Контрольная работа по «Физические основы соединения конструкционных материалов»

 

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

 

Контрольная работа

 

По дисциплине: «Физические основы соединения конструкционных материалов»

(наименование учебной  дисциплины согласно учебному  плану)

 

 

 

                                                                             

 

 

 

 

Проверил:                                                    ____________                        

                                                                        ^{(подпись)                                                      (Ф.И.О.)}

 

 

                                                                                                           Дата: __________________

 

 

 

 

Санкт- Петербург

2013 г.

 

Нио́бий — элемент побочной подгруппы пятой группы пятого периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева,атомный номер 41. Обозначается символом Nb (лат. Niobium). Простое вещество ниобий (CAS-номер: 7440-03-1) — блестящий металлсеребристо-серого цвета.

Ниобий — блестящий серебристо-серый металл с кубической объемноцентрированной кристаллической решеткой типа α-Fe, а = 0,3294 нм.

41 Цирконий ← Ниобий → Молибден V  ↑  Nb  ↓  Ta 41Nb
Внешний вид простого вещества
Блестящий металл серебристо-белого цвета; покрывается желтоватой оксидной пленкой
Свойства атома
Имя, символ, номер	Нио́бий / Niobium (Nb), 41
Атомная масса  (молярная масса)	92,90638 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d4 5s1
Радиус атома	146 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	164 пм
Радиус иона	(+5e)69 пм
Электроотрицательность	1,6 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	5, 4, 3, 2, 1
Энергия ионизации  (первый электрон)	663,6(6,88) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	8,57 г/см³
Температура плавления	2741 K
Температура кипения	5015 K
Теплота плавления	26,8 кДж/моль
Теплота испарения	680 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,44[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	10,8 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая  объёмноцентрированая
Параметры решётки	3,301 Å
Температура Дебая	275 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 53,7 Вт/(м·К)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хром — элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, сатомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium).Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металлголубовато-белого цвета.

24 Ванадий ← Хром → Марганец Cr  ↓  Mo 24Cr
Внешний вид простого вещества
Твёрдый металл голубовато-белого цвета
Свойства атома
Имя, символ, номер	Хром / Chromium (Cr), 24
Атомная масса  (молярная масса)	51,9961 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d5 4s1
Радиус атома	130 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	118 пм
Радиус иона	(+6e)52 (+3e)63 пм
Электроотрицательность	1,66 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	-0.74
Степени окисления	6, 3, 2, 0
Энергия ионизации  (первый электрон)	652,4 (6,76) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	7,19 г/см³
Температура плавления	2130 K
Температура кипения	2945 K
Теплота плавления	21 кДж/моль
Теплота испарения	342 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	23,3[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	7,23 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая  объёмноцентрированая
Параметры решётки	2,885 Å
Температура Дебая	460 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 93,9 Вт/(м·К)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Для предложенной пары металлов (Nb  Cr) указать электронную структуру атомов, тип кристаллической решетки. Значения физических параметров.
2. На основе предложенной диаграммы состояния оценить уровень свариваемости при сварке плавлением и давлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) Т.к. кромки непрерывно оплавляются дугой, состав сварочной ванны неоднороден: 50/50 в средней части, вблизи левой кромки сечения (1) в расплаве содержится больше атомов Nb (атомов Cr примерно 5%), соответственно вблизи правой кромки в сечении (2) в расплаве больше атомов Cr (примерно 95%).

Кристаллизация расплава (1) начнется с выпадения кристаллов α-твердого раствора Cr  в ниобии, оставшаяся между ними жидкость кристаллизуется в эвтектику. На кромке Cr кристаллизация расплава (2) начинается с выпадения кристаллов β-твердого раствора Nb в хроме, оставшаяся жидкость так же кристаллизуется в эвтектику.

В целом сварное соединение представляет собой плавное чередование  структур:

Nb| α → α + Э₁ → Э₁ → Э₁ + γ → δ + Э₂ → Э₂ → Э₂ + β → β |Cr

2)Сварка давлением

 

Возможность сварки давлением  появляется в случае когда металлы  Nb и Cr частично растворяются друг в друге образуя ограниченные твердые растворы α и β и особенно улучшается если интермиталид NbCr₂ тоже образует ограниченные твердые растворы γ- с металлом Nb, δ- с металлом Cr.