Химические соединения

Данная диаграмма получается, когда сплавляемые компоненты образуют устойчивое химическое соединение А_nВ_m, не диссоциирующее при нагреве вплоть до температуры плавления.

E2

A

B, %

t, 0C

A

E1

A+Аn Bm

Аn Bm +B

Ж+Аn Bm

Ж+A

Ж+B

B

Ж

Ж+Аn Bm

Рис. 4.6. Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением

На рис. 4.6 показана диаграмма состояния для сплавов, образующих химическое соединение.

При концентрации, соответствующей химическому соединению А_nВ_m, отмечается характерный перелом на кривой свойств. Это объясняется тем, что некоторые свойства химических соединений обычно резко отличаются от свойств образующих их компонентов.

В данном случае химическое соединение А_nВ_m образует с компонентами А и В сплавы, относящиеся к диаграмме состояний, изображенной на рис. 4.1. Структурный состав любого сплава системы «А – В» в твердом состоянии должен представлять смесь химического соединения и одного из исходных компонентов.

4.7. Диаграмма состояния для сплавов с полиморфным
превращением одного из компонентов

Большой практический интерес представляют сплавы, у которых один из компонентов (или оба) имеет полиморфные превращения. В этих сплавах в результате термической обработки можно получать метастабильные состояния структуры с новыми свойствами (рис. 4.7).

Сплав І после полного затвердевания при температуре точки 2 в твердом состоянии в интервале температур точек 3 и 4 изменяет кристаллическую структуру. Это вызвано полиморфизмом компонента А, который до температуры точки А₁ имеет тип кристаллической решетки α-А, а при температуре более высокой – γ­А. Причем кристаллическая решетка γ­А такая же, как у компонента В.

В области, ограниченной линиями А₁х_A и А₁х_B, в равновесии находятся две фазы: γ+α, где α-фаза является твердым раствором компонента В в α-модификации компонента А, а γ-фаза – твердым раствором компонента В в γ­модификации компонента А. На диаграмме линия А₁х_B при охлаждении соответствует температуре начала, а линия А₁х_A – температуре окончания полиморфного α­γ-превращения.

Рис. 4.7. Диаграмма состояния сплава с полиморфным превращением
одного из компонентов

Полиморфное α­γ-превращение при охлаждении в условиях, близких к равновесию, протекает в интервале температур и сопровождается диффузионным перераспределением компонентов между обеими фазами. Сплавы, составы которых лежат правее точки х_В, в твердом состоянии превращений не имеют, их структура однофазная – γ-твердый раствор.

4.8. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными
превращениями компонентов и эвтектоидным превращением

Диаграмма состояния сплавов, у которых высокотемпературные модификации компонентов обладают полной взаимной растворимостью, а низкотемпературные α, β – ограниченны, приведена на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными
превращениями компонентов и эвтектоидным превращением

В результате первичной кристаллизации все сплавы этой системы образуют однородный γ­твердый раствор. С понижением температуры γ­твердый раствор распадается вследствие ограниченной растворимости компонентов в α­модификации. Линии А₁С и СВ₁ соответствуют температурам начала распада γ­твердого раствора.

При температурах ниже линии А₁С в равновесии находятся кристаллы твердых растворов γ и α, состав которых определяется линиями А₁С
(γ-фаза) и А₁Е (α-фаза).

При температурах ниже линии В₁С в равновесии находятся γ-фаза и
β-фаза. Состав γ­твердого раствора при понижении температуры изменяется по линии В₁С, β-твердого раствора – по линии В₁F. По достижении изотермы ЕСF γ­твердый раствор распадается:

γ_C→ α_E + β_F.

Распад γ-твердого раствора на смесь двух фаз α+β аналогичен эвтектическому превращению, но исходной фазой будет твердый раствор. Подобное превращение называют эвтектоидным, а смесь полученных кристаллов – эвтектоидом.

Строение эвтектоида всегда тоньше, чем эвтектики. Чем больше степень переохлаждения γ­твердого раствора, тем дисперснее фазы, образующие эвтектоид.

В связи с переменной растворимостью компонентов в твердых растворах α и β при дальнейшем охлаждении следует вторичное выделение твердых растворов β_ІІ и α_ІІ. Меняя степень дисперсности фаз в эвтектоиде, можно в широких пределах менять физические и механические свойства сплавов.

Тесты для контроля текущих знаний

1. Металлы в твердом состоянии обладают рядом характерных свойств:

1) высокими теплопроводностью и электрической проводимостью в твердом состоянии;

2) увеличивающимся электрическим сопротивлением при уменьшении температуры;

3) металлическим блеском, пластичностью;

4) термоэлектронной эмиссией и хорошей отражательной способностью;

5) высокой молекулярной массой.

2. С уменьшением температуры электросопротивление металлов:

1) падает;

2) повышается;

3) остается постоянным;

4) изменяется по закону выпуклой кривой с максимумом.

3. Какие группы металлов относятся к цветным?

1) Тугоплавкие (титан, вольфрам, ванадий);

2) легкие (бериллий, магний, алюминий);

3) благородные (серебро, золото, платина);

4) редкоземельные (лантан, церий, неодим);

5) легкоплавкие (цинк, олово, свинец).

4. Какие группы металлов относятся к черным?

1) Тугоплавкие (титан, вольфрам, ванадий);

2) легкие (бериллий, магний, алюминий);

3) железные (железо, кобальт, никель);

4) редкоземельные (лантан, церий, неодим);

5) легкоплавкие (цинк, олово, свинец).

5. Отсутствие собственного объёма характерно для:

1) жидкости;

2) газа;

3) твёрдого тела;

4) металла.

6. К тугоплавким металлам относятся:

1) свинец;

2) вольфрам;

3) олово;

4) алюминий.

7. К легкоплавким металлам относятся:

1) свинец;

2) вольфрам;

3) ванадий;

4) титан.

8. При температуре, меньшей, чем температура плавления, наименьшей свободной энергией обладают системы атомов:

1) в газообразном состоянии;

2) в жидком состоянии;

3) в твердом состоянии;

4) в виде плазмы.

9. Компоненты, не способные к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступающие в химическую реакцию с образованием соединения, образуют:

1) твердые растворы внедрения;

2) химические соединения;

3) смеси;

4) твердые растворы замещения.

10. Зерна со специфической кристаллической решеткой, отличной от решеток обоих компонентов, характеризующиеся определенной температурой плавления и скачкообразным изменением свойств при изменении состава, представляют собой:

1) твердые растворы внедрения;

2) химические соединения;

3) смеси;

4) твердые растворы замещения.

11. При растворении компонентов друг в друге и сохранении решетки одного из компонентов образуются:

1) твердые растворы внедрения;

2) химические соединения;

3) смеси;

4) твердые растворы замещения.

12. При расположении атомов одного компонента в узлах кристаллической решетки другого компонента (растворителя) образуются:

1) твердые растворы внедрения;

2) химические соединения;

3) смеси;

4) твердые растворы замещения.

13. Какая из форм кристаллических решеток является объемно центрированной кубической решеткой?

14. Зависимость свойств кристалла от направления, возникающая в результате упорядоченного расположения атомов в пространстве, называется:

1) полиморфизмом;

2) анизотропией;

3) аллотропией;

4) текстурой.

15. Существование одного металла в нескольких кристаллических формах носит название:

1) полиморфизма;

2) анизотропии;

3) кристаллизации;

4) текстуры.

16. Критерием искажения кристаллической решетки является:

1) кристалл Чернова;

2) вектор Бюргеса;

3) атмосфера Коттрела;

4) фаза Лавеса;

17. Кристаллы неправильной формы называются:

1) кристаллитами или зернами;

2) монокристаллами;

3) блоками;

4) дендритами.

18. Какие дефекты кристаллической решетки являются линейными?

1) Вакансия;

2) примесной атом внедрения;

3) дислокация;

4) межузельный атом.

19. Последовательность образования зон в процессе кристаллизации слитка: зона столбчатых кристаллов (1), усадочная раковина (2), зона равноосных кристаллов (3), мелкозернистая корка (4):

1) 1–2–3–4;

2) 4–1–3–2;

3) 2–1–4–3;

4) 4–1–2–3.

20. К типам структуры металлического сплава не относятся:

1) химическое соединение;

2) твёрдый раствор;

3) высокомолекулярные соединения;

4) смеси.

21. Деформацией называется:

1) перестройка кристаллической решетки;

2) изменение угла между двумя перпендикулярными волокнами под действием внешних нагрузок;

3) изменение формы или размеров тела (или части тел) под действием внешних сил, а также при нагревании или охлаждении и других воздействиях, вызывающих изменение относительного положения частиц тела;

4) удлинение волокон под действием растягивающих сил.

22. Какие из перечисленных свойств относятся к механическим?

1) Модуль упругости Е;

2) твёрдость по Бринеллю НВ;

3) коэффициент теплопроводности λ;

4) удельная теплоемкость С_V.

23. При испытании образца на растяжение определяются:

1) предел прочности σ_В;

2) относительное удлинение δ;

3) твердость по Бринеллю НВ;

4) ударная вязкость КСU.

24. Твёрдость металлов измеряется на:

1) прессе Бринелля;

2) маятниковом копре;

3) прессе Роквелла;

4) прессе Виккерса.

25. Измерение твердости, основанное на том, что в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой закаленный шарик, используется:

1) в методе Бринелля;

2) в методе Шора;

3) в методе Роквелла по шкалам А и С;

4) в методе Виккерса.

26. Измерение твердости, основанное на том, что в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой алмазный индентор в виде конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С), используется:

1) в методе Бринелля;

2) в методе Шора;

3) в методе Роквелла по шкалам А и С;

4) в методе Виккерса.

27. Измерение твердости, основанное на вдавливании в поверхность образца алмазного индентора (наконечника), имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды с двугранным углом при вершине 136°, используется:

1) в методе Бринелля;

2) в методе Шора;

3) в методе Роквелла по шкалам А и С;

4) в методе Виккерса.

28. Мерой внутренних сил, возникающих в материале под влиянием внешних воздействий (нагрузок, изменения температуры и пр.), является:

1) деформация;

2) напряжение;

3) наклеп;

4) твердость.

29. В общем случае напряженное состояние тела в точке А описывается:

1) нормальными напряжениями;

2) касательными напряжениями;

3) вектором напряжений;

4) тензором напряжений.

30. Гидростатическое давление зависит:

1) только от нормальных напряжений;

2) только от второго инварианта тензора (девиатора) напряжений;

3) от нормальных и касательных напряжений;

4) только от первого инварианта тензора напряжений.

31. Интенсивность напряжений зависит:

1) только от нормальных напряжений;

2) только от второго инварианта тензора (девиатора) напряжений;

3) от нормальных и касательных напряжений;

4) только от первого инварианта тензора напряжений.

32. Деформированное состояние в точке описывается:

1) относительными удлинениями;

2) углами поворота двух взаимно перпендикулярных до деформации волокон (сдвигами);

3) интенсивностью деформаций;

4) тензором деформаций.

33. Первый инвариант тензора деформации используется:

1) для характеристики меры деформации;

2) для записи изменения объема деформируемого металла;

3) для записи условия плоскостности деформации;

4) для записи условия несжимаемости металла.

34. Второй инвариант тензора деформации используется:

1) для характеристики меры деформации;

2) для записи изменения объема деформируемого металла;

3) для записи условия плоскостности деформации;

4) для записи условия несжимаемости металла.

35. Упругая деформация:

1) остается после снятия нагрузки;

2) исчезает после снятия нагрузки;

3) пропорциональна приложенному напряжению;

4) осуществляется путем движения дислокаций;

5) это деформация, при которой величина смещения атомов из положений равновесия не превышает расстояния между соседними атомами.

36. Пластическая деформация:

1) остается после снятия нагрузки;

2) исчезает после снятия нагрузки;

3) пропорциональна приложенному напряжению;

4) это деформация, при которой величина смещения атомов из положений равновесия не превышает расстояния между соседними атомами.

37. При испытаниях на маятниковом копре определяют:

1) предел прочности при растяжении;

2) ударную вязкость;

3) относительное удлинение;

4) предел ползучести;

5) пределы текучести, упругости, пропорциональности.

38. При испытании на растяжение определяют:

1) предел прочности при растяжении;

2) ударную вязкость;

3) относительное удлинение;

4) предел ползучести;

5) пределы текучести, упругости, пропорциональности.

39. Способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам характеризуется:

1) ударной вязкостью;

2) пределом прочности;

3) пределом ползучести.

40. На каком рисунке изображена диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с перитектикой?:

1.	2.
3.	4.

41. Линией «Ликвидус» называют температуру, соответствующую:

1) началу кристаллизации;

2) полиморфному превращению;

3) эвтектическому превращению;

4) концу кристаллизации.

42. Линией «Солидус» называют температуру, соответствующую:

1) началу кристаллизации;

2) полиморфному превращению;

3) эвтектическому превращению;

4) концу кристаллизации.