Шпаргалка по "Физике"

Процессы  сдвига, происходящие при деформировании металла, рождают множество экстраплоскостей, т. е. резко увеличивают количество дислокаций. Если в недеформированном металле плотность дислокаций р обычно составляет 10⁶...10⁸ см^-2, то при степенях деформации e>80...90 % r»10¹¹...10¹² см^-2. Значительно возрастает количество точечных и поверхностных дефектов (вакансий, межузельных атомов, границ и блоков). Такое увеличение числа дефектов решетки (в первую очередь дислокаций) затрудняет дальнейшее скольжение дислокаций, повышает сопротивление металла сдвигу, т. е. его прочность (см. раздел 1.3). Упрочнение металла под действием пластической деформации называется наклепом или нагартовкой. С другой стороны, ограничение подвижности дислокаций уменьшает способность металла к пластической деформации, т. е. снижает его пластичность.

13билет

 1)Действие центра симметрии- Центр симметрии (центр инверсии) − это некая воображаемая точка внутри кристаллической решетки, характеризующаяся тем, что любая прямая, проведенная через нее, встречает идентичные друг другу узлы решетки на равных расстояниях от центра. Симметричное преобразование в центре симметрии − это зеркальное отражение кристаллической решетки в точке. Обозначается центр симметрии буквой C.Поворотные оси симметрии представляют собой прямые линии, при повороте вокруг которых на некоторый определенный угол кристаллическая решетка совмещается сама с собой.  По формуле симметрии поворотные оси обозначают буквами , где n - порядок оси, который может принимать значения только 1; 2; 3; 4; 6. Порядок оси симметрии n показывает, сколько раз решетка совместится сама с собой при полном повороте вокруг этой оси. Таким образом, поворотные оси определяют вращение вокруг них на углы  (первый порядок), 2p/2 (второй порядок), 2p/3 (третий порядок), 2p/4 (четвертый порядок), 2p/6 (шестой порядок), которое приводит к совмещению решетки с самой собой. Геометрические обозначения поворотных осей различных порядков приведены в табл. 1.3. Следует особо отметить, что в кристаллах невозможны оси симметрии 5-го порядка и порядка, большего чем 6. Это ограничение связано с тем, что в кристаллическом состоянии вещество представляет собой систему материальных частиц, симметрично повторяющихся в пространстве. Такие симметричные ряды, непрерывно заполняющие пространство, несовместимы с осями 5-го, 7-го и других порядков. Доказательство этого утверждения можно обнаружить в любом учебнике по кристаллографии. Плоскости зеркального отражения  делят фигуру на две части, расположенные друг относительно друга как предмет и его зеркальное отражение. В интернациональной системе плоскость зеркального отражения принято обозначать  символом m или P по формуле симметрии.Совокупностью P, C, , , ,  (табл. 1.3) исчерпываются все возможные точечные операции симметрии первого рода. Точечные операции симметрии второго рода представляют собой совместное действие двух операций симметрии: вращение и инверсия в центре симметрии или вращение и отражение в плоскости симметрии.Инверсионная ось симметрии представляет собой сочетание поворота вокруг оси вращения на угол  с одновременным отражением в центре симметрии.Имеются инверсионные оси первого, второго, третьего, четвертого и шестого порядка (обозначения в международной символике −                                    ). Инверсионная ось первого порядка      эквивалентна центру симметрии C, а второго           – плоскости симметрии P. Инверсионная ось      всегда одновременно является поворотной осью           (но не наоборот). Инверсионная ось           может рассматриваться как совокупность отдельно действующих оси         и центра инверсии C.

2) Характеристика основных фаз в сплавах

 Чистые  металлы обычно имеют низкую  прочность и невысокие технологические  свойства. В технике применяют  сплавы. Сплавами называют сложные  материалы, полученные сплавлением  нескольких компонентов. Компонентами  сплавов могут быть металлы,  неметаллы и химические соединения. В зависимости от числа компонентов  сплавы могут быть двойные,  тройные и т. д. При физико-химическом  взаимодействии компоненты образуют  фазы, число и тип которых характеризуют состояние сплава.

Фаза –  однородная часть сплава, характеризующаяся  определенным составом, типом кристаллической  решетки и отделенная от других частей поверхностью раздела. В зависимости  от количества фаз сплавы могут одно- двух- и многофазными. В жидком состоянии  компоненты сплава обычно не ограничено растворяются друг в друге, образуя  жидкие растворы. В твердом состоянии  компоненты могут образовывать: твердые  растворы, механические смеси, химические соединения.

^ Механические  смеси. Если элементы, входящие  в состав сплава, при затвердевании  из жидкого состояния не растворяются  друг в друге и не взаимодействуют,  то образуется механическая смесь  ( олово – свинец, алюминий –  медь). В механических смесях существуют  два типа кристаллических решеток.

^ Химические  соединения по структуре представляют  однородные твердые тела, свойства  их отличаются от свойств элементов  их образующих, имеют постоянную  температуру плавления, их состав  выражается стехиометрической пропорцией  в виде простой формулы АmВn. Различают химические соединения  двух типов: металл – неметалл  и металл – металл. К химическим  соединениям металлов с неметаллами  относят фазы с ионным типом  связи: сульфиды, оксиды, фосфиды,  и фазы внедрения: карбиды,  нитриды, бориды и гидриды.  К системе металл – металл  относятся электронные соединения. Электронные соединения образуются  между одновалентными металлами  (медь, серебро, литий) или металлами  переходных групп (железо, марганец, кобальт), с одной стороны, и  металлами с валентностью от 2 до 5 (алюминий, бериллий, магний, цинк) с другой стороны. Электронные  соединения являются фазами переменного  состава. Соединения этого типа  имеют определенную электронную  концентрацию, т. е. определенное  соотношение числа валентных  электронов к числу атомов: 3/2 – обычно имеют ОЦК решетку,  относятся CuZn, CuBe, Cu3Al; 21/13 – имеют  сложную кубическую решетку Cu5Zn8, Co5Zn21, Fe5Zn21; 7/4 – с гексагональной  решеткой CuZn3, Cu3Sn2, Cu3Si. Электронные соединения  характерны для медных сплавов  (латуней и бронз).

^ Твердые  растворы – один из компонентов  (растворитель) сохраняет свою кристаллическую  решетку, а атомы других (растворяемых) компонентов располагаются в  его решетке искажая ее. Твердые  растворы могут быть двух типов:  замещения и внедрения. Твердые  растворы замещения имеют более  упорядоченную структуру и по  своим свойствам ближе к химическим  соединениям; могут быть неограниченной  растворимости. В твердых растворах  внедрения растворимость ограничена.

^ Правило  фаз Гиббса. Закономерности существования  устойчивых фаз в условиях  равновесия определяются правилом  фаз Гиббса. Правило фаз, устанавливая  количественную зависимость между  числом фаз Ф, количеством компонентов  К и числом степеней свободы  С, дает возможность предсказать  процессы, проходящие в сплавах  при нагреве и охлаждении, и  определить число фаз в системе  при данных условиях. Правило  фаз выражается следующим уравнением: С = К + Р – Ф.

 Под числом  степеней свободы, или вариантностью  системы, понимают число внешних  Р ( температура, давление) и внутренних (концентрация) факторов, которые можно  изменять без изменения числа  фаз, находящихся в равновесии. Для металлических сплавов внешним  фактором является только температура,  поэтому правило фаз: С = К + 1 – Ф.

 Вариантность  не может быть отрицательной,  поэтому для равновесия металлических  сплавов необходимо, чтобы в их  структуре число фаз не превышало  число компонентов более, чем  на 1.

 В случае  кристаллизации чистого металла,  когда имеются две фазы (жидкая  и твердая), число степеней свободы  равно 0, т.е. система инвариантна  и обе фазы находятся в равновесии  при строго определенной температуре.  Чистый металл в жидком состоянии  имеет число степеней свободы  1 (моновариантная система) т.е.  имеется возможность изменять  в определенных пределах температуру без изменения числа фаз.

 Из правила  фаз следует, что в двойных  системах число одновременно  существующих фаз не может  быть более 3. При большем сплав  не будет находится в равновесном  сост

14билет

1) Действие простой поворотной оси симметрии.Простые поворотные оси обозначаются в тексте соответствующей цифрой ( в данном примере 4); у винтовых осей рядом с цифрой ставится еще внизу индекс, указывающий перенос в долях трансляции. Простая поворотная ось симметрии - прямая линия, при повороте вокруг которой на долю окружности, равную 1 / / г, где п - порядок оси, фигура совмещается сама с собой всеми своими точками. Кроме простых поворотных осей различают еще зеркально-поворотные оси, сочетающие одновременно действие поворота около оси на долю окружности 1 / п и отражение в перпендикулярной ей плоскости. В пространственной решетке невозможны простые поворотные оси 5-го и выше 6-го порядков.

На рис. 103 а сопоставлено действие простой  поворотной оси 2 и винтовой оси второго  порядка 2г для частного случая, когда  ось лежит в плоскости чертежа. Действие винтовой оси 2г заключается  в повороте на 180 с последующим  переносом вдоль оси на величину t / 2, где t - элементарная трансляция вдоль оси. Следует отметить, что в одном отношении простые поворотные оси отличаются от всех остальных элементов симметрии. На рис. 1.13 и 1.14 можно видеть, что действие оси вращения приводит к положению монеты, которое может быть наложено на исходное. Все остальные элементы симметрии способствуют возникновению зеркального изображения исходной монеты. Именно поэтому нельзя использовать настоящие монеты для иллюстрации элементов - все настоящие монеты делаются в одной энантиоморфной форме. Предположим, что цифры представляют собой реальные молекулы, и рассмотрим действие молекул на плоско-поляризованный свет. Как известно, если молекула не обладает симметрией, она вращает плоскость поляризации света. Теперь остается согласовать элементы симметрии всех четырех типов:  простые поворотные оси, инверсионные и винтовые юси и плоскости скользящего отражения - с соответствующими решетками. С первой решеткой Бравэ на рис. 2.7 ( триклинная решетка) совместимы только оси симметрии 1 и 1; первая не вносит в решетку какой-либо симметрии, вторая делает решетку центоосимметричной. Наиболее высокая симметрия, совместимая с решетками 2 и 3, имеющими два угла между осями по 90 и один угол Р ( отсюда название моноклинные), соответствует наличию осей 2 или 2, совпадающих с осью Ъ решетки. Это может быть зеркальная плоскость ( т или иначе 2) или плоскость скользящего отражения. Найдено, что всего существует 14 видов трехмерной симметрии ( пространственных групп), соответствующих этим двум моноклинным решеткам. Было установлено, что существует всего 230 пространственных групп. Этот тип симметрии определяется заданием зеркально-поворотной ( главной) оси четного порядка 2л ( она же -  простая поворотная ось порядка п) и системы п продольных пересекающихся по главной оси плоскостей симметрии. Различие с точечными группами состоит в том, что теперь необходимо, во-первых, учитывать пространственное положение элементов - центра, осей и плоскостей симметрии, а во-вторых, отличать простые поворотные оси от винтовых и зеркальные плоскости от скользящих.Простая поворотная ось симметрии - прямая линия, при повороте вокруг которой на долю окружности, равную 1 / / г, где п - порядок оси, фигура совмещается сама с собой всеми своими точками. Кроме простых поворотных осей различают еще зеркально-поворотные оси, сочетающие одновременно действие поворота около оси на долю окружности 1 / п и отражение в перпендикулярной ей плоскости.

2) Твердые растворы замещения.

Твердые растворы замещения могут быть с ограниченной и неограниченной растворимостью. В  твердых растворах с ограниченной растворимостью концентрация растворенного  компонента возможна до определенных пределов.В твердых растворах с неограниченной растворимостью возможна любая концентрация растворенного компонента (от 0 до 100%). Твердые растворы с неограниченной растворимостью образуются при соблюдении следующих условий: 1) у компонентов должны быть однотипные кристаллические решетки; 2) различие в атомных радиусах компонентов не должно превышать для сплавов на основе железа 9%, а для сплавов на основе меди 15%; 3) компоненты должны обладать близостью физико-химических свойств. Однако соблюдение этих свойств не всегда приводит к образованию твердых растворов замещения с неограниченной растворимостью. На практике, как правило, образуются твердые растворы с ограниченной растворимостью.Твердые растворы внедрения могут быть только с ограниченной концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки.

Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью на основе компонентов: Ag и Au, Ni и Cu, Mo и W, V и Ti, и т.д.

Твердые растворы замещения с ограниченной растворимостью на основе компонентов: Al и Cu, Cu и Zn, и  т.д.

Твердые растворы внедрения: при растворении в  металлах неметаллических элементов, как углерод, бор, азот и кислород. Например: Fe и С.

Искажения кристаллической  решетки

в твердых  растворах замещения:

15билет

1)Действие инверсионной оси симметрии: Инверсионная ось симметрии представляет собой сочетание оси вращения и одновременного отражения ( инверсии) в центре симметрии.Инверсионная ось симметрии обозначается в интернациональной системе числом, отвечающим порядку оси, со знаком минус наверху. Инверсионной осью симметрии называется прямая линия, при повороте вокруг которой на элементарный угол с последующим отражением в центральной точке фигуры, как в центре инверсии, фигура совмещается сама с собой. Элементарным углом поворота инверсионной оси симметрии называется наименьший угол, на который надо повернуть фигуру вокруг оси, чтобы после отражения в центральной точке фигура совместилась сама с собой. Что называется инверсионной осью симметрии. Преобразование с помощью инверсионных осей симметрии можно рассчитать, произведя последовательно поворот вокруг оси симметрии и отражение в центре инверсии. При наличии двух инверсионных осей симметрии присутствует равнодействующая их простая ось симметрии, проходящая через точку пересечения первых двух осей. Плоскость, проходящая вдоль четной инверсионной оси симметрии, приводит к появлению оси 2-го порядка, перпендикулярной инверсионной оси и проходящей по биссектрисе угла между плоскостями. Бравэ, обладают инверсионной осью симметрии 4-го порядка, поворотной осью симметрии 3-го порядка и плоскостью симметрии. В некоторых обозначениях пространственных групп, например Р6 / / п, встречается наклонная черта; она означает перпендикулярность тех элементов симметрии, между которыми стоит. Виды симметрии обозначают аналогично, только число элементов симметрии, общих для кристаллов, одного вида будет меньше, и в обозначениях их будет указано также меньше.