Номер 10, страница 75 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 10. Металлическая химическая связь - номер 10, страница 75.

Условие.

10. Что называют закалкой металлов? Для чего используют этот процесс в технике? Выскажите предположение, изменяется ли при закалке тип кристаллической решётки металла.

Решение.

Решение 2.

Что называют закалкой металлов?

Закалкой металлов (чаще всего сталей и других сплавов) называют процесс термической обработки, который заключается в нагреве металла до температуры выше критической (температуры фазовых превращений), выдержке при этой температуре для завершения структурных изменений, а затем быстром охлаждении. Скорость охлаждения должна быть выше критической, чтобы предотвратить распад высокотемпературной фазы (например, аустенита в стали) на равновесные структуры, которые образуются при медленном охлаждении. В результате закалки формируется неравновесная, метастабильная структура (например, мартенсит), которая придает металлу новые механические свойства.

Ответ: Закалка – это термообработка, состоящая из нагрева сплава выше критической точки с последующим быстрым охлаждением для получения неравновесной структуры с повышенной твёрдостью.

Для чего используют этот процесс в технике?

В технике закалку используют для существенного повышения твёрдости, прочности и износостойкости металлических изделий. Это критически важно для деталей, которые в процессе эксплуатации подвергаются высоким нагрузкам, трению и износу. Примерами таких изделий являются режущие и штамповые инструменты (свёрла, фрезы, резцы), детали машин и механизмов (зубчатые колёса, валы, пружины), измерительные инструменты, для которых важна стабильность размеров и высокая износостойкость, а также элементы оружия и брони. Однако, повышение твёрдости при закалке сопровождается увеличением хрупкости и внутренних напряжений, поэтому почти всегда после закалки проводят дополнительную операцию – отпуск, который снижает хрупкость, сохраняя при этом высокую твёрдость.

Ответ: В технике закалку используют для повышения твёрдости, прочности и износостойкости деталей машин, инструментов и других изделий.

Выскажите предположение, изменяется ли при закалке тип кристаллической решётки металла.

Да, при закалке тип кристаллической решётки металла изменяется, и именно это изменение лежит в основе эффекта упрочнения. Рассмотрим это на примере углеродистой стали.
1. В исходном, отожжённом состоянии при комнатной температуре сталь имеет структуру феррита с объёмно-центрированной кубической (ОЦК) решёткой и цементита.
2. При нагреве для закалки (выше 727°C) структура стали преобразуется в аустенит, который имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую решётку. Эта решётка способна растворять в себе значительно больше углерода, чем феррит.
3. При последующем быстром охлаждении (собственно закалке) атомы углерода не успевают выйти из решётки и сформировать карбиды (цементит). Происходит так называемое бездиффузионное превращение. ГЦК-решётка аустенита пытается перестроиться в ОЦК-решётку феррита, но застрявшие в ней атомы углерода искажают её, превращая в объёмно-центрированную тетрагональную (ОЦТ) решётку. Эта новая структура называется мартенситом.
Таким образом, происходит переход от гранецентрированной кубической решётки (аустенит) к объёмно-центрированной тетрагональной (мартенсит). Именно высокая степень искажения кристаллической решётки и внутренние напряжения делают мартенсит очень твёрдым и прочным.

Ответ: Да, при закалке тип кристаллической решётки металла изменяется (например, в стали гранецентрированная кубическая решётка аустенита превращается в объёмно-центрированную тетрагональную решётку мартенсита).