Номер 2, страница 137 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

2. Легирующие добавки (их роль и примеры): ____

Легирующие добавки (легирующие элементы) – это химические элементы, которые целенаправленно вводят в состав расплавленного металла для придания получаемому сплаву определенных свойств (механических, физических, химических). Процесс введения таких добавок называется легированием.

Роль легирующих добавок

Основная роль легирующих добавок заключается в изменении микроструктуры и фазового состава основного металла, что приводит к значительному улучшению его эксплуатационных характеристик. В зависимости от типа добавки и ее концентрации достигаются следующие эффекты:

1. Изменение механических свойств:
- Повышение прочности и твердости. Легирующие элементы, растворяясь в кристаллической решетке основного металла, создают искажения, которые затрудняют движение дислокаций, тем самым упрочняя материал. Также они могут образовывать твердые частицы второй фазы (например, карбиды, нитриды), которые служат дополнительными барьерами для дислокаций.
- Повышение износостойкости. За счет увеличения твердости и образования особо твердых частиц (карбидов вольфрама, ванадия, хрома) сопротивление материала истиранию многократно возрастает.
- Повышение упругости. Элементы, такие как кремний, повышают предел упругости, что важно для пружин и рессор.
- Увеличение вязкости и пластичности. Некоторые элементы, например никель, повышают ударную вязкость и способность материала сопротивляться хрупкому разрушению, в том числе при низких температурах (хладостойкость).

2. Изменение химических свойств:
- Повышение коррозионной стойкости. Хром, никель, медь, введенные в сталь, создают на ее поверхности тонкую, плотную и химически инертную оксидную пленку, которая защищает металл от воздействия агрессивных сред. Так получают нержавеющие стали.
- Повышение жаростойкости и жаропрочности. Жаростойкость (сопротивление окислению при высоких температурах) повышается за счет хрома, кремния, алюминия. Жаропрочность (способность выдерживать механические нагрузки при высоких температурах) повышается благодаря вольфраму, молибдену, ванадию.

3. Придание особых физических свойств:
- Магнитные свойства. Легирование кремнием (электротехнические стали) уменьшает потери энергии при перемагничивании. Сплавы с кобальтом и алюминием (Альнико) используются для создания постоянных магнитов.
- Тепловые свойства. Легирование никелем позволяет создавать сплавы с заданным, в том числе близким к нулю, коэффициентом теплового расширения (например, инвар).

Ответ: Роль легирующих добавок состоит в целенаправленном изменении структуры и свойств металлов для получения материалов с требуемыми характеристиками: повышенной прочностью, твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью или специальными физическими свойствами.

Примеры легирующих добавок и их влияние (на примере сталей)

Хром (Cr) – один из важнейших легирующих элементов. Повышает твердость, прочность и прокаливаемость стали. При содержании более 13% придает стали высокую коррозионную стойкость (нержавеющие стали). Образует очень твердые карбиды, повышая износостойкость. Пример: сталь 40Х, 12Х18Н10Т.

Никель (Ni) – повышает одновременно прочность и пластичность (ударную вязкость) стали, особенно при низких температурах, делая ее хладостойкой. Значительно увеличивает коррозионную стойкость. Является ключевым элементом в аустенитных нержавеющих сталях. Пример: сталь 12Х18Н10Т.

Марганец (Mn) – при содержании свыше 1% считается легирующим элементом. Увеличивает прочность, твердость и износостойкость. Сталь Гадфильда (Г13) с ~13% марганца обладает уникальной способностью упрочняться под действием ударных нагрузок (наклеп).

Кремний (Si) – повышает предел упругости, что делает его незаменимым в рессорно-пружинных сталях. Также увеличивает жаростойкость и кислотостойкость. В электротехнических (трансформаторных) сталях снижает потери на вихревые токи. Пример: сталь 60С2А.

Молибден (Mo) – эффективно повышает прочность, вязкость и, главное, жаропрочность (сопротивление ползучести при высоких температурах). Устраняет отпускную хрупкость сталей. Пример: сталь 30ХМА.

Вольфрам (W) – образует чрезвычайно твердые карбиды. Придает стали красностойкость – способность сохранять высокую твердость и режущие свойства при нагреве до температур красного каления (600–700°C). Основной элемент быстрорежущих сталей. Пример: сталь Р6М5.

Ванадий (V) – сильный карбидообразующий элемент. Способствует измельчению зерна, что повышает прочность и вязкость. Резко увеличивает износостойкость и твердость инструментальных сталей. Пример: сталь ХВГ.

Ответ: Основные легирующие добавки и их примеры: хром (Cr) для нержавеющих сталей; никель (Ni) для повышения вязкости и коррозионной стойкости; вольфрам (W) и молибден (Mo) для жаропрочных и быстрорежущих сталей; кремний (Si) для пружинных сталей; ванадий (V) для повышения износостойкости.