46. Теория макро- и микро-анализа.
Рентгеновский луч в веществе можно возбудить, облучая это вещество потоком электронов. Электроны – заряженные частицы, следовательно, при движении в магнитном поле вследствие возникновения силы Лоренца они могут менять направление своего движения. Пропустив электронный пучок через соленоид, создающий магнитное поле и играющий роль электромагнитной линзы, можно электронный пучок сфокусировать на поверхности исследуемого образца так, что облучаемая поверхность будет составлять примерно 1мкм2. Таким образом, можно получить сведения об атомном составе в отдельной точке. Сканируя определенную поверхность, можно построить топографию состава по исследуемому элементу. В современных рентгеновских микроанализаторах обычно используют несколько детекторов, настроенных на различные элементы. Это позволяет одновременно изучить распределение по поверхности исследуемого образца сразу нескольких элементов. При этом при разложении рентгеновского излучения в спектр используются не только кристаллы-анализаторы, но и дифракционные решетки. Последние используются при разложении в спектр рентгеновского излучения. Это позволяет выполнять локальный анализ для всех элементов периодической системы, начиная с лития и заканчивая самым тяжелым элементом.
47. Силикатные материалы.
Силикаты - это соли кремниевых кислот, а также минералы, содержащие кремний. Силикат образуется путем соединения диоксида кремния и оксида другого химического элемента.
Кристаллическая решетка силикатов состоит из так называемых тетраэдров, представляющих собой атом кремния, соединенный с четырьмя атомами кислорода. По строению кристаллической решетки силикаты и алюмосиликаты подразделяются на островные, кольцевые, цепочечные, ленточные, слоистые и самые распространенные - каркасные.
Большинство силикатов представляют собой тугоплавкие, химически пассивные материалы, практически нерастворимые в воде. При различной температуре они могут находиться в твердом, жидком (расплавленном) или газообразном состоянии, а также способны образовывать коллоидные системы. Силикатные материалы могут иметь как природное, так и искусственное происхождение.
Признаки классификации, по которым различают вяжущие материалы:
1.В зависимости от вида вяжущего различают изделия на основе: цемента, извести, гипса и др.
2. В зависимости от способа производства определяют условия твердения таких материалов: естественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка.
В качестве заполнителей для получения искусственных каменных изделий используют разнообразные материалы: песок, керамзит, и другие пористые заполнители, опилки и стружки и специфический армирующий заполнитель-асбест.
К основным искусственным каменным материалам и изделиям относятся:
1. Силикатный кирпич
2. Силикатобетонные изделия:
- Тяжелые силикатобетонные изделия аналогичные обычному бетону
- Легкие силикатобетонные изделия на основе пористых заполнителей или Ячеистые (пено- и газосиликаты).
3. Гипсовые и гипсобетонные изделия
4. Стеновые камни из легкого и ячеистого бетона
5. Арболит
6. Цементно-стружечные плиты и асбестоцементные изделия
В отличие от керамики, материалы на минеральных вяжущих получаются за счет естественного твердения или термообработки при температурах до 200 °С. Таким образом, энергозатраты на производство изделий на минеральных вяжущих, даже с учетом энергозатрат на получение самого вяжущего, меньше, чем для получения керамики. Однако керамические материалы более долговечны и стойки к действию воды, агрессивных растворов и высоких температур.
48. Механические свойства материалов и их характеристики.
Механические свойства материалов – совокупность показателей, характеризующих сопротивление материала воздействующей на него нагрузке, его способность деформироваться при этом, а также особенности его поведения в процессе разрушения. В соответствии с этим механические св-ва материалов измеряют напряжениями, деформациями, удельной работой деформации и разрушения, скоростью развития процесса разрушения при статической или повторной нагрузке. Мех. св-ва материалов определяются при механических испытаниях образцов различной формы.
Механические свойства материалов, такие как прочность, сопротивление разрушению, твёрдость и др. являются во многих случаях определяющими для принятия решения о применении материала.
Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил. Свойство конструкции выполнять назначение, не разрушаясь в течение заданного времени.
Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора.
Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади поверхности или объему отпечатка.
51. Температурные свойства материалов.
Температура - это понятие, введенное для характеристики энергии, которой обладают молекулы вещества.
Нагревостойкость - максимальная температура, при которой не уменьшается срок службы материала.
Теплостойкость - температура, при которой происходит ухудшение характеристик при кратковременном ее достижении.
Термостойкость - температура, при которой происходят химические изменения материала.
Морозостойкость - способность работать при пониженных температурах (этот параметр важен для резин).
Горючесть - способность к воспламенению, поддержанию огня, самовоспламенению. Это различные степени горючести.
Точка плавления - температура, при которой происходит переход из твердого состояния в жидкое.
Точка кипения - температура, при которой происходит переход из жидкого состояния в парообразное.
Теплоемкость - это способность накапливать тепловую энергию в материале при его нагревании.
Теплопроводность определяет способность передать тепловую энергию через материал.
49. Вторичная кристаллизация металлов.
Вторичная кристаллизация как изменение кристаллического строения в твердом состоянии возможна, например, для веществ, обладающих полиморфными свойствами. Вторичную кристаллизацию называют также перекристаллизацией, так как зародыши новой структуры часто возникают на границах зерен исходных кристаллитов и растут, «поедая» их.
При вторичной кристаллизации, вследствие изменения растворимости с изменением температуры выделяются вторичные кристаллы. Вторичная кристаллизация наблюдается и в том случае, если хотя бы один из компонентов претерпевает аллотропические превращения.
Вторичная кристаллизация при медленном охлаждении протекает в полном соответствии с диаграммой состояния в три этапа.
50. Дс сплавов с неограниченной растворимостью компонентов.
Оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом состояниях и не образуют химических соединений.
Компоненты: А, В.
Фазы: L, α.
Если два компонента неограниченно растворяются в жидком и твердом состояниях, то возможно существование только двух фаз — жидкого раствора L и твердого раствора α. Следовательно, трех фаз быть не может, кристаллизация при постоянной температуре не наблюдается, и горизонтальной линии на диаграмме нет.
52. Кристаллизация сталей и чугунов. Эвтектоидное превращение.
Углеродистые стали – сплавы железа с углеродом, содержащие 0,02…2,14 % углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита. Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии. Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита.
Кристаллизация стали сопровождается окислением примесей, их перераспределением по объему слитка и другими процессами.
Обсуждают две противоположные теории кристаллизации стали; теорию объемной кристаллизации и теорию последовательной кристаллизации стали.
Согласно теории объемной кристаллизации стали - металл кристаллизуется одновременно во всем объеме из-за присутствия в нем центров кристаллизации либо в виде посторонних твердых примесей, либо в виде самопроизвольно возникающих «зародышей» этого металла.
Чугун обладает лучшими литейными свойствами по сравнению со сталью. Более низкая температура плавления и окончание кристаллизации при постоянной температуре обеспечивают не только удобство в работе, но и лучшие жидкотекучесть и заполняемость формы.
Кристаллизация чугуна, содержащего фосфор, может завершиться лишь в точке тройной эвтектики. Кристаллизация чугуна при различных переохлаждениях и изотермических выдержках может характеризоваться С-образными кривыми. Скорость кристаллизации чугуна существенно влияет на строение, размеры и характер распределения первичных структурных составляющих.
Эвтектоидное превращение аустенита протекает при постоянной температуре 727 °С. При наличии трех фаз: феррит (0,020 % С), цементит (6,67 % С) и аустенит (0,8 % С) — система нонвариантна (С = 2 + 1 — 3 = 0). Эвтектоидная точка стали, содержащей 1,6% Сг, сдвинута в сторону меньших содержаний С (до 0,7%). Эвтектоидное превращение протекает в температурном интервале равновесия между ферритом, карбидом и аустенитом с переменной концентрацией С и Сг.
53. Стали и сплавы специального назначения (высокопрочные).
Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности 1800-2000 МПа. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях, мартенситостреющие и трип-стали.
Среднеуглеродистые стали имеют структуру отпущенного мартенсита. Прочность таких сталей определяется содержанием в них углерода и практически не зависит от содержания легирующих элементов, которые вводят для улучшения прокаливаемости стали, устойчивости её после отпуска.
Мартенситостареющие стали – безуглеродные (не более 0,03% С) сплавы железа с никелем, легированные кобальтом, молибденом, титаном, алюминием, хромом и др. высокие механические св-ва этих сталей достигаются за счёт совмещения мертенситного γ→α – превращения, старения мартенсита и легирования твёрдого раствора. Мартенситостареющие стали закаливают при t +800…+860⁰С на воздухе.
Трип-стали – относительно новый класс высокопрочных сталей повышенной пластичности. После закалки в них формируется устойчивая аустенитная структура, т.к. t начала мартенситного превращения находится в области отрицательных t.