Существование одного металла в нескольких кристаллических формах носит название

Обновлено: 03.05.2024

22) Измерение твердости, основанное на вдавливании в поверхность образца алмазного индентора (наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды с двугранным углом при вершине 136)используется:

4. в методе Виккерса

23)Мерой внутренних сил, возникающих в материале под влиянием внешних воздействий (нагрузок, изменения температуры и пр.) является:

24)В общем случае напряженное состояние тела в точке А описывается:

3. вектором напряжений

25)Гидростатическое давление зависит:

1. только от нормальных напряжений

26) Интенсивность напряжений зависит:

2.только от второго инварианта тензора напряжений

27) Деформированное состояние в точке описывается:

4. тензором деформаций

28) Первый инвариант тензора деформации используется:

2.для записи изменения объема деформируемого металла

29) Второй инвариант тензора деформации используется:

1. для характеристики меры деформации

30) Упругая деформация:

2. исчезает после снятия нагрузки

31) Пластическая деформация:

1. остается после снятия нагрузки

32)При испытаниях на маятниковом копре определяют:

2. ударную вязкость

33)При испытании на растяжение определяют:

1. предел прочности при растяжении

Способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам

1. ударной вязкостью

1)Твердый раствор внедрения углерода в Feα называется:

2) Твердый раствор внедрения углерода в Feϒ называется:

3)Химическое соединение Fe3C называется:

4)Упорядоченный перенасыщенный твердый раствор углерода в α-железе называется:

5) Сталями называют:

2. сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 % до 2.14 % углерода

6) Чугунами называют:

3. сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67 % С

7) Эвтектоидной сталью называют:

4. сплавы железа с углеродом, содержащие 0,8 % углерода

8)Завтектоидной сталью называют:

3. сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,8 до 2.14 % углерода

9)Доэвтектоидной сталью называют:

2. сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 % до 0.8 % углерода

10)Доэвтектическим чугуном называют:

2. сплав железа с углеродом, содержащие от 2,14 % до 4,3 % углерода

11) Эвтектическим чугуном называют:

4. сплав железа с углеродом, содержащие 4.3 % углерода

12)Заэвтектическим чугуном называют:

3. сплав железа с углеродом, содержащие от 4,3 до 6.67 % углерода

13) Какие примеси в железоуглеродистых сталях относятся к вредным:

14)В каких сталях в наибольшей степени удален кислород:

2. в спокойных «сп»

15)Стали, характеризующиеся низким содержанием вредных примесей и неметаллических включений, называются:

2. углеродистыми качественными

16)Чугун, в котором весь углерод находится в виде химического соединения Fe3С, называется:

17)Чугуны с пластинчатой формой графита называются:

18)Чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму называются:

19)Чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму называется:

20) Средние значения временного сопротивления (предела прочности) чугуна СЧ25, в МПа равны:

21)Средние значения временного сопротивления (предела прочности) чугуна ВЧ60, в МПа равны:

22)Средние значения временного сопротивления (предела прочности) чугуна КЧ37-12, в МПа равны:

23)Признаками перегрева стали являются:

2. образование крупного действительного зерна

3. получению Видманштеттовой структуры

24)Признаками пережога стали являются:

4. появление участков оплавления по границам зерна и их окисление

Какие структуры термообработанной стали образованы диффузионным превращением переохлажденного аустенита и различаются лишь степенью дисперсности?

26)При закалке углеродистых сталей со скоростью V>Vкр образуется:

Для повышения вязкости стали после закалки обязательной термической операцией является

Нескольких критериев

Существование одного металла (вещества) в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма, или аллотропии. Различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными, или аллотропическими модификациями.

Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма, или аллотропии. Перестройка кристаллических решеток при критических температурах называется полиморфными превращениями. Полиморфные модификации обозначаются греческими буквами а, р, у и другими, которые в виде индекса добавляют к символу элемента. Полиморфную модификацию при самой низкой температуре обозначают буквой а, при более высокой (5 и т, д.

Существование одного элемента в нескольких кристаллических формах (кристаллических модификациях) называется полиморфизмом или аллотропией.

Полиморфизмом называется существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах (модификациях). Таким образом, при полиморфном превращении изменяется расположение атомов в кристалле, т. е. изменяется тип кристаллической решетки. Полиморфное превращение — обратимый процесс; он происходит как при нагреве, так и при охлаждении твердого тела. Полиморфные формы вещества обозначаются греческими буквами, причем а указывает на модификацию, устойчивую при температуре 20° С, а высокотемпературные модификации (в порядке возрастания температуры) обозначаются соответственно буквами (J, у, д и т. д. Полиморфизм присущ многим металлам, а также наблюдается и у некоторых химических соединений (SiO2, ZrO2 и др.). Полиморфные модификации некоторых металлов приведены в табл. 7.

Как известно, внутренние напряжения, возникающие в процессе нагрева и охлаждения детали, образуют равновесную си« стему и могут проявляться в виде макронапряжений, охватывающих крупные объемы детали (напряжения I рода), микронапряжений в пределах одного или нескольких кристаллических зерен (напряжения II ром) и субмикроскопических напряжений, действующих между элементами кристаллической решетки (напряжения III рода).

Остаточные напряжения образуются вследствие неоднородности линейных или объёмных изменений в смежных макро-, микро- или ультрамикроскопических объёмах металла. В соответствии с этим различаются остаточные напряжения: а) / рода, или зональные, когда размеры зон имеют макроскопический характер, т. е. охватывают или весь объём изделия или значительную часть его; б) If рода, когда размеры зон имеют микроскопический характер, т. е. охватывают объём одного или нескольких зёрен металла; в) /// рода, когда размеры зон имеют ультрамикроскопический характер, т. е. охватывают объём нескольких кристаллических ячеек зерна.

По этой причине дополни- ю9. дин/Смг тельно влияет на прочность кристаллическое строение макро-молекулярного вещества. При этом следует отметить, что по-нятие «кристаллическое строе-ние» различно в отношении микро- и макромолекулярных тел. Последние имеют особую структуру, так называемую пачечную (фиг. II. 4). Вещество состоит из кристаллических и некристаллических (аморфных) областей, причем одна и та же макромолекула может входить в состав нескольких кристаллических и аморфных областей.

Ситаллы — стеклокристаллические материалы, состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределенных в стекловидной массе. Отличаются высокой проч-

Структура ситаллов многофазная, состоит из зерен одной или нескольких кристаллических фаз, скрепленных между собой стекловидной прослойкой. Содержание кристаллической фазы колеблется от 30 до 95 % . Размер кристаллов обычно не превышает 1—2 мкм. По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными и прозрачными (количество стеклофазы до 40 %).

С этим явлением мы уже сталкивались в гл. 2 на примере железа. Но железо далеко не одиноко в своем стремлении к «многоликости». Ему в этом следует целая группа металлов. Существование у одного элемента нескольких кристаллических структур называется полиморфизмом, а сам переход кристалл 1 —• Кристалл 2 — полиморфным превращением. С этими превращениями связана одна трагическая страница человеческой истории.

Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. Перестройка кристаллических решеток при критических температурах называется полиморфными превращениями. Полиморфные модификации обозначают греческими буквами а, р, у и другими, которые в виде индекса добавляют к символу элемента. Полиморфную модификацию при самой низкой температуре обозначают буквой а, при более высокой Р и т.д.

Основная идея генетического алгоритма заключается в эволюции популяции, повторяющей некоторые черты эволюции организмов в живой природе. Если цель эволюции в живой природе - обеспечение наибольшей жизнеспособности популяции в условиях окружающей среды, то цель эволюции в генетическом алгоритме -получение экземпляров с наилучшими значениями определенных критериев, характеризующих качество экземпляра, т.е. синтезируемой структуры. Как и в других методах синтеза, в генетическом методе при наличии нескольких критериев задача должна быть сведена к однокритериальной путем свертки векторногр критерия. Получающуюся целевую функцию часто называют функцией полезности (fitness function). Множество возможных экземпляров хромосомы называют генотипом, а множество экземпляров вместе со значениями характеризующих их критериев - фенотипом,

Поэтому в следующем параграфе предлагается методика разработки классификации видов энергии с помощью нескольких критериев и сама классификация.

Рассмотрим некоторые классические критерии пластичности и хрупкого разрушения, разработанные для однородных металлов и являющиеся основой для построения распространенных критериев прочности для композиционных материалов. Несмотря на то, что природа текучести и хрупкого разрушения существенно различна, один из рассмотренных ниже критериев пластичности послужил основой для построения нескольких критериев хрупкого разрушения композиционных материалов.

Для изучения накопления повреждений в стеклопластиках было предпринято относительно немного попыток. В работе [1] описаны испытания композитов из препрега и эпоксидной смолы при двухступенчатом изменении уровня напряжений. Вычисление суммы отношений числа циклов проводилось для сравнения с хорошо известным правилом Майнера [7]. Хотя и было сделано предположение о влиянии последовательности приложения напряжений, результаты [1] оказались статистически незначимыми при допустимом уровне в 1%. В работе [5] были проведены также испытания слоистых композитов с эпоксидной матрицей на основе стеклоткани при двухступенчатом уровне напряжений. И снова предполагалось, что последовательность напряжений играет некоторую роль, однако, хотя авторы и рассмотрели применимость нескольких критериев учета накопления повреждений, они пришли к выводу, что проведенных экспериментов недостаточно для статистической обработки. Было замечено, что в дальнейшей работе следует принимать во внимание развитие повреждений.

Практика использования теории размерностей так же, как и теории подобия, показывает, что очень часто невозможно одновременное соблюдение нескольких критериев, а в некоторых случаях выводы, полученные с помощью теории размерностей, в зависимости от принятых предпосылок получаются различными. Рассмотрим на нескольких примерах способы учета этих противоречий [47].

Отметим, что задача (15.4) относится к классу задач векторной оптимизации, характеризующихся необходимостью выбора наилучшего решения при наличии нескольких критериев эффективности, которыми являются компоненты вектора Кд> v. В этом случае возможно большое число принципов оптимальности, которые приводят к выбору различных оптимальных решений. В общем случае задача векторной оптимизации отличается значительной сложностью, причем в математическом плане она идентична задаче упорядочения векторных множеств, а выбор принципа оптимальности—выбору отношения порядка [12]. В прикладных задачах динамического синтеза машинных агрегатов проблема выбора принципа оптимальности сводится обычно к задаче скаляри-зации вектора эффективности Кй, v и заключается в выборе на основе некоторой схемы компромисса обобщенного скалярного критерия эффективности Д (целевой аппроксимационной функции).

Решение задач оптимизационного проектирования связано с отыскиванием экстремумов одного или нескольких критериев качества ФА (а) в многомерных пространствах, когда число варьируемых параметров о;(/=1. г) — составляющих вектора а — достигает десятков. В настоящей работе вся методика и примеры рассматриваются для случая, когда &—1, и в дальнейшем будем говорить о Ф (а).

Подобие тепловых явлений может сохраниться также при сохранении постоянства одного или нескольких критериев подобия.

примерно одинаковыми значениями нескольких критериев. Не углубляясь в теорию термодинамического подобия, рассмотрим здесь, имея в виду последующие приложения, два вопроса: во-первых, при каких обстоятельствах признаки и закономерности подобия (в отношении термических свойств), установленные применительно к гомогенным телам, могут быть распространены на двухфазные среды и, во-вторых, каковы предпосылки подобного между собой протекания термодинамических процессов с влажными парами различных веществ. Выяснение этих вопросов связано с задачами моделирования двухфазных потоков и определением условий универсальности некоторых характеристик процесса течения влажных пароь сходственных веществ.

Однако во многих случаях такая постановка задачи неправомерна. Например, задачей оптимизации структуры объекта исследования может быть одновременное улучшение нескольких критериев его качества, причем каждому из критериев может соответствовать своя оптимальная точка факторного пространства. В таких случаях делаются попытки уменьшить число параметров оптимизации путем установления между ними корреляционной связи или .априорного ранжирования по значимости. Если эти попытки не дают успеха, то рекомендуется переформулировать задачу или свести ее к последовательности задач, в каждой из которых улучшается один из критериев качества.

Ясно, что комбинация двух или нескольких критериев также является критерием. Однако общее число критериев не может меняться от перестановок и рекомбинаций отдельных критериев системы (2-23).

2.1 Фазовые превращения в металлах и сплавах

Основное количество конструкционных материалов получается в процессе кристаллизации из жидкого состояния. В зависимости от температуры любое вещество (система) может быть в твердом, жидком или в газообразном состоянии. В физической химии системой называют совокупность индивидуальных веществ (химических элементов, независимых химических соединений), между которыми или частями которых обеспечена возможность обмена энергией, а также процессов диффузии.

Вещества, которые образуют систему, называются компонентами системы. Компоненты в системе присутствуют в разных фазах.

Фазой называется однородная часть системы, отграниченная от другой части системы поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком.

При переходе из жидкого состояния в твердое образуется кристаллическая решетка, возникают кристаллы. Такой процесс называется кристаллизацией.

В природе все самопроизвольно протекающие превращения, а следовательно, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что новое состояние в новых условиях является энергетически более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии.

Для начала кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Температура, при которой практически начинается кристаллизация, может быть названа фактической температурой кристаллизации. Эта температура обычно ниже теоретической (равновесной) температуры кристаллизации.

Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением.

Величиной или степенью переохлаждения называют разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации.

Если, например, теоретическая температура кристаллизации сурьмы равна 631°С, а до начала процесса кристаллизации жидкая сурьма была переохлаждена до 590°С и при этой температуре закристаллизовалась, то степень переохлаждения (п) определяется разностью:

Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время – температура (рис. 2.1). Охлаждение металла в жидком состоянии сопровождается плавным понижением температуры и может быть названо простым охлаждением, так как при этом нет качественного изменения состояния. При достижении температуры кристаллизации на кривой температура – время появляется горизонтальная площадка (рис. 2.1, кривая 1), так как отвод тепла компенсируется выделяющейся при кристаллизации скрытой теплотой кристаллизации. По окончании кристаллизации, т.е. после полного перехода в твердое состояние, температура снова начинает снижаться, и твердое кристаллическое вещество охлаждается. Теоретически процесс кристаллизации изображается кривой 1.

Кривая 2 показывает реальный процесс кристаллизации. Жидкость непрерывно охлаждается до температуры переохлаждения Т_п, лежащей ниже теоретической температуры кристаллизации Т_s. При охлаждении ниже температуры Т_s создаются энергетические условия, необходимые для протекания процесса кристаллизации.

У некоторых металлов из-за большого переохлаждения скрытая теплота плавления выделяется в первый момент кристаллизации настолько бурно, что температура скачкообразно повышается, приближается к теоретической (рис. 2.1, кривая 3) Так кристаллизуется, например, сурьма.

Чем больше скорость охлаждения, тем больше величина переохлаждения. Для того чтобы полностью переохладить металл в жидком состоянии, требуются большие скорости охлаждения (миллионы и даже миллиарды градусов в секунду), охлаждение жидкого металла до комнатной температуры следует проводить так, чтобы получить переохлажденный жидкий металл (т.е.

металл, не имеющий кристаллического строения) за ничтожную долю секунды. Такой металл называется аморфным или металлическим стеклом.

Рис. 2.1. Кривые охлаждения при кристаллизации

Еще в 1878 г. Д.К. Чернов, изучая структуру литой стали, указал, что процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов. Первый процесс заключается в зарождении мельчайших частиц кристаллов, которые Чернов называл «зачатками», а теперь их называют зародышами, или центрами кристаллизации. Второй процесс состоит в росте кристаллов из этих центров (рис 2.2).

Рис. 2.2. Модель процесса кристаллизации по секундам

Рассмотрение подобных схем кристаллизации позволяет объяснить два важных момента:

1) по мере развития процесса кристаллизации в нем участвует все большее и большее число кристаллов. Поэтому процесс вначале ускоряется, пока в какой-то момент взаимное столкновение растущих кристаллов начинает заметно препятствовать их росту. Рост кристаллов замедляется еще и потому, что количество жидкости, в которой образуются новые кристаллы, становится все меньше;

2) в процессе кристаллизации, пока кристалл окружен жидкостью, он часто имеет правильную форму, но при столкновении и срастании кристаллов их правильная форма нарушается. Внешняя форма кристалла оказывается зависимой от условий соприкосновения растущих кристаллов. Вот почему кристаллы металла, зерна (кристаллиты) не имеют правильной формы.

Не только в жидких расплавах, но и при превращении в твердом состоянии новая форма также образуется путем зарождения и роста кристаллов; скорость этих процессов зависит от переохлаждения.

В отличие от кристаллизации из жидкости процесс превращения в твердом состоянии (перекристаллизация) обычно протекает при сильном переохлаждении.

Реально протекающий процесс кристаллизации усложняется действием различных факторов, в столь сильной степени влияющих на процесс, что роль степени переохлаждения может стать в количественном отношении второстепенной.

При кристаллизации из жидкого состояния для скорости течения процесса и для формы образующихся кристаллов первостепенное значение приобретают такие факторы, как скорость и направление отвода тепла, наличие нерастворившихся частиц (которые могут служить готовыми центрами кристаллизации), конвекционных токов жидкости. В направлении отвода тепла кристалл растет быстрее, чем в другом направлении.

Атомы любого элемента могут образовать, если исходить только из геометрических соображений, любую кристаллическую решетку. Однако устойчивой, а следовательно реально существующей, является решетка, обладающая наиболее низким запасом свободной энергии.

В ряде случаев при изменении температуры или давления может оказаться, что для того же металла более устойчивой будет другая решетка, не та, которая была при другой температуре или давлении. Так, например, существует железо с решетками объемно-центрированного и гранецентрированного кубов; обнаружен кобальт с гранецентрированной и с гексагональной решетками.

Существование одного металла (вещества) в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма, или аллотропии. Различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными, или аллотропическими модификациями.

Аллотропические формы обозначаются греческими буквами , , и т.д., которые в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Аллотропическая форма, существующая при самой низкой температуре, обозначается буквой , следующая – и т.д.

Зависимость свойств кристалла от направления, возникающее в результате упорядоченного расположения атомов в пространстве.

Зависимость свойств кристалла от направления, возникающее в результате упорядоченного расположения атомов в пространстве.

2.5. Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм

Атомы любого элемента могут образовать, если исходить только из геометрических соображений, любую кристаллическую решетку. Однако устойчивой, а следовательно реально существующей является решетка, обладающая наиболее низким запасом свободной энергии.

В ряде случаев при изменении температуры или давления может оказаться, что для того же металла более устойчивой будет другая решетка, чем та, которая была при другой температуре или давлении. Так, например, существует железо с решетками объемно-центрированного и гранецентрированного кубов; обнаружен кобальт с гранецентрированной и с гексагональной решетками.

Аллотропические формы обозначаются греческими буквами α, β, γ и т.д., которые в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Аллотропическая форма, существующая при самой низкой температуре, обозначается буквой α, следующая – β и т.д.

Явление полиморфизма основано на едином законе об устойчивости состояния с наименьшим запасом энергии. Запас свободной энергии зависит от температуры. Поэтому в одном интервале температур более устойчивой является одна модификация, а в другом – другая. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название температуры полиморфного (аллотропического) превращения.

Новые аллотропические формы образуются в результате зарождения центров и роста кристаллов аналогично кристаллизации из жидкого состояния. Кривые зависимости СК и ЧЦ от степени переохлаждения для аллотропического превращения имеют тот же вид, что и для кристаллизации из жидкого состояния.

Аллотропические превращения различных металлов имеют свои особенности. Решетка белого олова с координационным числом 6 в полтора раза компактнее решетки серого олова, имеющего решетку алмаза с координационным числом 4. Поэтому превращение белого олова в серое сопровождается увеличением объема примерно на 25 %. Серое олово представляет собой серый порошок, не обладающий металлическими свойствами («оловянная чума»).

Различают превращения, при которых атомы перемещаются на расстояния, не превышающие некоторой доли межатомного расстояния, и превращения, при которых атомы проходят во много раз большие расстояния.

Превращения последнего типа связаны с диффузионным перемещением атомов внутри кристаллической решетки.

Бездиффузионным называют такое превращение, при котором атомы существующей фазы одновременно и коллективно перемещаются в узлы кристаллической решетки новой, более устойчивой фазы; каждый атом смещается в свое новое положение под воздействием энергии деформации, возникающей вследствие сходного движения соседних с ним атомов. Этот термически неактивированный процесс происходит со скоростью, которая соответствует скорости распространения упругих возмущений, т.е. скорости звука. Одним из следствий коллективного перемещения атомов является отличие вновь образованного кристалла по форме и объему от исходных, занимаемых теми же атомами. Такое изменение формы части кристалла приводит к деформации, препятствующей дальнейшему превращению; при сохранении начальных условий оно может идти не до конца. Для продолжения превращения в таком случае требуется понизить температуру или увеличить движущую силу превращения.

Для всех остальных превращений в твердом состоянии необходимо перемещение атомов по отношению к кристаллической решетке на расстояния, которые, по крайней мере, не меньше межатомных, т.е. необходима диффузия.

Понятие «диффузия» используется для описания любых изменений относительного расположения атомов или молекул в стационарной среде. Такое определение исключает атомные перемещения при течении или пластической деформации среды. Диффузия может происходить в газах и жидкостях, а при определенных условиях и в твердых телах. Диффузию в твердых металлах можно подразделить на диффузию внутри кристалла, диффузию вдоль дислокаций, диффузию по границам кристаллитов и поверхностную диффузию.

Диффузия в кристаллах происходит путем перемещения отдельных атомов в кристалле, положение атомов в котором в целом относительно неизменно. Поэтому элементарным процессом диффузии является перемещение отдельного атома из ранее занимаемого им узла в новое положение. Это может произойти только в том случае, если атом обладает достаточно высокой энергией и если существует место, куда он может переместиться.

Читайте также: