Главная страница
Финансы
Экономика
Математика
Начальные классы
Биология
Информатика
Ветеринария
Сельское хозяйство
Медицина
Дошкольное образование
Воспитательная работа
Философия
Религия
Этика
Логика
Вычислительная техника
Право
Юриспруденция
Физика
История
Русский язык и литература
Другое
Классному руководителю
Социология
Политология
Языки
Технология
Языкознание
образование
Доп
Физкультура
Химия
Строительство
Электротехника
Автоматика
Связь
Иностранные языки
Промышленность
Энергетика
Искусство
Культура
Геология
Экология
Логопедия
ИЗО, МХК
Школьному психологу
География
Социальному педагогу
Директору, завучу
Музыка
Обществознание
Казахский язык и лит
ОБЖ
Языки народов РФ
Украинский язык

материаловедение. Чем можно объяснить высокие электро и теплопроводность металлов


Скачать 116,63 Kb.
НазваниеЧем можно объяснить высокие электро и теплопроводность металлов
Дата09.06.2019
Размер116,63 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файламатериаловедение.docx.docx
ТипДокументы
#56856

1. Чем можно объяснить высокие электро- и теплопроводность металлов?

Металлы обладают хорошей электрической проводимостью, присутствием в них свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов приобретают направленное движение от отрицательного полюса к положительному .

В большинстве случаев при обычных условиях теплопроводность металлов изменяется в такой же последовательности, как и их электрическая проводимость. Теплопроводность  обусловливается высокой подвижностью свободных электронов и колебательных движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры в массе металла. Наибольшая теплопроводность - у серебра и меди, наименьшая - у висмута и ртути.

2. Вычертите диаграмму состояния системы «магний-кальций». Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях и укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния. Объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правил Курнакова.

На рис. приведен обобщенный вариант диаграммы состояния Mg-Ca. В сплавах системы образуется одно конгруэнтно-плавящееся при 715 °С соединение Mg2Ca. Это соедине­ние образует две эвтектики: (Mg) + Mg2Ca и Mg2Ca + βСа), крис­таллизующиеся, соответственно, при температурах 516,5 и 445 °С. Растворимость Са в Mg при эвтектической температуре достигает 0,83 % (ат.). Mg практически не растворяется в Са. Кристаллическая структура соединения Mg2Ca гексагональная типа MgZn2 (фаза Лавеса), а - 0,623 нм, с = 1,012 нм. 


3. Каким способом можно восстановить пластичность холоднокатаного алюминиевого прутка? Назначьте режим термической обработки и опишите физическую сущность происходящих процессов.

С увеличением степени холодной деформации свойства, характеризующие сопротивление деформации повышаются, а способность к пластической деформации уменьшается. Это явление получило название наклепа.

Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную (выходную) термическую обработку (для придания полуфабрикату или изделию необходимых свойств).

При нагреве наклепанного металла не восстанавливается старое зерно, а появляется совершенно новое зерно, размеры которого могут существенно отличаться от исходного. Происходит образование новых, равноосных зерен вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла.

Температура отжига для достижения рекристаллизации по всему объему и сокращения времени процесса превышает температуру порога рекристаллизации. Температура нагрева связана с температурой плавления: ТН ≈ 0,4 Тпл(для чистых металлов).

Для алюминия : Тн = 0,4 (1083 + 273) – 273 ≈ 270 °С.

4. Вычертите диаграмму состояния «железо-карбид железа». Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,3% С. Для заданного сплава определите процентное содержание углерода в фазах при температуре 750°С.


                           а)                                                                                       б) 

Рис. 3 - а - диаграмма железо-цементит, б - кривая охлаждения для сплава, содержащего 4,3% углерода.

Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).

При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидко­го раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллиза­ции сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчи­вается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раст­вора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.

При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3 % до 6,67 % углерода, при темпера­турах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристал­лизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3 % образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.

Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических – аустенит+ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный)+ледебурит.

Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ - железа в α-железо и распадом аустенита.

Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.

Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.

В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8П[Ф0,03+Ц6,67].

Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.

Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точкаQ), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит+цементит третичный и называются техническим железом.

Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные – перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.

В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода(линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит).

Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.

Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:

C = K + 1 – Ф, где:

·  С – число степеней свободы системы;

·  К – число компонентов, образующих систему;

·  1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);

·  Ф – число фаз, находящихся в равновесии.

Сплав железа с углеродом, содержащий 4,3 % С, называется заэвтекти-ческим чугуном. Его структура при комнатной температуре Цементит (первичный) + Ледебурит (П+Fe3C).

5. Каковы причины возникновения внутренних напряжений при закалке? Каким способом можно предохранить изделие от образования закалочных трещин?

Внутренние напряжения при закалке стали возникают вследствие неравномерного охлаждения поверхности и сердцевины изделия (эти напряжения называют тепловыми), увеличения объема и неоднородности протека­ния мартенситного превра­щения по объему изделия. Напряжения, вызываемые этим превращением, назы­вают структурными, или фазовыми. Неодинаковое распре­деление температур по се­чению изделия при быстром охлаждении сопровождается и нерав­номерным изменением объема. Поверхностные слои сжимаются бы­стрее, чем  внутренние. Однако сжатию поверхностных слоев препятствуют внутренние слои. Это приводит к тому, что в поверхностных слоях образуются временные (т.е. исчезающие после снятия нагрузки) растягивающие, а во внутренних слоях — сжимающие напряжения.
Для предохранения изделия от образования закалочных трещин необходимо избегать растягивающих напряжений в поверхностных слоях изделия. На характер распределения напряжений, кроме режима охлаждения, влияет температура нагрева под закалку. Перегрев способствует образованию закалочных трещин, увеличивает деформации.
написать администратору сайта