Учебно-методическое пособие по освоению дисциплины с контрольными заданиями
для студентов заочной формы обучения в бакалавриате по направлениям подготовки 15.03.01 – Машиностроение, 15.03.02 – Технологические машины и оборудование, 15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и производств
Калининград
Издательство ФГБОУ ВО «КГТУ»
2017
УДК 620.22
РЕЦЕНЗЕНТ – кафедра автоматизированного машиностроения ФГОУ ВО «Калининградский государственный технический университет»
АВТОРЫ – Калачева М.С., доцент кафедры автоматизированного машиностроения ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет», Колина Т.П., к.т.н., доцент той же кафедры
Учебно-методическое пособие рассмотрено и одобрено кафедрой автоматизированного машиностроения ФГОУ ВО «Калининградский государственный технический университет»
Учебно-методическое пособие рассмотрено и одобрено ученым советом факультета автоматизации производства и управления 2017г, протокол №02 от 23.11.2016
Общие организационно-методические указания
Прогресс в различных отраслях промышленности связан с созданием и освоением новых материалов, в том числе композиционных и полимерных; с развитием новейших методов упрочнения материалов, современных методов формообразования изделий.
В зависимости от назначения к материалам предъявляются различные требования. Получение заданных свойств определяется структурой материала, которая зависит от химического состава, характера предварительной и окончательной термической обработки. Эти вопросы изучает дисциплина «Материаловедение».
Учебно-методическое пособие содержит перечень и содержание тем дисциплины, по которым будет выполняться контрольная работа.
Контрольная работа выполняется после глубокой проработки теоретического материала дисциплины, изученного во втором семестре.
Материаловедение является одной из дисциплин, основы которой используются при выполнении курсовой работы и выпускной квалификационной работы.
Учебно-методическое пособие и контрольные задания составлены на основании общих требований ФГОС ВО к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по направлению 15.03.01 – Машиностроение. Дисциплина “Материаловедение” читается студентам заочной формы обучения во втором и третьем семестрах; выполняются одна контрольная работа во втором семестре и одна курсовая работа в третьем семестре.
Тематический план занятий
Номер и наименование темы
Объем учебной работы, ч
Лекции
ЛЗ
ПЗ
СРС
Всего
Семестр – 2, трудоемкость – 2 ЗЕТ (72 час.)
1Строение металлов и сплавов
-
-
-
5
5
2 Теория сплавов
1
-
-
5
6
3Упругая и пластическая деформация. Рекристаллизация, механические свойства металлов и сплавов.
1
2
-
10
13
4 Железоуглеродистые сплавы
4
2
-
26
32
Выполнение контрольной работы
-
-
-
10
10
Подготовка к сдаче и сдача зачета
-
-
-
6
6
Всего в первом семестре
6
4
-
62
72
10
Семестр – 3, трудоемкость – 4 ЗЕТ (144 час.)
5 Термическая и химико-термическая обработка
1
2
2
30
35
6 Легированные стали
1,5
2
3
50
56,5
7 Цветные металлы и сплавы
1
2
1
22
26
8 Неметаллические материалы
0,5
-
-
10
10,5
Курсовая работа
-
-
-
26
26
Всего во втором семестре
4
6
6
16
108
16
Подготовка к экзамену и его сдача в период экзаменационной сессии
-
-
-
36
36
Итого по дисциплине
10
10
6
190
216
26
Список рекомендуемой литературы
Основная:
1.Адаскин, А.М. Материаловедение в машиностроении/А.М.Адаскин [и др.].-СПб.: Юрайте, 2012.-535с.
2.Бондаренко, Г.Г. Материаловедение/Г.Г. Бондаренко, Т.А. Кабанова, В.В. Рыбалко.-М: Юрайте, 2013.-359с.
4 Содержание дисциплины и методические указания по её освоению
Тема 1. Строение металлов и сплавов
Металловедение как наука о свойствах металлов и сплавов. Типы связей в твердых телах. Элементы кристаллографии: виды кристаллических решеток. Аллотропия, анизотропия металлов. Полиморфизм. Строение реальных кристаллов. Кристаллизация. Сплавы. Испытание металлов на растяжение, твердость, ударную вязкость.
Методические указания
При изучении свойств металлов необходимо уяснить, что они зависят, главным образом, от кристаллической структуры. Поэтому прежде всего следует обратить внимание на особенности атомно-кристаллического строения металлов, виды кристаллических решеток, процессы кристаллизации металлов.
В зависимости от внешних условий (температуры, давления) металлы могут кристаллизоваться, образуя различные кристаллические формы. Это явление получило название аллотропии (полиморфизма). Изучая этот материал, следует выяснить основные аллотропические модификации наиболее распространенного металла — железа, кристаллическое строение их и основные свойства.
Исследования строения металлов показали, что строение реальных кристаллов металлов в отличие от идеальных характеризуется большим количеством несовершенств (дефектов), влияющих на свойства металлов.
Дефекты кристаллической решетки разделяют на точечные, линейные, поверхностные и объемные.
Точечные дефекты появляются в результате образования вакансий (атомных дырок), внедрения инертных атомов и перемещения атомов в междоузлие.
Линейные дефекты, распространяющиеся на значительную длину, называют дислокациями. Они в ряде случаев вызывают искажение кристаллической решетки — нарушение правильного кристаллического строения вследствие отклонения отдельных атомов или их групп от положения устойчивого равновесия.
Поверхностные дефекты имеют значительные размеры в двух направлениях при малой толщине. Поверхностные дефекты вызываются наличием субзерен, а также различной ориентацией кристаллических решеток зерен.
При изучении основных свойств металлов необходимо обратить особое внимание на механические свойства, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических нагрузок. Эти свойства определяют по результатам механических испытаний. Подробная методика проведения испытаний приведена в указанной литературе [1,4].
Вопросы для самопроверки:
1. В чем сущность металлической, ковалентной, ионной связи?
2. Каковы характерные свойства металлов?
3. Что такое элементарная ячейка, параметр, координационное число, плотность упаковки?
4. Что такое полиморфизм?
5. Какие дефекты кристаллического строения относятся к точечным?
6. Что такое дислокации? Как влияют дислокации на свойства металлов и сплавов?
7. Что такое анизотропия свойств кристалла и чем она объясняется?
8. В чем физическая сущность процесса кристаллизации?
9. Какие факторы влияют на величину зерна?
10. Для какой цели проводят модифицирование?
11. Чем объясняется вторичная кристаллизация металлов и сплавов
Тема 2. Теория сплавов
Сплавы. Твердые растворы. Химические соединения. Гетерогенные системы. Особенности кристаллизации сплавов. Диаграммы состояния системы сплавов с полной нерастворимостью, с неограниченной, с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Эвтектическое и эвтектоидное превращения в сплавах. Правило Бочвара, Курнакова
Методические указания
Свойства металлов и сплавов зависят от строения металлов, структура сплава. Поэтому важно понять, что такое твердый раствор, химическое соединение и гетерогенная система.
Состояние (структура) сплавов при различной концентрации компонентов и температуре можно изучить с помощью диаграмм состояния систем сплавов. Поэтому разберитесь во всех простейших типах диаграмм. Изучите правило отрезков и правило фаз. Установите связь между свойствами сплавов, их составом, структурой с помощью правил Курнакова[1,4].
Вопросы для самопроверки
1. Что такое компонент, фаза, система сплавов, диаграмма состояния системы сплавов?
2. Что представляют собой твердые растворы внедрения и замещения?
3. Какие виды химических соединений относятся к системам металл–металл и металл–неметалл?
4. Назовите виды гетерогенных систем.
5. Объясните принцип построения диаграмм двойных сплавов.
6. Как строятся кривые охлаждения (нагревания) сплавов с применением правила фаз?
7. Проанализируйте диаграмму состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов.
8. В чем отличие эвтектического и эвтектоидного превращений?
9. Назовите виды ликваций и методы их устранения.
10. Перечислите правила Курнакова, Бочвара.
11. Как влияют состав и структура сплава на его технологические свойства?
Тема 3. Пластическая деформация и механические свойства металлов
Напряжение и деформация. Упругая и пластическая деформация. Механизмы пластической деформации. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. Наклеп. Хрупкое и вязкое разрушение и вязкое разрушение. Холодная и горячая деформации. Влияние нагрева на структуру и свойства холоднодеформированного металла. Стандартные механические свойства: твердость; свойства, определяемые при статическом растяжении; ударная вязкость; сопротивление усталости.
Методические указания
Изучите физическую природу упругой и пластической деформаций, особое внимание обратите на механизм пластической деформации и на ее влияние на структуру металлов с позиций теории дислокации.
Разберитесь в природе явлений наклепа и его практическом использовании. Изучите причины и характер вязкого и хрупкого разрушения.
Рассмотрите процессы рекристаллизации, протекающие при нагреве деформированного металла (возврат, первичную и вторичную (собирательную) рекристаллизации), уяснив влияние их на свойства металлов и сплавов. Уясните различие между холодной и горячей пластической деформацией.
Изучите основные стандартные методы исследования механических свойств материалов при статических и динамических испытаниях. Особое внимание обратите на свойства, определяющие долговечность изделий, надежность в процессе эксплуатации. Рассмотрите пути повышения прочности металлов[1,4].
Вопросы для самопроверки
1. В чем различие между упругой и пластической деформациями?
2. Как изменяется строение металла и плотность дислокаций при пластической деформации?
3. Как влияет плотность дислокаций на прочность металла?
4. Как влияет изменение структуры на свойства деформированного металла?
5. Какое практическое значение имеет наклеп и в чем сущность наклепа?
6. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве?
7. В чем сущность процесса возврата? Какие две стадии его Вы знаете?
8. В чем сущность и отличие первичной и собирательной рекристаллизации?
9. Какие факторы влияют на температуру рекристаллизации?
10. Что такое критическая степень деформации?
11. В чем отличие горячей и холодной пластической деформации?
12. Как изменяются строение и свойства металла при горячей пластической деформации?
13. Для какой цели применяется рекристаллизационной отжиг, как выбирается его режим?
14. Какие механические характеристики определяются при испытании на растяжение?
15. Что такое твердость? Какие существуют методы определения твердости?
16. Что такое ударная вязкость?
17. Что такое конструкционная прочность?
Тема 4. Железо и его сплавы
Диаграмма состояния системы сплавов железо-цементит. Классификация и маркировка железоуглеродистых сплавов. ГОСТ на металлы и сплавы. Фазы, образуемые легирующими элементами с железом и углеродом. Чугуны.
Методические указания
Диаграмма состояния системы железо-углерод (железо-цементит) является одной из наиболее важных в практическом отношении.
Необходимо уметь определить все фазы и структурные составляющие системы железо-цементит, а также строить с помощью правила фаз кривые охлаждения (или нагревания) для любого сплава; разобраться в классификации железоуглеродистых сплавов (техническое железо, сталь, чугун). Разные классы сплавов принципиально различны по структуре и свойствам и обязательно содержат постоянные и случайные примеси. Изучить фазы, образуемые легирующими элементами с железом и углеродом (легированные твердые растворы, интерметаллиды, карбиды); влияние легирующих элементов на критические точки железа и стали; структурные классы легированных сталей.
При разборе диаграммы железо-графит обратите внимание на качественные изменения структуры сплавов (замена цементита на графит), количественные изменения, заключающиеся в смещении точек S и E, температур эвтектического и эвтектоидного превращений.
Наличие небольшого количества обычных примесей в стали не влияет существенно на положение критических точек и характер линий диаграммы, поэтому сталь можно с известным приближением рассматривать как двойной сплав железо—углерод (Fe—С).
Железо — металл, широко распространенный в природе. Плотность железа —7,83; температура плавления—- 1539°С.
Кривая охлаждения чистого железа указывает на наличие у него двух аллотропических форм. Железо легко сплавляется со многими элементами.
Углерод с железом образует химическое соединение (цементит) или может находиться в сплаве в свободном состоянии в виде графита.
Металлографический анализ показывает, что при сплавлении железа и углерода могут образоваться шесть структурных составляющих. Их строение и свойства достаточно подробно описаны в рекомендуемой литературе.
Диаграмма железо—цементит охватывает не все сплавы, а только часть их с содержанием углерода до 6,67%.
Как следует из диаграммы, превращения в этих сплавах происходят не только при затвердевании жидкого сплава, но и в твердом состоянии. Процессы, протекающие при первичной и вторичной кристаллизации железоуглеродистых сплавов, подробно описаны в рекомендуемой литературе.
При изучении первичной кристаллизации железоуглеродистых сплавов следует обратить внимание на то, что у разных сплавов она заканчивается по-разному. В соответствии с этим образуются две группы сплавов.
Сплавы, содержащие до 2,14% углерода, после затвердевания имеют только аустенитную структуру, обладающую высокой пластичностью. Они легко деформируются при нормальных и повышенных температурах, т. е. являются ковкими сплавами. Такие сплавы называют сталью.
По сравнению со сталью сплавы, содержащие более 2,14% углерода, отличаются хрупкостью, но лучшими литейными свойствами, в частности более низкими температурами плавления и меньшей усадкой, что обусловлено наличием хрупкой, но легкоплавкой структурной составляющей — ледебурита. Эти сплавы называются чугуном.
При изучении процессов вторичной кристаллизации следует четко уяснить, что фазовые и структурные превращения с понижением температуры вызваны или полиморфными превращениями в железе, или изменением растворимости углерода в аустените и феррите.
Линия GS — верхняя граница области сосуществования феррита и аустенита; при охлаждении эта линия соответствует температурам начала превращения гамма-железа в альфа-железо с образованием феррита. Это превращение протекает в интервале температур и сопровождается перераспределением углерода между ферритом и аустенитом. Температуры, соответствующие линии GS в условиях равновесия, принято обозначать Аз.
По линии ES при охлаждении из аустенита начинает выделяться вторичный цементит в связи с уменьшением растворимости углерода в гамма-железе при понижении температуры. Каждая точка линии ES показывает содержание углерода в аустените при данной температуре. Критические точки, образующие линию ES, принято обозначать Аст.
По линии PSK происходит распад аустенита с образованием эвтектоида - перлита во всех сплавах системы. Эвтектоидное превращение аустенита протекает при постоянной температуре. Критические точки, образующие линию PSK, принято обозначать А1.
Необходимо обратить внимание на то, что температура, при которой из аустенита начинает выделяться феррит или цементит (линии GS и ES), зависит от состава сплава, а превращение аустенита в перлит происходит во всех сплавах при одной и той же температуре.
Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов распределяются в объеме по-разному, в зависимости от содержания углерода.
В малоуглеродистых сталях, например, преобладает феррит, но чем больше в стали углерода, тем меньше в структуре избыточного феррита и больше перлита.
При содержании углерода более 0,8% свободный феррит отсутствует, но появляются включения цементита в виде сетки по границам зерен или игл.
В чугунах появляется эвтектика-ледебурит. Чем больше в чугуне углерода, тем меньше перлита и больше ледебурита.
Изучите физическую сущность процесса графитизации; способы получения серого, ковкого, высокопрочного чугунов. Запомните принцип маркировки графитизированных чугунов. Разберитесь, чем отличаются по структуре серый, ковкий, высокопрочный чугуны[1,4].
Вопросы для самопроверки
1. Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит?
2. Какие превращения происходят в сплавах при температурах критических точек А1, А2, А3, А4, Асm?
3. В чем заключаются эвтектическое и эвтектоидное, перитектическое превращения данной системы?
4. Из чего состоит ледебурит при температуре ниже 727°С и в зоне температур 727-1147°С?
5. В каких условиях выделяется первичный, вторичный и третичный цементит?
6. В чем различие технического железа, стали, белого чугуна?
7. Постройте с помощью правила фаз кривую охлаждения стали, содержащей 0,8%С и чугуна с 4,3%С.
8. Как классифицируют углеродистые стали по назначению, содержанию углерода, качеству, степени раскисления?
9. Как влияют легирующие элементы на свойства феррита и аустенита?
10. Какие легирующие элементы являются карбидообразующими?
11. Как влияют легирующие элементы на положение критических точек железа и стали?
12. Как классифицируют легированные стали по структуре?
13. В чем отличие белого и серого чугуна?
14. Как получают, классифицируют, маркируют серые чугуны?
15. Как получают ковкий чугун? Его структура, свойства, применение, маркировка.
16. Как получают высокопрочный чугун? Его структура, свойства, маркировка, применение
5 Задания и общие требования к выполнению контрольной работы
По части курса «Материаловедение», изученном во втором семестре предусмотрено выполнение контрольной работы.
Вариант заданий на контрольную работу студент выбирает из таблицы 1 по двум последним цифрам шифра зачетной книжки. В таблице указаны номера конкретных заданий (сами задания сформулированы после таблицы), результаты выполнения которых следует привести в письменном виде. Текст вопроса должен быть написан перед ответом на вопрос. В работе текст некоторых вопросов дан не в полном объеме. Для прочтения полного текста этого вопроса необходимо найти ближайший впередистоящий вопрос с полным текстом и произвести соответствующие дополнения.
Ответы на вопросы контрольной работы должны быть приведены в объеме изученного материала по дисциплине и иллюстрироваться рисунками и графиками. Графическая часть работы должна быть выполнена в соответствии с требованиями (ГОСТ 2.307-79) ЕСКД.
В конце выполненной работы студент должен привести список использованной литературы.
Таблица 1 - Варианты контрольной работы №1
Предпоследняя цифра шифра
Последняя цифра шифра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
40,41,76101,136
39,42,77
102, 137
37,43,78
103,138
37,44,79
104, 139
36,45,80
105, 140
35,46,81
106,141
33,48,83
107, 142
32,49,84
108, 143
34,47,82
109, 144
31,50,85
110, 145
1
30,51,86
111, 146
29,52,87
112, 147
28,53,88
113, 148
27,54,89
114, 149
26,55,90
115, 150
25,56,91
116,151
24,57,92
117, 152
23,58,93
118, 153
22,59,94
119, 154
21,60,95
120, 155
2
20,61,96
121, 136
19,62,97
122, 137
18,63,98
123, 138
17,64,99
124, 139
16,65,100
125, 140
15,66,100
126, 141
14,67,99
127, 142
13,68,98
128, 149
12,69,97
129, 150
11,70,96
130, 151
3
10,71,95
131, 151
9,72,94
132, 152
8,73,93
133, 153
7,74,92
134, 155
6,75,91
135, 150
5,75,90
101, 136
4,74,89
102, 137
3,73,88
103, 138
2,72,87
104, 139
1,71,86
105, 140
4
1,70,85,
106, 141
2,69,84
107, 142
3,68,83
108, 143
4,67,82
109, 144
5,66,81
110, 145
6,65,80
111, 146
7,64,79
112, 147
8,63,78
113, 148
9,62,77
114, 149
10,61,76
115, 150
5
11,60,76
116, 151
12,59,77
117, 152
13,58,78
118, 154
14,57,79
119, 155
15,56,80
120, 153
16,55,81
121, 152
17,54,82
122, 151
18,53,83
123, 150
19,52,84
124, 149
20,51,85
125, 147
6
21,50,86
126, 148
22,49,87
127, 146
23,48,88
128, 145
24,47,89
129, 144
25,46,90
130, 143
26,45,91
131, 142
27,44,92
132, 141
28,43,93
133, 140
29,42,94
134, 139
30,41,95
135, 138
7
31,42,96
101, 137
32,43,97
102, 136
33,47,98
103, 137
34,48,99
104, 138
35,49,100
105, 139
36,50,100
106, 140
37,51,99
107, 141
38,52,98
108, 142
39,53,97
109, 143
40,54,96
109, 144
8
25,55,95
110, 145
22,56,94
111, 146
21,57,93
112, 147
30,58,92
113, 148
6,59,91
114, 149
7,60,90
115, 150
24,61,89
116, 151
5,62,88
117, 152
28,64,87
118, 153
29,65,86
119, 154
9
36,66,85
120, 155
37,69,84
121, 136
39,70,83
122, 137
35,72,82
123, 138
32,73,81
124, 139
33,74,80
125, 140
1,62,79
126, 141
17,53,78
127, 142
19,52,77
128, 143
2,51,76
129, 144
Вопросы к контрольной работе
1. Дать понятие энергии связи. Виды связей в твердых телах.
2. Опишите особенности металлического типа связи, основные свойства металлов.
3. Опишите особенности ионного типа связи, основные свойства ионных кристаллов.
4. Какие металлы имеют объемноцентрированную кубическую решетку? Начертите элементарную ячейку, укажите ее параметры, координационное число, плотность упаковки.
5. Опишите особенности ковалентного типа связи, основные свойства ковалентных кристаллов.
7. Какие металлы имеют плотноупакованную гексагональную решетку? Начертите элементарную ячейку, укажите параметры, координационное число, плотность упаковки.
8. Опишите строение и основные характеристики (параметры, координационное число, плотность упаковки) кристаллической решетки алюминия. Начертите элементарную ячейку.
9. То же для меди.
10. То же для хрома.
11. То же для молибдена.
12. То же для вольфрама.
13. То же для цинка.
14. То же для никеля.
15. То же для ванадия.
16. То же для магния.
17. Опишите явление полиморфизма в приложении к титану, а также строение и основные характеристики кристаллической решетки для кубической модификации титана.
18. Опишите явление полиморфизма в приложении к олову, а также строение и основные характеристики кристаллической решетки для тетрагональной модификации олова.
19. Опишите явление полиморфизма в приложении к железу, а также строение и основные характеристики кристаллической решетки для различных модификации железа.
20. То же для циркония.
21. Опишите магнитное превращение в металлах. В чем отличие магнитного превращения от полиморфного?
22. Дайте описание твердых растворов замещения. Приведите примеры.
23. Опишите условия образования неограниченных твердых растворов замещения. Приведите примеры.
24. Дайте описание твердых растворов внедрения, приведите примеры.
25. Опишите химические соединения (промежуточные фазы). Приведите примеры.
26. Что такое эвтектика и эвтектоид? Приведите примеры сплавов.
27. Постройте кривую охлаждения для железа с применением правила фаз.
28. Опишите точечные несовершенства кристаллического строения металлов, их влияние на свойства металлов.
29. Опишите линейные несовершенства (дислокации) кристаллического строения металлов. Влияние дислокации на свойства металлов.
30. Опишите механизм и физическую сущность процесса кристаллизации.
31. Опишите условия получения мелкозернистой структуры при самопроизвольно развивающейся кристаллизации, используя теорию Таммана.
32. Опишите явление транскристаллизации и его влияние на свойства слитка.
33. Что такое переохлаждение и как оно влияет на структуру кристаллизующегося металла?
34. Что такое ликвация? Виды ликвации, причины их возникновения и способы устранения.
35. Как влияет скорость охлаждения на строение кристаллизирующегося металла?
36. Опишите физическую сущность процесса плавления.
37. Назначение модифицирования. Виды модификаторов. Приведите примеры.
38. Опишите влияние реальной среды на процесс кристаллизации.
39. Опишите строение реального слитка и явление транскристаллизации.
40. Объясните превращения, происходящие в сплавах в твердом состоянии (вторичная кристаллизация).
41. Как изменяется плотность дислокаций при холодной пластической деформации металлов? Влияние плотности дислокаций на свойства металла.
42. В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией? Опишите особенности каждого вида деформации.
43. Как и почему изменяются свойства при холодной пластической деформации?
44. Под действием каких напряжений происходит пластическая деформация? Как при этом изменяются структура и свойства металла?
45. Что происходит с кристаллической решеткой металлов под действием нормальных напряжений? Укажите вид разрушения.
46. Что происходит с кристаллической решеткой металлов под действием касательных напряжений? Укажите вид разрушения.
47. Как изменяются строение и свойства при нагреве предварительно деформированного металла?
48. Для каких практических целей применяют наклеп, в чем сущность наклепа?
49. Объясните природу хрупкого разрушения металлов и факторы, способствующие переходу металла в хрупкое состояние.
50. Как изменяются эксплуатационные характеристики деталей после поверхностного наклепа (дробеструйной обработки) и почему?
51. Для чего применяется отжиг в процессе изготовления холоднокатанной стальной ленты? Как называется такой вид отжига?
52. Как влияет степень пластической деформации на процесс рекристаллизации и величину зерна? Что такое критическая степень деформации?
53. Как влияют состав сплава и степень пластической деформации на температуру рекристаллизации? Как определить температуру рекристаллизации?
54. Объясните сущность процесса первичной рекристаллизации (рекристаллизации обработки).
55. Какие процессы протекают при горячей пластической деформации?
56. Для какой цели применяется рекристаллизационный отжиг? Как назначается режим отжига? Дайте примеры.
57. В чем различие между упругой и пластической деформацией?
58. Какой вид напряжений приводит к вязкому разрушению путем среза? Объясните природу разрушения.
59. Какой вид напряжений приводит к хрупкому разрушению путем отрыва? Объясните природу разрушения.
60. Опишите механизм упругой и пластической деформации поликристаллического металла.
61. Опишите сущность процесса собирательной рекристаллизации.
62. Объясните почему пластическую деформацию олова при комнатной температуре называют горячей деформацией, а вольфрама и при температуре 10000С называют холодной пластической деформацией?
63. Волочение проволоки проводят в несколько переходов. Если волочение выполняют без промежуточных операций отжига, то проволока на последних переходах даст разрыв. Объясните причины разрывов и укажите меры для предупреждения этого.
64. Для чего применяется отжиг после наклепа холоднокатанных прутков стали Ст3? Выбор режима отжига.
65. Каким способом можно восстановить пластичность холоднокатанных медных лент? Назначьте режим термической обработки и опишите физическую сущность происходящих процессов.
66. Детали из меди, штампованные в холодном состоянии, имели низкую пластичность. Объясните причину этого явления и укажите, каким способом можно повысить относительное удлинение. Рекомендуйте режим обработки и приведите характер изменения механических свойств.
67. Как изменяется блочная (мозаичная) структура при нагреве предварительно деформированного металла? В чем сущность процесса полигонизации?
68. Объясните, можно ли отличить по микроструктуре металл, деформированный в холодном состоянии, от металла, деформированного в горячем состоянии, и укажите, в чем различие в микроструктуре.
69. Назначьте режим отжига холоднокатанного профиля из магния. Как такой отжиг называется? Опишите сущность происходящих процессов.
70. Каким образом можно восстановить пластичность холоднокатанного алюминиевого прутка? Назначьте режим термической обработки и опишите физическую сущность происходящих процессов.
71. Как изменяются механические и другие свойства при нагреве наклепанного металла и почему?
72. Как влияет изменение структуры на свойства холоднодеформированного металла? В чем сущность и каково практическое применение наклепа?
73. Прутки олова были деформированы при температуре 200С. Объясните, почему эти прутки не упрочнились при деформировании и опишите процессы, протекающие при этом.
74. Полосы свинца были деформированы при комнатной температуре на различную степень деформации: 10, 20, 40 и 60%. После прокатки твердость (НВ) всех полос свинца оказалась практически одинаковой. Объясните, почему свинец не упрочнился?
75. Какие процессы происходят при горячей пластической деформации и как изменяются строение и свойства металла?
76. Вычертите диаграмму состояния системы железо-углерод (железо-цементит) (рисунок 1). Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) и опишите превращения от жидкого состояния до нормальной температуры для сплава, содержащего 0,15% С. Укажите структуру сплава при комнатной температуре, назовите сплав.
77. То же для сплава, содержащего 0,25% С.
78. То же для сплава, содержащего 0,05% С.
79. То же для сплава, содержащего 0,3% С.
80. То же для сплава, содержащего 0,45% С.
81. То же для сплава, содержащего 0,65% С.
82. То же для сплава, содержащего 0,7% С.
83. То же для сплава, содержащего 0,8% С.
84. То же для сплава, содержащего 0,9% С.
85. То же для сплава, содержащего 1,0% С.
86. То же для сплава, содержащего 1,2% С.
87. То же для сплава, содержащего 1,5% С.
Рисунок 1 - Диаграмма состояния системы железо-углерод (железо-цементит)
88. То же для сплава, содержащего 1,8% С.
89. То же для сплава, содержащего 2,5% С.
90. То же для сплава, содержащего 3,0% С.
91. То же для сплава, содержащего 3,5% С.
92. То же для сплава, содержащего 4,3% С.
93. То же для сплава, содержащего 5,0% С.
94. То же для сплава, содержащего 5,5% С.
95. То же для сплава, содержащего 6,0% С.
96. То же для сплава, содержащего 0,2% С.
97. То же для сплава, содержащего 0,6% С.
98. То же для сплава, содержащего 1,3% С.
99. То же для сплава, содержащего 4,0% С.
100. То же для сплава, содержащего 2,2% С.
101. Какое содержание углерода в эвтектоидной стали?
102. Какую кристаллическую решетку имеют a- и g-железо?
103. Что такое аустенит, феррит, перлит, цементит?
104. Укажите название областей на стальной части диаграммы.
105. Какие процессы протекают в стали при ее охлаждении в области 727 °С?
106. Какое максимальное содержание углерода в аустените?
107. Какое максимальное содержание углерода в феррите?
108. Как влияет содержание углерода на свойства стали?
109. Как классифицируются углеродистые стали по качеству? Приведите пример марки углеродистой стали обыкновенного качества, качественной и высококачественной.
110. Расшифруйте марку стали ст 0 кп согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
111. Расшифруйте марку стали ст 2 кп согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
112. Расшифруйте марку стали ст 2 кп согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
113. Расшифруйте марку стали ст 6 сп согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
114. Расшифруйте марку стали ст 4 сп согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
115. Расшифруйте марку стали 15 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
116. Расшифруйте марку стали 20 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
117. Расшифруйте марку стали 25 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
118. Расшифруйте марку стали 30 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
119. Расшифруйте марку стали 35 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
120. Расшифруйте марку стали 40 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
121. Расшифруйте марку стали 45 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
122. Расшифруйте марку стали 50 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
123. Расшифруйте марку стали 55 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
124. Расшифруйте марку стали 60 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
125. Расшифруйте марку стали У7А согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
126. Расшифруйте марку стали У8 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
127. Расшифруйте марку стали У8А согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
128. Расшифруйте марку стали У9А согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
129. Расшифруйте марку стали У9 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
130. Расшифруйте марку стали У10 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры, и применения.
131. Расшифруйте марку стали У10А согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
132. Расшифруйте марку стали У11А согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
133. Расшифруйте марку стали У11 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
134. Расшифруйте марку стали У12 согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
135. Расшифруйте марку стали У12А согласно ГОСТ с указанием химического состава, прочностных характеристик, микроструктуры и применения.
136. Выберите материал для изготовления дроби для дробеструйных аппаратов очистки деталей. Дробь при работе аппарата не должна деформироваться и должна иметь высокую твердость и износостойкость. Опишите структуру выбранного материала.
137. Станину станка изготавливают методом литья с последующей обработкой резанием. В процессе работы станина не испытывает ударных нагрузок. Условия работы довольно легкие. Выберите материал для ее изготовления, расшифруйте марку и поясните структуру данного чугуна.
138. Корпуса редукторов изготавливают из чугуна методом литья с последующей обработкой резанием. Материал должен обладать прочностью sв = 500 МПа, относительным удлинением 1,5 % и иметь твердость НВ 230. Выберите и обоснуйте марку чугуна, расшифруйте ее и поясните структуру.
139. Почему белые чугуны ограниченно применяются в машиностроении? Дайте подробное пояснение. Какие разновидности белых чугунов существуют, и какова их структура?
140. Произошла поломка коленчатого вала дизельного двигателя. После исследования микроструктуры было дано заключение, что структура данного сплава состоит из зерен перлита с включениями пластинчатого графита. По техническим условиям данный материал должен обладать sв ³ 650 МПа, d ³ 2 %, НВ ³ 220-300. Из какого материала был изготовлен коленчатый вал? Из-за чего произошла поломка, и что Вы рекомендуете для предотвращения разрушения вала в дальнейшем?
141. Выберите материал для корпуса небольшого электродвигателя. Условия работы легкие, нагрузки небольшие. Корпус отливается с последующей обработкой резанием. Расшифруйте марку чугуна и поясните его структуру.
142. Для добычи гравия из реки Томь используют земснаряды. Шарнирные соединения труб для транспортировки гравия делают из чугуна. Условия работы: большой гидроабразивный износ, ударные нагрузки, постоянная вибрация. Выберите и обоснуйте марку чугуна.
143. Выберите материал для изготовления отопительных батарей. Способ их изготовления – литье. Расшифруйте выбранную марку и поясните структуру.
144. Расшифруйте марку чугуна СЧ10, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна.
145. Расшифруйте марку чугуна СЧ15, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна.
146. Расшифруйте марку чугуна СЧ20, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна.
147. Расшифруйте марку чугуна СЧ35, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна.
148. Расшифруйте марку чугуна КЧ30-6, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна.
149. Расшифруйте марку чугуна КЧ35-10, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна.
150. Расшифруйте марку чугуна КЧ45-7, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна.
151. Расшифруйте марку чугуна КЧ60-3, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна
152. Расшифруйте марку чугуна ВЧ35, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна
153. Расшифруйте марку чугуна ВЧ40, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна
154. Расшифруйте марку чугуна ВЧ50, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна
155. Расшифруйте марку чугуна ВЧ50, приведите химический состав и механические свойства согласно ГОСТ, приведите микроструктуру и применение данной марки чугуна
Наименование лабораторных работ
1. Определение твердости металлов и сплавов (ЛР№5, [6]).
2. Пластическая деформация и рекристаллизации металлов (ЛР№6, [6])
3. Микроанализ углеродистых сталей и чугунов в равновесном состоянии (ЛР№7, [6]).
Темы практических занятий
1. Способы поверхностного упрочнения сталей и сплавов.
Рассматривается альтернативный выбор одного из способов поверхностного упрочнения сплавов (цементация, азотирование, поверхностная закалка, упрочнение наклепом), исходя из условий задания.
2. Выбор стали (сплава) для режущего инструмента.
Выбор стали (сплава) для режущего инструмента (сверло, резец, фреза и др.) исходя из условий работы, температуры, вида обрабатываемого материала.
3. Выбор стали для штампов холодного и горячего деформирования.
Выбор стали для штампов холодного и горячего деформирования (условий работы, размеры, вид термообработки)
4. Выбор стали для коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных изделий.
Выбор стали для коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных изделий, требования к каждой группе материалов, выбор экономически выгодного сплава (стали).
5. Выбор медного сплава для деталей.
Выбор медного сплава для деталей (исходя из экономических требований выбор альтернативной замены цветных материалов на сталь с приведенными механическими свойствами (σв, δ, HB, KCU и др.)
Курсовая работа
Курсовая работа выполняется по методическим указаниям [8]:
