Исследование диода. Контрольная работа 1 Вариант 86 Содержание Вопрос 4

• Название: Контрольная работа 1 Вариант 86 Содержание Вопрос 4
• Анкор: Исследование диода
• Дата: 23.11.2020
• Размер: 329.57 Kb.
• Имя файла: 1-86.docx
• Тип: Контрольная работа; #153025

Контрольная работа №1

Вариант 86

Содержание:

Вопрос: 4

Идеальная кристаллическая решетка представляет собой многократное повторение элементарных кристаллических ячеек. Для реального металла характерно наличие большого количества дефектов строения, нарушающих периодичность расположения атомов в кристаллической решетке. Эти дефекты оказывают существенное влияние на свойства материала. 4

Различают три типа дефектов кристаллического строения: точечные, линейные и поверхностные. 4

Точечные дефекты 4

Точечные дефекты характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях. Величина их не превышает нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся: а) свободные места в узлах кристаллической решетки — вакансии (дефекты Шоттки); б) атомы, сместившиеся из узлов кристаллической решетки в межузельные промежутки — дислоцированные атомы (дефекты Френкеля); в) атомы других элементов, находящиеся как в узлах, так и в междоузлиях кристаллической решетки — примесные атомы. 4

Точечные дефекты образуются в процессе кристаллизации под воздействием тепловых, механических, электрических воздействий, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами. 4

Вакансии и дислоцированные атомы могут появляться вследствие тепловых движений атомов. В характерных для металлов решетках энергия образования дислоцированных атомов значительно больше энергии образования тепловых вакансий. Поэтому основными точечными дефектами в металлах являются тепловые вакансии. При комнатной температуре концентрация вакансий сравнительно невелика и составляет около 1 на 1018 атомов, но резко повышается при нагреве, особенно вблизи температуры плавления. Точечные дефекты не закреплены в определенных объемах металла, они непрерывно перемещаются в кристаллической решетке в результате диффузии. 4

Присутствие вакансий объясняет возможность диффузии — перемещения атомов на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния для данного металла. Перемещение атомов осуществляется путем обмена местами с вакансиями. Различают самодиффузию и гетеродиффузию. В первом случае перемещения атомов не изменяют их концентрацию в отдельных объемах, во втором — сопровождаются изменением концентрации. Гетеродиффузия характерна для сплавов с повышенным содержанием примесей. 4

Точечные дефекты приводят к локальным изменениям межатомных расстояний и, следовательно, к искажениям кристаллической решетки. При этом увеличивается сопротивление решетки дальнейшему смещению атомов, что способствует некоторому упрочнению кристаллов и повышает их электросопротивление. 5

Вакансии, дислоцированные атомы и другие точечные дефекты обнаружены при исследовании металлов с помощью автоионного микроскопа, дающего увеличение свыше 106 раз. 5

Задача 6

Литература: 9

Вопрос:

Какие дефекты строения кристаллов относятся к точечным? Опишите их сущность

Ответ:

Идеальная кристаллическая решетка представляет собой многократное повторение элементарных кристаллических ячеек. Для реального металла характерно наличие большого количества дефектов строения, нарушающих периодичность расположения атомов в кристаллической решетке. Эти дефекты оказывают существенное влияние на свойства материала.

Различают три типа дефектов кристаллического строения: точечные, линейные и поверхностные.

Точечные дефекты

Точечные дефекты характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях. Величина их не превышает нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся: а) свободные места в узлах кристаллической решетки — вакансии (дефекты Шоттки); б) атомы, сместившиеся из узлов кристаллической решетки в межузельные промежутки — дислоцированные атомы (дефекты Френкеля); в) атомы других элементов, находящиеся как в узлах, так и в междоузлиях кристаллической решетки — примесные атомы.

Точечные дефекты образуются в процессе кристаллизации под воздействием тепловых, механических, электрических воздействий, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами.

Вакансии и дислоцированные атомы могут появляться вследствие тепловых движений атомов. В характерных для металлов решетках энергия образования дислоцированных атомов значительно больше энергии образования тепловых вакансий. Поэтому основными точечными дефектами в металлах являются тепловые вакансии. При комнатной температуре концентрация вакансий сравнительно невелика и составляет около 1 на 1018 атомов, но резко повышается при нагреве, особенно вблизи температуры плавления. Точечные дефекты не закреплены в определенных объемах металла, они непрерывно перемещаются в кристаллической решетке в результате диффузии.

Присутствие вакансий объясняет возможность диффузии — перемещения атомов на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния для данного металла. Перемещение атомов осуществляется путем обмена местами с вакансиями. Различают самодиффузию и гетеродиффузию. В первом случае перемещения атомов не изменяют их концентрацию в отдельных объемах, во втором — сопровождаются изменением концентрации. Гетеродиффузия характерна для сплавов с повышенным содержанием примесей.

Точечные дефекты приводят к локальным изменениям межатомных расстояний и, следовательно, к искажениям кристаллической решетки. При этом увеличивается сопротивление решетки дальнейшему смещению атомов, что способствует некоторому упрочнению кристаллов и повышает их электросопротивление.

Вакансии, дислоцированные атомы и другие точечные дефекты обнаружены при исследовании металлов с помощью автоионного микроскопа, дающего увеличение свыше 106 раз.

Задача

Исходные данные:

Количество углерода в исследуемом сплаве – 0,8%

Температура 650 ⁰С

На рисунке 1 показана диаграмма Fe-Fe₃C и кривая охлаждения исследуемого сплава.

С п л а в – эвтектоидная сталь (С = 0,8 %).

Кристаллизация сплава начинается при температуре, соответствующей точке 1, и заканчивается в точке 2 с образованием аустенита. До температуры критической точки S (727 °С) сталь не претерпевает никаких фазовых превращений.

При температуре 727 °С (точка S) во всем объеме аустенита начинается эвтектоидное превращение, которое подчиняется общим законам кристаллизации и происходит путем образования центров кристаллизации феррита и цементита с последующим ростом кристаллов этих фаз.

В связи с тем, что углерод в аустените распределен неравномерно (наличие флуктуаций), появление центров кристаллизации существенно облегчается. При этом ведущей фазой при превращении является цементит, зародыши которого возникают по границам зерен аустенита. Зародыши зерен цементита растут в форме тонких пластин, направленных вглубь зерен аустенита. Для роста пластинки цементита необходимо, чтобы к ней диффундировал углерод из соседних участков. В результате аустенит, расположенный около пластинки, обедняется углеродом, перестраивается решетка (Fe_g ↔ Fe_a), и в результате этого создаются условия для образования феррита. Следовательно, по обе стороны пластинки цементита растут пластинки феррита (рис. 1 а).

Рис. 1. Схема образования перлита: а – образование первого зерна; б – образование следующего зерна
Рост пластинки феррита ввиду малой растворимости в ней углерода приводит к вытеснению излишков последнего в соседние участки аустенита, где образуется новая пластинка цементита. Семейство пластинок феррита и цементита составляет зерно перлита. Граница зерна перлита сама становится поверхностью, от которой начинается формирование второго зерна (рис. 1, б). Значит, в пределах одного аустенитного зерна могут образовываться несколько перлитных зерен.

Рис. 2. Структура перлита, × 1000

В результате превращения аустенита в перлит образовавшийся феррит содержит углерода 0,02 % (соответствующее точке Р, рис. 2). При дальнейшем охлаждении эвтектоидной стали такое количество углерода в феррите содержаться не может из-за ограниченной растворимости (линия QP). Поэтому излишки углерода, выделяясь из феррита, способствуют образованию цементита третичного. Этот цементит в структуре стали виден не будет, так как он присоединяется к цементиту, входящему в состав перлита. Таким образом, после полного охлаждения структура эвтектоидной стали (С = 0,8 %) будет состоять только из перлита:
П(Ф + Ц_II). Структура перлита приведена на рис. 2, из которого видно пластинчатое строение смеси феррита и цементита.

Толщина пластинок феррита и цементита не одинакова. Пластинки феррита толще пластинок цементита в среднем в 7,5 раз. Очень важной характеристикой перлита служит межпластинчатое расстояние, которое равно суммарной толщине соседних пластин феррита и цементита или расстоянию между ближайшими пластинками одной фазы. При медленном охлаждении образуется крупнопластинчатый перлит с межпластинчатым расстоянием 0,5…1,0 мкм. При увеличении скорости охлаждения образуется более тонкопластинчатый перлит.

С уменьшением толщины пластин феррита и цементита увеличиваются твердость и прочность стали. Изменяя скорость охлаждения, можно получать перлит разной дисперсности, регулируя свойства стали в широком диапазоне.

В точке заданной температуры химический состав сплава состоит из:







Рис. 3. диаграмма Fe-Fe₃C и кривая охлаждения исследуемого сплава

Литература:

1. Материаловедение и технология конструкционных материалов: практикум/ Э.Г. Бабенко [и др.] Хабаровск: Изд-во ДВГУПС. 2012 – 160 с.: ил.

2. Конструкционные материалы для деталей технических устройств железнодорожного транспорта: учеб. пособие / Э.Г. Бабенко - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС. 2014 – 223 с.: ил.