Реферат Курсовая Конспект
Материаловедение. Технология конструкционных материалов - раздел Высокие технологии, Росжелдор Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учре...
|
РОСЖЕЛДОР
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ростовский государственный университет путей сообщения
(ФГБОУ ВПО РГУПС)
В.Н. Кротов, Л.А. Кармазина
Материаловедение. Технология конструкционных материалов
Часть 1
Учебно-методическое пособие
Для самостоятельной работы студентов
под ред. И.С. Морозкина
Ростов-на-Дону
УДК 620.22 (075.6)
Введение
Материаловедение относится к числу основополагающих дисциплин для инженерных специальностей. Проектирование рациональных, конкурентоспособных изделий, организация их производства невозможны без достаточного уровня знаний в области материаловедения.
Материаловедение является основой для изучения многих специальных дисциплин.
Разнообразие свойств материалов – главный фактор, предопределяющий их широкое применение в технике. Материалы обладают отличающимися друг от друга свойствами, причем каждое зависит от особенностей внутреннего строения материала. Материаловедение, как наука, занимается изучением строения материалов в тесной связи с их свойствами. Основные свойства материалов можно подразделить на физические, механические, технологические и эксплуатационные.
От физических и механических свойств зависят технологические и эксплуатационные свойства материалов.
Среди механических свойств прочность занимает особое место, так как прежде всего от нее зависит неразрушаемость изделий под воздействием эксплуатационных нагрузок. Учение о прочности и разрушении является одной из важнейших составных частей материаловедения. Оно является теоретической основой для выбора подходящих конструкционных материалов для деталей различного целевого назначения и поиска рациональных способов формирования в них требуемых прочностных свойств для обеспечения надежности и долговечности изделий.
Основными материалами, используемыми в машиностроении, являются и еще долго будут оставаться металлы и их сплавы. Поэтому основной частью дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов», изучаемой студентами специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог», является металловедение, в развитии которого ведущую роль сыграли российские ученые П.П. Аносов, Д.К. Чернов, Н.С. Курнаков, А.П. Гуляев и др.
Цель изучения материаловедения – познание природы и свойств материалов, а также методов их упрочнения для наиболее эффективного использования в технике.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать физическую сущность явлений, происходящих в материалах в условиях производства и эксплуатации изделий под воздействием внешних факторов (нагрева, охлаждения, давления, облучения и т. п.). Знать влияние внешних факторов на структуру, а структуры – на свойства современных металлических и неметаллических материалов.
Уметь устанавливать зависимость между составом, строением и свойствами материалов, оценивать и прогнозировать поведение материала деталей и инструментов под воздействием на них различных эксплуатационных факторов; в результате анализа условий эксплуатации и производства, а также возможных причин отказов рассматриваемых изделий обоснованно и правильно выбирать материал, назначать обработку в целях получения заданной структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность изделий.
Кроме этого студенты изучают основные группы металлических и неметаллических материалов, их свойств и область применения, а также теорию и практику различных способов упрочнения материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин, инструмента и других изделий.
В процессе самостоятельной работы студенту приходится сталкиваться с основными понятиями, широко используемыми в материаловедении (прил. А).
Для упорядочения знаний о процессах и закономерностях, определяющих формирование структуры и различных свойств материалов, освоения технологических приемов, используемых на практике с целью придания материалам определенных свойств, выработки умений и навыков выбора материала для конкретной детали (узла) и назначения для него режимов термообработки, студентам очной формы обучения предлагается выполнить расчетно-графическую (РГР), а студентам заочной формы – контрольную работу.
Задания на РГР и контрольную работу приводятся в прил. Б и В. Варианты РГР определяет преподаватель, контрольной работы – сам студент-заочник по шифру.
1 Определение требований, предъявляемых к детали,
Исходя из условий работы и их связь с составом
Примеры различных видов отказов (внезапных, постепенных, конструктивных, эксплуатационных) некоторых деталей машин и агрегатов, а также пути их устранения приведены в табл. 1.
Таблица 1
Виды и причины разрушения стальных деталей машин
Маркировка наиболее распространенных
На транспорте сплавов
Стали
Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380–2005) подразделяются на три группы:
Группа А – по механическим свойствам; их обозначают буквенно-цифровым кодом Ст.0, Ст.1…Ст.6, где цифра обозначает условный номер марки;
Группа Б – по химическому составу; их обозначают БСт.1,…БСт.6;
Группа В – по механическим свойствам и по химическому составу; их обозначают ВСт.1,…ВСт.5.
Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная, например: Ст.4кп, БСт.3кп, ВСт.5сп.
Углеродистые качественные конструкционные стали по ГОСТ 1050–88 обозначают словом «сталь» и двузначными цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь марки 20 содержит в среднем 0,20 % углерода, сталь 45 – 0,45 % и т.д.
Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435–99) маркируют буквой У с цифрой, обозначающей среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь марки У8 содержит в среднем 0,8 % углерода, сталь У12 – 1,2 % и т.д.
Для высококачественных сталей (с пониженным содержанием серы и фосфора) в конце марки ставят букву А.
В основу обозначения марок легированных сталей (ГОСТ 4543–71) положена буквенно-цифровая система.
Содержание легирующих элементов указывают русскими буквами:
Марганец. . . . | Г | Алюминий . . | Ю |
Кремний . . . . | С | Медь . . . . . . . | Д |
Хром . . . . . . . | Х | Бор . . . . . . . . | Р |
Никель . . . . . . | Н | Ниобий . . . . . | Б |
Вольфрам . . . | В | Цирконий . . . | Ц |
Ванадий . . . . | Ф | Фосфор . . . . . | П |
Титан . . . . . . . | Т | Азот . . . . . . . | А |
Молибден . . . | М | Селен . . . . . . | Е |
Кобальт . . . . . | К | Редкоземельные металлы . | Ч |
В марках легированных конструкционных сталей, например 15Х, 14Г2, 25ХГТ, 20ХН3А, 55С2 и др., двузначные цифры в начале марки означают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а цифры после букв – примерное содержание соответствующего легирующего элемента в процентах; отсутствие цифры после буквы указывает на то, что содержание этого элемента менее 1,5 % (в среднем 1 %). Для высококачественных сталей в конце марки ставят букву А; например, сталь 30ХГС – качественная сталь, а 30ХГСА – высококачественная (то есть с пониженным содержанием серы и фосфора).
В марках легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950–2000) например, 9ХС, Х12М, 3Х2В8Ф и др., цифра в начале марки указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание менее 1 %. При содержании углерода в сталях более 1 % цифру не пишут. Расшифровка марок инструментальных сталей по содержанию легирующих элементов такая же, как и конструкционных сталей.
Есть особые случаи маркировки сталей. Например, быстрорежущие стали маркируют по ГОСТ 19265–73 буквой Р (что означает – быстрорежущая); последующая цифра показывает среднее содержание в процентах основного легирующего элемента – вольфрама, остальная часть маркировки – обычная. Например в стали Р6М5К5, помимо вольфрама, легирующими компонентами являются молибден и кобальт, с содержанием каждого в среднем по 5 %.
В некоторых марках сталей первая буква означает их применение: А – автоматные (А20), Ш – шарикоподшипниковые (ШХ15), Э – электротехнические (Э11). В марках шарикоподшипниковых сталей содержание хрома (только!) указывается в десятых долях процентах, а содержание остальные легирующих компонентов – как обычно, в процентах. Так в стали ШХ15СГ содержание хрома в среднем 1,5 %, а кремния и марганца – по 1 %.
Чугуны
Серые чугуны по ГОСТ 1412–85 маркируют буквами СЧ и цифрами, характеризующими прочность чугуна. Например, чугун марки СЧ20 имеет предел прочности σВ ≥ 196 МПа (20 кгс/мм2).
Ковкие чугуны по ГОСТ 1215–79 маркируют буквами КЧ, означающими ковкий чугун, затем следуют два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе – относительное удлинение в процентах (КЧ30-6, КЧ60-3 и др.). Например, ковкий чугун КЧ30-6 обладает пределом прочности σВ ≥ 294 МПа (30 кгс/мм2) и относительным удлинением δ ≤ 6 %.
Высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293–85 маркируют буквами ВЧ, затем ставят число, означающее то же, что и число в марках серых чугунов: ВЧ50, ВЧ60, ВЧ120 и др.
Баббиты
Марки баббитов обозначают буквой Б, справа от которой ставится число, показывающее процентное содержание олова, или буква, обозначающая дополнительный легирующий элемент. Например, марки Б83, Б16 означают, что в эти баббиты входит соответственно 83 и 16 % олова; марка БН означает, что сплав содержит никель. Обозначение баббитов носит условный характер, так как не показывает полностью состав сплава.
Приложение Б
Задания для расчетно-графической работы (очная форма обучения)
Ва-риант | Деталь | Материал | Сечение, мм |
Сверло спиральное | Сталь ХВГ | ||
Пружина тарельчатая | Сталь 50ХГФА | ||
Вал-шестерня | Сталь 40 | ||
Метчик | Сталь У11А | ||
Мембрана диафрагменного насоса | Сталь 65Г | ||
Вал редуктора | Сталь 30 | ||
Напильник | Сталь У12 | ||
Рессора листовая | Сталь 65С2ВА | 9,5 | |
Ось колесной пары | Сталь 45Г | ||
Ножовочное полотно | Сталь 20ХГР | ||
Пружина витая | Сталь 70С3А | ||
Бандаж колесной пары | Сталь 65Г | ||
Крейцмейсель | Сталь У7А | 2,5 | |
Лента фрикционной муфты | Сталь 65Г | ||
Кольцо подшипника | Сталь 18ХГТ | ||
Развертка | Сталь 11ХФ | ||
Пружина пластинчатая | Сталь 60С2Н2А | ||
Шестерня | Сталь 20ХГНТР | ||
Фреза дисковая | Сталь Р9М4К8 | 4,5 | |
Болт анкерный | Сталь 12Х18Н10Т | ||
Крышка редуктора | Сталь 10 | ||
Сухарь | Сталь 8ХФ | ||
Протяжка | Сталь 9Х5ВФ | ||
Звездочка цепной передачи | Сталь 40ХН | ||
Зенкер | Сталь Р6М5К5 | ||
Колесо храповое | Сталь 55 | ||
Винт ходовой | Сталь 40 | ||
Валок правильный | Сталь У9А | ||
Траверса крюковой подвески | Сталь 38ХА | ||
Поршневой палец | Сталь 12Х2Н4А | ||
Резец | Сталь Р6М5 | ||
Ва-риант | Деталь | Материал | Сечение, мм |
Скальпель | Сталь 40Х13 | ||
Плунжер | Сталь 15ХФ | 1,4 | |
Ролик подшипника | Сталь ШХ15 | ||
Шарик подшипника | Сталь ШХ20СГ | ||
Шлицевый вал | Сталь 18Х2Н4МА | ||
Ножницы по металлу | Сталь ХВСГФ | 3,5 | |
Толкатель | Сталь 18ХГТ | ||
Пружина витая | Сталь 65Г | ||
Лерка | Сталь ХВ | ||
Резец строгальный | Сталь Р9 | ||
Штамп вырубной | Сталь 11Х4В2МФ3С2 | ||
Червяк редуктора | Сталь 20 | ||
Фрикционный диск | Сталь 85 | ||
Втулка предохранительной муфты | Сталь 40Х | ||
Штамп прессовый | Сталь 9Г2Ф | ||
Вал редуктора быстроходный | Сталь 12Х2Н4А | ||
Пружина тарельчатая | Сталь 50ХГФА | 2,4 | |
Каток фрикционного вариатора | Сталь 60 | ||
Зубило | Сталь У8А | ||
Дисковая деревообрабатывающая пила | Сталь 9ХФМ | 2,5 | |
Колесо зубчатое | Сталь 50 | ||
Рельс | Сталь М73Т | ||
Шабер | Сталь У13А | ||
Шестерня | Сталь 50 | ||
Пуансон просечного штампа | Сталь Х12ВМФ | ||
Вал редуктора тихоходный | Сталь 40Х | ||
Пружина кольцевая | Сталь 70С2ХА | ||
Шпиндель | Сталь 35 | ||
Фреза цилиндрическая | Сталь Р6М5Ф3 | ||
Вал коленчатый | Сталь 40 | ||
Колесо зубчатое | Сталь 45ХН2МФА | ||
Шатун | Сталь 40ХН | ||
Валок рельсобалочного стана | Сталь 60ХН | ||
Ва-риант | Деталь | Материал | Сечение, мм |
Плашка | Сталь 9ХС | ||
Рессора тракторная | Сталь 55С2 | ||
Вал-шестерня | Сталь 50 | ||
Метчик | Сталь У12А | ||
Кольцо пружинное | Сталь 60Г | ||
Вал редуктора | Сталь 45ХН2МФА | ||
Напильник | Сталь У13А | ||
Рессора листовая | Сталь 60С2ХА | ||
Ось колесной пары | Сталь 50Г2 | ||
Ножовочное полотно | Сталь 20Х | ||
Каток направляющий | Сталь 70 |
Приложение В
Задания для контрольной работы (заочная форма обучения)
В контрольную работу входят три вопроса, номера которых определяются по таблице (с учетом последней и предпоследней цифры шифра). Например, студент с шифром 8425 отвечает на вопросы № 15, 35, 55.
Таблица определения номеров вопросов
Номера вопросов | Последняя цифра шифра | ||||||||||
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||||
Контрольные вопросы
1 Явление полиморфизма металлов и его практическое значение.
2 Влияние примесей в металле на протекание процесса кристаллизации.
3 Сущность металлического, ионного и ковалентного типов связи.
4 Какие основные характеристики механических свойств металлов определяются при испытании на растяжение? Опишите их.
5 Процессы, происходящие при нагреве деформированного металла.
6 Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества (маркировка, механические свойства, области применения).
7 Что такое степень переохлаждения при кристаллизации и влияние её на величину зерна металла?
8 Какие из распространенных металлов имеют гексагональную кристаллическую решетку? Нарисуйте ее элементарную ячейку, укажите периоды и координационное число.
9 Параметры процесса кристаллизации. Влияние их на величину зерна кристаллизующегося металла.
10 Твердые растворы, их виды и примеры.
11 Какую пластическую деформацию называют холодной? Как она влияет на структуру и свойства металлов?
12 Классификация чугунов по форме графитных включений и строению металлической основы.
13 Дислокации в кристаллах. Виды дислокации и влияние их на механические свойства металлов.
14 Высокопрочный чугун (получение, структура, механические свойства, маркировка, области применения).
15 Виды разрушения металлов. Факторы, способствующие хрупкому разрушению.
16 Особенности пластической деформации в поликристаллических металлах.
17 Какую пластическую деформацию называют горячей? Как она влияет на структуру и свойства металлов?
18 Ковкий чугун (получение, структура, механические свойства, маркировка, области применения).
19 Механизм пластической деформации в монокристаллах металлов.
20 Что такое ударная вязкость? Методика ее определения.
Вопросы 21–40
Начертите диаграмму состояния железо–цементит с указанием во всех её областях фаз и структурных составляющих. Рассмотрите формирование структуры при охлаждении из жидкого состояния сплава, содержащего А % углерода. В точке этого сплава при температуре В определите содержание углерода в фазах и их количество. Значения А и В выбираются по таблице.
Номер вопроса | Значение А, % углерода | Значение В, оС |
0,2 | ||
0,4 | ||
0,6 | ||
0,8 | ||
1,2 | ||
1,4 | ||
3,5 | ||
4,5 | ||
5,5 | ||
0,3 | ||
0,5 | ||
1,3 | ||
1,5 | ||
1,7 |
Вопросы 41–60
Назначить режим термообработки для детали А, изготовленной из стали марки В .Значения А и В выбираются по таблице.
Номер вопроса | Деталь А | Сталь В |
Валок правильный | Х | |
Бандаж колесной пары | 50ХГ | |
Кольцо подшипника | ШХ15 | |
Вал | Сталь 20 | |
Ось | 20ХН | |
Толкатель | Сталь 20 | |
Скальпель | 40Х13 | |
Ножовочное полотно | Сталь У11 | |
Крейцмейсель | У7А | |
Молоток | 50ХГ | |
Болт | 50ХГ | |
Шестерня | Сталь 20 | |
Рессора | 70С3А | |
Пружина | 55Г | |
Сверло | Р6М5 | |
Зубило | У8А | |
Напильник | Х | |
Зенкер | Р6Ф5 | |
Фреза | Р9 | |
Ролик подшипника | ШХ4 |
Приложение Г
Тематический план аудиторных занятий (очное обучение)
1 Тема «Строение металлов, диффузионные процессы в металле». Лекция «Вводная часть. Значение и задачи курса. Роль русских ученых в развитии материаловедения. Атомно-кристаллическая структура. Аллотропия. Анизотропия». Лабораторная работа «Макроструктурный анализ металлов и сплавов. Знакомство с методикой проведения анализа». |
2 Тема «Формирование структуры металлов и сплавов при кристаллизации, пластическая деформация, влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла, механические свойства металлов и сплавов». Лекция «Кристаллизация металлов. Строение слитка. Теория сплавов. Взаимодействие компонентов в сплавах. Диаграммы состояния систем сплавов». Лабораторная работа «Микроструктурный анализ металлов и сплавов». Получение навыков изготовления микрошлифа и работы с микроскопом. Обработка результатов исследований микроструктуры с помощью программы для ПЭВМ Aver Media TV Capture. |
3 Тема «Конструкционные металлы и сплавы». Лекция «Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма железо–цементит и основные характеристики фаз и структур. Кристаллизация углеродистых сталей». Лабораторная работа «Твердость металлов». Знакомство с устройством и методами работы на твердомерах. |
4 Тема «Конструкционные металлы и сплавы». Лекция «Кристаллизация белых чугунов. Серые чугуны. Модифицированные и ковкие чугуны. Постоянные примеси в железоуглеродистых сплавах». Лабораторная работа «Микроструктура углеродистых сталей». Знакомство со структурами. Обработка результатов исследований микроструктуры с помощью программы для ПЭВМ Aver Media TV Capture. |
5 Тема «Теория и технология термической обработки стали». Лекция «Термическая обработка. Общая характеристика. Превращения при нагреве сталей. Перегрев и пережог Кинетика превращения аустенита. Изотермический распад. Понятие о критической скорости охлаждения. Прокаливаемость стали. Превращения при нагреве закаленной стали. Отпуск стали». Лабораторная работа «Микроструктура чугунов». Знакомство со структурой белых, серых, ковких и модифицированных чугунов. Обработка результатов исследований микроструктуры с помощью программы для ПЭВМ Aver Media TV Capture. |
6 Тема «Теория и технология термической обработки стали». Лекция «Отжиг и нормализация. Термомеханическая обработка Поверхностное упрочнение металлов. Упрочнение наклепом. Поверхностная закалка. Термохимическая обработка (общие положения). Цементация. Азотирование. Нитроцементация. Диффузионная металлизация». Лабораторная работа «Закалка стали. Определение оптимальной температуры нагрева при закалке методом пробных закалок». |
7 Тема «Конструкционные металлы и сплавы». Лекция «Легированные стали (общие положения). Влияние легирующих элементов на изотермический распад и превращения при отпуске. Классификация и маркировка. Конструкционные, инструментальные легированные стали и стали с особыми свойствами. Алюминий и его сплавы. Титан и его сплавы. Медь и ее сплавы. Баббиты и припои. Металлокерамические псевдосплавы». Лабораторная работа «Отпуск стали. Влияние температуры отпуска на твердость стали». |
8 Тема «Пластмассы». Лекция «Полимерные материалы: строение и свойства. Методы изготовления деталей из пластмасс». Лабораторная работа «Макроструктура легированных сталей (Р18, ХВГ, 30ХГС). Микроструктура цветных сплавов (бронз и баббитов)». Обработка результатов исследований микроструктуры с помощью программы для ПЭВМ Aver Media TV Capture. |
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К ДЕТАЛИ, ИСХОДЯ ИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ И ИХ СВЯЗЬ С СОСТАВОМ И СВОЙСТВАМИ СПЛАВА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
2 ОСНОВЫ ТЕОРИИ СПЛАВОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
3 СПЛАВЫ СИСТЕМЫ Fe–Fe3C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
4 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
5 МАРКИРОВКА НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ НА ТРАНСПОРТЕ СПЛАВОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Приложение А Основные термины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Приложение Б Задания для расчетно-графической работы (очная форма обучения) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Приложение В Задания для контрольной работы (заочная форма обучения) | |
Приложение Г Тематический план аудиторных занятий (очное обучение) . . |
– Конец работы –
Используемые теги: Материаловедение, Технология, конструкционных, материалов0.074
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Материаловедение. Технология конструкционных материалов
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов