Вопросы № 1-60 к государственному экзамену по специальности «Физика металлов» (Диффузионные процессы в металлах. Понятие о коэрцитивной силе и методах ее определения для ферромагнетиков)

Вопросы к государственному экзамену по специальности

«Физика металлов»

1. Диффузионные процессы в металлах. Феноменологическая и атомная теории диффузии. Основные законы диффузии. Атомные механизмы диффузии.
2. Коэффициент диффузии и его зависимость от внешних условий. Факторы, влияющие на коэффициент диффузии в сплавах.
3. Основные свойства металлических расплавов (вязкость, плотность, удельное электросопротивление), их температурная зависимость.
4. Кристаллизация металлов. Гомогенная и гетерогенная кристаллизация. Закон Конобеевского. Механизмы роста кристаллов. Кинетика кристаллизации. Две стадии процесса кристаллизации.
5. Кристаллизация реальных сплавов. Высокоскоростная кристаллизация. Особенности литой структуры. Влияние условий кристаллизации на свойства сплавов. Строение стального слитка. Модифицирование.
6. Фазовые превращения в твердом состоянии, их классификация, особенности. Условия гомогенного и гетерогенного зародышеобразования. Роль энергии упругой деформации. Изменение формы частиц по мере их роста.
7. Полиморфизм, теоретическое обоснование возможности его существования. Гистерезис и энергия активации. Полиморфные превращения в железе. Влияние легирования на температуры полиморфных превращений.
8. Мартенситное превращение, его механизм. Основные черты мартенситного превращения. Атермическое и изотермическое превращения, условия их реализации. Отличия в структуре кристаллов, образовавшихся по разным механизмам. Причины высокой прочности мартенсита. Способы уменьшения количества остаточного аустенита.
9. Термоупругое и нетермоупругое мартенситные превращения, их основные черты. Механические эффекты, обусловленные этими превращениями. Эффект памяти формы.
10. Закалка и отпуск сталей, их разновидности. Фазовые и структурные изменения, происходящие при закалке и отпуске.
11. Распад твердых растворов как разновидность фазовых превращений в твердом состоянии. Основные различия между спинодальным и нормальным распадом. Стадии распада: зарождение, рост и коалесценция выделений новой фазы. Метастабильное коллоидное равновесие.
12. Естественное и искусственное старение алюминиевых сплавов. Перестаривание. Изменение свойств при старении. Влияние температуры и времени на процесс старения. Двухступенчатое старение.
13. Влияние элементов внедрения на свойства алюминия: взаимодействие алюминия с водородом, азотом и кислородом. Неметаллические включения в алюминиевых сплавах, их влияние на структуру и свойства отливок. Рафинирование.
14. Пластическая деформация алюминиевых сплавов, ее влияние на структуру и свойства. Возврат и рекристаллизация в деформированных алюминиевых сплавах.
15. Закономерности влияния азота и водорода на свойства железа и его сплавов.
16. Общие закономерности влияния углерода на свойства железа и его сплавов. Причины различия максимальной растворимости углерода в α- и γ-железе. Условия карбидообразования в сталях.
17. Понятие о высокопрочных материалах. Комплекс свойств, которым должны удовлетворять высокопрочные материалы. Надежность, долговечность. Преимущества применения высокопрочных материалов. Характеристика основных механизмов упрочнения металлических материалов.
18. Охарактеризовать основные методы повышения прочности сталей. ТМО, быстрая аустенитизация и деформация мартенсита.
19. Разрушение металлов, его виды. Стадии процесса разрушения, их основные характеристики. Влияние свойств материала и внешних факторов на процесс разрушения. Причины перехода от вязкого разрушения к хрупкому.
20. Фазы внедрения, условия их образования, кристаллическое строение. Природа связей между атомами металла и неметалла в фазах внедрения. Свойства фаз внедрения. Примеры влияния фаз внедрения на свойства сталей.
21. Твердые растворы замещения и внедрения, условия их образования. Изменение параметра решетки. Причины достижения максимального упрочняющего эффекта при образовании твердых растворов внедрения в сталях.
22. Ползучесть, три стадии ползучести, изменения структуры и свойств. Механизмы разрушения при ползучести. Выбор материалов для работы при высоких температурах.
23. Многоцикловая и малоцикловая усталость. Два типа кривых усталости. Механизм усталостного разрушения. Меры предупреждения усталостного разрушения.
24. Основные классы высокопрочных сталей: низкоотпущенные, дисперсионно-твердеющие, ПНП- и ПНД-стали, мартенситно-стареющие. Принципы их легирования и термообработки.
25. Коррозионностойкие (нержавеющие) стали. Принципы их легирования и термообработки.
26. Основные факторы, определяющие качество электротехнической стали. Технологические приемы повышения ее служебных характеристик.
27. Жаропрочность. Жаропрочные стали и сплавы на основе никеля. Требования, предъявляемые к ним. Принципы их легирования и термообработки.
28. Проводниковые сплавы и припои. Состав, свойства, технология производства и обработки, области применения.
29. Сплавы высокого омического сопротивления для резисторов и нагревателей. Состав, свойства, технология производства и обработки, области применения.
30. Инвары. Состав, свойства, особенности приготовления и обработки, области применения.
31. Явление сверхпроводимости, его признаки. Понятие критических магнитных полей и токов. Сверхпроводящие материалы, область их применения.
32. Основные требования, предъявляемые к сталям для изготовления режущего инструмента. Быстрорежущие стали, их состав, свойства. Особенности технологии термообработки быстрорежущей стали Р18.
33. Основные требования к штамповым сталям для холодной и горячей деформации. Состав, технология термообработки.
34. Высокопрочные алюминиевые сплавы. Их состав, технология термической обработки. Технологические факторы, повышающие служебные свойства этих сплавов.
35. Сплавы для поршней двигателей внутреннего сгорания. Комплекс свойств, которым должны удовлетворять поршневые сплавы. Их состав, технология термической обработки.
36. Рельсовая сталь: состав, свойства, технология обработки. Основные критерии надежности и долговечности рельсовой стали.
37. Конструкционные стали, их классификация. Термическая обработка цементуемых и улучшаемых сталей.
38. Рессорно-пружинные и шарикоподшипниковые стали, требования, которым они должны удовлетворять. Состав, свойства, технология их термообработки.
39. Магнитомягкие материалы, их состав, свойства, области применения.
40. Сплавы для постоянных магнитов. Основные требования к ним и методы определения их свойств.
41.  Износостойкие стали и сплавы, требования, предъявляемые к ним. Высокомарганцовистая сталь, наплавочные материалы
42. Дефекты сталей в литом и деформированном состоянии. Причины их появления, способы устранения.
43. Опишите методику проведения рентгенофазового анализа многофазных систем.
44. Какую информацию и каким образом возможно получить, исследуя рентгенографическим и электронно-микроскопическим методами процессы старения?
45. Опишите методы прецизионного определения параметра кристаллической решетки. Какие задачи металловедения базируются на   прецизионном значении параметра решетки?
46. Что такое текстура? Как она влияет на свойства материала? Каким образом можно выявить текстуру и как определить её тип?
47. Опишите методику изучения дислокационной структуры (плотность дислокаций и характер их распределения) рентгенографическим и электронно-микроскопическим методами.
48. Что такое «реплики» и «фольги» в электронно-микроскопическом методе? Как их приготовить и какую информацию возможно получить при их просмотре?
49. Опишите методику рентгенографического исследования закаленной стали и укажите возможности данного метода.
50. Опишите методику определения типа твердого раствора рентгеновским методом.
51. Проведите сравнительный анализ возможностей методов оптической и электронно-оптической микроскопии. Какую информацию дают методы количественной металлографии, какие методики при этом используются?
52. Что такое дилатограммы? Как они получаются? Какую информацию и каким образом можно получить из расчета дилатограмм?
53. Что такое удельное электросопротивление? Как его определяют и какие задачи металловедения решаются, базируясь на его значении?
54. Опишите методы определения количества остаточного аустенита в закаленной стали.
55. Изобразите типы диаграмм растяжения образцов. Какую информацию и каким образом можно получить из испытаний на растяжение?
56. Что такое «диффузия» и «коэффициент диффузии»? Опишите методы определения коэффициента диффузии элемента в твердом растворе.
57.  Перечислите и кратко охарактеризуйте методы, позволяющие изучать процессы старения. Опишите методику, позволяющую определить механизм распада.
58. Опишите методику определения склонности материалов к хрупкому разрушению. Как определяется температура хрупко-вязкого перехода?
59. Перечислите и кратко охарактеризуйте методы определения ферромагнитных свойств и построения петли гистерезиса.
60. Понятие о коэрцитивной силе и методах ее определения для ферромагнетиков. Какие задачи в области металловедения можно решить по результатам определения H_C?