ВОПРОСЫ

Для самоподготовки к зачетам и экзаменам по материаловедению.

1. понятие о металлах. Природа металлической связи. Основные свойства металлов. Роль русских ученых в развитии науки о металлах.

2. газообразное, жидкое и твердое состояния. Термодинамическая функция энергетического состояния системы.

3. кристаллизация металлов. Изменение свободной энергии при кристаллизации. критический зародыш.

4. параметры кристаллизации и их зависимость от степени переохлаждения. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Форма и размеры растущих кристаллов. Строение слитка. Аморфное состояние металла.

5. атомно-кристаллическая структура металла. Элементарная кристаллическая ячейка. Классы симметрии.

6. явление полиморфизма в металлах.

7. строение реальных кристаллов. Большеугловые и малоугловые границы.

8. дефекты кристаллического строения металлов. Точечные дефекты. Краевая и винтовая дислокации. Вектор Бюргерса. Плотность дислокаций.

9. Роль дислокации в упрочнения металлов. Способы повышения прочности металлов и сплавов.

10. понятие о наклепе, текстуре деформации и анизотропии механических свойств.

11. возврат, полигонизация и рекристаллизация металлов и сплавов.

12. строение сплавов. Система, компонент, фаза.

13. понятие о гетерогенной структуре, твердом растворе и химическом соединении. Виды твердых растворов.

14. правило фаз Гиббса и правило отрезков.

15. построение диаграмм состояния сплавов. Критические точки. Изотермы свободной энергии.

16. диаграмма состояния сплава с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Дендритная ликвация.

17. диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компанентов в твердом состоянии и эвтектикой.

18. диаграмма состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения.

19. связь между типом диаграммы состояния и свойствами сплава.

20. упругая и пластическая деформации. Механизмы пластической деформации. Системы скольжения.

21. горячая деформация слитка. Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства металла.

22. деформационное упрочнение поликристаллов.

23. компоненты, фазы и структурные составляющие в системе Fe-C (Fe-Fe₃C).

24. диаграмма состоянияFe-Fe₃C (стали).

25. диаграмма состояния Fe-Fe₃C(чугуны).

26. примеси в стали и влияние их на свойства стали.

27. классификация сталей по содержанию углерода, назначению и качеству.

28. классификация чугунов. Влияние формы выделений графита на свойства чугунов.

29. сверхпластичность металлов и сплавов.

30. механические свойства, определяемые при статических, динамических и циклических испытаниях.

31. классификация видов термической обработки по А.А.Бочвару.

32. превращения в стали при нагреве. Наследственно мелкозернистые и крупнозернистые стали.

33. превращения в стали при охлаждении. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита. =)

34. превращения в закаленной стали при нагреве после закалки. Отпуск стали. Обработка холодом.

35. технология термической обработки. Отжиг, нормализация и закалка.

36. закаливаемость и прокаливаемость. Способы закалки. Охлаждающие среды. Дефекты закалки.

37. химико-термическая обработка. Цементация и азотирование.

38. химико-термическая обработка. Нитроцементация и цианирование. Диффузионная металлизация.

39. термомеханическая обработка.

40. алюминий и его сплавы. Достоинства и недостатки, область применения. Классификация аллюминиевых сплавов. Пресс-эффект в аллюминиевых сплавах.

41. выскопрочные аллюминиевые сплавы, сплавы для ковки и штамповки, жаропрочные алюминиевые сплавы, марки, состав, свойства, термическая обработка, область применения.

42. деформируемые аллюминиевые сплавы, неупрочняемые термической обработкой. Марки, состав, свойства, область применения.

43. литейные аллюминиевые сплавы. Марки, состав, свойства, область применения.

44. термическая обработка алюминиевых сплавов. Отжиг, закалка, старение.

45. магний и его сплавы. Марки, состав, свойства, область применения. Особенности литья и термической обработки магниевых сплавов.

46. основы легирования стали. Взаимодействие легирующих элементов с железом и углеродом. Влияние легирующих элементов на устойчивость аустенита и феррита.

47. влияние легирующих элементов на закаливаемость и прокаливаемость, на эвтектоидную концентрацию углерода в стали, на диффузионные процессы и рост зерна аустенита.

48. обозначение марок легированных сталей. Классификация легированных сталей по назначению, химическому составу, по степени легированности и по структуре после охлаждения на воздухе.

49.основные классы жаропрочных сталей и сплавов, их свойства и область применения. Легирующие элементы в жаропрочных сталях и сплавах. Термическая обработка.

50. особенности поведения металлов и сплавов при высоких температурах. Жаропрочность и жаростойкость, ползучесть и длительная прочность. Факторы, которые необходимо учитывать при выборе жаропрочного материала.

51. конструкционные (машиностроительные) цементуемые и улучшаемые легированные стали.

52. инструментальные стали и твердые сплавы.

53. проблемы с коррозией металлов. Коррозионная стойкость, влияние окружающей среды. Способы повышения коррозионной стойкости, защитные покрытия.

54. хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали. Их маркировка, структура и свойства. Особенности термической обработки этих сталей.

55. титан и его сплавы. Достоинства и недостатки, область применения. Структура титановых сплавов после охлаждения на воздухе.

56. термическая обработка титановых сплавов.

57. медь и ее сплавы. Латуни, бронзы. Маркировка, состав, свойства, область применения.

1. Понятие о металлах. Природа металлической связи. Основные свойства металлов. Роль русских ученых в развитии науки о металлах.

Материаловедение– это наука, изучающая строение и свойства материалов(или металлов?), устанавливает связь между их составом, структурой и свойствами. Первые зачатки этой науки были заложены великим русским металлургом П.П.Аносовым (1799-1851). Он работал на заводе в г.Златоусте. Он впервые использовал микроскоп, разрабатывал способ производства качественной стали, раскрыл секрет качественной стали. Дмитрий Константинович Чернов: 1868- первый доклад (при нагреве сталь меняет свою структуру). Его назвали отцом металлургии. Создал диаграмму состояния углерода. Александр Александрович Бочва(?): в 1934 амер. Перс. Обнаружил аномальную пластичность сплавов (Al-Zn), ввел термин «сверхпластичность».

Металлы– вещества, обладающие характерным блеском, в той или иной степени присущей всем Ме, и пластичностью. Кроме того все Ме обладают высокой электро- и теплопроводностью, положительным температурным коэффициентом линейного расширения, термоэлектронной эмиссией, около 30 Ме сверхпроводимостью. Особенность строения - все построены из таких атомов, у которых внешние электроны слабо связаны с ядром. Это наличие свободных электронов и обуславливает высокую электро- и теплопроводность. Для Ме характерно наличие металлической связи, когда положительно заряженные ионы образуют плотную, но пластичную кристаллическую решетку. При металлической связи возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы. Ионы в твердых металлах располагаются на таком расстоянии друг от друга и в таких точках пространства, в которых силы притяжения и отталкивания взаимно уравновешиваются, но каждый металл имеет определенную прочность и не рассыпается, так как силы притяжения преобладают над силами отталкивания. Наличие металлической связи объясняет многие свойства металла: каждый Ме состоит из одинаковых атомов, поэтому расстояния между этими точками пространства в разных направлениях должны быть одинаковыми и для каждого Ме своими. Это приводит к тому, что атомы и «+» ионы располагаются в пространстве закономерно, образуя правильную кристаллическую (пространственную) решетку, что соответствует минимальной энергии взаимодействия атомов.

2. Газообразное, жидкое и твердое состояния. Термодинамическая функция энергетического состояния системы.Все вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном, переходы между которыми (так называемые фазовые переходы) сопровождаются скачкообразными изменениями свободной энергии

энтропии, плотности и других физических свойств. Четвертым агрегатным состоянием часто называют плазму — сильно ионизированный газ (т. е. газ заряженных частиц — ионов, электронов), образующийся при высоких температурах (свыше 105К). Однако это утверждение неточно, так как между плазмой и газом нет фазового перехода. Темне менее, плазма резко отличается от газа прежде всего сильным электрическим взаимодействием ионов и электронов, проявляющимся на больших расстояниях Реализация того или иного агрегатного состояния вещества зависит главным образом от температуры и давления, при которых оно находится

В газах межмолекулярные расстояния большие, молекулы практически

не взаимодействуют друг с другом и, свободно двигаясь, заполняют весь возможный объем. Таким образом, для газа характерно отсутствие собственного объема и формы.

Жидкости и твердые тела относят к конденсированному состоянию вещества. В отличие от газообразного состояния у вещества в конденсированном состоянии атомы расположены ближе друг к другу, что приводит к их более сильному взаимодействию и, как следствие этого, жидкости и твердые телаимеют постоянный собственный объем. Для теплового движения атомов в жидкости характерны малые колебания атомов вокруг равновесных положений и частые перескоки из одного равновесного положения в другое. Это приводит к наличию в жидкости только так называемого ближнего порядка в расположении атомов, т. е. некоторой закономерности в расположении соседних атомов на расстояниях, сравнимых с межатомными. Для жидкости в отличие от твердого телахарактерно такое свойство, как текучесть. Атомы в твердом теле, для которого в отличие от жидкого тела характерна стабильная, постоянная собственная форма, совершают только малые колебания около своих равновесных положений. Это приводит к правильному чередованию атомов на одинаковых расстояниях для сколь угодно далеко удаленных атомов, т. е существования

так называемого дальнего порядка в расположении атомов. Такое правильное, регулярное

расположение атомов в твердом теле, характеризующееся периодической повторяемостью в трех измерениях образует кристаллическую решетку, а тела, имеющие кристаллическую решетку, называют твердыми телами. Кроме того, существуют аморфные тела (стекло, воск и т. д.). В аморфных телах атомы совершают малые колебания вокруг хаотически расположенных равновесных положений, т. е. не образуют кристаллическую решетку. Аморфное тело находится стермодинамической точки зрения в неустойчивом (так называемом метастабильном) состоянии и его следует рассматривать как сильно загустевшую жидкость, которая с течением времени должна закристаллизоваться, т. е. атомы в твердом теле должны образовать кристаллическую решетку и превратиться в истинно твердое тело. Аморфное состояние образуется при быстром- (106 О С/с и более) охлаждении расплава. Например, при охлаждении ряда сплавов изжидкого состояния образуются так называемые металлические стекла, обладающие специфическими физико-механическими свойствами. Атомы в кристаллическом твердом теле располагаются в пространстве закономерно, периодически повторяясь в трех измерениях через строго определенные расстояния, т. е. образуют кристаллическую решетку. Кристаллическую решетку можно «построить», выбрав для этого определенный «строи тельный блок» (аналогично постройке стеныиз кирпичей) и многократно смещая этот блок по трем, непараллельным направлениям. Такая «строительная» единица кристаллической решетки имеет форму параллелепипеда и называется элементарной ячейкой. Все элементарные ячейки, составляющие кристаллическую решетку, имеют одинаковую форму и объемы. Атомы могут располагаться как в вершинах элементарной ячейки, так и в других ее точках (в узлах кристаллической решетки).