5 заданий, вариант 3. Опишите виды твердых растворов. Приведите примеры. Дайте определение твердости. Какими методами измеряют твердость металлов и сплаво.

1. Опишите виды твердых растворов. Приведите примеры. В жидком состоянии большинство металлических сплавов, применяемых в технике, представляет собой однородные жидкости, т.е. жидкие растворы. При переходе в твердое состояние, во многих таких сплавах однородность сохраняется, следовательно, сохраняется и растворимость. Твердая фаза, образующаяся в результате кристаллизации такого сплава, называется твердым раствором. Твердыми растворами являются многие металлические сплавы и неметаллические системы - минералы, стекла, полупроводники, ферриты. Строение твердых растворов на основе одного из компонентов сплава таково, что в решетку основного металла-растворителя входят атомы растворенного вещества. Здесь возможны два случая: 1. Твердые растворы замещения. Металл А имеет, например, решетку, изображенную на рис.1.а. Растворение компонента В в металле А происходит путем частичного замещения атомов А атомами В в решетке основного металла (рис.1.б). 2. Твердые растворы внедрения. Атомы растворенного вещества С располагаются между атомами А, как это схематически показано на рис.1.в. Классический пример - растворы неметаллов H, N, С, О в металлах. Рис.1. Кристаллическая решетка о.ц.к.: а - чистый металл; б - твердый раствор замещения; в - твердый раствор внедрения При образовании растворов внедрения и замещения атомы растворенного компонента распределяются в решетке растворителя беспорядочно. При образовании твердого раствора сохраняется решетка одного из элементов и этот элемент называется растворителем. Атомы растворенного вещества искажают и изменяют средние размеры элементарной ячейки растворителя. При образовании твердых растворов замещения периоды решетки изменяются в зависимости от разности атомных диаметров растворенного элемента и растворителя. Если атом растворенного элемента больше атома растворителя, то элементарная ячейка решетки увеличивается, если меньше, то сокращается. В первом приближении это изменение пропорционально концентрации растворенного компонента, выраженной в атомных процентах; однако отклонения от линейной зависимости бывают иногда довольно значительными. Изменение параметров решетки при образовании твердых растворов - весьма важный момент, определяющий изменение свойств. В общем независимо от вида металла относительное упрочнение при образовании твердого раствора пропорционально относительному изменению параметров решетки, причем уменьшение параметра решетки ведет к большему упрочнению, чем ее расширение. Твердые растворы замещения могут быть ограниченные и неограниченные. При неограниченной растворимости любое количество атомов А может быть заменено атомами В. Следовательно, если увеличивается концентрация атомов В, то все больше и больше атомов В будет находиться в узлах решетки вместо атомов А до тех пор, пока все атомы А не будут заменены атомами В и, таким образом, как бы плавно совершится переход от металла А к металлу В. Это, конечно, возможно при условии, если оба металла имеют одинаковую кристаллическую структуру, т.е. оба компонента являются изоморфными.

1. Опишите виды твердых растворов. Приведите примеры. 3 2. Дайте определение твердости. Какими методами измеряют твердость металлов и сплавов? Опишите их 5 3. Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правил фаз) для сплава, содержащего 2,2% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется? 9 4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 150 НВ. Укажите, как этот режим называется, и какая структура получается в данном случае 11 5. С помощью диаграммы состояния железо-цементит обоснуйте выбор режима термической обработки, применяемой для устранения цементитной сетки в заэвтектоидной стали. Дайте определение выбранного режима обработки и опишите превращения, которые происходят при нагреве и охлаждении. 13 Список литературы 15

1. Золотаревский В.С. Механические свойства металлов.–М.: Металлургия. 1983. – 352 с.
2. Материаловедение: учебник для вузов// Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. 3-е издание – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 648 С.
3. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В. и др. –М.: Металлургия, 1987. – 800 с.
4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.– М.: Машиностроение. 1990. – 528 с.