Технология конструкционных материалов»

Технология конструкционных материалов»

И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ

для студентов всех форм обучения

направления подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям)

профиль подготовки «Транспорт»

профилизации «Сервис и эксплуатация автомобильного транспорта»

Екатеринбург

Задания к контрольной работе по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» и методические указания для ее выполнения. Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Рос. гос. проф.- пед. ун-т», 2013. 48 с.

Составители: проф., д-р. тех. наук Гузанов Б.Н

доц., канд. тех. наук Большакова М.Ю.

Одобрена на заседании кафедры материаловедения и технологии контроля в машиностроении и методики профессионального обучения. Протокол от 06.09.13, № 2.

Заведующий кафедрой КМ Б.Н. Гузанов

Рекомендована к печати методической комиссией Машиностроительного института ФГАОУ ВПО РГППУ. Протокол от 16.10.13, № 2.

Председатель методической

комиссии МаИ РГППУ А.В. Песков

ã ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2013

ã Гузанов Б.Н., Большакова М.Ю.

Введение

Дисциплина «Технология конструкционных материалов и материаловедение» является одной из основных дисциплин отраслевой (общетехнической) подготовки педагога профессионального обучения. Дисциплина состоит из двух разделов, структурно и методически согласованных между собой, что позволяет студентам не только познать природу машиностроительных материалов, но и изучить их свойства в зависимости от химического состава, структуры и последующих обработок. Весьма важным можно считать ознакомление с традиционными и новыми технологическими процессами получения металлических и неметаллических материалов, а также технологиями получения заготовок и готовых изделий.

Контрольная работа предполагает самостоятельную разработку студентами маршрутной технологии изготовления конкретного изделия с учетом всех возможных пределов металлургического производства. Учебный материал необходимо рассмотреть в последовательности, в которой изложен в методических указаниях. Перед изучением темы внимательно прочитайте данные указания. Затем, используя предложенную литературу, проработайте учебный материал с обязательным составлением конспекта. После изучения каждой темы ответьте на вопросы для самопроверки.

Контрольная работа сдаётся в деканат заочного отделения в первые три дня после начала экзаменационной сессии.

Методические указания по программе дисциплины

Раздел 1. Введение

Приступая к изучению курса, необходимо уяснить роль металлургического и машиностроительного производства в создании материально-технической базы страны и ознакомиться с направлениями технического прогресса этих отраслей промышленности. После изучения курса студент должен знать основные виды конструкционных материалов, способы их производства, а также технологические процессы формообразования изделий и деталей из конструкционных материалов.

Конструкционными называют материалы, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. Понятие «конструкционные материалы» включает в себя черные и цветные металлы, подразумевает большой ассортимент неметаллических материалов, таких как пластические массы, резиновые материалы, а также силикатные стекла, ситаллы и керамика. В особую группу конструкционных материалов выделяют композиционные материалы, материалы и изделия порошковой металлургии. Конструкционные материалы должны отвечать определенным требованиям с учетом их механических, физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств.

Особое внимание при изучении курса следует уделить возможностям получения одного вида продукции различными способами получения и умению провести технико-экономическое сравнение этих способов.

Вопросы для самопроверки

1. Какие металлы и сплавы относятся к цветным?

2. Какие металлы и сплавы относятся к черным?

3. Перечислите основные группы неметаллических конструкционных материалов.

Раздел 2. Основы металлургического производства

Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных производств, базирующихся па месторождениях руд, коксующихся углей, энергетических мощностях.

Студент должен уяснить схему современного металлургического производства с учетом всех возможных основных и вспомогательных переделов. Необходимо знать основные виды продукции черной и цветной металлургии.

Физико-химические основы металлургического производства

В природе практически все металлы из-за их большой химической активности находятся в связанном состоянии в виде различных химических соединений. Рудой называется природное минеральное сырье, содержащее металл, извлечь который можно экономически выгодным промышленным способом. Задачей металлургии является получение металлов и металлических сплавов из руд и других исходных материалов. Для этого в зависимости от природы металла и вида исходного сырья возможно применение различных способов. Разберите сущность восстановления, электролиза и металлотермии в металлургическом производстве. Рассмотрите основные материалы, используемые при получении металлов из руд (промышленная руда, флюсы, топливо, огнеупорные материалы).

Вопросы для самопроверки

1. Структура современного металлургического производства.

2. Материалы для производства металлов и сплавов.

3. Основные виды металлургических процессов.

Производство чугуна

Для выплавки чугуна главным образом используют доменное производство. При изучении процесса получения чугуна необходимо рассмотреть устройство доменной печи и вспомогательных агрегатов. Исходными материалами для производства чугуна являются железные и марганцевые руды, флюс и топливо. При изучении характеристик железных руд следует усвоить, что металлургическая ценность руды определяется содержанием железа в руде, возможностью обогащения руды, наличием вредных примесей, физическим состоянием руды (пористость, крупность кусков), составом пустой породы. К основным операциям подготовки руды к плавке относятся дробление, обогащение, окускование.

Большое значение для металлургических процессов имеют флюсы, т.е. вещества, добавляемые при плавке руд для понижения температуры плавления пустой породы и получения жидкотекучего шлака. Кроме того, флюсы способствуют рафинированию металла от вредных примесей и удалению золы кокса. Разберите, какие флюсы применяют в доменном производстве.

Процессы производства чугуна протекают при высоких температурах. Следует изучить свойства и требования, предъявляемые к доменному топливу. Необходимо также ознакомиться с видами огнеупорных материалов (кислых, основных, нейтральных).

Физико-химическая сущность доменного процесса состоит в следующем. В доменной печи железо должно быть отделено от пустой породы, восстановлено до металлического состояния и, наконец, для снижения температуры плавления соединено с правильно подобранным количеством углерода. Для осуществления этих изменений требуется проведение сложных процессов: 1) горения топлива; 2) восстановления окислов железа и других элементов; 3) науглероживания железа; 4) шлакообразования. Эти процессы протекают в печи одновременно, но с разной интенсивностью и на разных уровнях печи. Рассмотрите каждый из этих процессов.

Продуктами доменного производства являются чугуны и ферросплавы различных марок, доменный шлак, колошниковый газ.

Работы по улучшению показателей доменного производства ведутся по нескольким направления: 1) улучшение конструкции печей; 2) улучшение подготовки шихтовых материалов; 3) интенсификация доменного процесса; 4) совершенствование систем комплексной механизации и автоматизации управления доменным процессом.

Вопросы для самопроверки

1. Расскажите о технологических процессах подготовки руды к производству.

2. Какова роль флюса в доменном производстве?

3. Какие виды топлива применяются в доменной печи?

4. Классификация огнеупорных материалов.

5. Физико-химические процессы, протекающие в доменной печи.

6. Начертите схему внутреннего профиля доменной печи и назовите главные ее части. Укажите примерные температуры в различных участках доменной печи.

7. Для чего и в каких агрегатах подогревается воздух, подаваемый в доменную печь?

8. Что достигают применением дутья, обогащенного кислородом, а также увлажнением дутья?

9. Назовите продукты доменной плавки и укажите области их применения.

10. Расскажите о мероприятиях по увеличению производительности доменной печи.

Производство стали

Основным исходным материалом для производства стали являются: передельный чугун и стальной лом (скрап).

Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода, кремния, марганца, серы и фосфора. Удаление примесей, т.е. передел чугуна в сталь, происходит за счет окислительных реакций, которые протекают при высоких температурах. Поэтому все способы переработки чугуна в сталь сводятся в основном к воздействию на чугун кислорода при высоких температурах. Однако в процессе избирательного окисления углерода и других примесей расплавленное железо также поглощает некоторое количество кислорода, которое отрицательно влияет на качество готовой стали. Поэтому на последней стадии сталеплавильного процесса избыточный кислород связывают в окислы других металлов и удаляют в шлак, т.е. осуществляют раскисление добавкой кремния, марганца и алюминия.

Переделывать чугун в сталь можно в различных металлургических агрегатах. Основными из них являются кислородные конверторы, мартеновские печи и электропечи. Ознакомьтесь с устройством этих агрегатов, принципом их действия, особенностями технологического процесса получения стали в них, технико-экономическими показателями их работы.

В ряде случаев готовая сталь не всегда может удовлетворять предъявляемым к ней требованиям. Для получения сталей особо высокого качества применяют специальные способы: разливку стали в инертной атмосфер; обработку синтетическим шлаком; вакуумную дегазацию; электрошлаковый, вакуумно-дуговой, электронно-лучевой и плазменно-дуговой переплавы. Изучите эти способы.

В настоящее время практически все сталеплавильные процессы являются циклическими, прерывистыми. Замена прерывистого процесса непрерывным позволяет увеличить производительность агрегатов, повысить качество стали. Ознакомьтесь с принципом действия сталеплавильных агрегатов непрерывного действия. К прогрессивным способам получения стали (железа) относятся внедоменные способы, которые дают возможность получать непосредственно из руды, минуя доменную печь, металлическое железо в виде губки, крицы или жидкого металла. Необходимо изучить схемы и особенности этих процессов.

Готовую сталь подвергают разливке с целью получения заготовок. Следует ознакомиться с устройством разливочного ковша и изложниц, а также с основными способами разливки стали: разливкой сверху, разливкой сифоном, непрерывной разливкой. Перечисленными способами получают заготовки, которые в дальнейшем идут на изготовление деталей различными технологическими способами. Большое влияние на свойства заготовок оказывает строение металлических слитков, получаемых в изложницах. Изучите строение слитков спокойной и кипящей стали.

Вопросы для самопроверки

1. Укажите основные различия в химическом составе чугуна и стали.

2. Расскажите о физико-химической сущности передела чугуна в сталь.

3. Назначение процесса раскисления стали.

4. Кислородно-конверторный способ производства стали. Его особенности и преимущества.

5. Устройство мартеновской печи и принцип ее работы.

6. Особенности производства стали в мартеновских печах.

7. Получение стали в дуговых и индукционных электропечах.

8. Какими технико-экономическими показателями характеризуется получение стали в конверторах, мартеновских и электрических печах? Какой из этих способов получения является экономически более выгодным и почему?

9. Перечислите и охарактеризуйте способы получения высококачественных сталей.

10. Сталеплавильные агрегаты непрерывного действия: устройство, принцип действия.

11. Расскажите о внедоменных способах получения стали (железа).

12. Устройство разливочного ковша и изложниц.

13. Способы разливки стали в изложницы.

14. Преимущества процесса непрерывной разливки стали.

15. Строение слитка спокойной и кипящей стали.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные руды меди.

2. Расскажите о методах обогащения медных руд.

3. Приведите упрощенную схему производства меди.

4. Приведите промышленную схему производства алюминия

5. Что является сырьем для получения глинозема и криолита?

6. Назовите основные руды титана.

7. Опишите сущность магнийтермического способа производства титана.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные направления в создании безотходных технологий.

Вопросы для самопроверки

1. Значение и область применения литейного производства.

2. Классификация способов получения отливок.

3. Основные преимущества получения литых деталей.

4. Литейные свойства сплавов.

5. Формовочные материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней.

6. Какие требования предъявляют к формовочным материалам?

7. Основные операции при получении отливок.

8. Формовка ручная и машинная при литье в песчано-глинистые формы.

9. Назначение и изготовление стержней.

10. Способы выбивки и очистки литья.

11. Охарактеризуйте сущность способа литья но выплавляемым моделям, преимущества и недостатки этого способа.

12. Сущность способа литья в оболочковые формы и его преимущества.

13. Укажите преимущества литья в металлические формы (кокили).

14. Охарактеризуйте сущность способа литья под давлением.

15. Изложите сущность получения фасонных отливок на центробежных машинах.

16. Область применения непрерывного литья.

Вопросы для самопроверки

1. Начертите схемы прокатки металла.

2. Охарактеризуйте основное и вспомогательное оборудование прокатного производства.

3. Что такое калибровка валков?

4. По каким признакам классифицируются прокатные станы.

5. Как осуществляется прокатка листов и профилей?

6. Расскажите о прокатке бесшовных и сварных труб.

Прессование - единственно возможный способ обработки малопластичных металлов. При этом достигается наиболее выгодное сочетание главных направлений кристаллической решетки металлических материалов и схемы главных деформаций. Знакомясь с технологией прессования, изучите два метода прессования (прямой и обратный) и запомните их достоинства и недостатки. Изучите инструмент и оборудование прессования.

Вопросы для самопроверки

1. Изложите сущность процесса прессования прямым и обратным методами.

2. Основной инструмент и оборудование при прессовании.

3. Технология процесса прессования. •

4. Продукция прессования.

5. Каковы достоинства и недостатки прессования как одного из способов ОМД?

Волочение - деформирование металлических материалов в холодном состоянии. В процессе холодной пластической деформации металл упрочняется (наклепывается). Продукция волочения обладает высокой точностью размеров и хорошим качеством поверхности. Необходимо хорошо разобраться в операциях технологического процесса волочения, особенно в операциях предварительной подготовки металла, изучить инструмент и оборудование волочения, достоинства н недостатки этого метода, знать продукцию волочения.

Вопросы для самопроверки

1. Сущность и особенность процесса волочения.

2. Схемы и принципы работы волочильных станов.

3. Продукция волочения.

Производство гнутых профилей – метод профилирования листового материала в холодном состоянии. В этом случае получают фасонные тонкостенные профили весьма сложной конфигурации и большой длинны. Разберитесь в сущности этого метода и области его применения.

Вопросы для самопроверки

1. Расскажите о технологическом процессе получения гнутого профиля из листовой, заготовки.

Свободная ковка - горячая обработка металлов давлением, при которой деформирование заготовки осуществляется универсальным инструментом. При ковке формоизменение происходит вследствие течения металла в стороны, перпендикулярные к движению деформирующего инструмента - бойка. Ковка является рациональным и экономически выгодным процессом получения качественных заготовок с высокими механическими свойствами в условиях мелкосерийного и единичного производства. Следует ознакомиться с заготовками, применяемыми при ковке, с операциями свободной ковки и соответствующими инструментами. Рассмотрите оборудование, используемое в каждом случае, достоинства и недостатки свободной ковки.

Вопросы для самопроверки

1. В чем сущность процесса свободной ковки?

2. Что является заготовкой при ковке?

3. Какие Вы знаете операции свободной ковки? Какой кузнечный инструмент при этом применяется?

Штамповка - разновидность ковки, позволяющая механизировать и автоматизировать этот процесс. Штамповка бывает горячей и холодной, объемной и листовой. Необходимо изучить основные методы и операции объемной и листовой штамповки, инструмент, оборудование, достоинства и недостатки. Обратите внимание на прогрессивные способы объемной штамповки: поперечно-клиновая вальцовка, ротационное обжатие, штамповка в разъемных матрицах и т.д.

Вопросы для самопроверки

1. Сравните ковку и штамповку. Какой вид обработки более прогрессивный? Почему?

2. Опишите основные этапы технологического процесса горячей объемной штамповки.

3. Каковы исходные заготовки при объемной штамповке?

4. Сравните достоинства и недостатки объемной штамповки в открытых и закрытых штампах.

5. Нарисуйте схемы операций холодной объемной штамповки.

6. Что является исходной заготовкой и продукцией листовой штамповки?

7. Какие операции листовой штамповки вы знаете?

Вопросы для самопроверки

1. Изложите сущность процесса дуговой электросварки.

2. Особенности и характеристика сварки плавящимся и неплавящимся электродами.

3. Для чего металлические электроды покрывают обмазками и какими?

4. Ручная дуговая сварка.

5. Начертите схему автоматической дуговой сварки под слоем флюса.

6. Изложите сущность процессов дуговой сварки в защитной среде.

7. Начертите схему электрошлаковой сварки.

8. Перечислите и охарактеризуйте специальные способы сварки плавлением.

9. Изложите технологию газовой сварки.

10. Расскажите об области применения газовой сварки.

11. Какие способы резки металлов Вы знаете?

Термомеханический класс сварки – сварка, осуществляемая с использованием тепловой энергии и давления (электроконтактная и диффузионная).

Электроконтактная сварка относился к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения и осадкой разогретых заготовок. Это высокопроизводительный вид сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении. Необходимо ознакомиться с электрической контактной сваркой и ее разновидностями: стыковой, точечной, шовной, рельефной. Необходимо подробно изучить технологию, режимы и оборудование электроконтактной сварки.

При диффузионной сварке соединение образуется в результате взаимной диффузии атомов поверхностных слоев контактирующих материалов. Этот способ сварки позволяет получать качественные соединения металлов и сплавов в однородном и разнородных сочетаниях. Разберитесь в особенностях технологии и областях применения диффузионной сварки.

Вопросы для самопроверки

1. Начертите и объясните схемы точечной, роликовой, шовной и рельефной электроконтактной сварки.

2. Приведите примеры применения контактной сварки в машиностроении.

3. Расскажите, в каких отраслях народного хозяйства применяется диффузионная сварка.

Механический класс сварки – сварка, осуществляемая с использованием механической энергии и давления без предварительного подогрева соединяемых заготовок (холодная сварка, сварка ультразвуком, сварка взрывом, сварка трением). Необходимо ознакомиться с технологией, преимуществами и областью применения этих видов сварки.

Вопросы для самопроверки

1. Начертите и поясните схемы видов сварки механического класса.

Наплавка - способ восстановления изношенных и упрочнения исходных деталей. В настоящее время разработаны и широко используются различные способы наплавок и нанесения покрытий. Наплавочные работы применяют для создания на деталях поверхностных слоев с требуемыми свойствами. Следует изучить технологию различных способов наплавки, материалы и оборудование, применяемые при наплавочных работах.

Вопросы для самопроверки

1. Укажите приемы и способы наплавки.

2. Расскажите об областях применения наплавки.

Пайка - технологический процесс соединения металлических заготовок без их расплавления посредством введения между ними расплавленного металла - припоя.

Припой имеет температуру плавления более низкую, чем температура плавления соединяемых металлов. Следует разобраться в физической сущности процессов пайки, знать способы пайки и типы паяных соединений. Важно уяснить, в каких случаях следует применять мягкий припой, а в каких - твердый. Необходимо изучить области применения пайки металлов и сплавов.

Вопросы для самопроверки

1. Физическая сущность процесса пайки.

2. Какое назначение имеет флюс при пайке?

3. Какое оборудование применяется при пайке?

Контроль качества. Качество сварных и паяных соединений оценивают с помощью разрушающих методов контроля. Необходимо изучить внешние и внутренние дефекты соединений и методы их контроля. Нарушение технологических режимов сварки приводит в ряде случаев к возникновению в сварных соединениях напряжений и деформаций. Необходимо ознакомиться с мерами борьбы с напряжениями, возникающими при сварке, и способами исправления деформированных элементов и конструкций.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите дефекты сварных и паяных соединений.

2. Перечислите разрушающие и неразрушающие методы контроля сварных и паяных соединений.

3. Назовите причины возникновения остаточных напряжений в сварных конструкциях.

4. Как можно уменьшить или полностью устранить деформацию конструкций при сварке?

Вопросы для самопроверки

1. Что называется полимером?

2. Что лежит в основе классификации полимеров а «термопласты» и «реактопласты»?

3. Чем характеризуется кристаллическое состояние полимеров.

4. Расскажите о трех физических состояниях полимеров: стеклообразном (твердом), высокоэластичном и вязкотекучем.

5. Перечислите причины старения полимеров.

6. Перечислите компоненты, входящие и состав сложных пластмасс.

7. Какие Вы знаете наполнители пластмасс?

8. Укажите область применения термопластов и реактопластов.

9. В чем преимущества пластмасс по сравнению с металлическими материалами?

10. Какие компоненты входят в состав резин и как они влияют на их свойства?

11. Расскажите о технологических способах изготовления резинотехнических изделий.

12. В чем отличие между масляными красками и эмалями?

13. Какие показатели характеризуют качество клеевого соединения?

Вопросы для самопроверки

1 Какие минеральные материалы относятся к силикатному стеклу?

2. Что такое ситаллы, укажите способы их получения.

3. Что представляет собой техническая керамика?

Вопросы для самопроверки

1. Какие материалы используют в качестве матриц и упрочнителей в составе композиционных материалов?

2. Перечислите металлические, полимерные и углеродные композиционные материалы. Какими свойствами они обладают и где используются?

3. Приведите технологическую схему получения порошковых материалов.

4. Расскажите о физико-механических и физико-химических способах получения порошков.

5. С какой целью осуществляют операции формования и спекания порошков?

6. Какие операции окончательной обработки порошковых материалов Вы знаете?

7. Расскажите о применении пористых металлокерамических изделий.

8. Приведите состав и назовите область применения твердых сплавов.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое равновесная температура кристаллизации?

2. Какова физическая природа кристаллизации? Какие виды кристаллизации вы знаете?

3. Чем определяется конечная структура сплава при кристаллизации?

4. Что такое дендрит?

5. Что такое ликвация?

6. Что такое модификация?

5.1.2. Вторичная кристаллизация металлов

Большое количество металлов способно перестраивать тип своей кристаллической решетки при достижении определенных температур. При каждой данной температуре равновесным будет тот тип решетки, который имеет наименьшую свободную энергию. Такое явление носит название полиморфизма или аллотропии. Перестройка одного типа решетки металла в другой при полиморфном превращении может происходить по двум механизмам: за счет диффузионного перераспределения атомов (нормальный) и за счет кооперативного сдвига атомов при мартенситном превращении.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое полиморфизм?

2. Что является главным условием протекания полиморфного превращения?

3. Какую кристаллическую решетку имеют: α -Fe, γ -Fe, α -Ti, β -Ti, α -Co?

Фазовый состав сплавов

При рассмотрении этой главы следует усвоить следующие понятия: «компонент», «фаза», «структурная составляющая». В процессе образования сплавов компоненты вступают между собой во взаимодействия различного вида, зависящие от их природы и количественного соотношения. Необходимо, прежде всего, усвоить два противоположных вида взаимодействий: твердые растворы и химические соединения. Остальные фазы, встречающиеся в сплавах, являются промежуточными, так как имеют свойства, характерные как для твердых растворов, так и для химических соединений. Следует также усвоить, что структура - это форма существования фазовых составляющих. Одна и та же фаза может входить в состав механической смеси и существовать в виде самостоятельных формирований.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое твердый раствор? Назовите его свойства?

2. Охарактеризуйте виды твердых растворов?

3. Какими условиями определяется образование твердых растворов различного типа?

4. Назовите свойства химических соединений?

5.2.2.Понятия о диаграммах состояния двойных систем

Следует четко определять понятия: «термодинамическая система», «свободная энергия системы», «компонент», «фаза», «термодинамическое равновесие системы». Особое внимание уделите разбору правила фаз и рассчитайте число степеней свободы при кристаллизации чистого металла и двухкомпонентного сплава.

Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллизация) совершается в условиях, когда система переходит в термодинамически более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией. Для этого перехода необходимо наличие разницы в свободных энергиях твердой и жидкой фаз, причем энергия твердой фазы должна иметь более низкое значение. Процесс кристаллизации начинается с образования зародышей твердой фазы и продолжается в процессе роста их числа и размеров. Для описания кристаллизации чистого металла достаточным является построение термической кривой. При кристаллизации двухкомпонентных сплавов в равновесном состоянии используются диаграммы состояния, которые в удобной графической форме позволяют судить о их фазовом составе в любой точке диаграммы. Оценка количества фаз в двухфазной области производится в соответствии с правилом отрезков (рычага).

При изучении диаграмм состояния следует усвоить основные их типы: диаграмма с образованием механической смеси компонентов; с неограниченной растворимостью компонентов; эвтектического типа; перитектического типа; с образованием химического соединения; с полиморфным превращением. В реальных диаграммах состояния следует научиться находить основные типы превращений.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое диаграмма состояния (фазового равновесия)? Какие методы ее построения Вы знаете?

2. Перечислите основные типы диаграммы состояния?

3. В чем заключается суть эвтектического (перитектического) превращения?

4. Как определить фазовый состав сплава при заданной температуре?

5. Как определяется соотношение количества фаз в сплаве при заданной температуре?

Вопросы для самопроверки

1. Почему твердые растворы обладают высокой пластичностью?

2. Почему литейные свойства выше у сплавов по составу близких к эвтектическому?

3. Какие сплавы обладают повышенной обрабатываемостью резанием?

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение временного сопротивления, предела текучести, ударной вязкости, относительного удлинения и сужения.

2. Чем различаются между собой упругая и пластическая деформации? Дайте их определение.

3. Назовите основные схемы нагружения.

4. Как определяют твердость по Бринеллю, Раквеллу, Виккерсу?

5. В чем разница в механизмах хрупкого и вязкого разрушения?

5.3.2. Влияние холодной пластической деформации и последующего нагрева на структуру металла

В процессе холодной пластической деформации происходят следующие изменения в микроструктуре: зерно деформируется, дробится на блоки, плотность дислокаций возрастает. Дислокации, пересекаясь между собой и выстраиваясь в «стенки», образуют устойчивые искажения кристаллической решетки. что приводит к торможению движения вновь образующихся дислокаций В результате возрастают напряжения скольжения, вызывающие пластическую деформацию, т.е. возникает явление деформационного наклепа. При этом состояние металла неустойчиво, свободная энергия повышена по отношению к стабильному состоянию.

Если холодная деформация имеет определенную направленность (прокатка, волочение и т.п.), то часто возникает ориентировка определенных кристаллографических плоскостей и направлений относительно направления прокатки – текстуры. Нагрев холоднодеформированного металла приводит к снижению уровня его свободной энергии за счет снижений внутренних напряжений I и II рода в процессе возврата и рекристаллизации. При этом происходит фазовая перекристаллизация, и в зависимости от степени деформации и температуры формируется новое зерно соответствующего размера и формы. В результате изменяется комплекс механических свойств холоднодеформированного металла.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое наклеп?

2. Что такое текстура?

3. Чему равна температура рекристаллизации для чистых металлов и для сплавов?

4. Какие процессы происходят в деформированных сталях с увеличением температуры?

5.4. Железо и его сплавы

Сплавы железа с углеродом представляют самую многочисленную группу конструкционных материалов. При их изучении существенную помощь оказывает диаграмма «железо - углерод» в метастабильном и стабильном вариантах. Чтобы разобраться в сути превращений, протекающих в этой системе, следует усвоить характеристики ее компонентов и обратиться к предыдущему разделу, в котором приводятся основные типы диаграмм состояния, часть которых входит в состав диаграммы «железо - углерод».

В метастабильном состоянии свободный углерод связан в виде цементита (химическое соединение Fе₃С) и поэтому диаграмма рассматривается как «железо - цементит». Стабильное равновесие рассматривается при выделении свободного углерода в виде стабильной фазы графита, и диаграмма преобразуется в систему «железо - графит». Рассмотрите оба типа диаграмм, определите отличия и особенности кристаллизации.

Вопросы для самопроверки

1. Какие превращения происходят в сплавах железо - цементит по линиям GS и ЕS?

2. При какой температуре происходит образование перлита?

3. Укажите, что из себя представляют все структуры в железоуглеродистых сплавах?

4. Сколько углерода растворяется в аустените при 1147°С и при 727°С?

5. Назовите линии первичной кристаллизации на диаграмме железо-цементит?

6. Назовите структуры до- и заэвтектических серых чугунов?

Углеродистые стали

Разберите маркировки углеродистых сталей в соответствии с качеством и назначением по ГОСТу. Изучите влияние углерода и основных примесей на свойства углеродистой стали. Запомните, что вредное влияние фосфора проявляется при эксплуатации стальных деталей, сера же главным образом затрудняет горячую обработку давлением. На работу деталей она практически не влияет, так как детали из углеродистых сталей при высоких температурах не работают. Основное внимание обратите на требования к конструкционным и инструментальным сталям. Запомните, что в конструкционных сталях содержание углерода не превышает 0, 65%, так как при большем содержании углерода детали становятся хрупкими. В инструментальных сталях, наоборот, содержание углерода должно быть выше 0, 7%, так как инструмент в первую очередь должен быть твердым (кроме штампов, деформирующих металл в горячем состоянии).

Вопросы для самопроверки

1. Как влияет углерод на свойства сталей?

2. Почему практически не применяются стали, в которых углерода более 1, 35%?

3. Как влияют основные постоянные примеси на свойства стали?

4. Как влияют фосфор и сера на свойства стали?

5. Какая разница в свойствах при одинаковом содержании углерода между сталью обыкновенного качества, качественной и высококачественной?

6. Какая сталь называется автоматной? Область ее применения?

7. Расшифруйте марки сталей: ВСт4кп, 60, У12А. Укажите область их применения?

Чугуны

В отличие от сталей, чугун широко применяется как конструкционный материал для изготовления фасонных отливок, так как обладает хорошими литейными свойствами. Уясните для себя, какие чугуны называются белыми, а какие - серыми. Содержание углерода в них может быть одинаковым, однако состояние углерода – различно. В серых чугунах углерод находится в свободном состоянии в виде графита и имеет форму пластинок. Металлическая основа может быть перлитной или ферритной.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒