Главная страница

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
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