рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры
- Раздел Охрана труда
- /
- МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Реферат Курсовая Конспект
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ - раздел Охрана труда, Министерство Образования И Науки Российской Федерации ...
Министерство образования и науки Российской Федерации
 |
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
 |
В. С. Кушнер, А. С. Верещака, А. Г. Схиртладзе,
Д. А. Негров, О. Ю. Бургонова
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ: ПРАКТИКУМ
Учебное пособие
Издание 2-е,
переработанное и дополненное
Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию
в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ)
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки: «Технология, оборудование
и автоматизация машиностроительных производств»,
«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных
производств», «Автоматизированные технологии и производства»
Омск
Издательство ОмГТУ
УДК 620.22
ББК 30.3
М34
Рецензенты:
А. А. Рауба, д-р техн. наук, профессор каф. «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава» ОмГУПС;
И. Г. Браилов, д-р техн. наук, профессор каф. «Прикладная механика», СибАДИ
М34 Материаловедение: практикум: учеб. пособие / В. С. Кушнер,
А. С. Верещака, А. Г. Схиртладзе, Д. А. Негров, О. Ю. Бургонова. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. – 168 с.
ISBN 978-5-8149-1047-9
Даны основные рекомендации к самостоятельному изучению разделов дисциплины «Материаловедение», изложены теоретические основы анализа двойных диаграмм, приведены варианты домашних заданий по разбору диаграмм состояния сплавов, их микроструктуре, рациональному выбору состава и обработки сплавов, а также лабораторные работы по основным разделам курса с заданиями для самостоятельной работы.
Учебное пособие предназначено для студентов заочной и дистанционной форм обучения машиностроительных специальностей.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
УДК 620.22
ББК 30.3
|
ISBN 978-5-8149-1047-9
ВВЕДЕНИЕ
Материаловедение относится к числу основополагающих учебных дисциплин для специальностей машиностроительного профиля. Это связано прежде всего с тем, что разработка, получение новых материалов, способы их обработки являются основой современного производства.
Проектирование рациональных и конкурентоспособных изделий, организация их производства невозможны без достаточного уровня знаний в области материаловедения, которые являются важнейшим показателем образованности современного дипломированного специалиста. Кроме того, материаловедение служит базой для изучения многих специальных дисциплин.
Материаловедение – это наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами материалов, а также их изменения при различных внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом и т.д.). Основная практическая задача материаловедения – изыскание оптимального состава и способа обработки материалов для придания им заданных свойств.
При чтении лекций и при выполнении лабораторных работ и домашнего задания предусматривается использование электронной версии учебника по изучаемой дисциплине.
Изучив дисциплину «Материаловедение», студент должен знать:
· основные свойства материалов, обеспечивающие качество технологических процессов и изделий машиностроения, в том числе свойства специальных сплавов (коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сплавов, а также инструментальных материалов);
· основные типы кристаллических решеток и их дефектов, структуру сплавов, общие закономерности диаграмм фазового равновесия и диаграмму «Железо – цементит»;
· классификацию металлов, сплавов и неметаллических материалов.
Студент должен владеть:
· методами определения оптимальных и рациональных режимов термообработки, упрочнения материалов;
· методами анализа причин возникновения дефектов в материалах;
· методами проведения стандартных испытаний по определению показателей физико-химических свойств используемых материалов и готовых изделий;
· методами определения качества и состояния сплавов на основании анализа их структуры.
1. Рекомедации К Самостоятельному ИЗУЧЕНИЮ
ОСНОВНЫХ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1. СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
Металлы, их классификация и основные физические свойства. Различные агрегатные состояния и кристаллическое строение металлов. Реальное строение металлов и дефекты кристаллических решеток. Строение сплавов.
Рассмотрите типы связей в твёрдых телах, основное внимание обратите на особый тип металлической связи, который обуславливает отличительные свойства металлов: высокую электропроводность и теплопроводность, высокую пластичность и металлический блеск. Металлические тела характеризуются кристаллическим строением.
Однако свойства реальных кристаллов определяются известными несовершенствами кристаллического строения. В связи с этим необходимо разобраться в видах несовершенств, особенно в строении дислокаций, причинах их легкого перемещения в кристаллической решетке и их влиянии на механические свойства.
Вопросы для самопроверки
1. В чем сущность металлического типа связи? 2. Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются? 3. Какие металлы относятся к группе черных, цветных? 4. Какие свойства характерны для твёрдых, жидких и газообразных состояний веществ? 5. Что такое элементарная ячейка? 6. В чем сущность анизотропии? 7. Что такое параметр кристаллической решетки, плотность упаковки и координационное число? Виды дислокаций и их строение. 8. Что такое вектор Бюргерса? 9. Приведите объяснение твёрдого раствора, механической смеси, химического (металлического) соединения. 10. Что представляют собой твердые растворы замещения и внедрения?
1.2. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И СТРУКТУРА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Энергетические и температурные условия процесса кристаллизации. Механизм и основные закономерности процесса кристаллизации. Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм.
Термодинамические причины фазовых превращений являются одним из частных случаев общего закона природы – стремления любой системы к состоянию с наименьшим запасом энергии (в данном случае свободной энергии, или энергии Гиббса). Уясните теоретические основы процесса кристаллизации, состоящего из двух элементарных процессов – зарождения и роста кристаллов, их влияние на эти параметры степени переохлаждения. В процессе кристаллизации при формировании структуры литого металла решающее значение имеет реальная среда, а также возможность воздействия на строение путем модифицирования. Изучите превращения металлов в твердом состоянии на основе явления полиморфизма железа.
Вопросы для самопроверки
1. В чем физическая сущность процесса кристаллизации? 2. В чем физическая сущность процесса плавления? 3. Каковы параметры процесса кристаллизации? 4. Что такое переохлаждение? Какова связь между величиной зерна, скоростью зарождения, скоростью роста кристаллов и степенью переохлаждения? 5. Формы кристаллов и влияние реальной среды на процесс кристаллизации. 6. Образование дендритной структуры. 7. Что такое полиморфизм? Расскажите о полиморфизме на примере железа.
1.3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ
Механические свойства материалов. Деформации и напряжения. Испытания материалов на растяжение и на ударную вязкость. Испытания на твердость. Упругая и пластическая деформации, разрушение. Упрочнение и разупрочнение материалов, наклеп и рекристаллизация.
Рассмотрите основные группы механических свойств материалов. Физическую природу деформации и разрушения.
Изучите основные методы оценки механических свойств металлов и физический смысл характеристик, определяемых при различных методах испытаний. Обратите внимание, что свойства, оцененные на гладких образцах, не совпадают со свойствами готового изделия. Это обусловлено наличием в реальных деталях концентраторов напряжений (отверстия, канавки и т. д.), а также различием в характере напряженного состояния образца и детали. Отсюда вытекает важность испытаний образцов с надрезами, позволяющих приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации материала и получить результаты, характеризующие его конструкционную прочность. Внимание уделите механизму пластической деформации, ее влиянию на микро- и субмикроструктуру, а также на плотность дислокаций. Уясните связь между строением и механическими свойствами.
Необходимо знать сущность рекристаллизационных процессов: возврата первичной рекристаллизации, собирательной рекристаллизации, протекающих при нагреве деформированного металла. Уясните, как при этом изменяются механические свойства и размер зерна. Установите влияние состава сплава и степени пластической деформации на протекание рекристаллизационных процессов. Научитесь выбирать температуру рекристаллизации. Уясните практическое значение этого процесса, различие между холодной и горячей пластическими деформациями.
Вопросы для самопроверки
1. Какие группы механических свойств вам известны? 2. Что такое деформации? Напряжения? 3. С помощью какой характеристики может быть определено напряженное состояние в точке? В результате чего может возникнуть напряженное состояние в теле? 4. В чем различие между упругой и пластической деформациями? 5. Как изменяется строение металла в процессе пластического деформирования? 6. Как изменяется плотность дислокаций при пластической деформации? 7. Как влияют дислокации на прочность металла? 8. Почему наблюдается огромное различие теоретической и практической прочности? 9. Как влияет изменение строения на свойства деформированного металла? 10. Какие характеристики механических свойств определяются при испытании на растяжение? 11. Что такое твердость? Какие методы определения твердости вы знаете? 12. Что такое ударная вязкость? 13. Как изменяются свойства металла при холодной пластической деформации? 14. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве? 15. В чем сущность процесса возврата?
16. Что такое полигонизация? 17. В чем сущность процессов первичной и вторичной рекристаллизации? 18. Как влияют состав сплава и степень пластической деформации на температуру рекристаллизации? 19. Каково назначение процесса рекристаллизации?
1.4. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ
Правило фаз, построение диаграмм состояния. Диаграмма состояния сплавов, образующих смеси из чистых компонентов. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с эвтектикой. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с перитектикой. Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения. Диаграмма состояния сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением.
Необходимо отчетливо представлять строение металлов и сплавов в твердом состоянии. Уясните, что такое твёрдый металл, химическое соединение, а также понятия «фаза», «структура». Наглядное представление о состоянии любого сплава в зависимости от его состава и температуры дают диаграммы состояния. Нужно усвоить общую методику построения диаграмм состояния для различных случаев взаимодействия компонентов.
При изучении диаграмм состояния нужно уметь применять правило отрезков (для определения доли каждой фазы или структурной составляющей в сплаве), правило фаз (для построения кривых охлаждения), определять химический состав фаз.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое компонент, фаза, структура? 2. Основные группы металлических соединений и их особенности. 3. Как строятся диаграммы состояния? 4. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая образования непрерывного ряда твёрдых растворов. 5. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая полной нерастворимости компонентов в твердом состоянии. 6. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая образования эвтектики, состоящей из ограниченных твёрдых растворов. 7. Каким образом определяются концентрация фаз и их количественное соотношение? 8. В чем различие между эвтектической и перитектической кристаллизациями? 9. В чем различие между эвтектоидным и эвтектическим превращениями? 10. Виды ликвации и методы их устранения.
1.5. ДИАГРАММА «ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД (ЦЕМЕНТИТ)»
Компоненты, фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. Изменения структуры сталей при охлаждении. Изменения структуры чугунов при охлаждении.
Научитесь вычерчивать диаграмму состояния «Железо – цементит» и определять все фазы и структурные составляющие этой системы. Изучите, как классифицируются железоуглеродистые сплавы по содержанию углерода. С помощью правила фаз постройте кривые охлаждения для доэвтектоидных, эвтектоидной, заэвтектоидных сталей, эвтектического, доэвтектических и заэвтектических чугунов, технического железа и укажите, какие протекают превращения и какая формируется структура.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое феррит, аустенит, перлит, цементит и ледебурит? 2. Какие превращения происходят в сплавах при температурах А1, А2, А3, Аст?
3. Постройте с помощью правила фаз кривую охлаждения для стали с
0,8 % С и для чугуна с 4,3 % С. Каковы структура и свойства технического железа, стали и белого чугуна? 4. В каких условиях выделяются первичный, вторичный и третичный цементиты? 5. Каково строение ледебурита при комнатной температуре, немного выше эвтектоидной температуры
727 °С и немного ниже эвтектической температуры 1147 °С? 6. Как классифицируют по структуре стали и белые чугуны?
1.6. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
Классификация и свойства углеродистых сталей. Классификация и свойства чугунов.
Разберитесь в классификации железоуглеродистых сплавов и усвойте, что различие между тремя классами (технические железо, сталь, чугун) не является формальным (по содержанию углерода). Разные классы сплавов принципиально различны по структуре и свойствам.
Уясните принципиальное различие белых и графитизированных чугунов. Оцените влияние примесей на строение чугунов и разберитесь с их структурой. Запомните основные механические свойства и назначение чугунов, а также их маркировку. Обратите внимание на способы получения ковких и высокопрочных чугунов.
Вопросы для самопроверки
1. Расскажите, как влияет углерод на свойства углеродистых сталей.
2. Какие вы знаете полезные и вредные примеси в углеродистых сталях?
3. В чем отличие серого чугуна от белого? 4. Как влияют примеси на свойства чугунов? 5. Каково строение эвтектики и эвтектоида в сером и белом чугунах? 6. Каковы классификация и маркировка серых чугунов? 7. Каковы структуры серых чугунов? 8. Как получают высокопрочный чугун? Его строение, свойства и назначение. 9. Сравните механические свойства серого, ковкого и высокопрочного чугунов. 10. Что означают цифры в марках чугунов СЧ35, КЧ30–6, ВЧ80?
1.7. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Влияние нагрева и скорости охлаждения углеродистой стали на ее структуру. Отжиг углеродистых сталей. Нормализация углеродистых сталей.
Превращения в стали при нагреве. Изотермическое превращение переохлажденного аустенита. Превращение переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении. Мартенситное превращение и его особенности. Превращения при отпуске закаленной стали.
Теория и практика термической обработки стали – главные вопросы металловедения. Термическая обработка – один из основных способов влияния на строение, а следовательно, и на свойства сплавов.
При изучении превращений переохлажденного аустенита особое внимание обратите на диаграмму изотермического распада, устанавливающую связь между температурными условиями превращения, интенсивностью распада и строением продуктов превращения.
Разберитесь в механике и особенностях перлитного, промежуточного и мартенситного превращений. Уясните строение и свойства перлита, сорбита, троостита, бейнита, мартенсита и особенно различие и сходство одноименных структур, получаемых при распаде аустенита и отпуске закаленной стали. Запомните практическое значение термокинетических диаграмм.
Изучите основные виды термической обработки стали Различные виды отжига, нормализации для эвтектоидной, доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей. Уясните влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали и физическую сущность процессов отжига, нормализации. При изучении технологических процессов термической обработки обратите внимание на разновидность режимов и их назначение. Для выяснения причин брака при термической обработке стали следует прежде всего разобраться в природе термических и фазовых напряжений.
Вопросы для самопроверки
1. Механизм образования аустенита при нагреве стали. 2. В чем разница между наследственно-крупнозернистой и наследственно-мелкозернистой сталью? 3. Каковы механизмы и температурные районы образования перлитного типа (перлита, сорбита, троостита) и бейнита? 4.
В чем различие между перлитом, сорбитом и трооститом? 5. Что такое перегрев и пережог стали? 6. Что такое мартенсит и в чем сущность и особенности мартенситного превращения? 7. Как строятся изотермические диаграммы переохлажденного аустенита? 8. Каково практическое значение термокинетических диаграмм? 9. В чем заключается сущность отжигов I и II рода? 10. Перечислите известные вам виды отжигов. 11. В чем отличие нормализации от полного отжига?
1.8. ЗАКАЛКА И ОТПУСК УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Закалка углеродистых сталей. Отпуск закаленных углеродистых сталей. Поверхностная закалка.
Уясните влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали и физическую сущность процессов закалки и отпуска.
Уясните различие между закаливаемостью и прокаливаемостью стали, а также факторы, влияющие на эти характеристики. Обратите внимание, что для получения мартенситного превращения требуется быстрое переохлаждение аустенита, но не во всем интервале температур, а только в том, в котором аустенит менее устойчив. Изучите механизм действия закалочных сред. При изучении технологических процессов термической обработки (закалки) обратите внимание на разновидность режимов и их назначение.
Изучите схему превращений, происходящих в сталях при отпуске, и виды отпускной хрупкости.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое критическая скорость закалки? 2. От чего зависит количество остаточного аустенита? 3. Какие вам известны разновидности закалки и в каких случаях они применяются? 4. В чем отличие закалки с полиморфным превращением от закалки без полиморфного превращения? 5. От чего зависит прокаливаемость стали и ее технологическое значение? 6. Каковы особенности известных вам групп охлаждающих сред? 7. В чем сущность превращений при отпуске? 8. Чем отличаются структуры троостита, сорбита отпуска от одноименных структур, образующихся при распаде переохлажденного аустенита? 9. Для какого вида отпуска характерна необратимая отпускная хрупкость? 10. Для какого вида отпуска характерна обратимая отпускная хрупкость?
1.9. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Назначение легирования. Влияние легирующих элементов на структуру и механические свойства сталей. Влияние легирования на превращения при термообработке. Маркировка и классификация легированных сталей.
Изучите влияние легирующих элементов на критические точки железа и сталей и объясните, при каком состоянии углерода и легирующего элемента могут быть получены легированные стали ферритного, перлитного, аустенитного и ледебуритного классов.
Изучите влияние легирующих элементов на кинетику и характер превращения аустенита в перлитной, промежуточной и мартенситной областях. В связи с влиянием легирующих элементов на диаграммы изотермического распада аустенита рассмотрите причины получения различных классов сталей по структуре (перлитного, мартенситного, аустенитного). Уясните влияние легирующих элементов на превращения при отпуске. Запомните, что легирующие элементы, как правило, затормаживают процессы превращений.
Вопросы для самопроверки
1. Как влияют легирующие элементы на положение критических точек А1, А2, А3, Аст? 2. Какие легирующие элементы способствуют графитизации? 3. Какие легирующие элементы являются карбидообразующими? 4. Как влияют легирующие элементы на свойства феррита и аустенита? 5. Как классифицируют легированные стали по структуре в равновесном состоянии? 6. Как классифицируются легированные стали после охлаждения на воздухе? 7. В чем заключаются особенности упрочняющей термической обработки легированных сталей по сравнению с углеродистыми? 8. Расшифруйте состав и содержание легирующих элементов в следующих марках сталей: 12Х2СМФ, 12ХГН2МФБАЮ, 12ХН3А, 18Х2Н4МА, 20ХГНР, 36Х2Н2МФА, 38ХН3МА.
1.10. УПРОЧНЕНИЕ СПЛАВОВ
Упрочнение легированием. Упрочнение пластическим деформированием. Упрочнение термическими методами. Цементация стали. Азотирование стали. Нитроцементация. Физическое упрочнение.
К основным способам упрочнения металлов и сплавов относятся: легирование с образованием твёрдых растворов; пластическое деформирование; создание дисперсных выделений; упрочнение термическими методами; упрочнение химико-термическими методами.
Разберитесь в способах упрочнения сталей легированием, механической, термической и термомеханической обработкой. Разберитесь в сущности явления наклепа и его практическом использовании. Легирование обеспечивает формирование благоприятной структуры металла, повышение его качества и измельчение зерна. Изучите явление наклепа, возникающего в результате холодной пластической деформации, т. е. изменение свойств металла: повышение прочности, электросопротивления, снижение пластичности, плотности, коррозионной стойкости.
При изучении основ химико-термической обработки следует исходить из того, что принципы различных видов этих обработок едины. Процесс химико-термической обработки состоит из выделения атомов насыщающего вещества внешней средой, захвата (абсорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. Поэтому рассмотрите реакции в газовой среде при цементации или азотировании и разберитесь в механизме формирования структуры поверхностного слоя. Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-термической обработки. Уясните преимущества и области использования цементации, азотирования, нитроцементации и различных видов диффузионной металлизации.
Усвойте, что различные виды поверхностной закалки позволяют получать особое сочетание свойств поверхностного слоя и сердцевины изделия, что приводит к повышению его эксплуатационных характеристик. При изучении индукционной закалки уясните связь между глубиной закаленного слоя и частотой тока.
Вопросы для самопроверки
1. Что вы можете рассказать о дисперсионном твердении? 2. Как изменяются свойства изделия при дробеструйной обработке и какова природа этих изменений? 3. Как влияет поверхностное упрочнение на эксплуатационные характеристики изделий? 4. В чем различие между холодной и горячей пластическими деформациями? 5. В чем сущность и особенности термомеханической обработки? 6. Как влияет поверхностная закалка на эксплуатационные характеристики изделия? 7. Каковы преимущества поверхностной индукционной закалки? 8. В чем заключаются физические основы химико-термической обработки? 9. В чем заключается процесс цементации, азотирования? 10. Назначение и режим термической обработки после цементации.
1.11. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ
Строительные стали. Цементуемые (нитроцементуемые) стали. Улучшаемые стали. Рессорно-пружинные стали. Подшипниковые стали. Автоматные стали. Износостойкие стали.
Конструкционные стали общего назначения. Необходимо усвоить принципы маркировки сталей и уметь по маркировке определять состав и особенности сталей.
Разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойств стали, особое внимание уделите технологическим особенностям термической обработки сталей различных групп.
Рассмотрите классификации сталей по структуре в нормализованном состоянии и по назначению, уясните основные принципы выбора сталей различного назначения.
В качестве примеров следует указать две-три марки сталей каждой группы, расшифровать состав, назначить термическую обработку, охарактеризовать структуру, свойства и область применения.
Вопросы для самопроверки
1. Расшифруйте химический состав стали марок: 40, 20Х, 30ХГСА, 50Г, 110Г13Л, ШХ15, 18Х22Н4ВА, 5ХНМ, АС30. 2. Какие требования предъявляются к строительным сталям? 3. Назовите группы цементуемых сталей (в зависимости от степени упрочняемости сердцевины) и приведите примеры марок сталей. 4. Какой термической обработке подвергаются цементуемые стали? 5. Какой термической обработке подвергаются улучшаемые стали? 6. Назовите состав стали Гадфильда. К какому виду конструкционных сталей она относится? 7. Основные требования к рессорно-пружинным сталям. Какой термической обработке подвергается данный вид сталей? 8. Какой термической обработке подвергаются подшипниковые стали? 9. Приведите примеры марок автоматных сталей.
1.12. КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ, ЖАРОСТОЙКИЕ
И ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ
Коррозионная стойкость стали. Жаростойкие стали и сплавы. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы.
При изучении коррозионно-стойких сталей разберитесь с явлениями химической и электрохимической коррозии.
При изучении жаропрочных сталей обратите внимание на особенности поведения в условиях нагружения при повышенных температурах. Уясните сущность ползучести и основные характеристики жаропрочности. Запомните предельные рабочие температуры и области применения сталей различного структурного класса.
Уясните отличие между жаростойкими и жаропрочными сталями и сплавами.
В качестве примеров следует указать две−три марки сталей каждой группы, расшифровать состав, назначить термическую обработку, охарактеризовать структуру, свойства и область применения.
Вопросы для самопроверки
1. Каковы требования, предъявляемые к нержавеющим сталям? 2. Какие виды коррозии вы знаете? 3. Укажите марки хромистых нержавеющих сталей. Их состав, термическая обработка, свойства и назначение. 4. Укажите марки хромоникелевых нержавеющих сталей. Их свойства, состав, термическая обработка, назначение. 5. Что такое окалиностойкость?
6. Каковы требования, предъявляемые к жаростойким сталям? 7. Какими способами можно повысить окалиностойкость? 8. Каковы требования, предъявляемые к жаропрочным сталям? 9. В чем сущность явления ползучести? 10. Приведите определения предела ползучести и предела длительной прочности. Что такое скорость ползучести? Каков физический смысл этих характеристик? 11. Какими способами можно повысить жаропрочность стали? Объясните природу упрочнения. 12. Приведите примеры жаропрочных сталей перлитного, мартенситного и аустенитного классов. Укажите их состав, обработку, свойства и области применения. 13. Каковы особенности и области применения сплавов на основе никеля и кобальта?
1.13. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Условия работы деформирующих и режущих инструментов, требования к инструментальным материалам. Инструментальные легированные (штамповые) стали. Классификация режущих инструментальных материалов. Режущие инструментальные и быстрорежущие стали.
Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от назначения и в связи с этим рассмотрите основные эксплуатационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните причины их высокой теплостойкости и особенности термической обработки.
При изучении штамповых сталей необходимо различать условия работы штампов для деформирования в холодном состоянии и штампов для деформирования в горячем состоянии.
Студент обязан уметь выбирать марку стали для инструмента различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки, объяснить сущность происходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства.
Вопросы для самопроверки
1. Расшифруйте химический состав стали марок: У10, 9ХС, ХВГ, Р18, Р18Ф2, Р9КЮ, Р9М4К8, Х12, 6ХВ2С, Х12М. 2. Как классифицируются инструментальные стали? 3. Требования, предъявляемые к сталям для режущего инструмента. Приведите примеры углеродистых и легированных сталей, используемых для режущего инструмента. Укажите их состав, режим термической обработки, структуру и свойства. 4. Укажите и расшифруйте основные марки быстрорежущей стали. 5. В чем сущность явления красностойкости и каким образом можно повысить красностойкость инструмента? 6. Какова термическая обработка быстрорежущей стали?
7. Как подразделяются штамповые стали? 8. Требования, предъявляемые к щтамповым сталям для деформирования металла в холодном состоянии и к сталям для деформирования металла в горячем состоянии.
1.14. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ, РЕЖУЩАЯ КЕРАМИКА,
СВЕРХТВЕРДЫЕ И АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Классификация и свойства твёрдых сплавов. Режущая керамика. Сверхтвердые инструментальные материалы. Абразивные материалы.
Разберитесь с группами твёрдых сплавов, их структурой и назначением. Обратите внимание на рабочие температуры твёрдых сплавов и их основные механические свойства.
Изучите основные группы режущей керамики, ее особенности и эксплуатационные характеристики, область применения.
При изучении сверхтвёрдых материалов обратите внимание на их теплостойкость, ограничивающую их применение в качестве инструментального материала.
Вопросы для самопроверки
1. Что представляют собой твердые сплавы? Каковы их свойства и преимущества? 2. Укажите марки твёрдых сплавов, их состав и назначение.
3. К какому виду твёрдых сплавов относятся марки ТН20, КНТ16? 4. Что представляет собой режущая керамика? Каковы ее свойства, преимущества и недостатки? 5. Укажите основные группы режущей керамики. 6. Что такое сверхтвердые материалы и какие сверхтвердые материалы вы можете назвать? 7. Назовите разновидности сверхтвёрдых поликристаллов на основе синтетического алмаза и нитрид бора. 8. Перечислите абразивные материалы и основные области их применения.
1.15. ТИТАНОВЫЕ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
Титан и его сплавы. Медь и ее сплавы.
Изучите важнейшие свойства титана и сплавов на его основе в сравнении с другими металлами. Зависимость свойств титана и его сплавов от различных примесей и термической обработки. Рассмотрите классификацию этих сплавов и способы их упрочнения. Разберитесь в основах теории термической обработки (закалка и старение), маркировке, составе, свойствах и области применения этих сплавов.
Изучите классификацию медных сплавов и уясните маркировку, состав, структуру, свойства и области применения каждой группы сплавов. Разберитесь в основах теории термической обработки медных сплавов.
Вопросы для самопроверки
1. Каковы особенности титановых сплавов и области их применения?
2. Какой термической обработке подвергают сплавы на основе титана?
3. Приведите примеры сплавов на основе титана. Укажите их состав, обработку, свойства и области применения. 4. Как влияют примеси на свойства чистой меди? 5. Как классифицируют медные сплавы? 6. Какие сплавы относят к латуням? Их маркировка и состав. 7. Приведите несколько примеров латуней с указанием их состава, структуры, свойств и назначения. 8. Какие сплавы относят к бронзам? Их маркировка и состав. 9. Укажите строение, свойства и назначение различных бронз.
1.16. АЛЮМИНИЕВЫЕ И МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы.
Обратите внимание на основные преимущества алюминиевых сплавов, связанных с малым удельным весом и высокой удельной прочностью.
Рассмотрите классификацию этих сплавов и способы их упрочнения. Разберитесь в основах теории термической обработки этих сплавов (закалка и старение), маркировке, составе, свойствах и применении этих сплавов.
Уясните зависимость свойств сплавов магния от различных примесей. Рассмотрите классификацию этих сплавов и способы их упрочнения. Разберитесь в основах теории термической обработки этих сплавов (закалка и старение), маркировке, составе, свойствах и применении этих сплавов.
Вопросы для самопроверки
1. Свойства и применение алюминия. 2. Как классифицируются алюминиевые сплавы? 3. Какие сплавы упрочняются путем термической обработки? Укажите их марки, состав, режим термической обработки, свойства. 4. В чем сущность процесса старения? 5. Какие вы знаете литейные алюминиевые сплавы? Приведите их марки, состав, обработку, свойства. 6. Какие вы знаете жаропрочные алюминиевые сплавы? Укажите предельные рабочие температуры их использования. 7. Каковы свойства магния? 8. Как классифицируются магниевые сплавы? 9. Укажите марки, состав, обработку, свойства и назначение различных сплавов на основе магния.
1.17. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Полимеры и пластмассы. Резиновые и клеящие материалы. Стекло, ситаллы, графит. Композиционные материалы и их строение. Композиционные материалы с металлической матрицей. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.
В основе пластмасс лежат полимеры. Обратите внимание на особенности строения полимеров, которые определяют их механические и физико-химические свойства. Классификацию пластмасс рассмотрите с учетом особенностей и состава их строения. Изучите различные группы пластических масс, их свойства и области применения.
Резина отличается от других материалов высокими эластичными свойствами, что обусловлено свойствами основы резины – каучука. Уясните состав резины, способы получения, влияние добавок на ее свойства, области применения. Обратите внимание на клеящие материалы и герметики, в основе которых лежат полимеры и каучук.
К неметаллическим материалам относятся и графит, неорганические стекла, ситаллы, керамика. Разберитесь с особенностями строения, состава, физико-химических свойств и с применением этих групп материалов.
Обратите внимание на принципиальное отличие композиционного материала от известных материалов. Оно заключается в сочетании разнообразных материалов с четкой границей раздела между ними. В связи с этим композиты обладают свойствами, которыми не может обладать ни один из компонентов в отдельности. Укажите свойства композитов в зависимости от вида матрицы, а также от формы, размеров и взаимного расположения наполнителя. Выясните возможные области использования этих материалов.
Вопросы для самопроверки
1. Что лежит в основе классификации полимеров? 2. Укажите область применения термопластов и реактопластов. 3. В чем преимущество пластмасс по сравнению с металлическими материалами? Каковы их недостатки? 4. Что представляет собой резина? 5. Виды стекол. Их отличительные свойства. 6. Укажите основные свойства ситаллов и область их применения. 7. Что такое композиты? 8. Как подразделяют композиты в зависимости от формы и размеров наполнителя? 9. Как подразделяют композиты по виду матрицы? 10. От чего зависят механические свойства композитов?
2. ДОМАШНЯЯ РАБОТА «АНАЛИЗ ДВОЙНЫХ ДИАГРАММ»
2.1. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕЙ РАБОТЫ
«АНАЛИЗ ДВОЙНЫХ ДИАГРАММ»
К выполнению домашнего задания предъявляются следующие требования:
· домашнее задание выполняется на формате А4 в печатном виде;
· образец оформления титульного листа показан в приложении П1;
· на первой странице указываются номер задания и через тире буквенный индекс варианта, помещается текст содержания задания с указанием названия диаграммы, химического состава заданного сплава и температуры;
· на второй странице слева вычерчивается в масштабе диаграмма так, чтобы справа было место для изображения кривой охлаждения. Для построения кривой охлаждения заданного в варианте сплава необходимо на оси концентраций найти точку, соответствующую составу сплава. Из этой точки восстановить ординату заданного сплава так, чтобы она охватывала диапазон температур от оси концентраций до области жидкого состояния. Ордината сплава должна отчетливо выделяться на диаграмме. Точки пересечения ординаты с линиями диаграммы являются критическими точками заданного сплава (температурами начала или окончания фазовых превращений). Правее диаграммы необходимо вычертить оси «Температура – Время» для построения кривой охлаждения. На ось ординат следует также нанести критические точки заданного сплава в градусах Цельсия;
· на последующих страницах необходимо произвести общее описание заданной диаграммы, описание процесса кристаллизации, указанного в варианте сплава, и определить состав и количество фаз на 1 килограмм сплава.
Пример выполнения домашнего задания приведен в приложении П2.
2.2. ЦелИ и задАчи изучения диаграмм состояния
Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение зависимости температур фазовых превращений в сплавах от их состава.
Цель изучения диаграмм состояния сплавов:
· научиться по диаграмме состояния устанавливать, какие процессы происходят в сплавах при их охлаждении, какие при этом образуются фазы и структуры сплавов разного состава;
· научиться анализировать процессы фазовых превращений в зависимости от изменения температуры сплава;
· выявлять взаимосвязь механических и технологических свойств сплавов от соответствующего фазового и структурного состояния.
По диаграммам состояния можно устанавливать не только температуры фазовых превращений в сплавах любого состава, но и качество и количество фаз в разных областях диаграммы состояния. Однако этим не исчерпывается практическая значимость диаграмм состояния сплавов. В частности, разбирая процессы, происходящие при охлаждении сплава, по диаграмме состояния можно выявить, в какой форме проявляются образующиеся фазы при охлаждении сплава.
Фазой называется однородная часть системы, образованная компонентами сплава, которая во всех своих точках имеет одинаковые составы, строение и свойства. Жидкая фаза представляет собой раствор расплавленных компонентов. Твердые фазы являются зернами, имеющими определенную форму, размер, состав, структуру и свойства. Это могут быть твердые растворы, химические соединения, зерна чистых компонентов, не образующих с другими компонентами ни твёрдых растворов, ни химических соединений.
Форма проявления фаз называется структурой сплава. Возможность по диаграмме состояния прогнозировать структуру, образующуюся из сплавов разного состава, имеет очень большое практическое значение, так как в двухфазных сплавах не фазы, а именно структуры сплавов определяют их механические свойства. Так, например, стали и белые чугуны состоят из одних и тех же фаз, но свойства этих сплавов сильно различаются именно потому, что структуры этих сплавов разные.
Имеются тысячи разработанных диаграмм состояния сплавов. Все их выучить механически невозможно. Поэтому специалист должен уметь мысленно представить те процессы, которые происходят в сплавах и образуют их структуру и свойства, чтобы оптимально воздействовать на технологический процесс.
Для этого необходимо: 1) ясное понимание особенностей строения основных фаз в сплавах, которыми являются твердые растворы, химические соединения, чистые компоненты; 2) знание, как эти фазы обозначаются; 3) знание признаков этих фаз; 4) умение по диаграмме состояния определить состав и количество фаз; 5) умение логически мыслить.
Для выработки навыка разбора процессов, происходящих при охлаждении конкретного сплава, необходимо обязательно выполнение следующих действий: строить кривую охлаждения разбираемого сплава; против участков кривой охлаждения схематично изображать состояние фаз (структуру) сплава; письменно объяснять процесс, происходящий в сплаве при рассматриваемых температурных условиях.
2.3. ПРАВИЛО ФАЗ
При рассмотрении процессов превращения в диаграммах равновесного состояния сплавов широко применяется так называемое «правило фаз», дающее возможность проверить правильность построения диаграмм и теоретически обосновать направление протекания процессов превращения для установления равновесного состояния системы, которое определяется следующими переменными факторами: температурой, давлением и составом фаз системы (концентрацией).
Число переменных величин (концентрация фаз, температура, давление), которые могут изменяться независимо друг от друга, называется числом степеней свободы или вариантностью системы.
Число степеней свободы зависит от количества компонентов, числа фаз в системе и переменных внешних условий – температуры и давления. Так как давление в практических условиях изменяется в небольших пределах, не оказывая существенного влияния на процессы превращения, то основным переменным фактором является только температура и тогда уравнение «правила фаз» имеет вид
(2.1)
где С ≥ 0 – число степеней свободы (вариантность системы), К – число компонентов в системе, Ф – количество фаз, находящихся в равновесии при рассматриваемых условиях.
Если число степеней свободы системы равно нулю (С = 0), то такое равновесие называют нонвариантным (безвариантным). Это означает, что сплав с данным числом фаз может существовать только при определенных условиях: при постоянной температуре и определенной концентрации всех находящихся в равновесии фаз. Если С = 1, то такая система называется моновариантной (одновариантной), т. е. чтобы не нарушилось равновесное состояние фаз, можно изменить либо концентрацию фаз, либо температуру. Когда С = 2, система бивариантна (двухвариантна). Наличие одной или двух степеней свободы позволяет изменять одну или две переменных без изменения числа фаз.
2.4. Правило отрезков
При анализе строения и свойств сплавов рассматривается состав фаз и их количественное соотношение. Для определения количества фаз и их концентрации в любой точке двухфазной области диаграммы состояния сплавов служит «правило отрезков (рычага)».
На рис. 2.1 приведена диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. При температуре t1 сплав состоит из α-твёрдого раствора и жидкой фазы. Для определения массового или объемного соотношения фаз и их состава для сплава I при температуре t1 проводим через данный температурный уровень горизонтальную линию (коноду) до пересечения с ближайшими линиями диаграммы АВС и АDС, ограничивающими двухфазную область. Проекции точек пересечения В, D, спроектированные на ось концентрации В’, D’ показывают состав (концентрацию) фаз: жидкая содержит 20 % В, твердая – 72 % В.
Рис. 2.1. Применение «правила отрезков» для определения концентрации фаз
в двухфазной области диаграммы
Отрезки, лежащие на температурной горизонтали (коноде) между точками концентрации фаз (В, D) и средней точкой, соответствующей концентрации исходного сплава (Е), обратно пропорциональны количеству этих фаз:
. (2.2)
Иными словами, количество фазы, например жидкости, характеризуется величиной противолежащего отрезка ЕD, а количество кристаллов
α-твёрдого раствора – величиной противолежащего отрезка ВЕ.
С помощью правила отрезков можно определить не только фазовый состав сплава, но и количественное соотношение структурных составляющих, например избыточных кристаллов и эвтектики.
Для определения количественного соотношения фаз:
(2.3)
Для определения веса фаз на 1 килограмм сплава:
(2.4)
2.5. Общий Обзор диаграмм состояния СПЛАВОВ
Как известно, вид диаграммы состояния зависит от характера взаимодействия компонентов в жидком и твердом состояниях, возможности образования устойчивых и неустойчивых химических соединений, протекания тех или иных нонвариантных превращений. Различные варианты простейших (или типовых) диаграмм состояний как диаграмм равновесия систем безымянных компонентов А и В приведены ниже.
1. Диаграмма состояния для сплавов, образующих смеси из чистых компонентов.
Общий вид диаграммы для случая, когда оба компонента сплава в жидком состоянии неограниченно растворимы, а в твердом – не растворяются, не образуют химических соединений и не имеют полиморфных превращений, представлен на рис. 2.2а. Фазы: жидкость – Ж, чистые компоненты – А и В. Линия АСВ – линия ликвидус; линия ДСЕ – линия солидус. На линии АС начинают выделяться кристаллы А; на линии СВ – кристаллы В; на линии ДСЕ из жидкости концентрации С одновременно выделяются кристаллы А и В. Эвтектическая смесь двух видов кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости, называется эвтектикой.
2. Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии.
На рис. 2.2б приведена диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге в жидком и твердом состояниях, имеющих одинаковые типы решеток, небольшую разницу атомных радиусов (до 10–12 %) и сходное строение наружных электронных оболочек, т. е. близость химической природы металлов.
Линия АМВ – линия ликвидус; линия АNВ – линия солидус; фаза α представляет собой неограниченный твёрдый раствор замещения компонентов А и В, зерна этой фазы имеют единую кристаллическую решетку, но у сплавов разного состава число атомов компонентов А и В в элементарных ячейках решетки различно.
3. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с эвтектикой.
На рис. 2.2в приведена диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге в твердом состоянии, с эвтектическим превращением. Ограниченные твердые растворы на основе компонентов А и В образуются, когда последние заметно отличаются строением и размером атомов, кристаллической структурой и физико-механическими свойствами. Ограниченные твердые растворы могут образовываться по типу замещения и внедрения.
Линия АСВ – линия ликвидус; линия АDCEВ – линия солидус; фаза α является твердым раствором компонента В в кристаллической решетке компонента А; фаза β представляет собой твёрдый раствор компонента А в кристаллической решетке компонента В. Кривые DM и EN – линии ограниченной растворимости в твердом состоянии (сольвус), отражающие характер изменения растворимости компонентов друг в друге в зависимости от температуры. Растворимость компонента В в компоненте А уменьшается с понижением температуры (линия DM). Растворимость компонента А в компоненте В не зависит от температуры (линия EN).
DCE – линия эвтектического превращения ЖВ → (αD+βE). Смесь получившихся в результате данной реакции ограниченных твёрдых растворов αD и βE называется эвтектической (эвтектикой). Сплавы, располо- женные между точкой максимальной растворимости М и эвтектической точкой С, называют доэвтектическими, а сплавы, расположенные между С и N, – заэвтектическими.
4. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с перитектикой.
На рис. 2.2г показана диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии с перитектическим превращением. Диаграммы такого типа образуют металлы с небольшой разницей в строении атомов и их размеров, но заметно отличающиеся друг от друга температурами плавления.
Линия АСВ – линия ликвидус; линия АDEВ – линия солидус; линия
СDE – линия перитектического превращения, которое заключается в том, что жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами (ЖВ+βЕ) и образует новый вид кристаллов (ЖВ+αD). Структура двухфазного сплава представляет собой смесь, в которой фаза, выделившаяся ранее (β-фаза), окружена фазой, выделившейся позднее (α-фаза).
Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения.
При концентрации, соответствующей химическому соединению АnВm, отмечается характерный перелом на кривой свойств. Это объясняется тем, что некоторые… а) б) …Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением.
По аналогии с линией эвтектического превращения DCE и эвтектической точкой C… Сплавы, расположенные левее эвтектоидной точки D, называют доэвтектоидными, а сплавы, расположенные правее D, –…Вариант 1.
1. Объясните сущность явления дендритной ликвации и методы ее устранения.
2. Какими стандартными характеристиками механических свойств оценивается пластичность металлов и сплавов? Как они определяются?
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Как можно устранить крупнозернистую структуру кованой стали 30? Используя диаграмму состояния «Железо – цементит», обоснуйте выбор режима термической обработки для исправления структуры. Опишите структурные превращения и характер изменения свойств.
5. Приведите обоснование технико-экономических преимуществ использования пластмасс. Укажите основные области их применения.
Вариант 2.
1. Опишите явление полиморфизма в приложении к железу. Начертите элементарные кристаллические ячейки железа, укажите их параметры и координационное число.
2. В чем сущность явления наклепа и какое он имеет практическое использование?
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,1 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. В чем отличие процесса цементации в твердом карбюризаторе от процесса газовой цементации? Как можно исправить крупнозернистую структуру перегрева цементированных изделий?
5. Состав, классификация и свойства пластмасс.
Вариант 3.
1. Что такое твёрдый раствор? Виды твёрдых растворов, примеры.
2. Какая термическая обработка применяется после холодной пластической деформации для устранения наклепа? Обоснуйте выбор режима (на примере алюминия) и опишите происходящие превращения.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму состояния «Железо – цементит», определите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 15. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите микроструктуру и свойства стали.
5. Состав, классификация, свойства и области применения резин.
Вариант 4.
1. Как влияет скорость охлаждения на строение кристаллизующегося металла? Объясните сущность воздействия.
2. Опишите поведение конструкционных материалов в условиях высоких температур.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,6 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. После закалки углеродистой стали была получена структура, состоящая из феррита и мартенсита. Нанесите на диаграмму состояния «Железо – цементит» ординату, соответствующую составу заданной стали (примерно), укажите принятую в данном случае температуру нагрева под закалку и опишите все превращения, которые происходили в стали при нагреве и охлаждении. Как называется такой вид закалки?
5. Опишите структуры и свойства термопластичных и термореактивных полимеров. Приведите примеры.
Вариант 5.
1. Опишите точечные несовершенства кристаллического строения металла. Каково их влияние на свойства?
2. Детали из меди, штампованные в холодном состоянии, имели низкую пластичность. Объясните причину этого явления и укажите, каким способом можно восстановить пластичность. Назначьте режим обработки и приведите характер изменения структуры и свойств.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму состояния «Железо – цементит», определите температуру полного и неполного отжига и нормализации для
стали 10. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали.
5. Опишите неорганические материалы. Укажите области их применения.
Вариант 6.
1. Начертите диаграмму состояния для случая образования эвтектики, состоящей из ограниченных твёрдых растворов. Опишите строение различных сплавов, образующихся в этой системе.
2. Как изменяется плотность дислокаций при пластической деформации металлов? Влияние дислокаций на свойства металла.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,4 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму состояния изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 5000 НВ. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений и какая структура получается в данном случае.
5. Эластомеры, каучуки и резины. Структуры, свойства и области применения.
Вариант 7.
1. От каких основных факторов зависит величина зерна закристаллизовавшегося металла и почему?
2. Как определяется температура порога рекристаллизации? Как влияют состав сплава и степень пластической деформации на эту температуру?
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,8 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Что такое закалка? Используя диаграмму состояния «Железо – цементит», укажите температуру нагрева под закалку сталей 40 и У10. Опишите превращения, происходящие в сталях при выбранном режиме обработки, получаемую структуру и свойства.
5. Термопластичные пластмассы, их особенности, структура и области применения. Приведите примеры.
Вариант 8.
1. Начертите диаграмму состояния для случая образования непрерывного ряда твёрдых растворов. Что такое твёрдый раствор?
2. Опишите процессы, происходящие при горячей пластической деформации.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,4 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Доэвтектоидная углеродистая сталь имеет крупнозернистую структуру перегрева. Какой вид термической обработки следует применять для устранения состояния перегрева? Нанесите на диаграмму состояния «Железо – цементит» ординату любой доэвтектоидной стали и объясните, какие изменения происходят в структуре стали при этой термообработке.
5. Термореактивные пластмассы, их особенности, структура и область применения. Приведите примеры термореактивных пластмасс.
Вариант 9.
1. В чем сущность явления полиморфизма и какое оно имеет практическое значение? Приведите примеры.
2. Как выбирается режим рекристаллизационного отжига? Для каких целей он назначается? Рассмотрите на примере никеля.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,8 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Изделия из стали 50 закалены: первое – от температуры 740 °С, а второе – от температуры 820 °С. Используя диаграмму состояния «Железо – цементит», укажите выбранные температуры нагрева и объясните, какое из этих изделий имеет более высокую твердость и лучшие эксплуатационные свойства и почему.
5. Композиционные материалы с металлической матрицей. Классификация, особенности строения, свойства и области применения.
Вариант 10.
1. Начертите диаграмму состояния для случая образования устойчивого химического соединения. Укажите структурные составляющие во всех областях этой диаграммы и опишите строение типичных сплавов различного состава, встречающихся в этой системе.
2. Как и почему при холодной пластической деформации изменяются свойства металлов?
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,1 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима термической обработки, обеспечивающей получение твердости 60 – 63 НRС. Укажите, как этот режим называется. Опишите сущность превращений и структуру, получаемую при этом.
5. Композиционные материалы с неметаллической матрицей. Классификация, особенности строения, свойства и область применения.
Вариант 11.
1. Что такое дислокация? Виды дислокаций и их влияние на механические свойства металла.
2. Как и почему изменяется плотность дислокаций при пластической деформации? Влияние дислокаций на свойства металлов.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,01 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима термической обработки, обеспечивающей твердость 3500 НВ. Опишите сущность превращений и структуру, получаемую при этом.
5. Титан. Основные физические и механические свойства. Классификация титановых сплавов.
Вариант 12.
1. Каковы основные свойства металлов и чем они определяются?
2. Каким способом можно восстановить пластичность холоднокатаных медных лент? Назначьте режим термической обработки и опишите сущность происходящих процессов.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму состояния «Железо – цементит», опишите структурные превращения, происходящие при нагреве стали У10. Укажите критические точки и выберите оптимальный режим нагрева этой стали под закалку. Охарактеризуйте этот вид термической обработки и опишите получаемую структуру и свойства стали.
5. Сплавы с эффектом памяти механической формы.
Вариант 13.
1. Охарактеризуйте параметры процесса кристаллизации, их влияние на величину зерна кристаллизующегося металла.
2. Опишите механические свойства, определяемые при испытаниях на растяжение, изгиб.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,3 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Что такое закалка? Используя диаграмму состояния «Железо – цементит», укажите температуру нагрева под закалку стали 50 и У12. Опишите превращения, происходящие в сталях при выбранном режиме обработки, получаемую структуру и свойства.
5. Литий. Основные физические и механические свойства. Классификация литиевых сплавов.
Вариант 14.
1. Начертите диаграмму состояния для случая ограниченной растворимости компонентов в твердом виде с перитектикой. Охарактеризуйте структуры образующихся сплавов.
2. Что такое твердость материала? Опишите основные испытания на твердость.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,35 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. С помощью диаграммы состояния «Железо – цементит» определите температуру нормализации, отжига и закалки для стали 30. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки, опишите структуру и свойства стали после каждого вида обработки.
5. Никель. Основные физические и механические свойства. Классификация никелевых сплавов.
Вариант 15.
1. Опишите виды несовершенств кристаллического строения реальных металлов.
2. Как изменяются эксплуатационные характеристики деталей после дробеструйной обработки и почему?
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,7 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима термической обработки, обеспечивающей получение твердости 1500 НВ. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений и какая структура получается в данном случае.
5. Бериллий. Основные физические и механические свойства. Классификация бериллиевых сплавов.
Вариант 16.
1. Какие из наиболее распространенных металлов имеют гранецентрированную кубическую решетку? Начертите элементарную ячейку и укажите ее параметры, координационное число, коэффициент компактности, базис.
2. Какой термической обработкой можно восстановить пластичность холоднодеформированных полос из стали 10? Назначьте режим термообработки и опишите сущность происходящих процессов.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,9 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима изотермической закалки. Охарактеризуйте этот режим термической обработки и опишите структуру и свойства стали.
5. Титан. Основные физические и механические свойства. Классификация титановых сплавов.
Вариант 17.
1. Опишите и нарисуйте основные дефекты кристаллов.
2. Какие основные характеристики механических свойств определяются при динамических и циклических нагрузках? Опишите их.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,4 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 2500 НВ. Укажите, как этот режим называется, какая структура получается в этом
случае?
5. Опишите термопластичные и термореактивные полимеры.
Вариант 18.
1. От чего зависит форма кристаллов и строение слитков?
2. Сохраняется ли наклеп металла, если пластическая деформация осуществляется при температуре выше температуры рекристаллизации? Дайте подробное объяснение.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму состояния «Железо – цементит» и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 40 температуру закалки и температуру отпуска, необходимые для обеспечения твердости 4500 НВ. Опишите превращения, которые совершались в стали в процессе закалки и отпуска, и полученную после термической обработки структуру.
5. Приведите обоснование технико-экономических преимуществ использования пластмасс. Укажите основные области их применения.
Вариант 19.
1. Монокристаллы. Опишите основные методы получения монокристаллов.
2. Опишите основные пути повышения прочности металлов.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,45 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. После закалки углеродистой стали была получена бейнитная структура. Проведите на диаграмме термокинетического превращения переохлажденного аустенита кривую охлаждения, обеспечивающую получение такой структуры. Опишите превращения, которые совершились в стали при нагреве и охлаждении, ее твердость.
5. Магний. Основные физические и механические свойства. Классификация магниевых сплавов.
Вариант 20.
1. Опишите строение реального слитка.
2. Опишите закономерности зависимости свойств сплавов в равновесном состоянии от вида диаграмм состояний.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 55 НRС. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений и структуру, получаемую в этом случае.
5. Состав, классификация и свойства пластмасс.
Вариант 21.
1. Влияние типа связи между частицами на структуру и свойства кристаллов.
2. Разрушение металлических материалов.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,8 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Углеродистая сталь У8 после закалки и отпуска имеет твердость
55–60 НRС. Используя диаграмму состояния «Железо – цементит» и учитывая превращения, происходящие в стали при отпуске, выберите температуру закалки и температуру отпуска. Опишите превращения, происходящие в сталях при выбранных режимах термической обработки, и окончательную структуру.
5. Графит. Классификация, свойства и области применения.
Вариант 23.
1. Зарисуйте кристаллическую решетку ОЦК и ГЦК. Укажите параметры, координационное число. Приведите примеры.
2. Влияние нагрева на строение и свойства деформированного металла. Опишите процессы рекристаллизации металлов.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,7 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 5000 НВ. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений и структуру, получаемую в этом случае.
5. Неорганические стекла (минеральные). Классификация, свойства и области применения.
Вариант 24.
1. Какими свойствами обладают металлы и какими особенностями типа связи эти свойства обусловлены?
2. Дайте разъяснение упругой и пластической деформаций металлов.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,0 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Углеродистые стали 45 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру мартенсит отпуска и твердость: первая – 50 НRС, вторая – 60 НRС. Используя диаграмму состояния «Железо – цементит» и учитывая превращения, происходящие в этих сталях при отпуске, укажите температуру закалки и температуру отпуска для каждой стали. Опишите превращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска, и объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 45?
5. Ситаллы. Классификация, свойства и области применения.
Вариант 25.
1. Разъясните, что такое «компонент», «фаза», «структура». Приведите примеры.
2. Волочение медной проволоки проводят в несколько переходов.
В некоторых случаях проволока на последних переходах разрывается. Объясните причину разрыва и укажите способ его предупреждения.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,5 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму состояния «Железо – цементит», опишите структурные превращения, происходящие при нагреве стали У11. Укажите критические точки и назначьте температуру нагрева этой стали под закалку и под нормализацию. Охарактеризуйте эти виды термической обработки, опишите получаемую структуру и свойства.
5. Быстрорежущие стали. Маркировка, состав, термическая обработка и назначение.
Вариант 26.
1. Опишите тип связи в металлах, укажите структуру металлов и типы кристаллических решеток.
2. Опишите поведение конструкционных материалов в условиях низких температур.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 3,6 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 45–50 НRС. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений и структуру, получаемую в этом случае.
5. Твердые сплавы. Классификация, маркировка, свойства и области применения.
Вариант 27.
1. Энергетические условия процесса кристаллизации.
2. Опишите поведение конструкционных материалов в коррозионно-активных средах.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. С помощью диаграммы состояния «Железо – цементит» определите температуру нормализации, отжига и закалки для стали У10. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки, опишите структуру и свойства стали после каждого вида обработки.
5. Резины. Классификация, состав, свойства и области применения.
Вариант 28.
1. Опишите физическую сущность и механизм процесса первичной кристаллизации.
2. Сверхбыстрая кристаллизация.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима термической обработки, обеспечивающей получение твердости 1500 НВ. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений и какая структура получается в данном случае.
5. Композиционные материалы с неметаллической матрицей. Классификация, особенности строения, свойств и область применения.
Вариант 29.
1. Опишите сущность и механизмы процессов вторичной кристаллизаци.
2. Для чего проводится рекристаллизационный отжиг? Как назначается режим этого вида обработки? Приведите несколько конкретных примеров.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,4 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму изотермического превращения аустенита, объясните, почему нельзя получить в стали чисто мартенситную структуру при охлаждении ее со скоростью меньше критической.
5. Композиционные материалы с металлической матрицей. Классификация, особенности строения, свойств и область применения.
Вариант 30.
1. Что такое ограниченные и неограниченные твердые растворы? Каковы необходимые условия образования неограниченных и ограниченных твёрдых растворов замещения и внедрения?
2. Что называют сплавом? Опишите строение сплавов при различном взаимодействии компонентов в металлических сплавах.
3. Вычертите диаграмму состояния «Железо – цементит»; укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы; опишите все нонвариантные превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,1 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. С помощью диаграммы «Железо – цементит» определите температуру нормализации, отжига и закалки для стали У10. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки, опишите структуру и свойства стали после каждого вида обработки.
5. Антифрикционные сплавы на основе цветных металлов (оловянные и свинцовые). Составы, строение, маркировка и области применения.
3.3. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ домашней работы
«КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по материаловедеНию № 2»
Вариант 1.
1. Укажите температуры, при которых проходит процесс прочностного азотирования. Объясните, почему азотирование не производится при температурах ниже 500 и выше 700 °С (используя диаграмму состояния «Железо – азот»). Назовите марки сталей, применяемых для азотирования, и опишите полный цикл их термической и химико-термической обработки.
2. Для изготовления штампов выбрана сталь 6ХС. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
3. Назначьте марку жаропрочной стали (сильхром) для клапанов автомобильных двигателей небольшой мощности. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки стали. Опишите микроструктуру и основные свойства стали после термической обработки.
4. Для изготовления токопроводящих упругих элементов выбрана бронза БрБНТ–1,7. Приведите химический состав, режим термической обработки и получаемые механические свойства сплава. Опишите процессы, происходящие при термической обработке, и объясните природу упрочнения в связи с диаграммой состояния «Медь–бериллий».
Вариант 2.
1. В результате термической обработки некоторые детали машин должны иметь твёрдый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для изготовления их выбрана сталь 15ХФ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
2. В результате термической обработки коленчатые валы судовых и автомобильных двигателей должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость 3000–3500 НВ). Для изготовления их выбрана сталь 40ХФА. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения при термической обработке данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
3. Для деталей, работающих в слабых агрессивных средах, применяется сталь 30X13. Укажите состав и определите группу стали по структуре. Объясните назначение хрома в данной стали, назначьте и обоснуйте режим термической обработки.
4. Для изготовления токопроводящих упругих элементов выбран сплав БрБНТ–1,9. Приведите химический состав, режим термической обработки и получаемые механические свойства сплава. Опишите процессы, происходящие при термической обработке, и объясните природу упрочнения в связи с диаграммой состояния «Медь – бериллий».
Вариант 3.
1. Назначьте режим термической обработки слабонагруженных деталей из стали 45. Приведите его обоснование и опишите структуру и механические свойства деталей. Объясните, почему удовлетворительные свойства на изделиях из данной стали могут быть получены в небольших сечениях.
2. Для изготовления деталей штампов, обрабатывающих металл в холодном состоянии, выбрана сталь ХГ3СВ. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки стали, объяснив влияние легирования на превращения при термической обработке. Опишите микроструктуру и свойства штампов после термической обработки.
3. Для реостатных элементов сопротивления выбран сплав манганин МНМц3–12. Расшифруйте состав, опишите структуру и электротехнические характеристики этого сплава.
4. Для поршней двигателя внутреннего сгорания, работающих при температурах 200–250 °С, используется сплав АЛ1. Расшифруйте состав и укажите способ изготовления деталей из данного сплава. Опишите режим упрочняющей термической обработки и кратко объясните природу упрочнения.
Вариант 4.
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска напильников из стали У13. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.
2. Для изготовления обрезных штампов выбрана сталь XI2М. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки стали, объяснив влияние легирования на все превращения, происходящие при термической обработке. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
3. В теплоэнергетике используется сталь 12Х2МФСР. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки и приведите его обоснование. Объясните влияние легирующих элементов на превращения при термической обработке стали. Опишите влияние температуры на механические свойства стали.
4. Для изготовления деталей путем глубокой вытяжки применяется латунь Л70. Укажите состав и опишите структуру сплава. Назначьте режим промежуточной термической обработки, применяемой между отдельными операциями вытяжки, обоснуйте выбранный режим и приведите общую характеристику механических свойств сплава.
Вариант 5.
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска пружин из стали 70. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
2. Для изготовления резцов выбрана сталь Р6М5. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и главные свойства резцов после термической обработки.
3. Для некоторых деталей (щеки барабанов, шары дробильных мельниц и т. п.) выбрана сталь 110Г13. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование. Опишите микроструктуру стали и причины ее высокой износоустойчивости.
4. Для изготовления деталей в авиастроении применяется сплав МЛ5. Расшифруйте состав сплава, укажите способ изготовления деталей из данного сплава и опишите характеристики механических свойств сплава.
Вариант 6.
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска гладких и резьбовых калибров из стали У12А. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.
2. В результате термической обработки пружины должны получить высокую упругость. Для изготовления их выбрана сталь 63С2А. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
3. Объясните природу жаропрочности сплавов на никелевой основе в связи с их составом, термической обработкой и получаемой структурой. Приведите примеры этих сплавов и укажите область применения.
4. В качестве материала для ответственных подшипников скольжения выбран сплав БрС30. Укажите состав и определите группу сплава по назначению. Опишите основные свойства и требования, предъявляемые к сплавам этой группы.
Вариант 7.
1. Назначьте режим термической обработки штампов холодной штамповки из стали У10. Приведите его обоснование и опишите структуру и свойства штампов. Объясните, почему из данной стали изготавливают штампы небольшого сечения.
2. В результате термической и химико-термической обработки червяки должны получить твёрдый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 12Х2Н4ВА. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки данной стали. Опишите структуру и свойства червяков в готовом виде.
3. Назначьте нержавеющую сталь для изготовления деталей, работающих в среде уксусной кислоты при температуре 40 °С. Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните коррозионную устойчивость материала и роль каждого легирующего элемента.
4. Назначьте марку алюминиевой бронзы для изготовления мелких ответственных деталей (втулок, фланцев и т. п.). Укажите ее состав, опишите структуру, используя диаграмму состояния «Медь–алюминий», и основные свойства бронзы.
Вариант 8.
1. Назначьте режим термической обработки рессор из стали 65 и приведите его обоснование. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
2. Для изготовления плит высокого класса точности выбрана сталь 12X1. Определите состав и группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки стали, объяснив влияние легирования на все превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
3. Для изготовления деталей, работающих в окислительной атмосфере при 800 °С, выбрана сталь 12Х18Н9Т. Укажите состав, обоснуйте выбор стали для данных условий работы и объясните, для чего вводится хром в эту сталь.
4. Для изготовления деталей двигателей внутреннего сгорания выбран сплав АК8. Расшифруйте состав, укажите способ изготовления деталей из данного сплава и приведите характеристики механических свойств сплава при повышенных температурах.
Вариант 9.
1. Режущий инструмент требуется обработать на максимальную твердость. Для его изготовления выбрана сталь У13А. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства данной стали.
2. Для изготовления молотовых штампов выбрана сталь 5ХНСВ. Укажите состав и группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки стали, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения при термической обработке этой стали. Укажите структуру, свойства и требования, предъявляемые к штампам горячей штамповки.
3. Дайте общую характеристику магнитомягких материалов, укажите их состав, свойства и область применения в машино- и приборостроении.
4. Для обшивки летательных аппаратов использован сплав ВТ6. Приведите состав сплава, режим упрочняющей термической обработки и получаемую структуру. Опишите процессы, протекающие при термической обработке, и преимущества сплава ВТ6 по сравнению с ВТ5.
Вариант 10.
1. Выберите легированную сталь для изготовления сверл. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства инструмента.
2. Копиры должны иметь минимальную деформацию и высокую износоустойчивость поверхностного слоя при твердости 7500–10000 НV. Для их изготовления выбрана сталь 38ХВФЮА. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической и химико-термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки данной стали. Опишите структуру и свойства стали после обработки.
3. Для изготовления деталей, работающих в активных коррозионных средах, выбрана сталь 08Х18Н12Т. Укажите состав и объясните причину введения легирующих элементов в эту сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, опишите микроструктуру данной стали после термической обработки.
4. Укажите марки, состав, свойства и способ изготовления металлокерамических твёрдых сплавов для режущего инструмента.
Вариант 11.
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска различных приспособлений из стали 45, которые должны иметь твердость 28–35 НRС. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
2. Для изготовления высадочных и чеканочных штампов выбрана сталь 4ХВС. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения при термической обработке этой стали. Опишите структуру и свойства штампов после термической обработки.
3. Для деталей, работающих в слабых коррозионных средах, используется сталь 20X13. Укажите состав и объясните причину введения хрома в эту сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, опишите микроструктуру после обработки.
4. Для изготовления ответственных деталей (втулки, клапаны, зубчатые колеса и т.п.) выбран сплав БрАЖН10–4–4. Расшифруйте состав, укажите режим термической обработки, механические свойства и опишите структуру, используя диаграмму состояния «Медь – алюминий».
Вариант 12.
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска деталей из стали 40ХГ, которые должны иметь твердость 2300–2500 НВ. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
2. Для изготовления режущего инструмента выбрана сталь Р6М5К5. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
3. Для некоторых деталей точных приборов выбран сплав элинвар. Укажите состав и определите группу, к которой относится данный сплав по назначению. Опишите влияние легирующих элементов на основную характеристику сплава и причины выбора данного состава сплава.
4. Для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания выбран сплав АК4–1. Укажите состав и способ изготовления деталей из этого сплава. Приведите характеристики механических свойств сплава при повышенных температурах и объясните, за счет чего они достигаются.
Вариант 13.
1. Требуется произвести поверхностное упрочнение изделий из стали 15Х. Назначьте вид обработки, опишите его технологию, происходящие в стали превращения, структуру и свойства поверхности и сердцевины.
2. В результате термической обработки оправки должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость 3000–3500 НВ). Для их изготовления выбрана сталь 40ХН. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке этой стали. Опишите структуру и свойства оправок после термической обработки.
3. Для нагревательных элементов сопротивления выбран сплав хромаль Х23Ю5. Расшифруйте состав и укажите требования, предъявляемые к сплавам этого типа, температурные границы применения этого сплава.
4. Опишите металлокерамические твердые сплавы группы ТТК. Укажите их состав, свойства и область применения в машиностроении.
Вариант 14.
1. На изделиях из стали 15 требуется получить поверхностный слой высокой прочности. Приведите обоснование выбора метода химико-термической обработки, опишите его технологию и структуру изделия после окончательной термической обработки.
2. В результате термической обработки рессоры должны получить повышенную упругость. Для их изготовления выбрана сталь 60С2ВА. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки. Опишите микроструктуру и свойства рессор после термической обработки.
3. Для обшивки скоростных самолетов применяются сплавы на основе титана. Обоснуйте причины применения этих сплавов взамен алюминиевых. Приведите примеры титановых сплавов и сравните их механические характеристики с характеристиками алюминиевых сплавов при температуре 200–500 °С.
4. Для изготовления деталей путем глубокой вытяжки применяется латунь Л96. Укажите состав и опишите структуру сплава, назначьте режим промежуточной термической обработки, применяемой между отдельными операциями вытяжки, обоснуйте выбранный режим. Приведите общую характеристику механических свойств сплава.
Вариант 15.
1. Изделия из стали 40Х требуется подвергнуть улучшению. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства данной стали.
2. Для изготовления обрезных штампов выбрана сталь Х6ВФ. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке этой стали. Опишите структуру и свойства штампов после термической обработки.
3. Для нагревательных элементов сопротивления выбран сплав нихром Х20Н80. Укажите состав и требования, предъявляемые к сплавам этого типа. Приведите температурные границы применимости сплава.
4. Для отливок сложной конфигурации используется бронза БрО10Ф1. Укажите состав сплава, его структуру и назначьте режим термической обработки для снятия внутренних напряжений, возникающих после отливки.
Вариант 16.
1. Назначьте режим термической и химико-термической обработки шестерен из стали 20ХН с твердостью зуба 58–62 НRС. Опишите микроструктуру и свойства поверхности зуба и сердцевины шестерен после термической обработки.
2. Для изготовления молотовых штампов выбрана сталь 5ХНВ. Расшифруйте состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства штампов после термической обработки.
3. Для изготовления обшивки скоростных самолетов применяются сплавы на основе титана. Обоснуйте причины применения этих сплавов взамен алюминиевых. Приведите примеры титановых сплавов и сравните их механические характеристики с характеристиками алюминиевых сплавов при температуре 200–500 °С.
4. Для изготовления режущего инструмента используются сплавы Т5К10 и Т15К6. Укажите состав сплавов, способ изготовления и область применения. Объясните причины высокой теплостойкости этих сплавов в сравнении с углеродистыми и быстрорежущими сталями.
Вариант 17.
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска зенкеров из стали У12А. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.
2. В результате термической обработки валы должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость 3000–3500 НВ). Для их изготовления выбрана сталь З0ХГС. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
3. Назначьте нержавеющую сталь для изготовления деталей, работающих в среде уксусной кислоты при температуре не выше 40 °С. Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозионной устойчивости стали и роль каждого легирующего элемента.
4. Для заливки вкладышей ответственных подшипников скольжения выбран сплав Б83. Укажите состав сплава и определите группу сплава по назначению. Зарисуйте и опишите микроструктуру сплава. Приведите основные требования, предъявляемые к баббитам.
Вариант 18.
1. Пружина из стали 65 после правильно выполненной закалки и последующего отпуска имеет твердость значительно ниже, чем это требуется по техническим условиям. Чем вызван этот дефект и как можно его исправить? Укажите, какие твердость и структура обеспечивают упругие свойства пружин.
2. Для изготовления штампов горячей штамповки выбрана сталь 4ХЗВМФ. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Укажите микроструктуру и свойства штампов после термической обработки.
3. Для изготовления деталей подшипников качения выбрана сталь ШХ15СГ. Укажите состав стали, назначьте режим термической обработки и приведите свойства стали после термической обработки.
4. Опишите тугоплавкие металлы и сплавы на их основе. Приведите общую характеристику этих сплавов и укажите область их применения.
Вариант 19.
1. Выберите марку чугуна для изготовления ответственных деталей машин (коленчатые валы, шатуны и т. п.). Укажите состав, обработку, структуру и основные механические свойства деталей из этого чугуна.
2. В результате термической обработки зубчатые колеса должны получить твёрдый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 18ХНМФА. Расшифруйте состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической и химико-термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
3. Для деталей, работающих в окислительной атмосфере, применяется сталь 08Х18Н12Т. Расшифруйте состав и объясните назначение хрома в данной стали. Обоснуйте выбор стали для данных условий работы.
4. Для червячных пар выбрана бронза БрОЦС4–4–17. Расшифруйте состав и объясните назначение легирующих элементов и высокие антифрикционные свойства этой бронзы.
Вариант 20.
1. Назначьте режим термической обработки слабонагруженных деталей из стали 40. Приведите его обоснование и опишите структуру и свойства деталей. Объясните, почему удовлетворительные свойства на изделиях из данной стали могут быть получены в небольшом сечении.
2. Для изготовления матриц холодной штамповки выбрана сталь Х12Ф1. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства матриц после термической обработки.
3. Для изготовления деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь 15X28. Укажите состав стали, объясните причину введения хрома и обоснуйте выбор этой стали для условий работы.
4. Для деталей арматуры выбрана бронза БрОФ10–1. Укажите состав и опишите структуру сплава. Объясните назначение легирующих элементов. Приведите механические свойства сплава.
Вариант 21.
1. Для изготовления метчиков выбрана сталь У10. Назначьте режим термической обработки и приведите его обоснование. Укажите структуру и свойства метчиков в готовом виде.
2. Для изготовления обрезных матриц и пуансонов выбрана сталь 9ХФ. Расшифруйте состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства инструмента после термической обработки.
3. В авиационной и ракетной технике, а также в судостроении и приборостроении применяются высокопрочные мартенситно-стареющие стали Н18К8М3Т, Н18К12М5Т и др. Укажите состав, термическую обработку, структуру и свойства этих сталей. Опишите природу упрочнения.
4. Для заготовок используется сплав БрОФ4–0,25. Расшифруйте состав сплава, его структуру, основные механические свойства и назначьте режим термической обработки для улучшения обрабатываемости.
Вариант 22.
1. В чем заключаются преимущества и недостатки поверхностного упрочнения стальных изделий при нагреве токами высокой частоты по сравнению с упрочнением методом цементации? Назовите марки сталей, применяемые для этих видов обработки.
2. В результате термической обработки червяки должны получить твёрдый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 20ХГР. Укажите состав и группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
3. Для элементов сопротивления выбран сплав манганин МНМц3–12. Расшифруйте состав сплава и укажите, к какой группе относится данный сплав по назначению. Опишите структуру и электротехнические характеристики этого сплава.
4. Для изготовления некоторых деталей самолета выбран сплав АМг6. Укажите состав и опишите способ упрочнения этого сплава, объяснив природу упрочнения. Приведите характеристики механических свойств сплава.
Вариант 23.
1. Выберите сталь для изготовления рессор. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и главные свойства рессор после обработки. Каким способом можно повысить усталостную прочность рессор?
2. В результате термической и химико-термической обработки валы коробки передач автомобиля должны получить твёрдый износостойкий поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 15ХГН2ТА. Расшифруйте состав стали и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
3. Для изготовления прошивочных пуансонов выбрана сталь Р18. Укажите состав и определите группу данной стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирующих элементов на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру, свойства пуансонов после термической обработки.
4. Для поршней двигателя внутреннего сгорания выбран сплав АК4–1. Расшифруйте состав сплава, укажите способ изготовления деталей, режим термической обработки и природу упрочнения. Опишите характеристики механических свойств сплава.
Вариант 24.
1. Выберите марку чугуна для изготовления ответственных деталей машин (коленчатые валы, шатуны и т. п.). Укажите состав, обработку, структуру и основные механические свойства деталей из этого чугуна.
2. Копиры должны иметь минимальную деформацию и высокую износоустойчивость поверхностного слоя при твердости 7500–10000 НV. Для их изготовления выбрана сталь 38ХВФЮА. Расшифруйте состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической и химико-термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при обработке данной стали. Опишите структуру и свойства копиров после обработки.
3. Для деталей самолета выбраны сплавы ВТ14 и ВТ22. Укажите состав и определите группы сплавов по назначению. Обоснуйте выбор этих сплавов для данных условий работы и укажите способы их упрочнения.
4. Опишите характеристики жаропрочности, характер деформации и разрушения сплавов, работающих в условиях длительного нагружения при повышенных температурах.
Вариант 25.
1. Выберите углеродистую сталь для изготовления мелких метчиков, плашек и сверл. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства инструмента.
2. В результате термической обработки полуоси должны получить по всему сечению повышенную прочность (твердость 30–35 НRС). Для их изготовления выбрана сталь 40ХНМА. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке этой стали. Опишите микроструктуру и свойства изделия после термической обработки.
3. Для изготовления медицинского инструмента выбрана сталь XI8. Укажите состав и определите группу сплава по назначению. Назначьте режим термической обработки, дайте его обоснование и укажите микроструктуру и свойства инструмента после термической обработки. Объясните назначение хрома в данной стали.
4. Для изготовления корпусных деталей механизмов самолета выбран сплав АЛ2. Приведите химический состав и укажите способ изготовления деталей из данного сплава. Опишите методы повышения механических свойств сплава и сущность этого явления.
Вариант 26.
1. Выберите легированную сталь для изготовления сверл. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства инструмента.
2. Для изготовления измерительного инструмента выбрана сталь ХВГ. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите структуру и свойства инструмента в готовом виде.
3. Назначьте нержавеющую сталь для работы в средах средней агрессивности. Приведите состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозионной устойчивости материала и роль каждого легирующего элемента.
4. Для изготовления мембран и других упругих элементов выбрана бронза БрБНТ–1,7. Приведите химический состав, режим термической обработки и получаемые механические свойства материала. Опишите процессы, происходящие при термической обработке, и объясните природу упрочнения в связи с диаграммой состояния «Медь – бериллий».
Вариант 27.
1. Изделия из стали 45 требуется подвергнуть улучшению. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходивших превращений, структуру и свойства стали.
2. Для изготовления резцов выбрана сталь ХВ5. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки стали, объяснив влияние легирования на все превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
3. Назначьте нержавеющую сталь для работы в среде средней агрессивности (растворы солей). Приведите состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозионной устойчивости материала и роль каждого легирующего элемента.
4. Для изготовления деталей путем глубокой вытяжки применяется латунь Л80. Укажите состав и опишите структуру сплава. Назначьте режим промежуточной термической обработки, применяемой между отдельными операциями вытяжки, и обоснуйте его.
Вариант 28.
1. Для изготовления плашек выбрана сталь У11А. Назначьте режим термической обработки и приведите его обоснование. Укажите структуру и свойства плашек в готовом виде.
2. Кулачки должны иметь минимальную деформацию и высокую износоустойчивость поверхностного слоя при твердости 7500–10000 НV. Для их изготовления выбрана сталь 35ХМЮА. Расшифруйте состав стали и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической и химико-термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства кулачков после термической обработки.
3. Для изготовления деталей, работающих в активных коррозионных средах, выбрана сталь 14Х17Н2. Расшифруйте состав и определите группу стали по назначению; объясните назначение легирующих элементов, введенных в эту сталь; назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите структуру, свойства стали после обработки.
4. Для изготовления ряда деталей в авиастроении применяется сплав МА2. Расшифруйте состав, приведите характеристики механических свойств и укажите способ изготовления деталей из этого
сплава.
Вариант 29.
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска деталей машин из стали 40Х, которые должны иметь твердость 30–35 НRС. Опишите сущность происходящих превращений при термической обработке, микроструктуру и свойства.
2. Для изготовления разверток выбрана сталь ХВСГ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки. Опишите микроструктуру и свойства разверток после термической обработки.
3. В теплоэнергетике используется сталь 12Х1МФ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование и опишите структуру стали после термической обработки. Как влияет температура эксплуатации на механические свойства данной стали?
4. Для изготовления деталей путем глубокой вытяжки применяют латунь Л80. Укажите состав и опишите структуру сплава. Назначьте режим термической обработки, применяемый между отдельными операциями вытяжки, обоснуйте его выбор. Приведите общие характеристики механических свойств сплава.
Вариант 30.
1. Кратко изложите сущность процесса жидкостного высокотемпературного цианирования и применяемой после цианирования термической обработки.
2. Для изготовления фрез выбрана сталь 9ХС. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирующих элементов на превращения, происходящие при термической обработке. Опишите микроструктуру, свойства фрез после термической обработки.
3. Для деталей, работающих в окислительной атмосфере, применяется сталь 12Х13. Укажите состав и определите класс стали по структуре. Объясните назначение хрома в данной стали и обоснуйте выбор марки стали для условий работы.
4. Для изготовления деталей самолета выбран сплав Д1. Расшифруйте состав и опишите способ упрочнения сплава, объясните природу упрочнения. Укажите характеристики механических свойств сплава.
Методические указания к лабораторным работам
Лабораторная работа № 1
«Микроскопический анализ металлов»
Цель работы: ознакомление с микроскопическим анализом металлов и сплавов, с устройством и возможностями металлографического микроскопа, освоение одной из стандартных методик микроскопического анализа сплавов.
Содержание работы
Основными методами изучения строения металлов и сплавов являются макро- и микроскопические анализы.
Макроанализ
Методом макроанализа определяют: · вид излома − вязкий, хрупкий, нафталинистый (в стали), камне-видный (в… · нарушения сплошности металла − усадочная рыхлость, центральная пористость, свищи, подкорковые пузыри,…Микроанализ
· для определения количества и типа структурных составляющих металлов и сплавов; · для оценки формы, размера и характера расположения зерен; · для определения характера и качества предшествующей обработки (термической обработки, литья, обработки давлением,…Приготовление микрошлифа
Шлифование поверхности вручную или на специальных шлифовальных станках начинают на шкурке с наиболее крупным абразивным зерном, затем постепенно… Полирование проводят на специальном полировальном станке на вращающемся круге,… Для выявления микроструктуры полированную поверхность образца подвергают травлению, т. е. действию растворов кислот,…Микроскопы металлографические
По расположению оптических систем и устройств различают вертикальные и горизонтальные микроскопы. Вертикальные микроскопы МИМ–6 и МИМ–7 при… Изображение предмета увеличивается в микроскопе дважды: в объективе и окуляре.… . (4.1.1)Проведение испытаний
, (4.1.3) где К – количество делений шкалы окуляра-микрометра в данном опыте, N – число… Далее определяется средний диаметр зерна:Порядок выполнения работы
Подготовка микроскопа к визуальному наблюдению
· винтами установить отверстие съёмной шайбы над объективом; · над отверстием съемной шайбы установить микрошлиф полированной поверхностью… · поворотом стопорного винта освободить макрометрический винт;Определение цены деления
· подготовить микроскоп к наблюдению; · установить объект-микрометр на столик микроскопа таким образом, чтобы… · изображение шкалы объекта-микрометра отыскать в поле зрения окуляра, для чего, удерживая рукоятки грубой подачи,…Определение величины зерна стали
· микрошлиф поместить на столик микроскопа; · добиться чёткого изображения структуры; · просмотреть несколько участков шлифа; выбрать участок с наиболее крупными зернами;Контрольные вопросы
1. Задачи макроскопического анализа.
2. Задачи микроскопического анализа.
3. Приготовление объекта исследования и правила обращения с ним.
4. Принцип работы металлографического микроскопа.
5. Укажите на микроскопе предметный столик и объясните его назначение.
6. Порядок настройки микроскопа на визуальное наблюдение.
7. Объясните, с какой целью осуществляется смена оптики.
8. Как определить увеличение микроскопа?
9. Цель и порядок определения цены деления окуляра-микрометра.
10. Как определить размер зерна стали окуляром-микрометром?
Отчет по лабораторной работе
1. Цель работы. 2. Основные определения. Макроструктура … 3. Ознакомление с устройством микроскопа. Оптическая схема Обозначения: …Задание для самостоятельной работы студентов
1. Изучить содержание и порядок выполнения лабораторной работы № 1.
2. По рис. 4.1.5. определить цену деления окуляра-микрометра Цок.
3. Воспользовавшись линейкой как шкалой окуляра-микрометра, определить балл зерна микроструктуры заданного варианта.
4. Оформить отчет.
Вариант 1.
| Вариант 2.
|
Вариант 3.
| Вариант 4.
|
Лабораторная работа № 2
«Изучение процесса кристаллизации»
Цель работы: изучить процесс кристаллизации капель раствора четырёх солей. Сравнить строение закристаллизовавшейся капли раствора нитрата свинца со строением слитка спокойной стали.
Содержание работы
Теоретические основы процесса кристаллизации металлов
Согласно законам термодинамики, устойчивым состоянием при определённых внешних условиях будет то состояние, которое обладает меньшим уровнем…Кристаллизация солей
Водные растворы этих солей приготавливаются почти насыщенными с тем, чтобы незначительное испарение воды привело их к состоянию перенасыщения и… Наблюдение за процессом кристаллизации солей производится с помощью…Порядок выполнения работы
2. Предметное стекло с нанесенной на него каплей соли установить на предметный столик так, чтобы капля была в центре отверстия предметного… 3. Произвести грубую настройку на фокус, для чего смотреть одним глазом в… 4. Вращением микрометрического винта произвести тонкую настройку на фокус.Контрольные вопросы
1. На рис. 4.2.1 укажите:
· теоретическую температуру кристаллизации (плавления) металла;
· фактическую температуру кристаллизации (плавления) металла;
· необходимое условие, при котором начнётся процесс кристаллизации (процесс плавления) металла;
· область температур, в которых металл будет находиться в агрегатных состояниях:
а) жидком при охлаждении;
б) твёрдом при охлаждении;
в) твёрдом при нагреве;
г) жидком при нагреве.
2. На рис. 4.2.3 укажите, при какой величине переохлаждения металл закристаллизуется наиболее крупнозернистым (наиболее мелкозернистым).
3. Укажите среду закристаллизовавшегося раствора соли: а) Рb(NO3)2;
б) NH4Cl; в) К2Сr2O7; г) NaCl. Объясните особенности её строения.
4. Укажите форму и схему строения закристаллизовавшейся капли водного раствора соли, схожую со структурой слитка спокойной стали. Объясните особенности ее строения.
Отчет по лабораторной работе
1. Цель работы. 2. Изменение свободной энергии жидкости и твердого тела в зависимости от…Лабораторная работа № 3
«Построение диаграммы состояния
«Свинец – олово» термическим методом»
Цель работы: нахождение термическим методом критических точек свинца, олова и трёх сплавов из свинца и олова и построение по полученным кривым охлаждения диаграммы состояния «Свинец – олово».
Содержание работы
Теоретические основы
Температуры, при которых происходят те или иные физико-химические изменения в сплаве, называются критическими температурами, а соответствующие им… Для определения критических точек сплава достаточно через короткие, но равные… В сплавах в зависимости от характера взаимодействия металлов друг с другом в твёрдом состоянии образуются твёрдые фазы…Построение диаграммы состояния
Для построения кривых охлаждения в лабораторной работе пользуются установкой (рис. 4.3.3), состоящей из электропечи 3, в которой находится тигель 2…Порядок выполнения работы
Все измерения проводят в заданном интервале температур (указаны на подставке милливольтметра), в который попадают значения критических точек. 2. По полученным данным построить кривую охлаждения. Для более четкого… 3. По перегибам на кривой охлаждения определить критические точки и соответствующую им ТЭДС перевести в градусы по…Контрольные вопросы
1. На чём основан термический анализ?
2. Укажите на диаграмме «Свинец – олово» точки начала и конца первичной кристаллизации: а) доэвтектического сплава; б) эвтектического сплава; в) заэвтектического сплава; г) фазовый состав в областях, находящихся выше и ниже этих точек.
3. Укажите на диаграмме «Свинец – олово» точку конца вторичной кристаллизации: а) доэвтектического сплава; б) заэвтектического сплава.
4. Укажите линию начала кристаллизации жидкого раствора:
а) в α-твёрдый раствор; б) в β-твёрдый раствор.
5. Укажите линию, показывающую предельную растворимость:
а) олова в свинце; б) свинца в олове.
6. Укажите процессы кристаллизации, обусловленные понижающейся растворимостью олова и свинца при охлаждении.
7. Укажите на диаграмме «Свинец – олово» области существования: а) α-твёрдого раствора; б) β-твёрдого раствора; в) (α + β); г) α + Ж;
д) β +Ж.
8. Укажите структурный состав в различных областях диаграммы.
Отчет по лабораторной работе
1. Цель работы. 2. Схема установки проведения эксперимента. Описание … 3. Таблица отсчетов ТЭДС (температуры)Задание для самостоятельной работы студентов
1. Изучите содержание вышеизложенной лабораторной работы.
2. Используя показания отсчета температур согласно заданному варианту, постройте кривые охлаждения сплавов.
3. Найдите критические точки сплавов и занесите их в сводную таблицу значений критических точек.
4. Постройте диаграмму состояния и обозначьте фазовый состав областей и структуры сплавов.
5. Оформите отчет.
4.4. Лабораторная работа № 4
«МИкроструктура железоуглеродистых сплавов
в равновесном состоянии»
Цель работы: изучение микроструктуры сталей и чугунов в равновесном состоянии и установление связей между структурой и свойствами.
Содержание работы
1.1. Фазы и структуры диаграммы «Железо – цементит»
Под равновесным состоянием понимается состояние, при котором все фазовые превращения в сплаве полностью закончились в соответствии с диаграммой состояния. Это происходит только при медленном охлаждении. Основой для определения фазовых и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии является диаграмма состояния «Железо – цементит» (рис. 4.4.1). В сплавах железа с углеродом образуются следующие фазы и структуры.
Рис. 4.4.1. Диаграмма состояния «Железо – цементит»
Аустенит–твердый растворвнедрения углерода в Feγ иболее твердыйи пластичный (δ = 40–50 %, 2000–2500 НВ), не магнитен. Предельная концентрация углерода достигает 2,14 % при 1147 °С. Кристаллическая решетка – кубическая гранецентрированная.
Феррит –твердый растворвнедрения углерода в Feα – мягкая, пластичная фаза (σВ = 250 МПа, δ = 40 %, ψ = 70 %, 650–800 HB). Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Феррит магнитен до 768 ºС. Кристаллическая решетка – кубическая объемно-центрированная. Предельная концентрация углерода в феррите при 0 ºС – 0,006 %, при 727 ºС – 0,02 %, в высокотемпературном феррите – 0,1 %.
Увеличение содержания углерода свыше 0,02 % вызывает образование третьей фазы – цементита, которая представляет собой химическое соединение Fe3C, имеет высокую твердость (8000–10000 МПа), но практически нулевую пластичность. Температура плавления цементита – около 1250 ºС. Полиморфных превращений не испытывает, но при низких температурах слабоферромагнитен. Кристаллическая решетка ромбическая.
Графит – полиморфная модификация углерода, кристаллическая решетка которого образована параллельными слоями гексагональных сеток. Графит электропроводен, имеет малую прочность (≈ σВ= 5–10 МПа) и твердость (НВ 30).
Перлит–эвтектоидная смесь феррита и цементита является прочной структурной составляющей (σВ = 800–900 МПа, δ = 16 %, 1800 HB).
Ледебурит– эвтектическая смесь аустенита и цементита в интервале температур 1147–727ºС, а ниже линии SK (727 ºС) – смесь перлита и цементита. Ледебурит имеет высокую твердость > 6000 HB, но хрупок.
Классификация железоуглеродистых сплавов
Структура сплавов в равновесном состоянии определяется содержанием углерода. По содержанию углерода на диаграмме «Железо – цементит»все сплавы принято делить на три группы: техническое железо, стали и чугуны.
Техническим железом называются сплавы с содержанием углерода от 0 до 0,02 %. При концентрации углерода до 0,006 % сплавы являются однофазными и имеют структуру феррита.
Сплавы с содержанием углерода от 0,006 % до 0,02 % являются двухфазными. Это объясняется тем, что концентрация углерода в сплавах превышает его растворимость в феррите при комнатной температуре. В процессе охлаждения феррит любого сплава, имеющего концентрацию углерода свыше 0,006 %, оказывается перенасыщенным. Равновесного состояния феррит достигнет за счет выделения цементита.
Сталями называются сплавы железа с углеродом, концентрация которого находится в пределах от 0,02 % до 2,14 %.
Процессы, протекающие при первичной кристаллизации, на структуру сталей влияния не оказывают. Окончательная структура сталей формируется из аустенита. При 727 ºС (рис. 4.4.1, линия РSК) стали претерпевают эвтектоидное превращение:
А0,8 % С → П0,8 % С (Ф0,02 % С + Ц6,67 % С).
Продуктом данного превращения является перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита.
По структуре в равновесном состоянии стали делятся:
· на доэвтектоидные (концентрация углерода от 0,02 % до 0,8 %), при комнатной температуре состоящие из двух фаз – феррита и цементита, структура таких сталей – феррит+перлит;
· эвтектоидные (концентрация углерода 0,8 %), также состоящие из двух фаз – феррита и цементита, структура – перлит;
· заэвтектоидные (концентрация углерода от 0,8 % до 2,14 %), имеющие структуру перлит+цементит, образованную из двух фаз – феррита и цементита.
Чугунами называются железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % углерода. Если весь углерод находится в химически связанном состоянии (в виде химического соединения Fe3C), то такой чугун называется белым. Своим названием такой чугун обязан цвету излома.
Для белых чугунов характерно эвтектическое превращение при температуре 1147 ºС (рис. 4.4.1, линия ЕСF), в результате которого образуется ледебурит – эвтектическая смесь аустенита и цементита:
Ж4,3 % С → Л2,14 % С(А2,14 % С + Ц6,67 % С).
При температуре 727 ºС происходит превращение аустенита в перлит, и после этого ледебурит будет состоять из перлита и цементита.
По структуре в равновесном состоянии чугуны делятся:
· на доэвтектические (от 2,14 % до 4,3 % углерода). Фазовый состав − феррит и цементит; структурный состав − ледебурит, перлит, цементит вторичный;
· эвтектические (4,3 % углерода). Фазовый состав − феррит и цементит, структурный состав − ледебурит;
· заэвтектические (от 4,3 % до 6,67 % углерода). Фазовый состав − феррит и цементит, структурный состав − ледебурит, цементит первичный.
Все рассматриваемые выше сплавы состоят из одинаковых фаз − феррита и цементита, но имеют разную структуру, а именно структура определяет свойства сплавов.
Белые чугуны обладают хорошими литейными свойствами, но высокая твёрдость исключает их механическую обработку. Поэтому белые чугуны не являются конструкционным материалом. Высокие литейные свойства обеспечиваются углеродом, и в то же время углерод, соединяясь с железом, образует твёрдый цементит.
Чтобы сохранить высокие литейные свойства и понизить твёрдость чугуна, нужно, не уменьшая концентрации углерода, добиться резкого уменьшения цементитной составляющей в структуре. Для этого необходимо, чтобы весь углерод или большая его часть выделилась в свободном виде в форме графита. Эту задачу решают введением в сплав кремния и медленным охлаждением отливки.
Серыми чугунами называются сплавы железа с углеродом, в которых весь углерод или большая его часть находится в структурно-свободном состоянии в виде пластинчатого (лепесткового) графита. Поскольку серые чугуны, как минимум, трёхкомпонентные сплавы, то диаграмма «Железо − цементит» для определения структуры сплавов непригодна. В серых чугунах различают металлическую основу и графитовые включения.
По металлической основе серые чугуны подразделяются:
· на ферритные серые чугуны со структурой феррит и графит пластинчатый;
· ферритоперлитные серые чугуны со структурой феррит, перлит, графит пластинчатый;
· перлитные серые чугуны со структурой перлит и графит пластинчатый.
Серые чугуны имеют хорошие литейные свойства, прекрасно обрабатываются резанием, но имеют низкую прочность и плохо сопротивляются ударным нагрузкам. Низкая прочность серого чугуна объясняется формой графита. Пластинчатый графит служит концентратором напряжения, выполняя роль надреза.
Чтобы сохранить достоинства серого чугуна и повысить его прочность, нужно изменить форму графита − пластины превратить в глобули. Эту проблему решают модифицированием − введением в расплав малых количеств магния или церия.
Высокопрочными чугунами называются сплавы железа с углеродом, в которых весь углерод или большая его часть находится в структурно-свободном состоянии в форме шаровидного графита.
По металлической основе высокопрочные чугуны делятся:
· на ферритные высокопрочные чугуны со структурой феррит и графит шаровидный;
· ферритоперлитные высокопрочные чугуны со структурой феррит, перлит и графит шаровидный;
· перлитные высокопрочные чугуны со структурой перлит и графит шаровидный.
Ковкими чугунами называются сплавы железа с углеродом, в которых весь углерод или большая его часть находится в структурно-свободном состоянии в виде графита хлопьевидного. Получают ковкие чугуны путём отжига белых чугунов.
По металлической основе ковкие чугуны подразделяются:
· на ферритные ковкие чугуны со структурой феррит и графит хлопьевидный;
· ферритоперлитные ковкие чугуны со структурой феррит, перлит и графит хлопьевидный;
· перлитные ковкие чугуны со структурой перлит и графит хлопьевидный.
Влияние концентрации углерода на свойства железоуглеродистых сплавов
Структура и свойства железоуглеродистых сплавов
Наличие в пластичной и мягкой составляющей феррита на границах зёрен прожилок цементита третичного понижает пластичность и вязкость сплава и…Порядок выполнения работы
2. Указать фазы и структурные составляющие в различных областях диаграммы. 3. Подготовить к работе металлографический микроскоп. Изучение микроструктуры… 4. Просмотреть предложенные шлифы, выбрать наиболее характерные участки и зарисовать в отчете. Определить тип сплава,…Контрольные вопросы
1. Определение феррита, аустенита, цементита, графита.
2. Определение перлита, ледебурита.
3.Что такое техническое железо, сталь, чугун?
4. Каково отличие в структуре белого чугуна от серого, высокопрочного, ковкого?
5. Как получают чугун серый, ковкий, высокопрочный?
6. Как и почему меняется твёрдость сплавов по мере увеличения концентрации углерода?
7. По микрофотографии, предложенной преподавателем, определите тип сплава (техническое железо, сталь, чугун), структурный и фазовый состав, пределы содержания углерода.
8. По диаграмме «Железо − цементит» опишите процессы, протекающие в сталях и белых чугунах при кристаллизации.
Отчет по лабораторной работе
1. Цель работы. 2. Диаграмма состояния сплавов «Железо – цементит».Задание для самостоятельной работы студентов
1. Вычертить диаграмму «Fe−Fe3C» с указанием температур превращений и концентраций углерода для характерных точек, фаз и структурных составляющих в различных областях диаграммы.
2. По фотографии, согласно полученному варианту, определите тип сплава, структурный и фазовый состав, пределы содержания углерода.
3. Нанесите на диаграмму состояния «Fe−Fe3C» ординату, соответствующую составу сплава (примерно).
Вариант 1
| Вариант 2
|
Вариант 3
|
Вариант 4
|
Вариант 5
| Вариант 6
|
Вариант 7
|
Вариант 8
|
Лабораторная работа № 5
«Термическая обработка стали»
Цель работы: ознакомиться с практикой выполнения отжига, нормализации, закалки и отпуска на примере конструкционной стати 40Х (0,4 % углерода, 1 % хрома). Изучить влияние режимов термической обработки на твёрдость стали.
Содержание работы
Свойства стали зависят от химического состава и структуры. Термической обработкой, изменяя структуру, можно получить требуемые свойства конкретной детали. Различают основные виды термической обработки стали: отжиг, нормализацию и закалку.
Любая обработка стали состоит из нагрева, выдержки при температуре нагрева и охлаждения. Нагрев и выдержка необходимы для превращения исходной структуры в однородный аустенит. Охлаждение с различной скоростью от аустенитного состояния приводит к образованию различных структур и определяет получение требуемых свойств стали.
Основные виды термической обработки стали и их назначение
Нормализация – нагрев стали выше линии А3 (доэвтектоидной) или Аст (заэвтектоидной) на 30–50 °С, выдержка при этой температуре и последующее… Закалка – нагрев стали выше линии А3 (доэвтектоидной) или А1 (заэвтектоидной)… Отпуск стали – это нагрев стали до температуры ниже линии А1 (рис. 4.5.1б), выдержка при этой температуре и…Процессы нагрева стали
Если же по какой-либо причине температура нагрева окажется ниже линии А1, то исходная структура сохраняется и свойства сталей после охлаждения не…Процессы охлаждения стали
Превращение аустенита при отжиге
При превращении перестраивается решетка с диффузионным перераспределением углерода между фазами. Образовавшаяся структура называется перлит –…Превращение аустенита при нормализации
При охлаждении стали 40Х в масле со скоростью V3 ≈ 150 °С/с обработка называется «закалка в масло». Поскольку V3 < VКР, то термин «закалка»…Превращение аустенита при закалке
Превращение является бездиффузионным, т. к. перемещение атомов не превышает межатомного расстояния. Содержание углерода в исходном и образовавшемся… Гранецентрированная кубическая решетка аустенита перестраивается в… Мартенсит обеспечивает сталям наибольшую твердость при конкретном содержании углерода (рис. 4.5.3) не только за счёт…Влияние температуры отпуска на структуру стали
Низкий отпуск (150–200 °С) назначается для инструментальных сталей (0,7–1,3 % углерода) для повышения вязкости (КСU ≈ 0,2 МДж/м2) при… При нагреве до 200 °С частично снимаются внутренние напряжения, так как внутри… При повышении температуры до 300–400 °С (средний отпуск) мартенсит закалки распадается на феррит и цементит. Наличие…Порядок выполнения работы
2. Назначить режимы термической обработки: · закалку с недогревом (Тз = 710 °С, охлаждение в воде); · закалку неполную (Тз = 780 °С, охлаждение в воде);Контрольные вопросы
1. Определение отжига, нормализации, закалки, отпуска стали.
2. Цели выполнения этих видов термообработки.
3. Основные принципы выбора температуры нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения для указанных видов термообработки сталей.
4. Физический смысл критической скорости закалки.
5. Основные превращения при выполнении указанных видов термообработки.
6. Как влияет содержание углерода на твердость стали при закалке?
7. Как влияет температура отпуска на механические свойства сталей?
8. Объяснить зависимость твёрдости стали от температуры нагрева при закалке; от скорости охлаждения (вода, масло, воздух, охлаждение с печью); от температуры отпуска.
9. Назначить режимы закалки и отпуска для изделий из указанной стали (30, 50, 60, У7, У8, У10, У12).
Отчет по лабораторной работе
1. Цель работы. Химической обработке подвергались образцы из стали марки _______ Химический состав ___________________________________________Задание для самостоятельной работы студентов
Вариант 1.
1. Назначьте температуру нагрева под отжиг, нормализацию и закалку для стали 35. Назовите структуры, получаемые после этих термических обработок.
2. Назначьте температуру отпуска стали У12 и укажите полученную в результате твердость. Какова структура стали после данной термической операции?
Вариант 2.
1. Назначьте температуру нагрева под отжиг, нормализацию и закалку для стали У12. Назовите структуры, получаемые после этих термических обработок.
2. Назначьте температуру отпуска стали 65Г и укажите полученную в результате твердость. Какова структура стали после данной термической операции?
Вариант 3.
1. Назначьте температуру нагрева под отжиг, нормализацию и закалку для стали 70. Назовите структуры, получаемые после этих термических обработок.
2. Назначьте температуру отпуска стали 35 и укажите полученную в результате твердость. Какова структура стали после данной термической операции?
Лабораторная работа № 6
«МикроструктурА термически
обработанных углеродистых сталей»
Цель работы: изучить влияние на структуру и свойства углеродистых сталей температуры нагрева при отжиге и закалке и температуры отпуска после закалки.
Содержание работы
Термической обработкой, изменяя структуру, можно получить требуемые свойства конкретной детали. Распространёнными видами обработок являются закалка, отжиг и нормализация. Любой вид термообработки предусматривает нагрев, выдержку при температуре нагрева и охлаждение. Нагрев выполняется выше линии А3 на 30–50 °С для доэвтектоидных сталей и выше линии А1 или Аст (при нормализации) на 30–50 °С для заэвтектоидных сталей (см. рис. 4.5.1б).
При нагреве и выдержке выше А3 или Аст исходная структура сталей превращается в однородный аустенит. Охлаждение стали выполняется в различных технологических средах, которые и определяют вид обработки: при закалке – в воде, масле, при отжиге – вместе с печью, при нормализации – на спокойном воздухе. Каждая среда обеспечивает определенную скорость охлаждения.
Влияние скорости охлаждения на превращение аустенита
При скоростях охлаждения V < VКР протекает диффузионный распад аустенита в феррит и цементит. В процессе превращения перестраивается… Такое превращение имеет место при отжиге, нормализации и менее… а) Перлит пластинчатый – грубодисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы;Влияние температуры отпуска на превращение мартенсита закалки
При нагреве до 200 °С частично снимаются внутренние напряжения, так как внутри твёрдого раствора незначительное количество углерода, взаимодействуя… При среднем (300 – 400 °С) и высоком (500 – 600 °С) отпусках мартенсит закалки…Влияние температуры отжига на структуру и свойства стали
Рис. 4.6.3. Микроструктура стали 45 до отжига (а) и после отжига (б)Влияние температуры закалки на структуру и свойства стали
Микрошлиф 5 – сталь У8А после закалки (температура нагрева 900 °С – перегрев). При перегреве образуется крупное зерно аустенита, и поэтому в…Влияние температуры отпуска на структуру и свойства стали
Низкий отпуск практически не изменяет вид мартенсита. Игольчатость его строения сохраняется, но несколько увеличивается травимость кристаллов. Такая…Порядок выполнения работы
1. Подготовить к работе металлографический микроскоп. Изучение микроструктуры термически обработанных сталей выполняется при определённых увеличениях.
2. На каждом микрошлифе просмотреть несколько полей, выявить участок с наиболее характерной структурой и зарисовать в отчете.
Контрольные вопросы
1. В наборе фотографий и схем структур найдите перлит пластинчатый, сорбит закалки, троостит закалки, мартенсит закалки, мартенсит отпуска, троостит и сорбит отпуска.
2. Дайте определение каждой структуре и поясните её особенности, укажите, какой термической обработкой её получают, какую твёрдость и вязкость она обеспечивает стали У8.
3. Найдите фотографии и схемы структур стали 45 после отжига с перегревом и стали У8 после закалки с перегревом, укажите названия и особенности этих двух структур, твёрдость и вязкость сталей с такими структурами. Укажите способ исправления структуры статей.
4. Отчет по лабораторной работе № 6
«Микроструктура термически обработанных
углеродистых сталей»
1. Цель работы.
Микроструктура термически обработанных сталей изучается на микроскопе _____________ при увеличении _____________________________
2. Основные определения:
| Критическая скорость закалки − |
| Структура видманштетта − |
| Перлит пластинчатый − |
| Перлит зернистый − |
| Сорбит закалки − |
| Троостит закалки − |
| Мартенсит закалки − |
| Мартенсит отпуска − |
| Троостит отпуска − |
| Сорбит отпуска − |
3. Результаты просмотра структур:
| № образца | Марка стали | Средний химический состав | Вид и режим термообработки | Зарисовка микроструктуры и обозначение структурных составляющих | Механические свойства |
4. Влияние температуры отжига на структуру и свойства стали
5. Влияние температуры закалки на структуру и свойства стали
6. Влияние температуры отпуска на структуру и свойства стали
Библиографический список
2. Материаловедение: учеб. для студентов вузов / Б. Н. Арзамасов [и др.]. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Изд–во МВТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. –… 3. Лахтин, Ю. М. Материаловедение: учебник для студентов вузов / Ю. М.… 4. Лахтин, Ю. М. Материаловедение и термическая обработка металлов: учебник для студентов вузов / Ю. М. Лахтин, В. П.…ПриложениЯ
П.2. Пример выполнения домашнеЙ РАБОТЫСОДЕРЖАНИЕ
Введение............................................................................................................ 3
Рекомендации к самостоятельному изучению основных разделов дисциплины.............................................................................................................................. 4
1.1. Строение металлов.................................................................................. 4
1.2. Кристаллизация и структура металлов и сплавов............................... 4
1.3. Механические свойства материалов..................................................... 5
1.4. Диаграммы состояния сплавов.............................................................. 6
1.5. Диаграмма «Железо-углерод (цементит)»........................................... 7
1.6. Железоуглеродистые сплавы................................................................. 8
1.7. Теория и практика термической обработки углеродистых сталей... 8
1.8. Закалка и отпуск углеродистых сталей................................................ 9
1.9. Легированные стали............................................................................. 10
1.10. Упрочнение сплавов........................................................................... 11
1.11. Конструкционные стали..................................................................... 12
1.12. Коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали
и сплавы............................................................................................... 12
1.13. Инструментальные стали................................................................... 13
1.14. Твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые
и абразивные материалы.................................................................... 14
1.15 Титановые и медные сплавы............................................................... 15
1.16. Алюминиевые и магниевые сплавы.................................................. 15
1.17. Неметаллические материалы............................................................. 16
2. Домашняя работа «Анализ двойных диаграмм»................................. 17
2.1. Указания по выполнению домашней работы «Анализ двойных
диаграмм».............................................................................................. 17
2.2. Цели и задачи изучения диаграмм состояния.................................... 17
2.3. Правило фаз........................................................................................... 19
2.4. Правило отрезков.................................................................................. 19
2.5. Общий обзор диаграмм состояния сплавов........................................ 21
2.6. Описание диаграммы состояния......................................................... 26
2.7. Построение кривой охлаждения заданного сплава и описание
процесса кристаллизации.................................................................... 27
2.8. Анализ состояния сплава при заданной температуре....................... 31
2.9. Варианты заданий для домашней работы «Анализ двойных
диаграмм».............................................................................................. 32
3. Домашняя работа «Контрольная работа по материаловедению».... 58
3.1. Указания по выполнению домашней работы «Контрольная
работа по материаловедению».......................................................... 58
3.2. Варианты заданий для домашней работы «Контрольная работа
по материаловедению № 1»................................................................. 59
3.3. Варианты заданий для домашней работы «Контрольная работа
по материаловедению № 2»................................................................. 72
Методические указания к лабораторным работам............................. 88
4.1. Лабораторная работа № 1 «Микроскопический анализ металлов» 88
4.2. Лабораторная работа № 2 «Изучение процесса кристаллизации» 102
4.3. Лабораторная работа № 3 «Построение диаграммы состояния
«Свинец – олово» термическим методом»...................................... 112
4.4. Лабораторная работа № 4 «Микроструктура
железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии».............. 123
4.5. Лабораторная работа № 5 «Термическая обработка стали».......... 138
4.6. Лабораторная работа № 6 «Микроструктура термически
обработанных углеродистых сталей»............................................... 148
Библиографический список...................................................................... 156
Приложения.................................................................................................. 157
П.1. Пример оформления титульного листа........................................... 157
П.2. Пример выполнения домашней работы ««Анализ двойных
диаграмм»........................................................................................... 158
П.3. Диаграмма «Железо – азот».............................................................. 163
П.4. Диаграмма «Медь – бериллий»........................................................ 164
П.5. Диаграмма «Медь – алюминий»...................................................... 165
Редактор Т. А. Москвитина
Компьютерная верстка – Е. В. Беспалова
ИД № 06039 от 12.10.2001 г.
Сводный темплан 2011 г.
Подписано в печать 11.03.11. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная.
Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 10,5. Уч.-изд. л. 10,5.
Тираж 200 экз. Заказ 172.
_________________________________________________________
Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12
| |
– Конец работы –
Используемые теги: Материаловедение0.037
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Реклама
Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право.
© copyright 1999 - 2024 allRefs.net. Все права защищены. Страница сгенерирована за: 0.146 сек.
Новости и инфо для студентов