Железоуглеродистых сплавов от содержания углерода - раздел Менеджмент, Институт системного анализа, автоматики и управления Из Диаграммы Fe–Ц (Рис. 2.1.1) Следует, Что Структуры Практически Всех (&g...
Из диаграммы Fe–Ц (рис. 2.1.1) следует, что структуры практически всех (>0,01 %С) сплавов при нормальных температурах формируются из двух фаз – феррита (Ф) и цементита (Ц). Механические свойства этих фаз приведены выше на стр. 66.
Очевидно, что с увеличением содержания углерода в структуре сплавов возрастает количество твердого и хрупкого Ц и уменьшается количество мягкого, пластичного Ф. Твердые частицы Ц повышают сопротивление сплава пластической деформации (см. темы 1.2.2, 1.2.3). Поэтому с увеличением содержания углерода растут твердость (НВ) и прочность (sв) сплавов, падают их пластичность (d, y) и ударная вязкость (KCU) – рис. 2.1.3.
В теме 1.1 отмечалось, что и прочность (sв) и твердость (НВ) характеризуют сопротивление материала пластической деформации. Поэтому между
sв и НВ существует закономерная связь
sв = а×НВ, (2.2)
где а = const, отличающаяся для различных сплавов (для сталей а » 0,3).
Рис. 2.1.3. Зависимость механических свойств углеродистых сталей в равновесном состоянии
от содержания углерода
С этим связана одинаковая линейная зависимость sв и НВ от содержания углерода. Однако, как видно из рис. 2.1.3, в сплавах, содержащих > 0,8 %С, прочность при растяжении падает, а твердость продолжает расти. Это обусловлено охрупчивающим влиянием сетки ЦII в заэвтектоидных сталях[14], которое не сказывается при измерениях твердости, т.к. при этом работает не все сечение образца (как при определении sв), а лишь локальная область под индентором (см. тему 1.1).
Таким образом, зависимость sв = f(С), показанная на рис. 2.1.3, - наглядное проявление "красной нити" материаловедения: состав – структура - свойства (вспомним Введение).
Все темы данного раздела:
Институт системного анализа, автоматики и управления
220301.65 - автоматизация технологических процессов и производств
Направления подготовки бакалавра и магистра: 080500.62, 140100.62, 140200.62, 140600.62, 151000.62, 200100.62, 200500.62,
Информация о дисциплине
1.1. ПРЕДИСЛОВИЕ
Материаловедение – наука, изучающая связь между химическим составом, структурой и свойствами материалов и закономерности изменения этих свойств под влиянием внешних воздей
Объем дисциплины и виды учебной работы
Код и название дисциплины
Шифр дисциплины
Специальности
Форма обучения
Вид учебной работы
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
(Объем дисциплины 120 часов)
ВВЕДЕНИЕ (2 часа)
[1], с. 3...6, или [2], с. 4...5; [3], с. 13...20; [4], с. 9...32
Содержание и задачи курса. Его место в подготовке инженер
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ
ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ(4 часа)
[1], с. 68...73, или [2], с. 122...140; [3], с. 60...68; [4], с. 35...62, 76...87
Упругая и пластическая де
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ, ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ
(8 часов)
[1], с. 37...65, или [2], с. 87...99, 47...54; [3], с. 168...190; [4], с. 88...140
Понятия о системе, компоненте, фазе. Механические смеси. Химические соединения в сплав
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КОНСТРУКЦИОННАЯ
ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ(4 часа)
[1], с. 75...80, 87...117, или [2], с. 47...60, 222...236; [3], с. 69...143;
[4], с. 70...75
Понятие конструкционной
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ И
ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ(6 часов)
[1], с. 349...366 или [2], с. 608...629; [3], с. 320...336; [4], с. 355...382
Классификация инструментальных сталей по назначению. Стали д
СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ(8 часов)
[1], с. 290...312, 367...376 или [2], с. 326...348, 470...607;
[3], с. 336...447; [4], с. 382...434, 453...477
О
Студентов очной формы обучения
№
п/п
Наименование
темы
рабочей программы
№ ЛР
151001.65 Кол-во часов по дневной форме обучения
Виды занятий
Студентов очно-заочной формы обучения
№
п/п
Наименование
темы
рабочей программы
№ ЛР
151001.65 Кол-во часов по дневной форме обучения
Виды занятий
Тематический план дисциплины для
студентов заочной формы обучения
№
п/п
Наименование
темы
рабочей программы
№ ЛР
151001.6
Рейтинговая система оценки знаний
Курс дисциплины «Материаловедение» содержит 21 тему в 5 разделах, при изучении которых следует выполнить 4…8 лабораторных работ в зависимости от специальности и формы обучения. После изучения каждо
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основной:
1. Лахтин, Ю.М. Материаловедение /Ю.М. Лахтин, В.П Леонтьева. - М.: Машиностроение, 1990.
2. Материаловедение /под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М
И принципы их определения
Во Введении подчеркивалось, что свойства (в нашем случае - механические) – наиболее интересующая потребителя часть информации о материале (наряду, конечно, со стоимостью).
Механиче
Вопросы для самопроверки к теме 1.1
1. Что такое химический состав материала?
2. Что входит в понятие структуры (микроструктуры) материалов?
3. Какие свойства наиболее важны для конструкционных материалов? Почему?
Промежуточные тесты к теме 1.1
I. Какое из перечисленных свойств (параметров) в наибольшей степени характеризует сопротивление материала хрупкому разрушению?
1. Твердость.
2. Предел прочности.
3. Относ
Дефекты кристаллической решетки
(реальное строение кристаллов)
В реальных кристаллах всегда имеются отклонения от идеального порядка в расположении атомов, называемые несовершенствами или дефекта
Остановимся на двух особенностях механизма перемещения дислокаций.
1. Дислокации могут весьма легко (при малой нагрузке ) передвигаться вдоль плоскости скольже
Пути повышения прочности металлов
В этой теме рассмотрим, в основном, влияние дефектов решетки на прочность кристаллических материалов.
В теме 1.1 отмечалось, что прочность – это способность материала сопр
Вопросы для самопроверки к теме 1.2
1. В чем особенность кристаллического строения?
2. Какими характеристиками описывают кристаллические решетки?
3. Что такое период решетки; какова его примерная величина?
Промежуточные тесты к теме 1.2
I. Каков наиболее вероятный порядок величины периода (параметра) кристаллической решетки?
1. 10-1 см.
2. 10-6 см.
3. 10-8 см.
4.
Тема 1.3. Строение металлических сплавов
В конце предыдущей темы отмечалось, что создание сплавов – наиболее общий путь повышения прочности металлических материалов. Этот метод (сплавления) позволяет получить также более шир
Вопросы для самопроверки к теме 1.3
1. Дайте определение понятий «сплав», «компонент», «фаза». Может ли двухкомпонентный сплав быть однофазным?
2. Какое слово является ключевым в определении понятия «фаза»?
3. Переч
Промежуточные тесты к теме 1.3
I. Какая из перечисленных характеристик не входит в определение понятия «фаза»?
1. Тип решетки.
2. Свойства.
3. Размер зерна.
4. Граница раздела
И свойства железоуглеродистых сплавов
Можно считать (конечно, с некоторым преувеличением), что рассмотренные в предыдущих темах «Опорного конспекта» темы составляют основу материаловедения. Ниже знание этих основ будет использовано для
Тема 2.1. Стали и чугуны (влияние химического состава на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов)
2.1.1. Диаграмма состояния «железо–цементит». Формирование равновесной структуры углеродистых сталей
При сплавлении железа с углеродом (С) образуетсякарбид желе
В процессе кристаллизации
Из диаграммы Fe–Ц (см. рис. 2.1.1) следует, что все стали в результате затвердевания (т.е. непосредственно ниже линии солидус NJBE) приобретают однофазную аустенитную структуру (А).
Видно
Структура и свойства чугунов
Сплавы, содержащие > 2,14 %С (правее т. Е на диаграмме «железо-цементит», см. рис. 2.1.1), называются чугунами.
Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой Fe-Ц, называются
Вопросы для самопроверки к теме 2.1
1. Попробуйте начертить по памяти диаграмму состояния Fe-Fe3C (без левого верхнего угла) и указать характерные критические температуры и концентрации углерода, соответствующие различным
Промежуточные тесты к теме 2.1
I. Каково максимальное (теоретически) содержание углерода в сталях (в %)?
1. 6,67.
2. 0,8.
3. 2,14.
4. 1,2.
5. 4,3.
II. Укажите все
При закалке и отпуске на свойства стали)
В предыдущей теме 2.1 был сделан важный вывод о том, что механические свойства углеродистых сталей определяются количеством содержащегося в них углерода.
Свойства стали с данным
Закалка ( превращения в стали при охлаждении)
Закалка – это нагрев стали до аустенитного состояния, выдержка и последующее ускоренное охлаждение со скоростью V ³ Vкр (Vкр – «критичес
Отпуск (превращения в закаленной стали при нагреве)
Мартенсит, получаемый в результате закалки неравновесная, неустойчивая структура, поэтому он может длительно сохраняться лишь при достаточно низких температурах (≤ 100…150 оС), где
Вопросы для самопроверки к теме 2.2
1. Из каких этапов состоит упрочняющая термическая обработка сталей?
2. Что такое закалка сталей? Какова ее цель?
3. Нарисуйте диаграмму изотермического превращения переохлажденно
Промежуточные тесты к теме 2.2
I. Какая обработка стальных изделий называется «улучшением»?
1. Закалка.
2. Закалка + низкий отпуск.
3. Высокий отпуск.
4. Закалка + высокий отпуск.
5.
И свойства сталей
В предыдущих темах 2.1 и 2.2 изучались структура и свойства углеродистых сталей, в составе которых помимо железа и углерода, (теоретически 0,02…2,14 %С – см. диаграмму «железо–цементит», рис. 2.1.1
Сталей по равновесной структуре)
В углеродистых сталях температуры полиморфных превращений (критические точки G и N в железе, см. рис. 2.1.1; в сталях их принято обозначать А3 и А4 соответственно) зависят от
Мартенситного превращения
(классификация сталей по структуре нормализации)
Остановимся на двух важных закономерностях, проявляющихся при легировании сталей.
1. Очевидно, что по сравнению с
Закалки и прокаливаемость стали
В начале темы 2.3 отмечалось, что существенным недостатком углеродистых сталей является их пониженная прокаливаемость. Напомним, прокаливаемость – это способность стали приобретать мартенси
Легированных сталей
В разделе 2.1.3 отмечалось, что основой классификации углеродистых сталей по назначению (конструкционные и инструментальные) является зависимость их механических свойств
Вопросы для самопроверки к теме 2.3
1. Какие стали называются легированными?
2. Как влияют легирующие элементы на полиморфизм железа? Сравните классификацию углеродистых и легированных сталей по равновесной структуре.
Промежуточные тесты к теме 2.3
I. Укажите два химических элемента, ответственных за формирование структуры сталей аустенитного класса:
1) Mo;
2) Mn;
3) Cr;
4) Ni;
5) W.
II. К
ОТВЕТЫ НА ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ТЕСТЫ
3.3. учебное пособие (электронный учебник)
Как отмечалось выше, темы «Опорного конспекта» обязательны для тщательного изучения, так как они составляют основу металловедения. Однако дл
II.Теоретическое обоснование
Изучение связи между строением (структурой) и свойствами материалов является основной задачей материаловедения. Понятие структуры включает в себя тип и относительное количество фаз, присутствующих
Основы макроанализа
Макроанализ - это анализ макроструктуры материалов, изучаемой невооруженным глазом или с помощью лупы (увеличение до 30 раз). Понятно, что такой метод исследования дает ограниченну
III. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с основными методами макроанализа.
2. Осмотреть образцы с дефектами, наблюдаемыми на поверхности изделий и заготовок. Установить возможную причину появления дефектов.
II. Теоретическое обоснование
В работе 1 отмечалось, что свойства сплавов определяются их структурой. Сведения о структуре (микроструктуре) сплавов могут быть получены при анализе диаграмм состояния, которые являются графическо
III. Порядок выполнения работы
1. Снять экспериментальные кривые охлаждения сплавов системы Pb-Sb различного состава.
2. По результатам анализа кривых охлаждения определить критические точки изучаемых сплавов. Занести э
Цель работы
1. Изучение влияния холодной пластической деформации на структуру и свойства металла.
2. Изучение влияния температуры нагрева на структуру и свойства холоднодеформированного металла.
III. Порядок выполнения работы
1. Произвести пластическое деформирование образца отожженной низкоуглеродистой стали с различными степенями деформации
I. Цель работы
Изучение микроструктуры железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии и влияния содержания углерода на их свойства.
II. Теоретическое обоснование
Сплавы железа с углеродом (с
Сплавов от содержания углерода
Из диаграммы железо-цементит следует, что структуры практически всех сплавов (>0,01 % С) при нормальных температурах формируются из двух фаз -феррита и цементита. Очевидно, что с увеличением сод
III. Порядок выполнения работы
1. Нарисовать диаграмму железо-цементит, установить с ее помощью структуру сплавов с различным содержанием углерода.
2. Используя микроскоп, изучить структуры сплавов с различным содержани
I. Цель работы
Изучение структуры и свойств различных типов серых чугунов.
II. Теоретическое обоснование
Чугуны - железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 %С. В работе 4
III. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с классификацией, маркировкой и способами получения различных типов серых чугунов. Обратить внимание на принципиальное отличие структур серых и белых чугунов.
2. С помощью
I. Цель работы
1. Изучение влияния содержания углерода и режима закалки (температуры нагрева и скорости охлаждения) на структуру и свойства закаленной стали.
2. Изучение влияния температуры отпуска на ст
III. Порядок выполнения работы
1. С помощью диаграммы железо-цементит (рис. 6.3) установить температуры нагрева под закалку сталей 20, 45 и У8. Поместить в печь 5 образцов стали 45 и по одному - сталей 20 и У8. Охладить на возду
II. Теоретическое обоснование.
Классификация и маркировка легированных сталей
В предыдущих работах изучались структура и свойства углеродистых сталей. Кроме них существует большое количество легированных сталей, в котор
Прокаливаемость стали
Выше отмечалось, что механические свойства легированных сталей перлитного класса определяются в основном содержанием углерода. Однако даже относительно низкое легирование позволяет значительно повы
II. Теоретическое обоснование
Основные требования, предъявляемые к материалам для режущего инструмента - это высокая твердость и износостойкость. От этих характеристик зависит прежде всего качество обрабатываемой поверхности. К
III. Порядок выполнения работы
1. Выбрать режимы закалки и отпуска и произвести термическую обработку образцов углеродистой (У10) и низколегированной инструментальной стали (ХВГ).
2. Измерить твердость термически обрабо
II. Теоретическое обоснование
Алюминий из-за невысокой прочности (sв£140 МПа даже в наклепанном состоянии) как конструкционный материал практически не используется. Сплавы на основе алюминия, сохраняя присущие
III. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с принципами классификации алюминиевых сплавов.
2. Получить у преподавателя образец отожженного дуралюмина. Измерить твердость на приборе Роквелла (HRB). Закалить образец с
III. Порядок выполнения работы
1. Получить комплект микрошлифов латуней и бронз различных марок в литом и отожженном состояниях. Изучить микроструктуры сплавов, зарисовать их. Установить связь между химическим составом (марками)
I. Цель работы
Изучение особенностей структуры и свойств металлических сплавов, применяемых для изготовления деталей подшипников качения и скольжения.
II. Теоретическое обоснование
В машинострое
III. Порядок выполнения работы
1. Выбрать марку стали для изготовления деталей подшипника - шариков, роликов заданного (преподавателем) диаметра. Назначить режим термической обработки, произвести ее, измерить твердость образца в
II. Теоретическое обоснование
Любые упругие элементы (пружины, рессоры, мембраны) работают только в упругой области, т.е. действующие напряжения должны быть меньше предела упругости sу
II. Теоретическое обоснование
Пластмассы широко применяются в различных отраслях промышленности в основном в качестве конструкционных и электроизоляционных материалов. По сравнению металлическими материалами переработка пластма
III. Порядок выполнения работы
Изделие (диск) изготавливают из пластмасс двух типов - термопластичной (полиэтилен) и термореактивной (акрилоксид). Работа выполняется на двух одинаковых стальных пресс-формах поочередно двумя груп
Глоссарий
(толковый словарь основных материаловедческих терминов, встречающихся
в «Опорном конспекте», контрольных и лабораторных работах)
При пользовании Глоссарием необходимо иметь в виду
И методические указания к ее выполнению
Работа выполняется письменно и после исправлений отмеченных преподавателем ошибок подлежит устной защите.
При оформлении работы нужно оставлять на каждой странице поля для замечаний препод
Назначение изделия
Начинать нужно именно с назначения изделия (указывается в задании), поскольку оно сразу определяет тип материала. Все изучаемые в данном курсе материалы можно разделить по назначению на два основны
Условия работы изделия
а) Величина нагрузки и характер нагружения определяют требования по механическим свойствам; обычно они указаны в задании – чаще твердость и прочность (σВ или
Размер (сечение) изделия
Если в задании указан диаметр изделия, то речь идет о прокаливаемости стали – способности закаливаться (приобретать мартенситную структуру) на определенную глубину. Для большинства ответстве
Технология изготовления изделия
Если в задании указана технология изготовления изделия – литье, обработка давлением, то это служит дополнительным ориентиром выбора материала.
Основным требованием к материалу, испо
Экономичность
Главной целью выбора материалов является обеспечение необходимого комплекса эксплуатационных свойств (что обсуждалось выше), определяющих работоспособность изделий. Однако оптимизация выбора предпо
Надеемся, что приведенные выше рекомендации помогут Вам в выполнении второй части контрольной работы.
Вторая часть контрольной работы имеет 10 вариантов (в каждом четыре задания). Номер варианта выбирается по предпоследней цифре шифра. Задания скомпонованы так, что
Итоговый контроль
Итак, Вы освоили материал «Опорный конспекта», выполним необходимые лабораторные и контрольную (и она зачтена преподавателем) работы. Остается завершающий этап учебного процесса – подготовка и с
Вопросы для самопроверки
Тема 2.1.1
1. В чем сущность металлической межатомной связи? Как сказывается характер межатомной связи на свойствах металлов?
2. Каковы особенности кристаллического строения тел п
Тема 2.1.5
1. Что такое конструкционная прочность? Какими характеристиками она определяется?
2. Охарактеризуйте такие критерии прочности, как предел прочности (временное сопротивление), предел текуче
Тема 2.1.20
1. Какие вещества называются полимерами? В чем принципиальное отличие их строения от металлов?
2. Что такое полимеризация? Рассмотрите этот процесс на примере образования полиэтилена.
ТЕСТ 10
1. В чем причина роста твердости сталей в равновесном (отожженном)
состоянии при увеличении содержания в них углерода:
1) уменьшается размер зерна;
2) увеличивается накле
ТЕСТ 11
1. Материал для изготовления деталей методом холодной штамповки должен обладать высокими значениями:
1) твердости;
2) предела текучести;
3) предела прочности;
4)
ТЕСТ 12
1. В результате сплавления химических элементов А и В сплав не может быть:
1) многофазным;
2) многокопонентным;
3) однофазным;
4) твердым раствором;
5)
Вопросы для экзамена
1. Материаловедение; задачи и цели изучения дисциплин. Основные понятия – химический состав и структура материалов.
2. Основные механические свойства материалов (прочность и твёр
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
(технология конструкционных материалов)
Учебно-методический комплекс
Редактор М.Ю. Комарова
Оригинал-макет выполнил А.В. Сивенков
Новости и инфо для студентов