1. Назовите типы связей между элементарными частицами, встречающиеся в твёрдых кристаллических телах.

   1. Металлическая

   2. Ковалентная

   3. Ионная

   4. Молекулярная

2. Каким образом можно экспериментально определить расстояние между атомами в кристаллическом твёрдом теле.

Расстояние между атомами в кристаллическом твёрдом теле можно определить, зная периоды решётки – расстояния a, b, c между центрами ближайших атомов. Экспериментально периоды определяют дифракционные методы (рентгенография, электронография, нейтронография).

3. Чему равно ближайшее расстояние между атомами в решётке ОЦК с периодом a.

4. По каким признакам на кривых охлаждения определяют температуры начала и конца фазовых превращений.

По точкам перегиба.

5. Какие вы знаете дефекты кристаллического строения.

   1. Точечные: малы во всех трёх измерених; вакансии

   2. Линейные: малы в двух измерениях и имеют большую протяжённость в третьем; дислокации (краевые и винтовые)

   3. Поверхностные: малы только в одном измерении; дефекты упаковки

6. Назовите шесть параметров, используемых для описания элементарной ячейки кристаллической решётки.

a, b, c – рёбра кристаллической решётки

– углы между осями

7. Укажите причину анизотропии свойств кристалла.

Анизотропия – неодинаковость свойств (химических, физических, механических) монокристалла в разных кристаллографических направлениях. Причины – неодинаковая плотность атомов в различных плоскостях и направлениях решётки.

8. Дайте определение понятию фаза.

Фаза – однородная гомогенная составная часть системы, имеющая одинаковый состав, кристаллическое строение и свойства, агрегатное состояние.

9. Какие виды кристаллических телах.

   1. Газовая

   2. Твёрдая

   3. Жидкая

10. Какие вы знаете виды твёрдых растворов.

    1. Замещения – атомы растворённого компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решётке

    2. Внедрения – атомы растворённого компонента располагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллической решётки растворителя

    3. Вычитания - растворение одного из компонентов в химическом соединении

11. Каким образом можно повлиять на величину зерна кристаллизующегося металла.

Размер зерна зависит от термомеханического режима пластической обработки: температурой пластической деформации, степенью накопленной деформации в металле и скоростью деформации.

12. Назовите условия неограниченной растворимости компонентов сплава в твёрдом состоянии.

    1. Одинаковые кристаллические решётки

    2. Различие в атомных размерах компонентов – не больше 15%

    3. Принадлежность к одной группе периодической системы элементов или к смежным родственным группам (т.е. близкое строение валентной оболочки)

13. Что такое равновесная диаграмма состояния сплавов; в каких координатах строится.

Это – диаграмма, которая показывает фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

14. Что такое ликвация; какие виды ликвации встречаются в сплавах.

Ликвация - неоднородность химического состава, возникающая при его кристаллизации. Различают два вида ликвации:

1. Внутрикристаллическую (неоднородность охватывает зёрна металла)

2. Зональную (различные зоны отливки имеют различный химический состав)

15. Правила Курнакова – что определяют, в чём состоит их практическое значение.

Правила Матиссена Курнакова – эмпирические правила, устанавливающие закономерности изменения свойств сплавов в зависимости от их химического состава: в случае образования твёрдых растворов изменения свойств от состава описываются нелинейной зависимостью, а в случае смеси фаз изменения свойств от состава описываются линейной зависимостью.

16. Какие аллотропические формы железа вам известны.

    1. α-Fe: t=[0..768 °C], ОЦК

    2. β-Fe: t=[768...911°C], ОЦК

    3. γ-Fe: t=[911..1392°C], ГЦК

    4. δ-Fe: t=[1392..1539°C], ОЦК

17. Назовите температуру плавления железа и плотность его низкотемпературной модификации.

t_{пл Fe}=1539°C, ρ_α-Fe=7,68 г/см³

18. Объясните, почему при образовании твёрдых растворов внедрения сплавы упрочняются сильнее, чем при образовании твёрдых растворов замещения.

Замещение нарушает структуру кристаллической решётки, делая её менее прочной, а внедрение – нет.

19. Перечислите фазы, встречающиеся в системе железо-цементит.

    1. Жидкий раствор

    2. Твёрдые растворы (феррит, аустенит, цементит)

20. Что такое феррит и каковы его механические свойства.

Феррит - фазовая составляющая сплавов железа, представляющая собой твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в α-железе. Имеет ОЦК-решётку. Нелегированный феррит мягок, пластичен, легированный – прочен.

21. Назовите предельное содержание углерода в стали.

Сталь – сплав железа с углеродом с содержанием углерода от 0,022% до 2,14%.

22. Что такое цементит и каковы его механические свойства.

Цементит – карбид железа (Fe₃C). Имеет орторомбическую кристаллическую решётку. Очень твёрд и хрупок. Прочность – 8500 Мпа.

23. Назовите температуру эвтектоидного распада в системе железо-цементит в равновесных условиях.

t=727°C.

24. Сколько углерода содержит эвтектический сплав в системе железо-цементит.

Концентрация углерода – 0,8%.

25. Что такое ледебурит, его фазовый состав и механические свойства.

Ледебурит — структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом чугунов, представляющая собой эвтектическую смесь аустенита и цементита в интервале температур 727—1147 °C, или феррита и цементита ниже 727 °C. Ледебурит обладает высокими твёрдостью и хрупкостью.

26. Назовите самую высокоуглеродистую фазу в системе железо-цементит.

Самая высокоуглеродистая фаза в системе железо-цементит – смесь перлита и вторичного цементита, у неё содержание углерода от 0,8 до 2,14%.

27. Определите фазовый состав железоуглеродистого сплава, содержащего 2,5% углерода при температуре 1000°C.

Аустенит, вторичный цементит, ледебурит.

28. Что такое напряжение, возникающее в конструкционном материале при механическом воздействии на него. В чём различие между истинными и условными напряжениями.

Напряжение – понятие, введённое для оценки величины нагрузки, не зависящей от размеров деформируемого тела. Различают:

1. Истинные – силу относят к сечению, существующему в данный момент

2. Условные – силу относят к исходному сечению

29. Объясните механизм пластической деформации в кристаллических телах.

При напряжениях выше критических происходит пластическая деформация, т.е. сдвиг одной части металла относительно другой. Сдвиг может осуществляться механизмами скольжения (одна часть металла смещается относительно другой части вдоль плоскости скольжения) и двойникования (имеет второстепенное значение, возникает в тех случаях, когда скольжение затруднено).

30. Как называется упрочнение, возникающее при холодном деформировании металла.

Наклёп (или нагартовка).

31. Что за явление возврат, и в каких условиях он протекает.

Возврат – процесс, в результате которого изменяется тонкая структура и свойства деформированного металла без изменения его микроструктуры. Возврат протекает при нагреве деформированного металла до температур, равных .

32. Рекристаллизация – что это за явление, в каких условиях оно протекает. В чём состоит различие между рекристаллизацией и полиморфным превращением.

Рекристаллизация — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Рекристаллизация устраняет структурные дефекты (в первую очередь уменьшает на несколько порядков плотность дислокаций), изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации — за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией, при собирательной и вторичной рекристаллизацией — за счёт уменьшения суммарной поверхности границ зёрен. Рекристаллизация происходит при температурах, примерно равных . Полиморфное превращение – образование новых кристаллических структур в твёрдом кристаллическом теле при разных температурах при разных температурах и давлениях. То есть, при рекристаллизации образуется одна кристаллическая структура, а при полиморфном превращении – несколько.

33. Как сохранить наклёп в деформированных металлических сплавах.

Для сохранения наклёпа, вызванного горячей пластической деформацией, нужно быстро охладить изделие до температуры ниже температуры рекристаллизации.

34. Как устранить наклёп в деформированных металлических сплавах.

Для устранения наклёпа нужно нагреть изделие до температуры, большей, чем температура рекристаллизации.

35. Перечислите основные операции термической обработки.

    1. Отжиг – нагрев металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки; приводит металл в более устойчивое состояние.

    2. Закалка – нагрев выше температуры превращения с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неустойчивого состояния сплава.

    3. Отпуск – нагрев ниже температуры превращения для получения более устойчивого структурного состояния сплава.

    4. Химико-термическая обработка – нагрев сплава в химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностных слоёв.

    5. Деформационно-термическая обработка – деформация и последующая термическая обработка, сохраняющая в той или иной форме результаты наклёпа.

36. Как определить по виду диаграммы состояния возможность термического упрочнения сплавов рассматриваемой системы.

Термическое упрочнение возможно только для сплавов, в которых есть превращения в твёрдом виде.

37. Какова температура перекристаллизационного отжига конструкционной стали.

t=[600..700°С]

38. Для каких сталей, и с какой целью применяют сфероидизирующий отжиг.

Сфероидизирующий отжиг применяют для сталей с содержанием углерода больше 0,65% (например, для шарикоподшипниковых сталей). Он обеспечивает обрабатываемость сталей резанием

39. Стареющие сплавы. В чём особенность их диаграмм состояния.

Стареющие сплавы – сплавы с переменной растворимостью компонентов. При старении выделяются перенасыщенные компоненты.

40. С какой целью на практике применяют рекристаллизационный отжиг.

Рекристаллизационный отжиг применяют как промежуточную операцию для снятия наклёпа после холодной деформации.

41. На чём основана закалка железоуглеродистых сплавов.

Закалка – вид термической обработки изделий, заключающийся в нагреве выше критической температуры и последующим быстрым охлаждением. При этом, железоуглеродистые сплавы нагреваются до состояния аустенита, выдерживаются при этой температуре до полного завершения фазовых превращений и быстро охлаждаются со скоростью, обеспечивающей получение структуры неравновесного мартенсита.

42. Что отличает полную закалку от неполной.

    1. Полная закалка: материал нагревают на 30-50°С выше критической температуры (сталь в этом случае приобретает структуру аустенит и аустенит+цементит) и охлаждают с высокой скоростью (образуется мартенситная структура)

    2. Неполная закалка: образуются избыточные фазы по окончании закалки. Применяется, как правило, для инструментальных сталей.

43. Критическая скорость закалки – что это такое, как её понимать?

Критическая скорость закалки – минимальная скорость охлаждения, достаточная для предотвращения распада аустенита.

44. Какая структура образуется в эвтектоидной стали после правильно выполненной изотермической закалки.

Полученная структура: мартенсит + феррит.

45. С какой целью на практике применяют закалку “через воду в масло”.

Такая закалка применяется на практике для закалки инструмента из углеродистой стали.

46. Что такое мартенсит. Перечислите особенности мартенситного превращения.

Мартенсит – микроструктура игольчатого (пластинчатого) вида, наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм; основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-Fe такой же концентрации, как и у исходного аустенита.

Особенности мартенситного превращения:

• Начинается при температуре на несколько сотен градусов ниже, чем температура распада аустенита в равновесных условиях, а заканчивается при температуре, ниже комнатной (обе зависят от состава стали)

• Превращение состоит в бездиффузионной перестройке γ-Fe в α-Fe

• Образование каждого элемента структуры происходит со взрывной скоростью и для новых образований такой структуры нужно новое охлаждение

• Превращение идёт не до конца, т.е. сохраняется некоторое количество остаточного аустенита.