Контрольная работа по "Химии"

Вариант №5

1. Какие минералы образуются в зоне окисления сульфидных руд?
2. Назовите промышленные минералы руд вольфрама и дайте им краткую характеристику. Пример месторождений.
3. Что такое аллотропическое превращение?
4. Структура легированной стали?

 

1. Какие минералы образуются в зоне окисления сульфидных руд?

 
 

2)  Назовите  промышленные минералы руд вольфрама  и дайте им краткую характеристику. Пример месторождений.

Вольфрамовые  руды - природные минеральные образования, содержащие вольфрам в таких соединениях и концентрациях, при которых их промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно.  Известно более 20 минералов вольфрама. Из них промышленное значение имеют лишь минералы группы вольфрамита (74-76% WO3) и шеелит (80% WO3).

 

 

3) Что такое аллотропическое превращение?

Многие  металлы при изменении температуры  меняют тип кристаллической решетки. К таким металлам относятся железо, кобальт, титан, марганец, олово и  некоторые другие, в частности  редкоземельные металлы. Способность  металла менять тип кристаллической  решетки с изменением температуры называется аллотропией. Одновременно с изменением типа кристаллической решетки меняются и свойства металла. Этим явлением широко пользуются в технике для придания металлам требуемых свойств.   Многие металлы в твердом состоянии при изменении температуры могут существовать в разных кристаллографических формах. Это явление называют полиморфизмом или аллотропией, а процесс - полиморфным или аллотропическим превращением.

   Температура, при которой происходит какое-либо превращение в металле (например, переход из жидкого состояния в твердое), называется критической, а точки, обозначающие начало и конец этого превращения – критическими . В реальных условиях в процессе кристаллизации металл обычно остается жидким ниже теоретической температуры затвердевания и процесс кристаллизации начинается при температуре переохлаждения.

   Полиморфные модификации обозначают греческими буквами, которые в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Превращение одной модификации в другую при нагреве чистого металла сопровождается поглощением тепла, а при охлаждении- выделением тепла. Полиморфные превращения металлов протекают в том случае, если при данной температуре этот металл может существовать с иной кристаллической решеткой и меньшим запасом свободной энергии. Температура, при которой происходит переход одной полиморфной модификации в другую, называется температурой полиморфного превращения.

   Процесс полиморфного превращения протекает  при постоянной температуре. Так, железо имеет две температуры полиморфного превращения: 911 и 1392 °С. Ниже 911 °С железо существует в форме Fea. При 911 °С объемно-центрированная решетка Fea переходит в гранецентрированную решетку Fev, которая при 1392 °С вновь переходит в объемно-центрированную решетку Fea. Высокотемпературная решетка обозначается Feo.

   Олово имеет две аллотропические модификации  р и а. Обычное белое олово - р-модификация - устойчиво при температурах выше 18 °С. При низких температурах белое олово переходит в серое - а-модификацию, превращаясь в мелкий порошок вследствие больших объемных изменений (плотность белого олова 7300 кг/м3, серого - 5800 кг/м3). Это явление называют «оловянной чумой». Переход р-модификации в а-модификацию происходит при охлаждении до температуры ниже -20 °С.

   Переход из одной аллотропической формы  в другую обусловливает изменение  физико-механических свойств металла. Кроме железа и олова, полиморфные  превращения имеют кобальт, марганец, теллур, титан, цирконий, уран и другие металлы. 
 
 
 
 
 
 

4. Структура легированной стали?

Леги́рование (нем. legieren — «сплавлять», от лат. ligare — «связывать») — добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и химических свойств основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, различают объёмное (металлургическое) и поверхностное (ионное, диффузное и др.) легирование.

  В металлургии легирование производится в основном введением в расплав  или шихту дополнительных химических элементов (например, в сталь —  хрома, никеля, молибдена), улучшающих механические, физические и химические свойства сплава. Для изменения различных  свойств (повышения твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости и т. д.) приповерхностного  слоя металлов и сплавов применяются  также и разные виды поверхностного легирования. Легирование проводится на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции и металлических изделий.

           Распределение легирующих элементов в стали

     В промышленных легированных сталях легирующие элементы могут находится:

     1) в свободном состоянии (Pb, Cu, Ag);

     2) в форме интерметаллических соединений  с железом или между собой;

     3) в виде оксидов, сульфидов и  других неметаллических включений  (Al₂O₃, TiO₂, V₂O₅, MnS, и т.д.)

     4) в виде легированного цемента  или самостоятельных специальных  карбидов;

     5) В форме твердого раствора  в железе.

     Рассмотрим  некоторые из них:

     свинец (Pb), медь (Cu), серебро (Ag) – практически нерастворимы в железе, находятся в свободном состоянии.

     Возможные оксиды:

     Al₂O₃, TiO₂, V₂O₅ – зависят от метода ведения плавки.

     Все легирующие элементы (Ni, Cr, W, V, Mn, Co и т.д.), за исключением C, N, H и частично В, образуют твердые растворы замещения.

     C, N, H, B – образуют твердые растворы внедрения. 

     3. Влияние легирующих  элементов на полиморфные  превращения железа

     Все легирующие элементы, за исключением  C, N, H, В, растворяясь в железе, замещая его атомы, влияют на положение критических точек (А₃ (точка G) и А₄ (точкаN)), определяющих температурную область существования б- и г- железа.   Т.о., легирующие элементы делятся на две группы:

     1-я  группа – элементы стабилизирующие аустенит (г- фазу).

     2-я  группа – элементы стабилизирующие феррит (б- фазу).

     К элементам первой группы относятся  Ni и Mn, которые понимают точку А₃, и повышают точку А₄. В результате этого на диаграмме Fе – л.э. наблюдается расширение области г- фазы и сужение области существования б- фазы. 

       
 
 
 

     Рисунок 1 
 
 

     Рассмотрим  три сплава:

     І сплав – г- фаза закристаллизовалась и существует до комнатной температуры, т.е. сплав с концентрацией л.э. > x₂ не испытывает фазовых превращений (б ↔ г). Такие сплавы называют аустенитными.

     ІІ сплав – происходит частичное превращение г ↔ б. Это аустенито-ферритные сплавы (полуаустенитные).

     ІІІ сплав – происходит полное полиморфное превращение. Такие сплавы называют ферритными (полностью образуется б- фаза).

     К элементам І группы относятся также Cu, C, N – при небольшом содержании в сплаве они расширяют область существования г- фазы, а при большом содержании сужают однофазную область г- фазы или образуют химическое соединение – е- фазу(рис. 2).

     Cu, C, N – образуют химическое соединение – е. 

       
 
 
 
 
 

     Рисунок 2. 

     Элементы  второй группы – Cr, W, Mo, V, Si, Al, Ti и др. – понижают точку А₄ и повышают точку А₃. (Все эти легирующие элементы имеют ОЦК-решетку, за исключением Al (ГЦК)).