ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Яку мету переслідує витримка зразка під навантаженням при випробуванні його на твердість?

1 234

……………………………………………………………….

11.3 якою метою інденторам надають попереднє навантаження?

Коли досліджуваний зразок вирізали і дали для вимірювання його твердості за будь яким методом , то початкове навантаження створюють для того щоб

МЕТАЛОЗНАВСТВО

1.Яка відмінність між аморфними та кристалічними матеріалами?

Амо́рфний ста́н (грец. αμορφος — безформний) — стан речовини, в якому атоми молекули розміщені безладно, що зумовлює ізотропність, тобто однакові фізичні властивості в усіх напрямах речовини.

Аморфними є гази, майже всі рідини і багато твердих тіл, наприклад скло, смоли.

Аморфний стан нестійкий, тому аморфні тверді тіла повільно кристалізуються. На відміну від кристалічних вони не мають температури плавлення і з підвищенням температури розм'якшуються поступово.

Аморфні речовини не мають кристалічної структури і на відміну від кристалів не розщеплюються утворюючи кристалічні грані, як правило - ізотропні, тобто не виявляють різних властивостей в різних напрямках, не мають певної точки плавлення. До аморфних речовин належать скла (штучні і вулканічні), природні та штучні смоли, клеї та ін.

Твердий стан аморфних речовин — скло. Аморфні речовини можуть перебувати або в склоподібному стані (при низьких температурах), або в стані розплаву (при високих температурах). Аморфні речовини переходять в склоподібний стан при температурах нижче температури склування T. При температурах понад T, аморфні речовини ведуть себе як розплави, тобто перебувають у розплавленому стані. В'язкість аморфних матеріалів - неперервна функція температури: чим вище температура, тим нижче в'язкість аморфної речовини.

Аморфні тіла - тверді тіла, атомна ґратка яких не має кристалічної структури.

Аморфним тілам не властивий дальній порядок розташування атомів та молекул. Для аморфних тіл характерна ізотропія властивостей та відсутність певної точки плавлення: при підвищенні температури аморфні тіла поступово розм'якшуються і вище температури склування (Tg) переходять у рідкий стан.

Дослідження показали, що структура рідин і аморфних тіл аналогічна. В аморфних тілах спостерігається ближній порядок в упаковці часток. Тому аморфні тіла прийнято вважати дуже густими / в'язкими рідинами. При зовнішніх діях аморфні тіла виявляють одночасно пружні властивості, подібно до твердих тіл, і текучість, подібно до рідин. Так, при короткочасних діях (ударах) вони поводяться як тверді тіла і при сильному ударі розколюються на шматки. Але при довготривалій дії аморфні тіла течуть. У цьому ви можете переконатися самі, якщо запасетеся терпінням. Прослідкуйте за шматком смоли, який лежить на твердій поверхні. Поступово смола по ній розтікається, і, чим вище температура, тим швидше це відбувається.

Якщо роздрібнити смолу на дрібні частини і масою, заповнити посудину, то через деякий час смола зіллється в єдине ціле і прийме форму посудини.

Кристалічні тіла

Властивості кристала значною мірою визначаються видом кристалічної решітки. Пояснимо це на прикладі графіту й алмаза. Кристалічна решітка графіту (мал.1,а) має шарувату структуру, тобто в кожному шарі атоми Карбону розташовані у вершинах правильних шестикутників (що нагадують стільники). Усередині шару атоми взаємодіють сильно, але самі шари слабко пов'язані один з одним. Тому кристал графіту легко розшаровується: коли ми пишемо олівцем, на папері залишаються тонкі шари графіту. А ось в кристалі алмаза (мал.1,б) атоми Карбону розташовані у вершинах і на серединах граней куба. При цьому всі атоми сильно пов'язані зі своїми найближчими сусідами. Саме цим жорстким зв'язком атомів і зумовлена унікальна твердість алмаза.

Усі метали в твердому стані є кристалами.

Найважливішою властивістю будь-якого кристалічного тіла є наявність певної температури плавлення, за якої воно перетворюється на рідину, не розм'якшуючись перед цим. Наприклад, лід за температури 0 °С тане, перетворюючись на воду.

2.Назвіть основні дефекти будови кристалічних тіл.

Дефекти в кристалах. У кристалах завжди є дефекти (недосконалості) будови, зумовлені порушенням правильного розташування атомів кристалічної решітки. Дефекти кристалічної будови поділяють за геометричними ознаками на точкові, лінійні і поверхневі.
Атоми роблять коливальні рухів біля вузлів решітки, і з підвищенням температури амплітуда цих коливань збільшується. Більшість атомів даної кристалічної решітки мають однакову (середню) енергію і коливаються при даній температурі з однаковою амплітудою. Однак окремі атоми мають енергією, значно більшою середньої енергії, і переміщаються з одного місця в інше. Найбільш легко переміщуються атоми поверхневого шару, виходячи на поверхню. Місце, де знаходивсятакий атом, називається вакансією .

На це місце через деякий час переміщається один з атомів сусіднього шару і т. д. Таким чином вакансія переміщається в глиб кристалу. З підвищенням температури кількість вакансій збільшується і вони частіше переміщаються з одного вузла в інший. У дифузійних процесах, що протікають в металах, вакансії відіграють визначальну роль. До точковим дефектів відносять також атом, впроваджений в міжвузля кристалічної решітки , і заміщений атом, коли місце атома одного металу заміщується в кристалічній решітці іншим, чужорідним атомом. Точкові дефекти викликають місцеве спотворення кристалічної решітки.
Лінійні дефекти є іншим найважливішим видом недосконалості кристалічної решітки, коли в результаті зсуву на одне міжатомну відстань однієї частини решітки щодо іншої уздовж будь-якої площини число рядів атомів у верхній частині решітки на один більше, ніж у нижній. У даному випадку у верхній частині решітки з'явилася як би зайва атомна площину (екстраплоскость). Край екстраплоскості, перпендикулярний напрямку зсуву, називається крайової, або лінійною, дислокацією), довжина якої може досягати багатьох тисяч міжатомних відстаней. Шириною дислокації вважають відстань від центру дефекту до місця решітки без спотворення. Ширина дислокації мала і становить декілька атомних відстаней.
Кристалічна решітка у зоні дислокації пружно спотворена, оскільки атоми в цій зоні зміщені щодо їх рівноважного стану. Для дислокації характерна їх легка рухливість. Це пояснюється тим, що атоми, що утворюють дислокацію, прагнуть переміститися в рівноважний стан. Дислокації утворюються в процесікристалізації металів , а також при пластичній деформації, термічній обробці і інших процесах.
Поверхневі дефекти являють собою межі розділу між окремими кристалами . На кордоні розділу атоми кристала розташовані менш правильно, ніж у його обсязі. Крім того, по межах розділу скупчуються дислокації і вакансії, а також концентруються домішки, що ще більше порушують порядок розташування атомів. При цьому самі кристали разоріентіровани, тобто можуть бути повернені щодо один одного на десятки градусів. Міцність металу може або збільшуватися внаслідок спотворень кристалічної решітки поблизу кордонів, або зменшуватися через наявність домішок і концентрації дефектів. Дефекти в кристалах істотно впливають на властивості металів.
Анізотропія кристалів. Неоднаковість фізичних властивостей середовища в різних напрямках називають анізотропією. Анізотропія кристалів обумовлена розрізняємо щільності упаковки атомів в решітці в різних напрямках. Всі кристали анізотропні, а аморфні тіла (скло, смола) ізотропні, тобто мають однаковущільність атомів в різних напрямках.
Анізотропія властивостей важлива при використанні монокристалів - одиночних кристалів, частки яких розташовані послідовно по всьому їх об'єму. Монокристали мають правильну кристалічну огранювання (у формі природних багатогранників), анізотропні по механічним, електричним та іншим фізичним властивостям.
Метали і сплави, застосовувані в техніці, зазвичай мають полікристалічну структуру, тобто складаються з безлічі дрібних і різна орієнтованих кристалів, які не мають правильної кристалічної ограновування і званих кристаллитами (або зернами). У кожному зерні полікристала спостерігається анізотропія. Однак внаслідок різноманітної, безладної орієнтування кристалографічних площин в різних зернах полікристали може мати однакові властивості за різними напрямами та не виявляти анізотропію (коли розміри зерен значно менше розмірів підлогу і кристала і кількість їх дуже велике). Ця обставина в багатьох випадках дозволяє розглядати полікристалічні тіло як подібне ізотропному, незважаючи на анізотропію властивостей окремих складових його зерен.

3. Охарактеризуйте алотропічні перетворення в кристалічних матеріалах.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

4.Назвіть основні методи механічних випробувань матеріалів.

Механічні властивості металів (міцність, пружність, пластичність, в'язкість), як і інші властивості, є вихідними даними при проектуванні та створенні різних машин, механізмів і споруд.

Методи визначення механічних властивостей металів поділяють на такі групи:

· статичні, коли навантаження зростає повільно і плавно (випробування на розтяг, стиск, згин, крутіння, твердість);

· динамічні, коли навантаження зростає з великою швидкістю (випробування на ударний згин);

· циклічні, коли навантаження багаторазово змінюється (випробування на втому);

· технологічні — для оцінки поведінки металу при обробці тиском (випробування на згин, перегин, видавлювання).

Випробування на розтяг (ГОСТ 1497—84) проводяться на стандартних зразках круглого або прямокутного перерізу. При розтязі зразок деформується під дією навантаження, яке плавно зростає до моменту його розривання. Під час випробування зразка знімають діаграму розтягу (рис. 1.36, а), яка фіксує залежність між силою Р, що діє на зразок, і викликаною нею деформацією Δl (Δl — абсолютне видовження).

В'язкість (внутрішнє тертя) — здатність металу поглинати енергію зовнішніх сил при пластичній деформації і руйнуванні (визначають величиною дотичної сили, прикладеної до одиниці площі шару металу, який підлягає зсуву).

Пластичність — здатність твердих тіл необернено деформуватися під дією зовнішніх сил.

При випробуванні на розтяг визначають:

· σ_в — границю міцності, МН/м² (кг/мм²):

де Р_b — найбільше навантаження; F₀ — початкова площа перерізу зразка;

· σ_пц — границю пропорційності, МН/м² (кг/мм²):

де P_пц — навантаження, що відповідає границі пропорційності;

· σ_пр — границю пружності, МН/м² (кг/мм²):

де Р_пр — навантаження, що відповідає границі пружності (при σ_пр залишкова деформація відповідає 0,05—0,005 % початкової довжини);

· σт — границю плинності, МН/м² (кг/мм²):

де Р_т— навантаження, що відповідає границі плинності, Н;

δ — відносне видовження, %,

де l₀ — довжина зразка до розривання, м; l₁ — довжина зразка після розривання, м;

ψ — відносне звуження, %:

де F₀ — площа перерізу до розривання, м²; F₁ — площа перерізу після розривання, м².

Випробовування на твердість. Твердість — це опір матеріалу проникненню в нього іншого, твердішого тіла. З усіх видів механічного випробування визначення твердості є найпоширенішим.

Випробовування за Брінеллем (ГОСТ 9012—83) проводяться шляхом вдавлювання в метал сталевої кульки. У результаті на поверхні металу утворюється сферичний відбиток (рис. 1.37, а). Твердість за Брінеллем визначається за формулою

де P — навантаження на метал, Н; D — діаметр кульки, м; d — діаметр відбитка, м.

Чим твердіший метал, тим менша площа відбитка.

Діаметр кульки і навантаження встановлюють залежно від металу, який досліджують, його твердості та товщини. При випробуванні сталі та чавуну вибирають D = 10 мм і P = 30 кН (3000 кгс), при випробуванні міді та її сплавів D = 10 мм і P = 10 кН (1000 кгс), а при випробуванні дуже м'яких металів (Аl, бабітів та ін.) D =10 мм і P = 2,5 кН (250 кгс). При випробуванні зразків товщиною менше 6 мм вибирають кульки з меншим діаметром — 5 і 2,5 мм. На практиці користуються таблицею переведення площі відбитка у число твердості.

Метод Брінелля не рекомендовано застосовувати для металів твердістю понад Н 450 (4500 МПа), оскільки кулька може деформуватися, що спотворить результати випробувань.

Випробування за Роквеллом (ГОСТ 9013—83). Здійснюють шляхом вдавлювання в метал алмазного конуса (α = 120°) або сталевої кульки (D = 1,588 мм або 1/16", рис. 1.37, б). Прилад Роквелла має три шкали — В, С і А. Алмазний конус застосовують для випробування твердих матеріалів (шкали С і А), а кульку — для випробування м'яких матеріалів (шкала В). Конус і кульку вдавлюють двома послідовними навантаженнями: попереднє Р₀ і загальне Р:

Р = Р₀+ Р₁,

де Р₁ — основне навантаження.

Попереднє навантаження Р₀ = 100 Н (10 кгс). Основне навантаження складає 900 Н (90 кгс) для шкали В; 1400 Н (140 кгс) для шкали С і 500 Н (50 кгс) для шкали А.

Рис. 1.37. Схема визначення твердості:
а — за Брінеллем; б — за Рoквеллом; в — за Віккерсом

Твердість за Роквеллом вимірюють в умовних одиницях. За одиницю твердості приймають величину, що відповідає осьовому переміщенню наконечника на відстань 0,002 мм. Твердість за Роквеллом обчислюють у такий спосіб:

НR = 100 – e (шкали А і С); НR = 130 – e (шкала В).

Величину e визначають за формулою:

де h — глибина проникнення в метал наконечника під дією загального навантаження Р (Р =Р₀+ Р₁); h₀ — глибина проникнення наконечника під дією попереднього навантаження Р₀.

Залежно від шкали твердість за Роквеллом позначають НRВ, НRС, НRА.

Випробування за Віккерсом (ГОСТ 2999—83). В основу методу покладено вдалювання в поверхню (шліфовану чи навіть поліровану), що підлягає випробуванню, чотиригранної алмазної піраміди (α = 136°) (рис. 1.37, в). Метод використовують для визначення твердості деталей малої товщини і тонких поверхневих шарів, які мають високу твердість.

Твердість за Віккерсом:

де Р — навантаження на піраміду, Н; d — середнє арифметичне двох діагоналей відбитка, виміряних після зняття навантаження, м.

Число твердості за Віккерсом визначають за спеціальними таблицями по діагоналі відбитка d. При вимірюванні твердості застосовують навантаження від 10 до 500 Н.

Мікротвердість (ГОСТ 9450—84). Принцип визначення мікротвердості такий самий, що і за Віккерсом, згідно зі співвідношенням:

Метод застосовують для визначення мікротвердості виробів дрібних розмірів і окремих складових сплавів. Прилад для вимірювання мікротвердості — це механізм вдавлювання алмазної піраміди та металографічний мікроскоп. Зразки для вимірювань мають бути підготовані так само ретельно, як мікрошліфи.

Випробовування на ударну в'язкість.

Для випробовування на удар виготовляють спеціальні зразки з надрізом, які потім руйнують на маятниковому копрі (рис. 1.39). Загальний запас енергії маятника витрачатиметься на руйнування зразка і на підйом маятника після його руйнування. Тому якщо із загального запасу енергії маятника вилучити частину, яка припадає на підйом (зліт) після руйнування зразка, дістанемо роботу руйнування зразка:

K = Р(h₁ – h₂)

або

K = Рl(соs β – соs α), Дж (кг·м),

де P — маса маятника, Н (кг); h₁ — висота підйому центра маси маятника до удару, м; h₂ — висота зльоту маятника після удару, м; l — довжина маятника, м; α, β — кути підйому маятника відповідно до руйнування зразка і після нього.

Рис. 1.39. Випробовування на ударну в'язкість:
1 — маятник; 2 — ніж маятника; 3 — опори

Ударну в'язкість, тобто роботу, витрачену на руйнування зразка і віднесену до поперечного перерізу зразка у місці надрізу, визначають за формулою:

, МДж/м² (кг·м/см²),

де F — площа поперечного перерізу в місці надрізу зразка, м² (см²).

Для визначення KС користуються спеціальними таблицями, в яких для кожного кута β зазначена величина роботи ударуK. При цьому F = 0,8 · 10^-4 м².

Для позначення ударної в'язкості додають і третю букву, що вказує на вид надрізу на зразку: U, V, Т. Запис KСUозначає ударну в'язкість зразка з U-подібним надрізом, KСV — з V-подібним надрізом, а KСТ — із тріщиною (рис. 1.40).

Випробування на утомлюваність (ГОСТ 2860—84). Руйнування металу під дією повторних або знакозмінних напружень називають утомлюваністю металу. При руйнуванні металу внаслідок втоми на повітрі злом складається з двох зон: перша зона має гладку притерту поверхню (зона втоми), друга — зона долому, в крихких металів вона має грубокристалічну будову, а у в'язких — волокнисту.

При випробовуванні на втому визначають границю втоми (витривалості), тобто те найбільше напруження, яке може витримати метал (зразок) без руйнування задане число циклів. Найпоширенішим методом випробовування на втому є випробовування на згин при обертанні (рис. 1.41).

Застосовують такі основні види технологічних випробувань (проб).

Проба на згин (рис. 1.42) у холодному та гарячому станах — для визначення здатності металу витримувати заданий загин; розміри зразків — довжина l = 5а +150 мм, ширина b = 2а (але не менш ніж 10 мм), де а — товщина матеріалу.

Проба на перегин передбачає оцінку здатності металу витримувати повторний згин і застосовується для дроту та прутків діаметром 0,8—7 мм зі смугового та листового матеріалу товщиною до 55 мм. Зразки згинають перемінно праворуч та ліворуч на 90° з рівномірною — близько 60 перегинів за хвилину — швидкістю до руйнування зразка.

Проба на видавлювання (рис. 1.43) — для визначення здатності металу до холодного штампування та витягання тонкого листового матеріалу. Полягає у продавлюванні пуансоном листового матеріалу, затиснутого між матрицею та затискачем. Характеристикою пластичності металу є глибина видавлювання ямки, що відповідає появі першої тріщини.

Проба на навивання дроту діаметром d ≤ 6 мм. Випробовування полягає у навиванні 5—6 щільно прилеглих по гвинтовій лінії витків на циліндр заданого діаметра. Здійснюється тільки в холодному стані. Дріт після навивань не повинен мати пошкоджень.

Проба на іскру використовується при необхідності визначення марки сталі за відсутністю спеціального обладнання та маркування.

5.Чим відрізняються сталі від чавунів?

Чим же відрізняється чавунвід стали? Перш за все він містить значно більше вуглецю (2- 4%) , тоді як в конструкційних сталях зміст вуглецю вимірюється десятими долями відсотка.

Якщо в сталі вуглець хімічно пов′язаний із залізом і присутній у вигляді карбіду заліза (цементіта), то в чавуні вуглець знаходиться в своїй елементарній формі - у вигляді графітних включень.

Структура чавуну складається із зерен заліза (ферит) і пластинок графіту, великих або дрібних, які розподілені в так званій металевій матриці, тобто масі основного металу.
Незначна частка вуглецю і в чавуні може бути пов′язана із залізом в цементіте; в цьому випадку матриця складається з фериту і перлиту, але форма і розподіл графіту залишаються тут такими ж, як у феррітной матриці.

6. Для чого проводять легування?

Легування ( ньому. legieren - " сплавляти ", від лат. ligare - "Зв'язувати") - додавання в склад матеріалів домішок для зміни (поліпшення) фізичних і хімічнихвластивостей основного матеріалу. Легування є узагальнюючим поняттям ряду технологічних процедур, розрізняють об'ємне (металургійне) і поверхневе (іонне, дифузне та ін) легування.

У різних галузях застосовуються різні технології легування.

В металургії легування проводиться в основному введенням в розплав або шихту додаткових хімічних елементів (наприклад, в сталь - хрому, нікелю,молібдену), поліпшують механічні, фізичні та хімічні властивості сплаву. Для зміни різних властивостей (підвищення твердості, зносостійкості, корозійної стійкості і т. д.) приповерхневого шару металів і сплавів застосовуються також і різні види поверхневого легування. Легування проводиться на різних етапах отримання металевого матеріалу з цілями підвищення якості металургійної продукції і металевих виробів.

При виготовленні спеціальних видів скла і кераміки часто проводиться поверхневе легування. На відміну від напилення та інших видів покриття, що додаються речовини дифундують в легіруемий матеріал, стаючи частиною його структури.

При виготовленні напівпровідникових приладів під легуванням розуміється внесення невеликих кількостей домішок або структурних дефектів з метою контрольованого зміни електричних властивостей напівпровідника, зокрема, його типу провідності.

Легування стало цілеспрямовано застосовуватися порівняно недавно. Частково це було пов'язано з технологічними труднощами. Легуючі добавки просто вигорали при використанні традиційної технології отримання сталі. Тому для отримання дамаської ( булатної) стали використовували досить складну на той час технологію.

Примітно те, що першими сталями, з якими познайомився чоловік було пріроднолегірованние сталі. Ще до початку залізного століття застосовувалосяметеоритне залізо, що містить до 8,5% нікелю ^[3].

Високо цінувалося і пріроднолегірованние стали, виготовлені з руд, спочатку багатих легуючими елементами ^[4]. Підвищена твердість і в'язкість японських мечівз можливістю забезпечити гостроту кромки можливо пояснюються наявністю в сталі молібдену ^[5].

Сучасні погляди про вплив на властивість сталі різних хімічних елементів почали складатися з розвитком хімії у другій чверті XIX століття ^[5].

Мабуть, першим вдалим використанням цілеспрямованого легування можна вважати винахід в 1858 р. Мюшеттом сталі, що містить 1,85% вуглецю, 9%вольфраму і 2,5% марганцю. Сталь призначалася для виготовлення різців металообробних верстатів і стала прообразом сучасної лінійки швидкорізальних сталей. Промислове виробництво цих сталей почалося в 1871 р.

Прийнято вважати, що першою легованої сталлю масового виробництва стала Сталь Гадфільда , відкрита англійським металургом Робертом Еббот Гадфільдом в 1882 г ^[5]. Сталь містить 1,0 - 1,5% вуглецю і 12 - 14% марганцю, володіє хорошими ливарними властивостями і зносостійкістю. Без особливих змін хімічного складу ця сталь збереглася до нашого часу.

7.Охарактеризуйте жароміцність і жаротривкість матеріалів енергетичного обладнання.

Жаротри́вкість (жарості́йкість, окалиності́йкість) — хімічна властивість матеріалу, що характеризує його здатність протистояти при високій температурі хімічному руйнуванню, переважно, окисленню.

За ДСТУ 3830-98 для металевих матеріалів:

Жаротривкість — здатність металу чинити опір корозійній дії газів за високих температур^[1] .

Жаротривкість поряд із жароміцністю є основним критерієм придатності даного матеріалу для високотемпературної експлуатації.

Такі властивості мають спеціальні жароміцні й жаростійкі метали й сплави, бетони та композиційні матеріали, що можуть експлуатуватися при температурі 750 °C і вище. Наприклад,платина жаростійка і жароміцна до температури 1473К. Вольфрам жароміцний, але не жаростійкий, бо вже при 773-873К інтенсивно окислюється на повітрі.

Початкова стадія окиснення — чисто хімічний процес, проте, подальший перебіг окиснення — вже складний процес, що полягає не тільки в хімічному з'єднанні кисню і металу, але і удифузії атомів кисню і металу через багатофазний окиснений шар. При щільній плівці швидкість наростання окалини визначається швидкістю дифузії атомів крізь шар окалини, що у свою чергу залежить від температури і будови окисної плівки.

Кількісними характеристиками жаротривкості є:

· збільшення маси випробуваного зразка за рахунок поглинання металом кисню;

· зменшення маси після видалення окалини з поверхні зразка,

віднесені до одиниці поверхні і до часу випробування. Одночасно враховується стан поверхні зразка (виробу), який при однакових кількісних характеристиках може бути якісно різним.

1 234