называемые промежуточные фазы (соединения).
Электронные соединения – соединения между одновалентыми и или переходными металлами и металлами с валентностью 2-5,
Фазы Лавеса – соединения типа АВ2, образующиеся между металлами с отношением диаметров атомов 1,1…1,6
Сигма-фазы – соединения, которые образуют переходные металлы, имеющие атомы близких размеров.
Фазы внедрения – образуют металлы переходных групп с металлоидами, имеющими малый атомный радиус.
Вопрос 13.
Что такое «Твердый раствор»? Основные виды твердых растворов.
Твердые растворы - фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решетке, могут быть неупорядоченными, частично или полностью упорядоченными.
В отличие от механической смеси твердый раствор является однофазным, состоит из одного вида кристаллов, имеет одну кристаллическую решетку; в отличие от химического соединения твердый раствор существует не при определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций.
|
|
Строение твердых растворов на основе одного из компонентов сплава таково, что в решетку основного вещества-растворителя входят атомы растворенного вещества, т.е. при образовании твердого раствора сохраняется решетка одного из элементов, и этот элемент называется растворителем.
Твердый раствор замещения. Растворение компонента Вв компоненте А происходит путем частичного замещения атомов А атомами В в решетке основного вещества.
Твердый раствор внедрения. Атомы растворенного вещества располагаются между атомами растворителя
твердые растворы на базе химических соединений, образование которых сопровождается появлением пустых мест в узлах решетки, называются растворами вычитания.
Растворы с упорядоченным расположением атомов растворенного элемента называются упорядоченными твердыми растворами.
Вопрос 14
Диаграмма состояния и правило фаз Гиббса
Диаграммой состояния называет геометрическое изображение равновесных состояний термодинамической системы при различных значениях параметров (температуры Т, давления Р, концентрации компонентов xi, молярного объёма V и др.). Диаграмма состояния даёт информацию о фазовом составе системы в зависимости от параметров.
Правило фаз Гиббса представляет собой математическое выражение условия равновесия системы, показывающее количественную зависимость между числом степеней свободы системы С и числом компонентов k и фаз f.
C = k-f+n
Вопрос 15
Однофазовая диаграмма состояния
Однофазовые диаграммы состояний – это графики, на которых в зависимости от давления, объема и температуры изображают фазовые состояния только одного материала.
|
|
На диаграмме четко разграничены области, в которых материал может существовать только в одном агрегатном (фазовом) состоянии – как твердое тело, жидкость или газ. Вдоль разграничительных линий вещество может иметь два агрегатных состояния (две фазы), находящихся в равновесии друг с другом.
В точке пересечения линий диаграммы, так называемой тройной точке (точка О на рисунке), могут одновременно существовать все три фазы(лед вода пар).
O – равновесие трёх фаз, тройная точка; ОК – кривая испарения или конденсации; OB – кривая плавления или кристаллизации; ОА- кривая сублимации или возгонки А, K, B – критические точки, в точке К исчезает различие агрегатных состояний газ – жидкость (G – L); в точке В – агрегатных состояний жидкость – твердое тело (L – S); в точке А – агрегатных состояний твердое тело – газ (S – G).
Вопрос 16
Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии
Диаграмма состоит из трех областей: жидкость, жидкость и твердый раствор и твердый раствор
Линия С1Д является линией ликвидус – то есть линией начала кристаллизации, линия С2Д – линия солидуса, т.е. линия конца кристаллизации.
Точка 1 соответсвуетначачу кристаллизации, а точка 2 – концу. Между ними сплав может находится в двухфазном состоянии. Концентрауия и количесвто фаз у сплава лежащего между линиями солидуси ликвидус, определяются правилось отрезков. Например, в точке О сплав состоит из жидкости, состава определяемого в точке p и твердой фазы состава определяемого в точке n.
Вопрос 17
Правило отрезков (рычага)
1) Чтобы определить концентрации компонентов в фазах через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентрация показывают составы фаз.
2) Для того чтобы определить количественное соотношение фаз через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.
Вопрос 18
Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов
жидкость L, кристаллы А и кристаллы В (максимальное значение f= 3).
Линия АСВ является линией ликвидус (начало кристаллизации), линияDCE— линией солидус (конец кристаллизации). На линии АС начинают (при охлаждении) выделяться кристаллы A, а на линии СВ — кристаллы В. На линии DCEиз жидкости концентрации С одновременно выделяются кристаллы А и В.
Вопрос 19
Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (с эвтектикой)
В сплавах такого рода возможно существование твердого раствора компонента В в А, который называется α-раствором, и твердого раствора компонента А в В, который называется β-раствором. В этой системе на образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты. Из жидкости могут выделяться только твердые растворы α или β. Предельная растворимость компонента Вв А определяется линией FK, а А в В линией GN. Сплавы, находящиеся между этими двумя линиями, являются двухфазными, состоящими из α + β.
Кристаллы βII выделившимися из твердого раствора называют вторичными, в отличие от кристаллов β, которые выделились из жидкости в процессе первичной кристаллизации.
Окончание кристаллизации проходит по эвтектической реакции
L →α + β.
Вопрос 20
Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (с перитектикой)
Линия A1dB1 является линией ликвидус, линия A1cfB1 – линией солидус.
Кристаллизация сплава концентрацией Xa.При охлаждении из жидкости начинают выпадать кристаллы твердого β раствора. При перектектической температуре имеется избыток жикой фазы по сравнению с тем количеством, которое необзодимо для обращования кристаллов α-раствора. Поэтому перетектическое превращение заканчивается исчерпанием β раствора и оставщаясяжикость кристаллизуется в α фазу.
Вопрос 21
Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения
Вопрос 22
Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения
Возможность полиморного превращения обуслолена способностью компонентов претерпевать аллотропические превращения. В диаграммаз с полиморфными превраениями верхняя часть диаграммы характеризует первичнуцю кристаллизацию, нижняя –вторичную.
Вопрос 23
Тройная диаграмма состояния. Определить точку A50%B40%C10%
В узлах компоненты координаты точек соответствуют составу сплава. Концентрацию определяют по ходу часовой стрелки, т.е. сплав D содержит (Рисунок 1.21): 20%А; 60%В; 20%С.
Боковые грани тройных диаграмм состояния являются диаграммами состояния двойных систем: А-В; В-С; С-А. Виды диаграмм трех сплавов аналогичны рассмотренным ранее для двойных систем
Вопрос 24
Механические свойства материалов.
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам относят: сопротивление материала деформации (прочность) и сопротивление разрушению
Механические свойства, определяемые при статических испытаниях.Статическими называются испытания, при которых прилагаемая нагрузка постоянна или меняется медленно и плавно. К ним относятся испытания на растяжение, сжатие, кручение, изгиб, твёрдость.
Вопрос 25
Диаграмма растяжения. Предел пропорциональности, условный предел упругости, условный предел текучести, физический предел текучести, предел прочности
Диаграмма растяжения (Рисунок 1.31) характеризует деформацию материала под действием механического напряжения σ = P/F0 (F0 – начальное сечение образца). До точки А деформация пропорциональна σ. tg угла наклона прямой ОА к оси абсцисс характеризует модуль упругости (модуль Юнга) материала: Е = σ/ε (ε – относительная деформация).
Напряжение, соответствующее точке А на диаграмме растяжения, – предел пропорциональности 
. Вообще, предел пропорциональности – это наибольшее напряжение, до которого справедлив закон Гука.
Напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0.05% начальной длины образца часто отождествляют с условным пределом упругости σ 
.
Напряжения, вызывающие остаточную деформацию равную 0.2% называют условным пределом текучести σ0.2.
В пластичных материалах при достижении σ0.2 на диаграмме растяжения образуется площадка или зуб (образец деформируется без увеличения нагрузки). Такое удлинение образца безувеличение нагрузки называется физическим пределом текучести σ 
.
Напряжение соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению называется временным сопротивлением или пределом прочности σ 
= Р 
/F 
.
Вопрос 26
Характеристики, определяющие жесткость, упругость материалов при растяжении и сжатии.
Модуль Юнга определяет жёсткость материала, т.е. сопротивляемость упругой деформации. Е – практически не зависит от структуры и обусловлен силами межатомных связей. Все другие механические свойства являются структурно чувствительными.
При всестороннем сжатии в материалах по всем направлениям действует нормальное напряжение σ = k∆ (k – модуль объёмной упругости, характеризующий сопротивление материала изменению объёма при постоянстве формы; ∆ - относительное объёмное сжатие).
Постоянной величиной, характеризующей упругость материалов при одностороннем растяжении, является коэффициент Пуассона: Y=│ε/ │/ ε, где ε/ - относительное поперечное сжатие, ε – относительное продольное удлинение.
Вопрос 27
Твердость материалов. Методы определения твердости и их особенности
Твёрдость - это свойство материала оказывать сопротивление пластичной деформации при контактном воздействии в поверхностном слое. Твёрдость зависит не только от материала, но и от условий и метода измерения.Определение твёрдости по Роквеллу заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом в образец под действием последовательно прилагаемых предварительной силы нагрузок.Твёрдость по Виккерсу определяется при вдавливании алмазного индентора, имеющего форму правильной 4-хгранной пирамиды, в образец под действием нагрузки и измерении средней величины диагоналей оставшегося отпечатка.Измерение твердости по Шору получило широкое распространение при оценке твердости резиновых и полимерных изделий. Сущность метода заключается в измерении сопротивления резины погружению в нее индентора из закалённой сталипод действием силы давления пружины.
Вопрос 28(зошпышоп)))
Виды механических испытаний материалов.
Прочность - это способность конструкции сопротивляться разрушению при действии на нее внешних сил (нагрузок).
Жесткость - способность элемента конструкции сопротивляться деформации.
Упругость - это способность твердого деформируемого тела восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних нагрузок.
Пластичность - это свойство твердого деформируемого тела до разрушения необратимо изменять свою форму и объем от действия внешних сил.
Твердость – способность материала оказывать сопротивление деформированию и разрушению при местных контактных воздействиях.
Вязкость - это свойство оказывать сопротивление за счет трения происходящего при перемещении элементарных частиц тела относительно друг друга в процессе деформирования. Отметим, что при этом, как показывают результаты экспериментов, сила сопротивления, возникающая за счет внутреннего трения материалов, прямым образом зависит от величины скорости перемещения элементарных частиц относительно друг друга.
Вопрос 29
Динамические испытания материалов. Ударная вязкость.
Отношение работы, затраченной на разрушение образца к площади его сечения, называется ударной вязкостью КС (Дж/м 
). Порог хладоломкости или температурный запас вязкости определяют при испытаниях на ударный изгиб надрезанных образцов при различных температурах.
Постепенное накопление повреждений под действием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению, называют усталостью, а свойство материала сопротивляться усталости – выносливостью.
Вопрос 30
Статические испытания материалов. Испытания на растяжение. Основные характеристики
Статическими называются испытания, при которых прилагаемая нагрузка постоянна или меняется медленно и плавно. К ним относятся испытания на растяжение, сжатие, кручение, изгиб, твёрдость.
Диаграмма растяжения (Рисунок 1.31) характеризует деформацию материала под действием механического напряжения σ = P/F0 (F0 – начальное сечение образца). До точки А деформация пропорциональна σ. tg угла наклона прямой ОА к оси абсцисс характеризует модуль упругости (модуль Юнга) материала: Е = σ/ε (ε – относительная деформация).
Модуль Юнга определяет жёсткость материала, т.е. сопротивляемость упругой деформации. Е – практически не зависит от структуры и обусловлен силами межатомных связей. Все другие механические свойства являются структурно чувствительными.
При чистом сдвиге (по двум взаимно перпендикулярным площадкам действуют только касательные напряжения): τ = Gγ (G – модуль сдвига, γ – угол сдвига). Модуль сдвига характеризует упругость материала при изменении формы образца неизменного объема
При всестороннем сжатии в материалах по всем направлениям действует нормальное напряжение σ = k∆ (k – модуль объёмной упругости, характеризующий сопротивление материала изменению объёма при постоянстве формы; ∆ - относительное объёмное сжатие).
Постоянной величиной, характеризующей упругость материалов при одностороннем растяжении, является коэффициент Пуассона: Y=│ε/ │/ ε, где ε/ - относительное поперечное сжатие, ε – относительное продольное удлинение.
Вопросс 31
Электрические свойства материалов
Основными электрическими свойствами материалов являются - удельное электрическое сопротивление: 
, где S - площадь поперечного сечения образца, L и R - его длина и сопротивление, удельная электропроводность: 
.Для проводников 
-10 
(Ом/м) 
, для полупроводников 
(Ом/м)-1, для диэлектриков 
(Ом/м)-1.
Для металлов: 
, где 
и 
- удельное сопротивление при температурах Т и 0 К, соответственно: 
- температурный коэффициент электрического сопротивления (
изменение 
при изменении температуры на 
).
Вопрос 32
Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации, диэлектрическая восприимчивость и проницаемость
Поляризация диэлектриков - смещение связанных электрических зарядов под действием внешнего электрического поля. При этом в материале создаётся собственное внутреннее электрическое поле, направленное против внешнего поля. Механизмы поляризации обусловлены природой химических связей в диэлектриках, но при любом из них в материале образуется электрические диполи, которые характеризуются дипольным моментом: 
, где q-точечный заряд диполя, l-расстояние между зарядами (плечо диполя). Поляризацию диэлектриков количественно характеризуют дипольным моментом единичного объёма материала или вектором поляризации: 
, где 
- дипольные моменты частиц, N - их число в единице объёма. Для изотропных диэлектриков 
совпадает по направлению и пропорционален напряженности 
внешнего электрического поля.
1. 
где χ - диэлектрическая восприимчивость (характеризует поляризуемость материала); 
- электрическая постоянная, 
- диэлектрическая проницаемость, равная отношению 
в вакууме к Е в однородном бесконечном диэлектрике при одинаковом внешнем Е. В анизотропных кристаллах диэлектриков направление 
определяется не только 
, но и осями симметрии кристалла.
Вопрос 33
Пробой диэлектрика. Виды пробоя.
Пробой диэлектрика – резкое возрастание его электропроводности в электрических полях с напряженностью, превышающей некоторое критическое значение. Пробой может быть разной природы, но всегда приводит к необратимой потере диэлектриками изоляционных свойств в результате шнурования тока по каналу пробоя. Напряженность однородного электрического поля, при которой наступает пробой, называют электрической прочностью или напряженностью пробоя Епр диэлектрика.
Виды пробоя:
Электрический
Тепловой
Электрохимический
Поверхностный
Вопрос 34
- Магнитные свойства материалов и основные характеристики
2. намагниченность – векторная величина направленная по или против к приложенному полю и равная сумме магнитных моментов атомов единице объёма: 
(для однородного намагниченного материала).
3. Магнитная восприимчивость дает связь намагниченности с напряженностью внешнего магнитного поля: χ = J/H и показывает способность тела к намагничиванию.
Вопрос 35
- Виды магнетизма.
2. Диамагнетизм – свойство материалов намагничиваться во внешнем магнитном поле в направлении противоположном полю. Диамагнетизм присущ всем веществам, но проявляется только когда все спиновые и орбитальные моменты в атоме скомпенсированы или диамагнитный эффект преобладает над нескомпенсированным 
М 
. Диамагнетики имеют отрицательную магнитную восприимчивость (χ= 
). Без поля они немагнитные и выталкиваются из внешнего магнитного поля.
3. Парамагнетики обладают положительной магнитной восприимчивостью (χ = 
) поскольку элементарные магнитные моменты в атоме нескомпенсированы (
). Они слабо намагничиваются по направлению внешнего поля, а в отсутствии поля – немагнитные. В парамагнетиках постоянные магнитные моменты атомов разориентированы в пространстве из-за теплового движения. Под действием внешнего магнитного поля 
получают преимущественную ориентацию, т.е. 
.
4. Ферро-(ферри)магнетики характеризуются большим значением магнитной восприимчивости (χ 
1) и её нелинейной зависимостью от напряженности поля и температуры. Ферромагнетизм - магнитоупорядоченное состояние макроскопических объёмов материала (доменов), в котором магнитные моменты атомов (ионов) ориентированы в одном направлении. Домены – обладают магнитным моментом (самопроизвольной намагниченностью) в отсутствии внешнего магнитного поля.
5. Антиферромагнетики – материалы, в которых магнитные моменты соседних атомов ориентированы на встречу друг другу (антипараллельно), и поэтому в отсутствии внешнего магнитного поля их намагниченность равна 0.
6. Ферримагнетики – антиферромагнетики с не скомпенсированными магнитными моментами, поэтому они имеют результирующий магнитный момент, доменную структуру и ведут себя во внешнем магнитном поле подобно ферромагнетикам.
Вопрос 36
Что такое гистерезис и как осуществляется намагничивание вещества
гистерезис – отставание (запаздывание) 
(магн.индукции)от 
(напрмагн роля)
Моменты разворачиваются по направлению Н и в сильном магнитном поле материал намагничивается до насыщения (точка А), что соответствует однодоменной структуре с индукцией 
. При уменьшении 
индукция В будет уменьшаться с запаздыванием по кривой 2 за счет возникновения и роста доменов с магнитным моментом, ориентируемым против внешнего поля. При Н = 0 в образце сохранится остаточная намагниченность, которой соответствует остаточная индукция 
. Поле, необходимое для размагничивания образца от до 0, коэрцитивной силой - Н 
. При дальнейшем увеличении напряженности размагничивающего поля образец перемагничивается, т.е. намагничивается до отрицательной индукции насыщения - (точка D). Перемагничиванию образца соответствует кривая 3 (точки - 
). Рассмотренная петля гистерезиса называется предельной, если амплитуда Н не обеспечивает достижения насыщения и - 
, то это непредельная петля гистерезиса.
Вопрос 37
- Нарисовать петлю гистерезиса и пояснить понятия «остаточная индукция», «индукция насыщения» и «коэрцитивная сила».
ОСТАТОЧНАЯ ИНДУКЦИЯ — магнитная индукция в вве при напряжённости магнитного поля, равной нулю.
Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряженностью 
, которое необходимо приложить кферромагнетику, предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность 
или индукцию магнитного поля 
внутри