Методические указания для заочников специальности Технология машиностроения по дисциплине Материаловедение

Департамент образования, науки и молодежной политики
Воронежской области
ГБПОУ ВО «Борисоглебский техникум промышленных и информационных технологий»


















Материаловедение

Методические указания для студентов – заочников
ГБПОУ ВО «Борисоглебский техникум промышленных и информационных технологий»
по специальности 15.02.08 «Технология машиностроения»














г. Борисоглебск
2016 г.



Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой
по дисциплине «Материаловедение»
по специальности 15.02.08 «Технология машиностроения»





Составитель:________ Федорина А.С.






Одобрена цикловой комиссией
технических дисциплин




Председатель ц/к
__________Кириллов А.П.


























1.Введение
Учебная дисциплина основывается на знаниях, полученных учащимися по химии, физике и является в свою очередь базой для изучения предметов специального цикла «Основы обработки материалов», «Технология машиностроения», «Проектирование технической оснастки» и др.
В процессе преподавания необходимо показывать приоритет отечественных ученых, в учебный материал включать последние достижения отечественной науки и техники с одновременным исключением устаревшей информации. При изложении материла «Материаловедение» необходимо соблюдать единство терминологии и обозначений технических величин согласно ГОСТам, международной системе единиц измерений и Единой системы технологической документации (ЕСТД).
Основная цель дисциплины: изучение и усвоение студентами физико-химических основ материаловедения, основ металлургического процесса, строения и механических свойств материалов, методов измерения параметров и свойств материалов, области применения материалов, основные понятия о сплавах, термообработка стали и чугуна, химико-термическая обработка металлов, конструкционные материалы, порошковые и композиционные материалы и их получение, инструментальные материалы, неметаллические конструкционные материалы.
При изучении дисциплины необходимо постоянно обращать внимание на вопросы использования малоотходной, безотходной, энергосберегающей технологии, на значение стандартизации и ее роль в повышении качества продукции, на вопросы экономики, научной организации труда, техники безопасности, промышленной санитарии и пожарной безопасности, а также охрану окружающей среды.
При проведении занятий следует максимально использовать наглядность: демонстрацию диафильмов, слайдов; плакаты, макеты, видеотехнику.
Для закрепления теоретического материала программой предусмотрено проведение лабораторных работ и практических занятий, экскурсий. Перед экскурсией, выполнением лабораторных работ и практических занятий студенты должны получить инструктаж по технике безопасности
Цель лабораторно-практических работ:
Определение основных характеристик материалов.
Выбор марки материала для различных деталей и инструментов.
Назначение способов термической обработки конструкционных и инструментальных сталей.
Проводить исследования и испытания материалов.
Пользование ГОСТами и справочной литературой.
Итоговый контроль проводится в форме экзамена.
К экзамену допускаются студенты с защитанными контрольной и лабораторно-практическими работами.
Примечание: если есть изменения, то они должны быть внесены в программу по решению цикловой комиссии.
2. Тематический план учебной дисциплины
Наименование разделов и тем
Учебная нагрузка студента при очной форме обучения
Количество аудиторных часов при заочной форме обучения


Максималь-
ные
Самостоя-
тельные
Обязательная
Всего
В том числе






Обзорные
Лабораторные
Практи-ческие
занятия

1
2
3
4
5
6
7
8

Введение.
2

2
2
2



Раздел 1. Металлургия черных и цветных металлов.
18
6
12





1.1. Производство чугуна
4
2
2





1.2. Производство стали
6
2
4





1.3. Производство цветных металлов
8
2
6





Раздел 2. Металловедение
76
10
66
18
14
2
2

2.1. Строение металлов. Кристаллизация металлов. Дефекты кристаллических решеток
4

4
4
2



2.2. Механические свойства металлов.
10
2
8


2


2.3. Основные сведения из теории сплава. Диаграмма состояния двойных сплавов.
6

6
2
2



2.4. Железоуглеродистые сплавы.
8

8





2.5. Термическая обработка металлов и сплавов
10
2
8
2
2



2.6. Химико-термическая и термомеханическая, обработка металлов и сплавов.
4

4





2.7. Углеродистые стали.
2

2
2
2



2.8. Легированные стали и стали с особыми свойствами.
10
2
8





2.9. Инструментальные стали и материалы.
2

2





2.10. Чугуны.
6

6
4
2

2

2.11. Цветные металлы и сплавы.
8
2
6
2
2



2.12. Твердые сплавы и сверхтвердые материалы. Абразивные материалы.
6
2
4
2
2



Раздел 3. Порошковые и композиционные материалы.
17
9
8
2
2



3.1. Порошковые материалы.
3
1
2
2
2



3.2. Неметаллические конструкционные материалы.
6
4
2





3.3. Композиционные материалы.
8
4
4





Всего по дисциплине
113
25
88
22
18
2
2


3. Примерное содержание дисциплины.

Введение.
Требования к знаниям:
- краткие исторические сведения о развитии металлургии, производстве конструкционных и инструментальных материалов, их применение.
Содержание учебного материала: задачи и содержание дисциплины, краткие исторические сведения о развитии металлургии, производстве конструкционных и инструментальных материалов, их применение.
Методические указания.
Изучите перспективы развития машиностроения, металлургии и других отраслей, производящих конструкционные материалы, и уясните роль принципиально новых технологий и прогрессивных конструкционных материалов в ускорении научно-технического прогресса, в новой технической реконструкции народного хозяйства.
Для изучения вопроса о развитии науки о металлах и их обработке, ознакомлении с достижениями отечественных и зарубежных ученых и практиков в металлургии, машиностроении используйте дополнительную литературу.

Раздел 1. Металлургия черных и цветных металлов.

Тема 1.1. Производство чугуна.
Требования к знаниям:
устройство доменной печи;
технологию выплавки чугуна.
Требования к умениям:
- работать с ГОСТами на чугуны.
Содержание учебного материала:
Исходные материалы для получения чугуна. Основные процессы, протекающие в доменной печи. Продукты доменного производства и их использование в промышленности.
Методические указания.
Выплавка чугуна характеризуется сложным комплексом производственных процессов. Подготовку руд. кокса, флюсов рассмотрите в аспекте их обработке на агломерационных машинах и изготовления офлюсованных окатышей и агломерата.
Отметьте деление огнеупорных материалов по химическим свойствам, наиболее перспективные огнеупорные изделия (кирпичи, фасонные блоки), позволяющие интенсифицировать доменный, сталеплавильный и другие металлургические процессы.
В конспекте вам рекомендуется выполнить схему работы доменного цеха, отметить основные названия рабочего пространства доменной печи и записать реакции восстановления руды окисью углерода. Уясните, где в народном хозяйстве находят применение продукты доменной плавки. Здесь особое внимание обратите на назначение и применение передельных, литейных и специальных чугунов.
Суточная производительность и расход топлива на одну тонну выплавляемого чугуна относится к наиболее важным показателям работы печи. Сравнить производительность доменных печей позволяет коэффициент использования полезного объема (КИПО).
Основными мероприятиями по повышению производительности доменных печей являются: улучшение подготовки шихты, использование агломерата и офлюсованных окатышей, увеличение размера печей и совершенствование их профиля, применение природного газа, дутья, обогащенного кислородом, автоматизация и механизация производственных процессов и др.
Вопросы для самоконтроля
Какие руды используют для получения чугуна?
Какой состав шихты.
Для чего применяют флюсы?
Какие процессы протекают в доменной печи?
Устройство доменной печи.
Какой основной продукт доменной печи?
Применение в народном хозяйстве продуктов доменного процесса.

Тема 1.2. Производство стали.
Требования к знаниям:
современные способы выплавки качественных, высококачественных и особовысококачественных сталей;
классификацию сталеплавильных агрегатов.
Требования к умениям:
- выбрать способ получения качественной стали
Содержание учебного материала:
Понятие о стали. Сущность процесса передела чугуна в сталь. Современные способы получения стали. Ознакомление с производством черных металлов.
Методические указания.
Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода, кремния, серы, фосфора. Это достигается окислением этих элементов во время плавки в различных металлургических агрегатах.
Необходимо схематично зарисовать сталеплавильные агрегаты, отметить современные высокопроизводительные способы производства стати, разобраться в кислородно-конвертерном , двухванном мартеновском и электродуговых процессах, уяснить их технико-экономические показатели.
Получение губчатого железа из руд путем продувки восстановителями (водородом, аргоном или смесью водорода и окиси углерода, коксовой мелочью, природным газом) относится к одной из перспективных экономических технологий получения железа чистых фракций, минуя доменный процесс. Губчатое железо с содержанием наиболее вредных примесей (0,005% 5 и 0,005% Р) служит металлизированным сырьем для выплавки высококачественных сталей электрометаллургическими комбинатами. Рассматривая вопрос о раскислении и разливке стали, выполните в конспекте принципиальные схемы разливки в изложницы и непрерывной разливки.
Необходимо знать способы повышения качества металла: вакуумирование в ковше, в струе; сочетание непрерывной разливки с вакуумированием; обработка сталей синтетическими шлаками; продувка инертными газами рафинирующими порошками; электровакуумный переплав, электрошлаковая плавка (ЭШП); зонная плавка (для получения сверхчистых металлов).
Уясните, что кипящяя сталь - это сталь нераскисленная, т.е. в нее не вводились раскис-лители (марганец, кремний, алюминий, ферросплавы) для удаления кислорода, водорода, азота. При кристаллизации в изложнице за счет выделяющейся окиси углерода она как бы «кипит».
Спокойная сталь имеет намного меньшее процентное содержание в слитке кислорода и других газовых включений за счет ввода раскислителей перед разливкой. Слиток более однороден, прочен, с лучшими показателями сопротивления динамического нагружения и ударной вязкости.
Получаемое из руды губчатое железо является хорошим сырьем для выплавки высококачественных сталей в дуговых электропечах. Этот способ производства сталей является большим вкладом отечественной металлургии в дело охраны природы.
Развитие технологии прямого восстановления железа началось еще на заре 20 века. И лишь в 60-х годах в ФРГ, СССР, США появились установки, использовавшие природный газ. Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК) стал первенцем бездоменного процесса, работающего по принципиально новой технологии.
С Лебединского горно-обогатительного комбината подается пульпа (вода с железным концентратом, обогащенным до 70 %) в приемный резервуар Оскольского комбината. Затем на дисковых вакуумных фильтрах из пульпы удаляется вода и во вращающихся барабанных окомкователях железный концентрат окатывается в сырые окатыши (шарики) диаметром 10 - 20 мм., которые поступают на обжиговую конвейерную машину. Обоженные окатыши поступают в шахтные печи (установки металлизации шахтного типа). Вдуваемые газы - окись углерода и водорода, полученные из природного газа при температуре 500-800°С, поднимаясь в верх печи, отбирают у железа кислород, превращая окисленные окатыши в металлизированные (содержание железа более 90%).
Для выплавки высококачественной стали шихта (металлизированные окатыши) загру- " жается в электрические дуговые печи. Слитая в ковш сталь (после 2,5 ч плавки в печи) подвергается внепечной обработке (продувке инертными газами, рафинирующими порошками, вакуумированию).
Вопросы для самоконтроля
Перечислить оборудование для получения стали.
Чем отличается бессемеровский процесс от томасовского?
Какое различие между скрап процессом и скрап-рудным процессом?
В каких печах получают более качественную сталь?
Для чего применяют известь в конвекторах при выплавке стали.

Тема 1.3. Производство цветных металлов.
Требования к знаниям:
исходные материалы для получения цветных металлов,
получение меди
получение алюминия,
получение титана,
получение магния.
Требования к умениям:
- составить схему получения меди из сульфидных руд
Содержание учебного материала:
Исходные материалы для получения меди. Получение меди из сульфидных руд. Получение медных штейнов. Рафинирование меди. Исходные материалы для получения алюминия. Производство глинозема. Рафинирование алюминия. Исходные материалы для получения титана. Производство титана. Исходные материалы для получения магниевых руд. Магниевые руды. Получение магния.
Методические указания.
При изучении этой темы нужно знать источник получения цветных металлов, ознакомиться с процессами получения цветных металлов.
При изучении процесса получения меди обратите внимание на получение штейнов, их переработку, рафинирование меди.
Знать марки чистой товарной меди. При изучении процесса получения алюминия знать производство глинозема, электролитическое получение алюминия, рафинирование алюминия.
Получение титана, а также процесс производства магния. Их исходные материалы и последовательность их переработки.

Вопросы для самоконтроля
Какие вещества содержит медный колчедан, халькозин?
Какие способы применяют для получения меди?
Что такое медный штейн?
Как получают черновую медь?
Цель рафинирования меди.
Какие руды используют для получения алюминия?
Последовательность электролитического производства алюминия.
Сущность процесса электролитического рафинирования алюминия.
Исходные материалы для получения титана.
Объяснить схему получения титана из ильменитовой руды.
Магниевые руды.
Электролитический способ получения магния.

Раздел 2. Металловедение.

Тема 2.1. Строение и кристаллизация металлов.
Студент должен:
Требования к знаниям:
типы кристаллических решеток;
процесс кристаллизации металлов.
Требования к умениям:
- строить кривые охлаждения по процентному содержанию элемента.
Содержание учебного материала:
Виды и дефекты кристаллических решеток. Диффузия. Методы изучения состава и строения металлов и сплавов.
Методические указания.
Вопрос о классификации металлов рассмотрите на основе деления по технологическим, механическим, химическим свойствам и способам производства. Из известных в настоящее время 106 химических элементов, около 80 являются металлами.
Обычные металлы и металлические сплавы - кристаллические тела. Их атомы (ионы) расположены закономерно, образуя кристаллическую решетку. В настоящее время получены аморфные металлы.
Помните, что кристалл - тело анизотропное в отличии от аморфных тел (стекло, воск, пластмассы и др.). Анизотропией называется неодинаковость свойств монокристалла в разных кристаллографических направлениях.
Ознакомьтесь с аллотропическими превращениями в металлах, с типами кристаллических решеток. Изучите процессы плавления и кристаллизации металлов с позиции их атомо-молекулярного строения, обратив внимание на фазовые превращения при нагреве металлов.
Примеси, нагрев металла, направление отвода тепла, скорость охлаждения ведут к образованию в процессе затвердевания металла кристаллов различной формы - зерен и разветвленных или древовидных кристаллов, получивших название дендритов. Металлы аморфной структуры получаются при скорости охлаждения миллион градусов в секунду.
Вопросы для самоконтроля
1. Объясните схему образования кристаллов при затвердевании металлов. Чем объясняется, что свойства реальных кристаллических тел отличаются от нереальных?
2. Как влияет скорость охлаждения на степень переохлаждения при кристаллизации чистых металлов?
3. Что такое критическая точка?
4. Как влияет скорость охлаждения на величину зерна при затвердевании металлов?
5. Какие кристаллические решетки имеет железо? При каких температурах изменяется кристаллическая решетка железа?
6. Что такое ликвация? Какие виды ликвации могут быть в сплавах?
7. Что такое дендрит?
8. Для какого вида анализа необходимо изготовить шлиф с зеркальным блеском?
Для чего используют дефектоскопию? Какие существуют методы дефектоскопии?
В чем сущность люминесцентного метода?
Постройте кривую охлаждения сплава СиNi с содержанием 50% Ni,если температура начала кристаллизации равна 1340 °С, а окончания 13100С.
Как правильно называется процесс образования кристаллов в металлах припереходе их из жидкого состояния в твердое кристаллизация или перекристаллизация?

Тема 2.2. Механические свойства металлов.
Требования к знаниям:
- основные механические свойства металлов,
- методы испытаний металлов.
Требования к умениям:
- проводить испытания по определению твердости,
- определять свойства материалов.
Содержание учебного материала:
Механические свойства металлов. Определение твердости металлов по методу Бринелля. Определение твердости металлов по методу Роквелла. Испытание на ударную вязкость.
Лабораторная работа № 1.
Лабораторная работа № 2.
Лабораторная работа № 3.
Методические указания.
Изучите свойства металлов, уделите внимание механическим свойствам, изучите методы определения твердости методами Роквелла, Бринелля, Викерса и их обозначение. Рассмотрите расчет определения твердости.
Вопросы для самоконтроля
Какое свойство металлов характеризует относительное удлинение и относительное сужение?
Как изменяется глубина отпечатка на образце в зависимости от твердостиматериала?
Укажите характерные точки на диаграмме растяжения.
Дайте определения прочности, твердости, пластичности, вязкости и жесткости.
Укажите нагрузку и диаметр шарика при испытании на твердость заготовкииз стали и алюминия методом Бринелля.
Как обозначается твердость по Роквеллу? Расшифруйте все символы.
7.Какие факторы влияют на значение ударной вязкости?
Определите предел текучести C
·-образца диаметром Добр = 10 мм, если течение материала образца происходит при нагрузке Р 18,5кН.
I1. Как изменяется прочность металла при увеличении его твердости?
Объясните, как влияет наличие дислокаций на пластическую деформациюметаллов.
Что такое порог хладноломкости?


Тема 2.3. Основные сведения из теории сплавов. Диаграммы состояния двойных сплавов.
Требования к знаниям:
сплавы и его структурные составляющие;
процесс кристаллизации сплавов;
основные типы диаграмм;
зависимость свойства сплава от типа диаграммы состояния.
Требования к умениям:
определить структурные образования при кристаллизации сплавов;
твердые растворы, механические смеси, хим. Соединения;
построить диаграммы состояния четырех типов.
Содержание учебного материала:
Строение и характеристика сплавов. Фаза. Твердый раствор. Правило фаз. Химические соединения. Механические смеси. Диаграммы состояния металлических сплавов. Термический анализ сплава. Первый тип диаграммы состояния. Второй тип диаграммы состояния. Третий тип диаграммы состояния. Четвертый тип диаграммы состояния.
Методические указания.
Сплав может состоять из двух или более металлов (или металлов с неметаллами). Химические элементы, образующие сплав, называют компонентами. Разберитесь в понятиях и определениях фазы, структуры. Изучите и проследите отличие твердых растворов от механических примесей и химических соединений, их связи, свойства, стабильность. Основные типы диаграмм рассмотрите с позиции практического и теоретического применения. Пользуясь диаграммами состояния научитесь определять области фаз. их количественный и качественный состав при любой температуре (правило отрезков).
Вопросы для самоконтроля
Что такое твердый раствор? Какие твердые растворы могут быть в сплавах?
Как ведут себя элементы сплава в случае образования механической смеси?
Что такое диаграмма состояния сплавов?
Объясните принцип построения диаграмм состояния.
Сколько существует типов диаграмм состояния? Чем они различаются?
Изобразите кривую охлаждения сплава SbРb, содержащего 5 % Sb и 95 %Рb (или 5 % Рb и 95 % Sb).
Рассмотрите процесс кристаллизации в сплаве РbSb, содержащем 5 % Рb и95 % Sb.
Как называется сплав РbSb, в котором содержится 95 % Sb?
Что понимают под равновесным состоянием сплава?
10. Дайте характеристику линий и точек диаграммы состояния сплава СuNi.П. Рассмотрите процесс кристаллизации сплава СuNi, содержащего 90% Сu
и 10% Ni.
Какие структуры образуют компоненты сплава с ограниченной растворимостью в твердом состоянии?
Рассмотрите процесс кристаллизации сплава А1Сu, содержащего 20 % Сu.
Что позволяют узнать диаграммы состояния сплавов?
Применив правило отрезков, определите относительное количество твердой и жидкой фаз в сплаве СuNi, содержащем 45 % Ni при температуре 1200 °С.





Тема 2.4. Железоуглеродистые сплавы.
Требования к знаниям:
компоненты, фазы и структурные составляющие
критические точки и линии диаграммы, состояния железоцементит, структурную составляющую.
Требования к умениям:
проводить микроанализ железоуглеродистых сплавов;
строить кривые охлаждения.
Содержание учебного материала:
Компоненты, фазы и структурные составляющие. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Построение кривых охлаждения для заданного железоуглеродистого сплава с последующим анализом структурных превращений. Микроанализ железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии.

Практическая работа № 1.
Лабораторная работа № 4.
Методические указания.
Изучите все свойства элементов железа, углерода и их соединения цементита. Особое внимание обратите на исследование диаграммы состояния системы железоуглерод. Уясните понятия: система, фаза, критические точки. Изучите структурные составляющие; их свойства, состав, строение. Вы должны уметь объяснить по фотографиям, схемам, образцам. Чтобы правильно применять промышленные металлы, нужно запомнить влияние постоянных примесей и легирующих компонентов на структуру, механические, технологические свойства стали и чугунов.
Ознакомьтесь с особенностями получения чугунов высокопрочных, ковких, специальных (легированных), антифрикционных, структурой их строения и свойствами, применением чугунов в машиностроении (см. табл.1)
Таблица 1
Отливки из серого чугуна
Марка чугуна
Характеристика
Примерное назначение

СЧ25

Ответственное литье с толщиной стенки 20-60 мм; детали, требующие значительной прочности и работающие при температуре 300 С

Компрессорное и турбинное литье; поршни, гильзы, цилиндры и головки блоков, блоки цилиндров, двигатели автомобилей и тракторов; станины и др. ответственные детали станков; клапаны и кулачки распределительных механизмов, корпуса насосов и гидроприводов, арматура, детали аппаратов и машин, трубы, радиаторы, колосники.


СЧ 35
Ответственное тяжело нагруженное литье с толщиной стенок более 20 мм

Крупные коленчатые валы, зубчатые и червячные колеса, тормозные барабаны, диски сцепления, клапаны и т.п




Вопросы для самоконтроля
1. Пользуясь диаграммой железоцементит, постройте кривую охлаждениясплава, содержащего 1.3% углерода, и объясните превращения, происходящие всплаве при медленном охлаждении.
Какая сталь называется доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной?
Пользуясь диаграммой, укажите структуру стали, содержащей 0,5 % углерода при температуре 1000, 800 и 640 °С.
Чем отличается эвтектика от эвтектоида? Из каких фаз они состоят в железоуглеродистых сплавах?
Какие структуры называются аустенит, феррит, перлит, ледебурит и цементит?
Сколько углерода растворяется в аустените и феррите при 727 °С?
Какие превращения происходят в сплаве, содержащем 3 % углерода, при
медленном охлаждении? Как называется такой сплав по диаграмме железо-углерод, почему в железоуглеродистых сплавах происходят превращения в твердом растворе при температуре 200 0С, где содержится больше углерода - в феррите или цементите?
8. Что происходит с твердостью белого чугуна при увеличении содержания
углерода?

Тема 2.5. Термическая обработка металлов.
Требования к знаниям:
факторы, определяющие режим термической обработки;
основные виды термической обработки металлов и сплавов;
влияние термической обработки на структуру и свойства материалов и сплавов;
возможные дефекты при термической обработке.
Требования к умениям:
назначить термообработку для данной детали, исходя из требуемых условий обработки детали.
Содержание учебного материала:
Термическая обработка металлов. Теоретические основы термической обработки. Отжиг первого и второго рода. Отжиг чугунов. Закалка железоуглеродистых сплавов. Превращение. Способы нагрева и охлаждения при закалке. Отпуск и старение. Построение диаграммы закалки и отпуска заданной стали. Дефекты при термической обработке.

Методические указания.
Составьте классификационную характеристику видов термической обработки в виде таблицы 3. Это дает возможность хорошо понять сущность разнообразия термической и химико-термической обработок.
Таблица 3.
Вид термической или химико-термической обработки.
Термическая и химико-термическая обработка стали.



В каких случаях и зачем применяется
Как осуществляется (примерный режим)
Получаемая структура и свойства

1
2
3
4

Отжиг Нормализация Закалка
Отпуск





Определение и назначение температурного интервала нагрева изделий, выбор охлаждающих сред, получаемая структура, ее свойства являются важнейшими этапами термической обработки. Время нагрева (выдержки стали при температуре) при термической обработке принимается: для углеродистых сталей в пределах 0.8...1 мин на 1 мм толщины (или диаметра); для легированных - на 25% больше, либо по данным конкретного производства. При определении температур учитывают содержание углерода и наличие легирующих компонентов, которые ведут к ее увеличению. Здесь необходимо использовать диаграмму железо - углерод, таблицы и практические данные, учитывать марки сплавов и виды термической обработки.
Вопросы для самоконтроля
Как влияет скорость охлаждения на продукты распада аустенита?
Какая скорость охлаждения называется критической скоростью закалки?
Какая температура называется мартенситной точкой?
Чем различаются отжиг I и II рода?
Пользуясь диаграммой железо цементит, укажите, до какой температурынагревают сталь, содержащую 0,5 % С при закалке.
Чем отличается нормализационный отжиг от обычных видов отжига и в чемего преимущества?
Как влияет критическая скорость закалки на выбор охладителя?
Какая структура стали получается после изотермической закалки?
Для каких изделий наиболее целесообразно проводить закалку с обработкойхолодом?
Зачем после закалки проводят отпуск?
Перечислите основные виды отпуска.
В каких случаях производят поверхностную закалку?
Выберите и обоснуйте вид термической обработки для сталей марок 30; 75иУ13.
Можно ли провести закалку стали марки 15?
Как провести упрочнение стали марки 20?

Тема 2.6. Химико-термическая и термомеханическая обработка металлов.
Требования к знаниям:
цель термомеханической обработки;
основные фазовые и структурные изменения при химико-термической обработке.
Требования к умениям:
строить диаграмму термомеханической обработки;
назначить вид и режим химико-термической обработки для стали, исходя из условий работы
Содержание учебного материала:
Основные сведения о химико-термической обработке железоуглеродистых сплавов. Цементация, азотирование, ционирование, нитроцементация металлов и сплавов. Термомеханическая обработка: низкотемпературная и высокотемпературная.
Методические указания.
Обратите внимание на широко распространенные в современном производстве нормализацию и улучшение, а также ТМО (термомеханическую обработку).
Химико-термические процессы позволяют получать на деталях, изделиях, работающих в условиях изнашивания, циклических нагрузок, поверхностные слои с антикоррозионными, жаростойкими, жаропрочными свойствами при сохранении сердцевины со свойствами основного материала.
В термомеханических видах обработки изучите сущность, назначение, достоинства этих технологических приемов. ТМО дает без заметных затрат увеличение прочностных характеристик сплавов от 50% до 200...300%, а сопротивление изнашиванию увеличивается в несколько раз. Отметьте причины и виды брака, достоинства и недостатки для всех видов термической и химико-термической обработки.
Вопросы для самоконтроля
1.Перечислите основные виды химико-термической обработки.
2.В чем сущность газовой цементации?
3.При каких условиях работы деталей целесообразнее проводить азотирование?
4.Перечислите основные виды диффузионной металлизации.

Тема 2.7. Углеродистые стали.
Требования к знаниям:
классификационные свойства, назначение, маркировку по ГОСТу.
Требования к умениям:
производить выбор марки стали для заданных деталей, исходя из условий ее работы;
расшифровать марки сталей и дать характеристику ее свойствам.
Содержание учебного материала:
Стали обыкновенного качества. Качественные стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей.
Методические указания.
Изучить классификацию и маркировку углеродистых сталей. Стали обыкновенного качества – поставка по механическим, химическим свойствам и гарантированному химическому составу, а также их группы и категории.
Обратите внимание на маркировку марок сталей обыкновенного качества и качественных сталей.
Вопросы для самоконтроля
В чем выражается качество стали. Отличие сталей обыкновенного качества от качественных.
Расшифровать марки сталей: 08 кп, 15, 45, 65 Г, Ст 3 пс2, БСто кп 4, В ст 2 пс3.
Как влияет условный номер в маркировке стали обыкновенного качества на свойства сталей.

Тема 2.8. Легированные стали и стали с особыми свойствами.
Требования к знаниям:
назначение легированных сталей, свойства, марки по ГОСТу;
виды сталей и сплавов с особыми свойствами.
Требования к умениям:
выбрать марку стали, исходя из назначения и условий работы детали;
расшифровать марку сталей, дать характеристику структуре стали.
Содержание учебного материала:
Легирующие элементы. Влияние легирующих элементов на свойства сталей. Стали с особыми свойствами и их назначение. Марки и расшифровка легированных сталей.


Методические указания.
Без абсолютного знания маркировки сталей и чугунов, их применение, деление по установленным признакам нельзя будет безошибочно применять на практике эти конструкционные материалы.
Стали. В учебной литературе достаточно полно освещены классификация, маркировка, назначение и применение углеродистых и легированных статей. Очень важно понять особенности буквенно-цифровой системы обозначения статей.
Запомните легирующие элементы, обозначение которых не совпадает с первой буквой их названия: марганец (Г), медь (Д), кремний (С), алюминий (Ю), ванадий (Ф), селен (Е). ниобий (Б), фосфор (П). бор (Р), редкоземельные металлы (Ч).
Уясните, если впереди марки стоит буква, то она обозначает стали: А- автоматная (А20. А40Г), цифры, следующие за буквой, обозначают содержание углерода в сотых долях процента: Е- магнитная (ЕХЗ. ЕХ5К); Е - износостойкая (Е13Л), цифры, следующие за буквой, обозначают содержание марганца; углерода в этой стали - 1,0... 1,3%; Ш - шарикоподшипниковая (ШХ9, ШХ15); Л - литейная (65Л); Р- быстрорежущая (Р18, Р9); У - углеродистая инструментальная (У7. У13А); - хромоникелевая нержавеющая.
Если впереди марки стоят две цифры, то они указывают на содержание в стали углерода в сотых долях процента (стали 08пс, 15кп, 85, 80Г, 45ХН, 50ХФА, Л65); если одна цифра, то углерода - десятые доли процента (5ХГМ, 9ХС).
Цифры стоящие за буквами обозначения легирующих компонентов, указывают на содержание данного элемента в процентах. Если отсутствует цифра, то содержание данного элемента 1% и более (стали X, ХВГ).
Буквы и индексы, стоящие в конце марок сталей, обозначают: А- высококачественная сталь; Ш - особовысококачественная сталь (ЗОХГМШ), Л - литейная сталь (Г 13Л), кп - кипящая сталь, сп - спокойная сталь, пс - полуспокойная сталь, рп - сталь с регламентированной прокаливаемостью, пп - сталь с пониженной прокаливаемостью.
Опытные марки сталей маркируют условно.
Исключения в обозначениях марок сталей:
В шарикоподшипниковых сталях содержание хрома указывается в десятых доляхпроцента (ШХ6, ШХ15).
В быстрорежущих сталях после буквы Р цифры указывают на содержание вольфрама в полных процентах (Р18К5Ф5, Р9М4К8); содержание молибдена и ванадия вэтих сталях также указывается в полных процентах.
Молибден и ванадий в остальных марках сталей содержится в пределах 0.2.. .0.3%.
Для электротехнических сталей в группе магнитомягких материалов принята числовая система маркировки: пятизначное обозначение - для сталей нелегированных(ГОСТ 11036-75, ГОСТ 38336-73) и четырехзначное -для сталей, легированныхкремнием (ГОСТ 21427.1-75, ГОСТ 21427.2-75. ГОСТ 21427.3-75. ГОСТ 21427.4-78)
Вопросы для самоконтроля
1. Как влияют легирующие элементы на критическую скорость закалки?
Как влияют легирующие элементы Сг, Ni на свойства стали?
Как влияют легирующие элементы на прокаливаемость стали?
Расшифруйте марки сталей 18ХГТ, 37ХНЗА и 4Х5В2ФС. Из каких процессов состоит их термическая обработка? Укажите область применения.
Какие стали называют жаропрочными?
Назовите сплавы с особыми физическими свойствами.

Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Х- Cr повышает твердость, прочность, вязкость, износостойкость, улучшает режущие способности инструмента, повышает коррозийную стойкость, пластичность, но понижает теплопроводность.
Н – Ni повышает прочность, твердость, вязкость при низких температурах, прокаливаемость и коррозийную стойкость стали и при этом незначительно снижает пластичность. Никель дорогой металл, поэтому его вводят с Cr и др. минимальных количествах.
В –W понижает отпускную хрупкость, повышает твердость, износостойкость, жаропрочность, понижает вязкость и способствует образованию легкого зерна.
М – Мо повышает твердость, прочность, прокаливаемость, способствует образованию мелкозернистой структуры, улучшает свариваемость и механические свойства стали после цементации, понижает вязкость и отпускную хрупкость.
С – Si при содержании 0,8 % и выше повышает твердость, прочность, упругость и понижает вязкость стали. 0,8 – 1,2 % Si применяется при строительстве мостов; 1,5 – 2% - для изготовления пружин и рессор; 1-4% - трансформатор
Г – Mn – 1% и выше, повышает прочность, твердость, понижают вязкость, повышает прокаливаемость, износостойкость и улучшает свариваемость.
Ф – V - увеличивает твердость, прочность, вязкость, устойчивость против динамических напряжений и износа, отп. хр-ть, измельчает структуру и повышает устойчивость против перегрева при закалке.
Т – Тi увеличивает твердость, прочность, износостойкость, но понижает прокаливаемость св-ть нержавеющих сталей снижает ликвацию.
Р – Бор – повышает прокаливаемость в небольших колическтвах 0,002-0,065%
К – Со повышает жаропрочность и магнитопроницаемость.
Ю – Al – повышает окалиностойкость
Б – Ниобий повышает сопротивление коррозии и кислотостойкости
Ц – цирконий повышает сопротивление коррозии и кислотостойкости
Д – Сu повышает коррозийную стойкость.
Si + Al повышает склонность к обезуглероживанию
Cr + Mn - понижает склонность к обезуглероживанию.
S- является вредной примесью, не растворима в Fe придает красноломкость при прокатке и ковке не должна превышать 0,06%.
Фосфор - является вредной примесью, не должен превышать 0,08% увеличивает предел прочности, предел текучести, но понижает его пластичность и вязкость, повышает склонность сплава к ликвации, придает стали хладноломкость.
H2 – придает охрупчивание стали и образование в поковках тонких трещин в овальных и округлых формах.
Для удаления газов применяют раскисление в аккумировании
О2 и N дают хрупкие неметаллические включения, понижают вязкость и пластичность.

Тема 2.9. Инструментальные стали.
Требования к знаниям:
назначение инструментальных сталей;
свойства инструментальных сталей;
назначение термообработки для высоколегированных сталей.
Требования к умениям:
выбирать марку стали для необходимого инструмента;
назначить термообработку инструментальной стали для получения необходимых свойств.
Содержание учебного материала:
Назначение инструментальных сталей. Низколегированные инструментальные стали. Высоколегированные инструментальные стали. Углеродистые инструментальные стали. Марки и расшифровка инструментальных сталей.
Методические указания.
Обратите внимание при изучении данного материала на маркировку и расшифровку инструментальных сталей.
Изучите, какими свойствами должны обладать штамповочные и стали для измерительного и режущего инструмента.
Инструментальная легированная сталь является всегда высококачественными, поэтому в конце маркировки А не ставится.




Вопросы для самоконтроля
Выберите стали для штампов и фрез.
Расшифруйте марки сталей У13, У7А, Р10К3Ф5 и в чем заключается их термообработка.
Какие основные примеси и в каком количестве входят в состав углеродистых сталей.

Тема 2.10. Чугуны.
Требования к знаниям:
виды чугунов и их структуру;
свойства чугунов;
область применения чугунов.
Требования к умениям:
выбрать марку чугуна, исходя из назначения и условий работы детали;
расшифровать марки чугуна.
Содержание учебного материала:
Классификация и маркировка конструкционных чугунов. Назначение чугунов. Микроанализ серых, ковких (половинчатых, высокопрочных) чугунов.

Лабораторная работа № 5.
Практическая работа № 2.
Методические указания.
Ковкие чугуны в основном применяются для небольших отливок (сечением не более 40...50 мм). Они находят ограниченное применение из-за технологических затруднений в изготовлении отливок, необходимости длительной термической обработки, ограниченных размеров сечений.
Из чугуна КЧ 33-8 изготовляют гайки, фланцы, муфты, глушители, храповики, КЧ 35-10 - детали эксплуатируемые при высоких, динамических и статических нагрузках (ступица, крюки, скобы, корпуса подшипников, звездочки приводных цепей, картеры редукторов, храповики).
КЧ 50-4 применяют для изготовления деталей, обладающих высокой прочностью, умеренной пластичностью, хорошими антифрикционными свойствами (тормозные колодки, звенья и ролики цепей конвейеров, зубчатые колеса, вилки карданных валиков, муфты).
Легированные (специальные) чугуны: антифрикционные, износостойкие, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и др. Они содержат намного больше легирующих добавок, чем другие чугуны. Это хром, никель, медь, алюминий, кремний в отдельности и в сочетании. Чугуны применяются в автомобилестроении и других отраслях народного хозяйства.
Белые и отбеленные чугуны вследствие присутствия в них большого количества цементита обладают высокой твердостью, хрупки, плохо поддаются обработке резанием. Из них изготавливают валки прокатных станов, шары шаровых мельниц, колеса железнодорожных вагонов. Этот чугун в отдельных случаях переделывают в ковкий.
Отливки из высокопрочного чугуна.

Марка чугуна
Характеристика
Примерное назначение

ВЧ45-5

Сложное ответственное литье(детали, воспринимающие
большие усилия), детали, работающие при температуре до 200°С

Коленчатые валы автомобилей и тракторов, суппорты, резцедержатели, шпиндели, тяжелые планшайбы, крышки цилиндров, детали прокатных станов и т.п.

ВЧ 80-2

Ответственное высоконагруженное разностороннего сечения литье больших масс и размеров

Детали станков кузнечно-прессового оборудования, станины ковочных молотов, коленчатыевалы, барабаны тельферов, лебе-док экскаваторов и др. ВЧ 80-2



Отливки из серого чугуна
Марка чугуна
Характеристика
Примерное назначение

СЧ25

Ответственное литье с толщиной стенки 20-60 мм; детали, требующие значительной прочности
Компрессорное и турбинное литье; поршни, гильзы, цилиндры и головки блоков, блоки цилиндров, двигатели автомобилей.


Вопросы для самоконтроля
Чем различаются белые и серые чугуны?
От чего зависит прочность чугунов с графитом?
Перечислите методы упрочнения серых чугунов.
В чем сущность модифицирования чугунов? Для чего его проводят?
Какая форма графита обеспечивает наиболее высокие механические свойства чугуна?
Расшифруйте марки чугунов: СЧ12, КЧЗЗ-10. Укажите область их применения.
Расшифруйте марку чугуна ВЧ45. Как его получают?
Какие химические элементы используют для легирования чугунов? Перечислите области применения легированных чугунов.

Тема 2.11. Цветные металлы и сплавы.
Требования к знаниям:
свойства и область применения цветных металлов и сплавов.
Требования к умениям:
выбрать необходимый материал для детали, исходя из назначения и условий работы детали;
расшифровать марку цветных сплавов по ГОСТу.
Содержание учебного материала:
Цветные металлы и сплавы. Медь и ее сплавы. Магний и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Титан и сплавы на его основе.
Методические указания.
Изучите механические, технологические, конструкционные и эксплуатационные свойства и характеристики цветных металлов. Свойства этих сплавов в большей степени зависят от содержания легирующих компонентов, методов упрочнения и старения.
Очень важно уяснить особенности маркировки цветных сплавов, уметь пользоваться Государственными стандартами, правильно указывать стандарты и обозначения сплавов в курсовых и дипломных проектах. Условность в маркировке цветных сплавов отличается от черных металлов тем. что обозначение всех легирующих элементов совпадет с первой буквой их названия. Запомните элементы, обозначение которых производится двумя буквами из названия элементов: Су - сурьма. Мц - марганец. Ср - серебро, Мш - мышьяк. Кд - кадмий. Мг - магний, Рз - редкоземельные.
Обозначения латуней начинаются с буквы Л.
Обозначение бронз начинается с букв Бр
Оловянные и безоловянные литейные бронзы по ГОСТ 613-79 и ГОСТ 493 - 79 маркируются соответствующей буквой в марке и цифрой, стоящей сразу же за ней. которая указывает содержание элемента в процентах.
Если из этих бронз делают прокат, то в конце марок бронз ставится буква П. Например, бронза БрОЗЦ7С5Н1П (олова 3%, цинка 7%, свинца 5%, никеля 1% остальное - медь).
Отметьте и то, что по ГОСТ 17771 - 80 литейные латуни имеют новую маркировку. После буквы Л указывается количество цинка и сразу же легирующие элементы, с содержанием их в процентах. В обозначениях 1 % не ставится. Например: латунь ЛЦ40МцЗЖ (цинка 40%. марганца 3%, железа 1%, остальное - медь).
Все алюминиевые сплавы обозначаются с буквы А, за исключением дюралюминия (обозначение Д1, Д16 и т. д.)
Медноникелевые сплавы обозначаются с буквы М (ГОСТ 492-73).

Вопросы для самоконтроля
Какие сплавы называют латунями.
Как маркируют латуни и бронзы по ГОСТу.
Как влияет олово на свойства бронзы?
Какими свойствами обладает бериллиевая бронза?
Как маркируют дуралюмины?
Какие сплавы называют силуминами?
Расшифруйте марки сплавов Бр К Мц 3-1, АМц, АМр Л90, ЛЦ40Мц3, БрАЖ9-4, Д16.

Тема 2.12. Твердые сплавы и сверхтвердые режущие материалы.
Требования к знаниям:
виды, состав, область применения твердых сплавов и сверхтвердых режущих материалов.
Требования к умениям:
выбирать материал по ГОСТу для инструмента, работающего в определенных условиях;
расшифровать марку твердого сплава по ГОСТу;
работать со справочной литературой.
Содержание учебного материала:
Понятие о твердых сплавах. Литейные сплавы. Металлокерамические твердые сплавы. Керметы. Абразивные режущие материалы.
Методические указания.
Металлокерамические сплавы представлены вольфрамовой (ВК). титановольфрамовой (ТК). титанотанталовольфрамовой (ТТК) группами.
Изучите твердые сплавы новой безвольфрамовой группы. В них карбид вольфрама заменен менее дефицитным карбидом титана, а в качестве связки используется никель и молибден (сплавы монитикар). Эти сплавы позволили на много снизить себестоимость режущего инструмента.
Особое внимание уделите изучению сверх твердых материалов из минералокерамики и синтетических алмазов (микро- и поликристаллические синтетические материалы), обладающих большой твердостью и теплостойкостью и нашедших широкое применение в машиностроительной, горнодобывающей, строительной, электронной отраслях промышленности. Это минералокерамика ВОК - 60, ВОК-63. ЦМ - 332 (микролит), поликристаллические синтетические материалы: кубический натрид бора (КНБ - эльбор. боразон). рубин, лейкосап-фир. баллас, исмит, славутич. карбонадо, спеки, природные алмазы, белобор.
Вопросы для самоконтроля
Какие сплавы относят к литым?
Какие сплавы относят к порошкообразным?
Какими свойствами обладают металлокерамические твердые сплавы?
Какие элементы являеются основной составляющей безвольфрамовых твердых сплавов и какие связующими?
Расшифровать марки сплавов ВК8, Т15К6, ТТ7К12, КТС, ТН.



Раздел 3. Порошковые и композиционные материалы.

Тема 3.1. Порошковая металлургия.
Требования к знаниям:
способы производства спеченных изделий и их свойства.
Требования к умениям:
определить по марке состав и свойства материала.
Содержание учебного материала:
Порошковые материалы. Свойства и область применения. Порошковая металлургия. Фрикционные и антифрикционные материалы.
Методические указания.
Вопросы этой темы вводят вас в область порошковой металлургии, материалов из ме-талло- и минералокерамики. материалов сверх твердых синтетических, в металлообработку с использованием твердых сплавов.
Уясните, чем вызвано применение порошковых сплавов, на какие группы они подразделяются, признаки этого деления, виды твердых сплавов, сущность высокой твердости сплавов, содержащих карбиды металлов, высокой теплостойкости - у металлокерамики, эль-бора, других синтетических материалов; механические, тепловые и технологические характеристики порошковых материалов и изделий, особенности маркировки, области и экономическую эффективность их применения; особенности режимов обработки металлов инструментами с пластинками из минерало- и металлокерамики или выполненными полностью из твердых сплавов.
Вопросы для самоконтроля
Из каких этапов состоит технология получения порошковых материалов?
Как классифицируют порошковые материалы по назначению?
В чем заключаются преимущества порошковых конструкционных материалов по сравнению с обычными?
Как подразделяют фрикционные порошковые материалы в зависимости отметаллической основы?
Чем пористые фильтры лучше обычных?

Тема 3.2. Неметаллические конструкционные материалы.
Требования к знаниям:
строение, классификацию и свойства резин;
назначение резин;
назначение древесины в машиностроении;
основные виды пластмасс, их состав, свойства и область применения.
Требования к умениям:
выбрать необходимый материал для тех или иных условий работы.

Содержание учебного материала:
Структура полимеров. Термопласты. Термореактопласты. Слоистые пластмассы и пластмассы на основе природных полимеров. Древесные материалы в машиностроении и их классификация. Классификация и назначение резин. Свойства резин.
Методические указания.
Изучите физико-механические свойства и строение древесины. Обратите также внимание на основные преимущества древесных материалов, современные способы повышения стойкости древесины от возгорания, гниения, борьбы с насекомыми.
Рассмотрите вопросы применения древесных материалов в виде клеевых деревянных конструкций, применения пиломатериалов в машиностроении и сельском хозяйстве.
При изучении пластмасс рекомендуется повторить соответствующие разделы курса органической химии. Разберите достоинства и недостатки пластических масс, деление их на термореактивные и термопластичные: запомните широко применяемые материалы: асбово-локно, стекловолокниты, древеснослоистые пластики, гетинакс. текстолит, карболит, бакелит, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (винипласт), полиметилметакрилат (оргстекло), политетрафторэтилен (фторопласты), полиэтилентерефталат (лавсан), полиамиды (капрон - поликапролактам. найлон), эластомеры (каучуки. резины), этролы (из целлюлозы).
Ознакомьтесь с различными методами переработки пластмасс в изделия и области применения получаемых деталей.
Пластмассы играют огромную роль в обеспечении экономии черных металлов. Немаловажное значение применения пластмасс в автомобиле- и тракторостроении, сельскохозяйственном машиностроении.
Имеются термопластинки, которые по прочности на удар значительно превосходят листовой металл, а из отдельных пластмасс (найлона и полиэтилена) изготовляют топливные емкости. Шпагат из полипропилена широко применяется в кормопроизводстве.
Технологию изготовления резинотехнических изделий следует начать с изучения состава резины, ее свойств и области применения. Резины подразделяются на резины общего назначения и специальные. Уясните их изготовление, характерные свойства, использование. Подробнее разберите классификацию по назначению применяемых в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении резиновых изделий и клиновидных ремней.
Вопросы для самоконтроля
Какие материалы называют пластмассами?
В чем состоит сущность реакций полимеризации и поликонденсации? Какая между ними разница?
Какие пластмассы называются термопластичными, термореактивными?
Как классифицируют пластмассы?
Зачем в пластмассы вводят наполнители?
Перечислите общие свойства пластмасс.
Укажите достоинства пластмасс как конструкционных материалов.
Перечислите основные термореактивные полимеры, которые находят наиболее широкое применение в промышленности.
Какие пластмассы называются слоистыми?
Назовите состав, свойства и область применения гетинакса.
Какие пластмассы обладают высокими диэлектрическими свойствами?
Какими свойствами обладают фторопласты? Назовите область их применения.
Какие материалы называются резиной?
Какое исходное сырье используют для получения синтетических каучуков?
Каково назначение основных составляющих резиновых смесей?
Сколько серы входит в состав мягкой и твердой резины?
В чем заключается сущность процесса вулканизации?
Из каких основных процессов состоит технология получения резиновыхизделий?
Перечислите основные свойства резиновых изделий.

Тема 3.3. Композиционные материалы.
Требования к знаниям:
строение, классификацию и свойства композиционных материалов.
Требования к умениям:
выбрать необходимый материал для необходимых условий работы.
Содержание учебного материала:
Строение композитов. Дисперстно-упрочненные композиционные материалы. Волокнистые металлические композиты.

Методические указания.
Изучите строение композитов, их классификацию в зависимости от материала матрицы и по типу наполнителя.
Дисперстно-упрочненные и волокнистые металлические композиционные материалы. Их производство и области применения.

Вопросы для самоконтроля
Перечислите области применения композитов.
Расскажите о строении композитов.
Какая матрица у композитов МКМ и ПКМ?
Какой материал обозначают буквами САП?
Каким методом получают волокнистые металлические композиты?
4. Примерный перечень лабораторных и практических работ

Примерный перечень лабораторных работ
№п/п
№ темы
Наименование

1
2.2.
Определить твердость металла по Бринеллю.

2
2.2
Определить твердость металла по Роквеллу.

3
2.2.
Испытание на ударную вязкость.

4
2.4.
Микроанализ железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии.

5
2.10.
Микроанализ серых, ковких, высокопрочных чугунов.


Примерный перечень практических работ
№п/п
№ темы
Наименование

1
2.4.
Построение кривых охлаждения для заданного железоуглеродистого сплава с последующим анализом структурных превращений.

2
2.7,2.8.
2.9,2.10
Подобрать марку материала по ГОСТу для деталей, работающих в определенных условиях.


5. Контрольные задания
Задание 1. Выбор вида и режима термической обработки для конкретных деталей. Обоснование выработанной термической обработки.
Методические указания.
Тема предусматривает обосновать выбор металла для изготовления заданной детали и выбор вида и режима термической и химико-термической обработки, которая обеспечит надежность детали в условиях эксплуатации, указанных в каждой задаче.
Для решения задачи необходимо прежде всего определить материал, обладающий свойствами, близкими к требуемым. Для этой цели рекомендуется ознакомиться с классификацией, составом и назначением основных материалов, используемых в технике.
Если для улучшения свойств выбранного материала нужны термическая или химико-термическая обработка, то необходимо указать их режимы, получаемую структуру и свойства. При рекомендации режимов обработки необходимо также указать наиболее экономичные и производительные способы. Например, для деталей, изготовляемых в больших количествах, - обработку с индукционным нагревом, газовую цементацию и др.: для деталей, работающих в условиях переменных нагрузок, например для валов, зубчатых колес многих типов, необходимо рекомендовать обработку, повышающую предел выносливости (в зависимости от рекомендуемой стали к ним относятся цементация, цианирование, азотирование, закалка с индукционным нагревом, обработка дробью).
При решении задач рекомендуется использовать учебные пособия. ГОСТы, справочники.
В помощь учащимся при выполнении практического занятия приведено подробное решение одной типовой задачи.
Примерные задачи по выбору сплавов и режимов термической обработки в зависимости от условий работы деталей и конструкций.
1.Завод изготовляет коленчатые валы диаметром 35 мм: сталь в готовом изделии должна иметь предел прочности не ниже 750 МПа и ударную вязкость не ниже 50 МПа . Кроме того, вал должен обладать повышенной износостойкостью не по всей поверхности, а только в шейках, т.е. в участках, сопряженных с подшипниками и работающих на истирание.
Подберите марку стали, рекомендуйте режим термической обработки всего вала для получения заданных свойств и режим последующей термической обработки, повышающей твердость только в отдельных участках поверхности вала. Приведите структуру и твердость стали в поверхностном слое шейки вала и структуру и механические свойства в остальных участках.
2. Стаканы цилиндров мощных двигателей внутреннего сгорания должны обладать
высоким сопротивлением износу на поверхности. Для повышения износостойкости применяют азотирование.
Подберите сталь, пригодную для азотирования, приведите химический состав, рекомендуйте режим термической обработки и режим азотирования. Укажите твердость поверхностного слоя и механические свойства низлежаших слоев в готовом изделии.
3. Станкостроительный завод изготовляет шпиндели токарных станков. Шпинделиработают с большой скоростью в условиях повышенного износа, поэтому твердость в поверхностном слое должна быть НЯС 58-62.
Подберите сталь для изготовления шпинделя, рекомендуйте режим термообработки, обеспечивающий получение заданной твердости в поверхностном слое. Укажите структуру стали в поверхностных слоях и в сердцевине шпинделя, механические свойства сердцевины после окончательной термической обработки.
4. Червяк редукторов диаметром 35 мм можно изготовить из цементируемой и не цементируемой стали. Предел прочности в сердцевине детали должен быть 580 - 686МПа.
Выберите марку цементируемой и не цементируемой углеродистой качественной стали. Обоснуйте, в каких случаях целесообразно применять цементируемую и в каких случаях - не цементируемую сталь.
Укажите химический состав, рекомендуемый режим химико-термической и термической обработки и сопоставьте механические свойства стали обоих типов в готовом изделии.
5. Палец шарнира диаметром 30 мм работает на изгиб и срез и должен обладать высокой износостойкостью на поверхности и высокой вязкостью в сердцевине.
Подберите углеродистую сталь укажите ее состав и марку, рекомендуйте режим химико-термической и термической обработки, укажите структуру, механические свойства в сердцевине и твердость на поверхности после окончательной обработки. Укажите желаемую толщину твердого поверхностного слоя.
6. Выберите марку стали для изготовления топоров. Лезвие топора не должно сминаться или выкрашиваться в процессе работы; поэтому оно должно иметь твердость в пределах НRС 50-55 на высоту не более 30-40 мм; остальная часть топоране подвергается закалке и имеет более низкую твердость.
Укажите химический состав стали, режим термической обработки, обеспечивающий указанную твердость, а также способ закатки, позволяющий получить эту твердость только на лезвии топора.
7. Выберите марку стали для изготовления продольных пил по дереву и укажите режим термической обработки, микроструктуру и твердость готовой пилы.
Режимы термической обработки выберите таким образом, чтобы предупредить деформацию пилы при закалке и отпуске, а также обеспечить получение в стали высоких упругих свойств после отпуска (пила должна «пружинить»).
8. Автосцепки вагонов на железнодорожном транспорте изготавливаются литыми. Дляповышения механических свойств отливки подвергают термической обработке.Выберите марку стали и обоснуйте термическую обработку, если предел прочностидолжен быть не ниже 343 МПа .
Укажите структуру и механические свойства стали после литья и после термической обработки.
9. Завод изготовляет зубчатые колеса диаметром 60 мм и высотой 80 мм. Предел текучести должен быть не ниже 530-540 МПа.
Выберите сталь для изготовления зубчатых колес и приведите состав и марку, учитывая технологические особенности термической обработки и необходимость предотвратить деформацию и образование трещин при закалке.
Рекомендуйте режим термической обработки и укажите механические свойства в готовом состоянии.
10. Многие измерительные инструменты плоской формы (шаблоны, линейки, штангенциркули) изготовляют из листовой стали: они должны обладать высокой износостойкостью в рабочих кромках. Приведите режимы обработки, обеспечивающейполучение этих свойств, если инструменты изготовляют большими партиями изстатей 15 и 20.
Задача. Завод имеет сталь двух марок: 45 и 20ХНЗА, из которых можно изготовить вал
диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками.
Какую из статей следует применить для изготовления вата, если сталь должна иметь
предел текучести не ниже 740 МПа?
Решение.
Химический состав стали. %

Сталь
С
Мn
Si
Сг
Ni
S
P
1

Сталь 45 20XН3А
0.42-0,50 0.17-0.23
0.50-0.80 0,3-0,6
0,17-0,37 0,17-0.37
0,25 0,6-0,9
0,25 2.75-3.15
0.045 0.025
0.040 0.025


Сталь 45 согласно ГОСТу в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твердость не более НВ 207. При твердости НВ 190-200 сталь имеет предел прочности не выше 588-608 МПа. Предел текучести стали 45 не превышает 265-314 МПа.
Сталь 20ХНЗА согласно ГОСТу в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твердость не более НВ 250. Предел прочности не превышает 735 МПа и может быть не ниже 588 МПа для плавок с более низкой твердостью. Предел текучести стали не превышает 343-392 МПа.
Таким образом, для получения заданного предела текучести вал необходимо подвергнуть термической обработке.
Для такого ответственного изделия, как вал двигателя, поломки которого нарушают работу машины, необходимо применить сталь качественную. Сталь 45 относится к классу качественной углеродистой, а сталь 20ХНЗА - к классу высококачественной легированной. Они содержат соответственно 0,42-0,50 и 0,17-0,23% углерода и принимают закалку. Для повышения прочности можно принимать нормализацию или закалку с высоким отпуском.
Так как вал двигателя воспринимает в работе динамические нагрузки, а также вибрацию, более целесообразно применить закалку и отпуск.
После закатки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20-25 мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое толщиной 2-4 мм. последующий отпуск вызовет превращение мартенсита и троостита в сорбит только в поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе изделия. Сорбит отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем феррит и перлит.
Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно переменных нагрузок воспринимают наружные слои. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла.
Сталь 20ХНЗА легирована никелем и хромом для повышения прокаливаемости и закаливаемости. Она получает после закалки однородную структуру и механические свойства в сечении диаметром до 75 мм.
Таким образом, свойствами, которые обеспечат требования для изготовления вала диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками, обладает сталь 20ХНЗА. которую необходимо применить для изготовления валов с соответствующей термодинамической обработкой (закалка с 820-835 С в масле и отпуск 520-530 С в масле).

Задание 2. Выбор марки легированной стали для деталей в зависимости от условий их работы. Обоснование выбора.
Методические указания.
Задание 2 аналогично первому по методике выбора стали для конкретных деталей.
Легированные стали после термической обработки (закатки и отпуска) обладают лучшими механическими свойствами, которые сравнительно мало отличаются от механических свойств углеродистой стати в изделиях малых сечений, а в изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15-20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем углеродистых. Особенно сильно повышаются предел текучести, относительное сужение и удельная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закатки, а следовательно, лучшей прокаливаемостью. Из-за большей прокаливаемости и меньшей критической скорости закатки замена углеродистой стати легированной позволяет производить закатку деталей в менее резких охладителях (масло, воздух), что уменьшает деформации изделий и опасность образования трещин. Поэтому легированные стати применят не только для крупных изделий, но и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливаемость.
Инструментальные стали, как имеющие высокие твердость, износостойкость и прочность, используют для режущих инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, измерительных инструментов, различных размеров и форм.
Для характеристики и выбора инструментальных сталей следует учитывать прежде всего главное свойство этих сталей - теплостойкость, поскольку рабочая кромка инструментов в зависимости от условий эксплуатации может нагреваться до температуры 500-700 С у режущих инструментов и до 800°С - у штампов.
Стали для резания или горячего деформирования должны сохранять при нагреве высокие твердость, прочность и износостойкость, т.е. обладать теплостойкостью (красностойкостью). Это свойство создается легированием и термической обработкой. В связи с этим стали различают:
Нетеплостойкие, сохраняющие высокую твердость (НRС 60) при нагреве не выше190-2250С и используемые для резания мягких металлов с небольшой скоростью, атакже для деформирования в холодном состоянии. Это углеродистые и легированные стали (с относительно невысоким содержанием легирующих элементов). Карбидная фаза их - цементит;
Полутеплостойкие, преимущественно штамповые, рабочая кромка которых нагревается до 400-500°С. Это стали, легированные хромом и дополнительно вольфрамом, молибденом и ванадием. Карбидные фазы - легированный цементит и карбид хрома;
Теплостойкие для резания с повышенной скоростью. Нагрев рабочей кромки до500-650°С (быстрорежущие стали); штамповка стали при повышенном нагреве до600-8000 С. Основная карбидная фаза - карбид вольфрама (молибдена). ТвердостьНRС 60-62 у быстрорежущих сталей после нагрева до 600-680°С и НRС 45-52 уштамповых - 650-7000 С.
При решении задач рекомендуется использовать учебные пособия. ГОСТы, справочники.
Для получения навыков в выборе легированной стали в зависимости от условий их работы приводится примерное решение задачи.

Примерные задачи по выбору марки легированной стали в зависимости от условий их работы.
1. Щеки и шары машин для дробления руды и камней работают в условиях повышенного износа, сопровождаемого ударами.
Подберите стать для изготовления щек и шаров, укажите ее химический состав и свойства.
2. Лопатки реактивных и турбореактивных двигателей работают в окислительной среде при высоких температурах (800-900°С). Металл должен обладать повышенной коррозионной стойкостью и прочностью при указанной температуре.
Подберите металл и сплав, укажите его состав и свойства.
3. Рессоры грузового автомобиля изготовляют из качественной легированной стали:толщина рессоры до 10мм. Сталь должна обладать высокими пределами прочности,выносливости и упругости.
Подберите сталь, укажите ее состав и свойства в зависимости от термической обработки.
4. Сталь, применяемая для пароперегревателей котлов высокого давления, должна сохранять повышенные механические свойства при длительных нагрузках при температурах 500°С и иметь достаточно высокую пластичность для возможности выполненияхолодной деформации (гибки, завальцовки и т.п.) при сборке котла.
Подберите сталь, укажите ее состав и механические свойства при комнатной и повышенной температурах.
5. Детали приборов и оборудования, которые устанавливают на морских судах, должны быть устойчивыми не только против действия воды, водяных паров и атмосферывоздуха, но и более сильного корродирующего действия морской воды.
Подберите сталь, укажите химический состав и механические свойства.
Крупные пневматические долота, применяемые при разработке горных пород, обладают относительно высокой твердостью и износостойкостью, но вместе с тем должныиметь достаточную вязкость, так как они испытывают в работе ударные нагрузки.Подберите легированную сталь, укажите химический состав и режим термической обработки.
Завод выполняет токарную обработку чугунных и стальных деталей с большой скоростью резания.
Выберите сплавы для резцов, обеспечивающие высокую производительность обработки стали и чугуна.
Приведите химический состав, структуру, твердость, прочность и теплостойкость и способ изготовления этих сплавов и сравните их с аналогичными характеристиками быстрорежущей стали.
8. Подберите сталь для червячных фрез, обрабатывающих конструкционные сталитвердостью НВ 230.
Объясните причины, по которым для этого назначения нецелесообразно использовать углеродистую инструментальную сталь У12 с высокой твердостью (НRС 63-64). Укажите режим термической обработки фрез из выбранной легированной стали.
9. Получение заготовок горячей деформацией является производительным способомобработки.
Выберите марку стали для изготовления крупного молотового штампа; рекомендуйте режим термической обработки штампа, укажите микроструктуру и механические свойства после отпуска. Объясните, почему подобные штампы не следует изготовлять из углеродистой стали.
10. Пружины приборов при нагреве даже в области критических температур могут изменять свои характеристики в связи с изменением модуля упругости. Это снижает точность работы приборов.
Подберите сталь для изготовления пружин, модуль упругости которого не изменяется при температурах до -220°С. Укажите режим упрочнения стали.
Для получения навыков в выборе материала и его обоснования для изготовления деталей или инструмента приводится примерное решение задачи.
Задача. Подберите легированную инструментальную сталь повышенной теплостойкости, пригодную для решения жаропрочных сталей, укажите ее марку и химический состав, термическую обработку и микроструктуру в готовом инструменте. Сопоставьте теплостойкость стали Р12 и выбранной стали.
Решение. При резании сталей и сплавов с аустенитной структурой (нержавеющих, жаропрочных и др.), получающих все более широкое применение в промышленности, стойкость инструментов и предельная скорость резания могут сильно снижаться по сравнению с получаемыми при резании обычных конструкционных сталей и чугунов с относительно невысокой твердостью (до НВ 220-250). Это связано главным образом с тем, что теплопроводность аустенитных сплавов пониженная. Вследствие этого теплота, выделяющаяся при резании, лишь в небольшой степени поглощается сходящей стружкой и деталью и в основном воспринимается режущей кромкой. Кроме того, эти сплавы сильно упрочняются под режущей кромкой в процессе резания, из-за чего заметно возрастают усилия резания.
Для резания подобных материалов, называемых труднообрабатываемые, малопригодны быстрорежущие стали умеренной теплостойкости типа Р12, сохраняющие высокую твердость(НRС 60) и мартенситную структуру после нагрева не выше 615-620°С. Для обработки аустенитных сплавов необходимо выбирать быстрорежущие стали повышенной теплостойкости, а именно кобальтовые стали сохраняют твердость НRС 60 после более высокого нагрева до 640-645°С. Кроме того, кобальт заметно повышает теплостойкость быстрорежущей стати, а следовательно снижает температуру режущей кромки из-за лучшего отвода тепла в тело инструмента. Стали с кобальтом имеют высокую твердость- до 68.

Для сверл и фрез, применяемых для резания аустенитных сплавов, рекомендуются кобальтовые сплавы марок Р12Ф4К5 или Р8МЗК6С.






Химический состав сталей. %.

Сталь
С
Мn
Si
Сг
W
Мо
V
Со

Р12
0,85
0,3
0,3
3,6
12,5
1
1,7
-

Р12Ф4К5
1,3
0,3
0,3
3,8
12,5
1
3,5
5,5

Р8МЗК6С
1,1
0,9
0,3
3,8
8
3,6
1,7
6

Термическая обработка кобальтовых сталей принципиально не отличается от обработки других быстрорежущих сталей.
Закалка до 1240-1250°С (Р13Ф4К5) и 1210-1220°С (Р8МЗК6С), что необходимо для растворения большого количества карбидов и насыщения аустенита (мартенсита) легирующими элементами. Более высокий нагрев недопустим: он вызывает рост зерна, что снижает прочность и вязкость. Структура стали после закалки: мартенсит, остаточный аустенит (15-30%) и избыточные карбиды, не растворяющиеся при нагреве и задерживающие рост зерна. Твердость НRС 60-62.
Затем инструменты отпускают при 550-560 °С (3 раза по 60 мин). Отпуск: а) вызывает выделение дисперсных карбидов мартенсита, что повышает твердость до НRС 66-69; б) превращает мягкую составляющую - остаточный аустенит в мартенсит; в) снимает напряжения, вызываемые мартенситным превращением.
После отпуска инструмент шлифуют, а затем подвергают цианированию, чаще всего жидкому с выдержкой 15-30 мин. (в зависимости от сечения инструмента). Твердость цианирования слоя на глубину 0.02-0,03 мм достигает НRС 69-70. Цианирование повышает стойкость инструментов на 50-80%. После цианирования возможен кратковременный нагрев при 450-500°С с охлаждением в масле, поверхность инструмента приобретает тогда синий цвет и несколько улучшает стойкость против воздушной коррозии.
Задание 3. Диаграмма состояния сплавов, образующих неограниченные твердые растворы.
Методические указания.
В качестве примера рассмотрим диаграмму состояния медь-никель. Крайние точки наотрезке оси концентраций соответствуют чистым компонентам (в нашем примере меди иникелю) и промежуточные точки на оси концентраций - их двойным сплавам, выраженным впроцентах. На оси концентраций цифрами указаны содержание никеля в сплаве, а концентрация меди будет составлять разницу между 100% и содержанием никеля. Например, сплав в точке 20 содержит 80% Сu и 20% Ni. На двух вертикальных осях температур указаны температуры плавления меди 1084°С и никеля 1455 С. Как известно, плавление чистых металлов протекает при постоянной температуре и на диаграмме состояния отмечается точкой. Кривая а охлаждения меди с постоянной температурой затвердевания в течение длительного времени представлена на рис. 1 Т0, С

* *
г\
Рис.]

Иначе протекает кристаллизация сплавов, образующих твердые растворы, так сплав, содержащий 20% Ni и 80% Сu (кривая б), начнет кристаллизоваться около 1200°С, при этом будут выделяться в твердую фазу кристаллы твердого раствора а (т.е. никеля в меди). Формирование кристаллов связано с выделением теплоты, что несколько задерживает охлаждение сплава; кривая ниже этой точки становится пологой и остается такой до полного затвердевания сплава, после чего охлаждение опять ускоряется и кривая охлаждения делается более крутой.
Аналогично будет кристаллизоваться и сплав 60%Ni и 40%Сu. лишь изменится интервал температур, при котором начнется и закончится кристаллизация этого сплава (кривая в). Любые двойные сплавы меди и никеля будут кристаллизоваться в интервале температур с образованием твердых растворов, но, конечно, с разной концентрацией компонентов.
Если на диаграмме состояния нанести точки начала кристаллизации нескольких сплавов и соединить их между собой, то получим линию ликвидус, выше которой все сплавы меди и никеля будут находиться в жидкой фазе. Если на диаграмме нанести точки окончания кристаллизации этих сплавов, получим линию солидус, ниже которой любой двойной сплав меди и никеля будет находиться в твердой фазе. Между этими линиями образуется область, где сплавы будут существовать в двух фазах: твердой и жидкой.
Пользуясь диаграммой состояния сплавов, можно определять состав как жидкой, так и твёрдой фазы в любой точке этой области. Причём состав и жидкой и твёрдой фазы будет меняться в зависимости от состава исходного сплава и изменения температуры.
Проследим процесс кристаллизации сплава 60% Ni и 40% Сu (кривая охлаждения в): выделение твёрдой фазы начнётся в точке 1, при этом образуется твёрдый раствор, соответствующий точке 2 (т.е. более богатый никелем, чем исходный жидкий сплав). При охлаждении сплава до температуры 1300°С (точка 3) состав выделяющихся кристаллов будет соответствовать точке 5, а состав жидкой фазы - точке 4 и будет беднее никелем, чем исходный сплав. Количество твёрдой фазы к этому времени станет значительным, и соотношение жидкой и твёрдой фаз (ж/т) при этой температуре будет пропорционально соотношению длины отрезков 3-5 и 4-3 (или ж/т = отрезок 3-5/отрезок 4-3).
В точке 6 на линии солидуса сплав полностью затвердеет и образовавшийся твёрдый раствор будет соответствовать составу исходного сплава (если охлаждение проходило медленно и между слоями образовавшихся дендритов успела пройти диффузия). При высоких температурах диффузия идёт быстро и концентрация раствора успевает выровняться, но при низких температурах и больших скоростях охлаждения в твёрдом растворе возникает гак называемая дендритная (внутрикристаллическая) ликвидация, при которой химический состав во внутренних и внешних слоях кристаллитов несколько различен. Продолжительным нагревом сплава при температуре, близкой к линии солидуса, дендритная ликвидация может быть ослаблена и даже устранена. Полная растворимость одного металла в другом не очень часто встречается в сплавах, она характерна для серебра и золота, золота и платины, висмута и олова и отчасти железа и хрома.
Задания по вариантам.
Построить кривые охлаждения сплавов, образующих неограниченные твёрдые растворы.
Номер задачи
Медь-никель

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Cu- 15%
Cu- 25%
Cu- 35%
Cu- 45%
Cu- 55%
Cu- 65%
Cu- 75%
Cu- 85%
Cu- 60%
Cu- 50%
Ni = 85%
Ni = 75%
Ni = 65%
Ni = 55%
Ni = 45%
Ni = 35%
Ni = 25%
Ni = 15%
Ni = 40%
Ni = 50%


Задача 4. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы.
Методические указания.
В качестве примера рассмотрим диаграмму состояния серебро-медь (рис.2). Эта диаграмма в отличие от предыдущей состоит не из трех, а из семи областей. Первая область -жидкий раствор меди и серебра - ограничена снизу двумя линиями, начинающимися в точках плавления чистых компонентов и пересекающимися в точке 28 при температуре 778°С. Эта линия асб является линией ликвидуса. Кривая охлаждения 5 показывает, что этот сплав ведет себя как твердый раствор, аналогична конфигурация кривой охлаждения и сплава 95. но микроструктурный анализ выявляет . что эти два сплава очень резко отличаются друг от друга и поэтому их обозначают двумя разными греческими буквами аир, где а- твердый раствор меди в кристаллах серебра и (3- раствор серебра в кристаллах меди. Однако возможное содержание этих металлов друг в друге в твердой фазе очень ограничено. Предельная растворимость меди в серебре в точке при температуре 778°С равна 8,8%, а серебра в меди -8% (точка е). с понижением температуры растворимость заметно снижается.











Линия солидуса в этой диаграмме имеет сложный контур и идёт по точке adced. В области acd выделяются кристаллы а и сохраняется жидкая фаза. Характер кристаллизации сплавов в этой области иллюстрируют кривые охлаждения 12 и 20. В области cbe вначале выделяются кристаллы твердого раствора
·, а жидкая фаза сохраняется до температуры 7780 С в любых сплавах от точки с до точки е (кривые охлаждения 48 и 80).
Особое место в этой системе занимает сплав, содержащий 28% Сu; характер его кристаллизации виден на кривой охлаждения 28. которая показывает. что у этого сплава линии ликвидуса и солидуса смыкаются и он кристаллизуется при постоянной температуре, самой низкой для этой системы, и такой сплав называют эвтектическим, а эта точка диаграммы эвтектикой. Его микроструктура представляет собой мелкие кристаллы двух твердых растворов а и р. Согласно теории кристаллизации эвтектик. разработанной акад. А.А. Бочваром. сначала зарождаются и растут кристаллы одной из фаз. например а . в нашем случае богатой серебром, при этом жидкость, окружающая эти кристаллы, обогащается медью, в результате происходит выделение твердого раствора р. Жидкая фаза в свою очередь обогащается серебром и поэтому вновь выделяются кристаллы а - твердого раствора. В результате образуется эвтектическая колония
·- и
·-твердых растворов.
Твердую фазу, образующуюся первой в эвтектическом сплаве, называют ведущей, она может принять форму дендрита или пластины. Вторая фаза заполняет промежутки между кристаллами ведущей фазы.
Сплавы, располагающиеся влево от эвтектического состава, называют доэвтектическими. они имеют в структуре крупные кристаллы а - твердого раствора и между ними располагаются мелкие кристаллы эвтектики
·+
·.
Сплавы, располагающиеся вправо от эвтектического состава (в нашем случае содержащие более 29%Сu ). называют заэвтектическими. они имеют в структуре крупные кристаллы р с мелкими кристаллами эвтектики
· +
· между ними.

Линии на диаграмме, расположенные ниже линии солидуса (в нашем примере линия df), показывают изменение состава кристаллов в твердой фазе. Изменение состава кристаллов, происходящее в сплаве 5 при температуре ниже 700°С, связано с понижением растворимости меди в серебре, в результате из сплава выделится некоторая часть твердого раствора
·. Такой процесс называется вторичной кристаллизацией (перекристаллизацией), а образование кристаллов из жидкой фазы принято называть первичной кристаллизацией.
Сплавы, имеющие диаграммы состояния этого типа, называемые эвтектическими, распространены широко; это сплавы алюминия и кремния (силумины), свинца и олова, свинца и сурьмы, цинка и кадмия, олова и кадмия и др.
При кристаллизации сплавов, имеющих диаграмму состояния эвтектического типа, в условиях медленного охлаждения, когда интервал начала кристаллизации и его конца велик (в нашем примере при сплаве, содержащем 80% Сu ), можно наблюдать явление ликвации по плотности; образующиеся первичные кристаллы твердого раствора, если в его основе был более тяжелый металл (например, свинец), могут скапливаться внизу жидкой фазы и химический состав нижней части затвердевшего слитка может значительно отличаться от его верхнего слоя. Чтобы предупредить ликвидацию по плотности, такие сплавы необходимо при затвердевании либо перемешивать, либо быстро охлаждать.
Задания по вариантам.
Построить кривые охлаждения сплавов, образующих ограниченные твёрдые растворы.
Номер задачи
Медь-серебро

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Cu- 60%
Cu- 85%
Cu- 75%
Cu- 65%
Cu- 55%
Cu- 45%
Cu- 35%
Cu- 25%
Cu- 15%
Cu- 50%
Ag = 40%
Ag = 15%
Ag = 25%
Ag = 35%
Ag = 45%
Ag = 55%
Ag = 65%
Ag = 75%
Ag = 85%
Ag = 50%


6. Контроль знаний
Вопросы к экзамену
Подготовка руд к доменной плавке.
Общие сведения о чугунах. Классификация чугунов.
Сущность передела чугуна в сталь.
Влияние примесей на свойства чугуна.
Исходные материалы для получения чугуна.
Доменная печь, ее назначение и устройство.
Продукты доменного процесса.
Огнеупорные материалы.
Процессы, протекающие в доменной печи.
Конверторный способ получения стали.
Бессемеровский процесс получения стали.
Томасовский процесс получения стали.
Скрап – процесс.
Скрап – рудный процесс.
Материалы для производства металлов и сплавов.
Влияние примесей на свойства сталей.
Значение извести при получении стали и чугуна.
Способы повышения качества стали.
Получение стали в электропечах.
Бедные и богатые руды.
Рафинирование первичного алюминия.
Рафинирование меди.
Обогащение медных руд.
Электролитическое рафинирование.
Получение черновой меди.
Получение чистого глинозема.
Производство титана.
Отдых. Наклеп.
Нормализация.
Отпуск.
Отжиг, отжиг I рода, отжиг II рода.
Закалка с полиморфным превращением.
Теоретические основы термической обработки. Превращение при нагреве.
Тростит.
Дорекристализационный отжиг.
Старение.
Латуни.
Стали обыкновенного качества. Маркировка.
Закалка железоуглеродистых сплавов.
Антифрикционные материалы.
Методы испытаний металлов на твердость.
Процессы протекающие в доменной печи.
Диффузионное насыщение металлами и металлоидами.
Твердые сплавы и сверхтвердые материалы.
Пластмассы.
Чугуны.
Древесные материалы.
Дефекты кристаллических решеток.
Углеродистые сплавы. Маркировка.
Сплавы меди с никелем.
Свойства металлов.
Мартеновский способ получения стали.
Диффузионная металлизация.
Абразивные материалы.
Современные способы получения стали.
Титановые сплавы и маркировка.
Химико-термическая обработка сталей.
Кристаллизация металлов.
Качественные стали и маркировка.
I тип диаграммы двойных сплавов.
Классификация углеродистых сталей и маркировка.
Способы охлаждения при закалке.
II тип диаграммы двойных сплавов.
Виды термообработки и цель.
Металлокерамические твердые сплавы.
Производство меди.
Классификация легированных сталей. Маркировка.
Механические свойства металлов.
Отпуск и старение.
Бронзы. Маркировка.
Химико-термическая обработка сплавов.
Диаграмма железо-углерод.
Производство чугуна, доменный процесс.
Магниевые сплавы.
Железоуглеродистые сплавы.
Продукты доменного процесса.
Алюминиевые сплавы. Маркировка.
Отжиг I рода.
Строение металлов. Виды и дефекты кристаллических решеток.
Инструментальные стали.
Производство титана.
III тип диаграммы двойных сплавов и маркировка.
Стали сплавы с особыми свойствами.
Производство алюминия.
Латуни. Маркировка.
Теоретические основы термической обработки.
Материалы для режущего инструмента.
Антифрикционные материалы.
Закалка железоуглеродистых сплавов.
Отжиг II рода.
Методы изучения состава и строения металлов.
Кривые охлаждения.
Штамповые стали.
Исходные материалы для получения чугуна.
Отжиг чугунов.
Специальные стали.
Конверторный способ получения стали.
Отжиг II.
Стали для измерительного инструмента.
Титан и сплавы на его основе.
Виды коррозии и методы защиты.
Легированные цементуемые и улучшаемые стали.
Классификация и маркировка чугунов.
Резины.
Механические свойства сплавов и методы их изучения.
Порошковые материалы.
Теоретические основы термической обработки сплавов (превращение при нагреве).
Углеродистые инструментальные стали.
Классификация углеродистых сталей.
Специальные чугуны.
Строение литого металла.
Расшифровать марки материалов.


7. Перечень литературы
Рогачева Л.В. «Материаловедение» М, «Колос-пресс» 2002 г.
Ю.Т.Чумаченко, Е.В.Чумаченко «Материаловедение» Ростов на Дону. Феникс, 2007г.
А.А.Черепахин «Материаловедение», М. 2004г.
Конституционные материалы (под общей ред. Б.И.Арзамасова) М. «Машиностроение» 1990 г.
Металловедение и технология металлов. Ю.П.Солнцев, В.А.Веселов, В.П.Демянцевич и др. – М.: Металлургия, 1988 г.
Методическое пособие по материаловедению. Н.Н.Митрохович и др. – Пермь: Пермский государственный технический университет, 1998 г.
Сорокин В.Г. и др. Марочник сталей и сплавов. – М.: Машиностроение, 1989 г.
Технология металлов и конструкционные материалы. Б.А.Кузьмин, Ю.Е.Абраменко, М.А.Кудрявцев и др.; Под общ. ред. Б.А.Кузьмина, - М.: Машиностроение, 1989 г.





































Содержание:

13 TOC \o "1-3" \u 141.Введение 13 PAGEREF _Toc193252651 \h 14315
2. Тематический план учебной дисциплины 13 PAGEREF _Toc193252652 \h 14415
3. Примерное содержание дисциплины. 13 PAGEREF _Toc193252653 \h 14515
4. Примерный перечень лабораторных и практических работ 13 PAGEREF _Toc193252654 \h 142315
5. Контрольные задания 13 PAGEREF _Toc193252655 \h 142315
6. Контроль знаний 13 PAGEREF _Toc193252656 \h 143315
7. Перечень литературы 13 PAGEREF _Toc193252657 \h 143515
15










13PAGE 15


13PAGE 14315