О. Т. Черней технология конструкционных материалов и материаловедение
Скачать 0.69 Mb.
|
 О.Т. Черней ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования « Волжский государственный инженерно-педагогический университет» Профессионально-педагогический институт Кафедра строительство и сварочные технологии О.Т. Черней ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ^ Нижний Новгород 2011 ББК 74.58:30.3 Ч 49 О.Т. Черней Материаловедение и технология конструкционных материалов. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ/ Сост.: Черней О.Т.– Н.Новгород: ВГИПУ, 2011. – 32с. Пособие предназначено для выполнения контрольных работ по материаловедению и технологии конструкционных материалов, изложены требования и рекомендации по выполнению и оформлению контрольной работы. Приведены контрольные задания.
© О.Т. Черней,2011 © ВГИПУ, 2011 СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕОсобое место в подготовке выпускников машиностроительных специальностей занимает их технологическая подготовка, основы которой закладываются при изучении дисциплины «Технологии конструкционных материалов и материаловедение». Задачи дисциплины – изучение студентами физико-химических основ и технологических особенностей процессов получения и обработки материалов, физической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации и влияющих на структуру и свойства материалов; умение установить зависимость между составом, строением и свойствами материалов; знание теории и практики различных способов упрочнения материалов; ознакомление с основными группами металлических и неметаллических материалов, их свойствами и областями применения; знание принципов устройства типового оборудования, инструментов и приспособлений; технико-экономических и экологических характеристик технологических процессов и оборудования, а также областей их применения.
1.1 Состав и объем контрольной работы Выбор варианта контрольной работы производится в соответствии с последней цифрой шифра зачетной книжки: 1 - первый вариант, 2 – второй вариант и т. д. Контрольная работа выполняется в виде реферата объемом 10-15 машинописных листов формата А4, шрифт № 14, 1,5 интервала, Times New Roman. Содержание работы: - ответ на вопросы по заданию; примеры; - список использованной литературы. Титульный лист должен содержать: - наименование учебного заведения, кафедры; - подзаголовок (Контрольная работа по дисциплине «Технология конструкционных материалов»); - номер варианта; - фамилия, и.о. студента; номер группы; - фамилия, и.о. преподавателя; - год выполнения работы ^ Студенты, обучающиеся заочно, выполняют одну контрольную работу. Задание и выбор вариантов находятся в соответствующих разделах настоящих методических указаний. Ответы должны быть краткими, аргументированными и точными. При описании производственных процессов необходимо приводить схемы соответствующего оборудования с описанием его устройства и принципа действия. А для формообразующих процессов к тому же привести эскизы применяемых инструментов и оснастки. 1. МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ Значение и задачи металловедения как науки. Роль металлов и их сплавов в современной технике. Достижения отечественных и зарубежных ученых в раз-витии науки о металлах. ^ Из определения металловедения как науки необходимо четко уяснить, что между химическим составом, внутренним строением, т.е. структурой и свойствами металлов и сплавов существуют определенные связи. При этом свойства металлических сплавов определяются их химическим составом и структурой. Поэтому для получения заданных свойств необходимо правильно выбрать марку сплава и провести термическую или иную его обработку с це- лью получения такой структуры, которая обеспечит требуемые свойства. ^ Понятие о структуре металлов. Макроструктурный, микроструктурный и физические методы исследования металлов и сплавов. ^ Структуру металлов и сплавов подразделяют на макроструктуру, мик- роструктуру и тонкую структуру ( субструктуру ). Для изучения структуры применяют разные методы исследования, основными из которых являются макроскопический и микроскопический анализы. Необходимо знать возможно- сти каждого из этих методов исследования, а также методики их проведения. ^ Характерные признаки металлического состояния. Металлический тип связи. Понятия о кристаллической решетке и элементарной ячейке. Основные типы кристаллических решеток металлов. Явление полиморфизма. Анизотро- пия свойств кристаллов. Дефекты кристаллического строения металлов ( ДКС ). Точечные ДКС: вакансии, межузельные атомы. Дислокации: краевые , винтовые, криволиней- ные. Поверхностные ДКС: границы зерен и субзерен. Влияние ДКС на свойства металлов. ^ Уясните характерные свойства металлов,отличающие их от неметал- лов. Заметьте, что металлы характеризуются особым типом межатомной связи, называемым металлическим. Особое внимание уделите типам кристал- лических решеток, характерных для металлов ( ОЦК, ГЦК, ГПУ ) и понятиям: 5 периоды решетки, координационное число, базис решетки, плотность упаков- ки. Полиморфизм металлов рассмотрите на примере железа. В реальных металлах нет идеально правильного расположения атомов во всем объеме кристалла, т.е. в них всегда имеются дефекты кристаллического строения. Необходимо знать основные виды ДКС и влияние их на свойства ме- таллов. При этом особое внимание следует уделить дислокациям. ^ Общие закономерности. Механизм и кинетика кристаллизации чистых металлов. Величина зерна. Модифицирование жидкого металла. Строение ме- таллического слитка. ^ Формирование структуры металла происходит при кристаллизации и последующем охлаждении. В большинстве случаев металл должен иметь мел- козернистое строение. Уясните, какие факторы определяют размер зерна ли- того металла и какими практическими методами можно регулировать вели- чину зерна. ^ Упругая деформация. Механизм пластической деформации в моно- и по- ликристаллических телах. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. Явление наклепа. Механические свойства, определяемые при статическом растяжении. Твердость металлов и основные методы ее определения. Явление усталости и предел выносливости металлов. Разрушение металлов: хрупкое и вязкое. Ударная вязкость и ее определе- ние. Явление хладноломкости. Изнашивание металлов. Виды износа. Методы определения износо- стойкости. ^ Пластическая деформация в монокристаллах может проходить путем скольжения и двойникования. Необходимо знать плоскости и направления скольжения в ОЦК, ГЦК и ГПУ решетках, а также дислокационный механизм скольжения. В поликристаллических металлах пластическая деформация на- чинается не одновременно во всех зернах. Уясните, с чем это связано и к чему приводит. Особое внимание уделите влиянию пластической деформации на структуру металлов и явлению наклепа. ^ и физический смысл полученных характеристик. При рассмотрении разруше- ния металлов особое внимание уделите хрупкому разрушению, как наиболее 6 опасному, явлению хладноломкости, а также способам определения и значению для практики порога хладноломкости. ^ деформированного металла Возврат ( отдых и полигонизация ). Рекристаллизация: первичная, соби- рательная, вторичная. Влияние нагрева на свойства наклепанного металла. Фак- торы, влияющие на размер рекристаллизованного зерна. Холодная и горячая пластическая деформация металла. ^ Необходимо знать сущность и различие процессов возврата и рекри- сталлизации: при возврате микроструктура деформированного металла ос- таётся без изменений ( волокнистое строение ), а при рекристаллизации обра- зуются новые равноосные зерна. Обратите внимание на способы регулирова- ния величины рекристаллизованного зерна и принципиальную разницу между холодной и горячей пластической деформацией. ^ Способы получения сплавов. Типы фаз в металлических сплавах: твердые растворы, химические соединения, промежуточные фазы. Диаграммы состоя- ния двойных систем ( с полной растворимостью в твердом состоянии, с эвтек- тическим превращением ). Правила рычага и концентраций. Ликвация в спла- вах. Закон Н.С.Курнакова. ^ Сплавы имеют более сложное строение, чем чистые металлы. Оно обу- словлено тем, в какое взаимодействие вступают образующие сплав элементы. Необходимо отчетливо уяснить, что собой представляют твердые растворы ( замещения и внедрения ), химические соединения, промежуточные фазы. На- глядное представление о состоянии сплавов в зависимости от химического со- става и температуры дают диаграммы состояния. Нужно усвоить общую методику разбора диаграмм состояния с применением правил рычага и кон- центрации. С помощью закона Н.С.Курнакова надо уметь устанавливать связь между составом, строением и свойствами сплавов. 1.7. Железо и его сплавы Диаграмма состояния железо−цементит. Компоненты, фазы и структур- ные составляющие сталей и белых чугунов, их характеристики и свойства. Формирование структуры углеродистых сталей при медленном охлаждении и белых чугунов. 7 Примеси в чугунах. Классификация чугунов по форме графитных вклю- чений и строению металлической основы. Серый, ковкий и высокопрочный чу- гуны ( получение, свойства, маркировка, применение ). ^ ства стали. Классификация сталей. Маркировка углеродистых и легированных сталей. Методические указания Диаграмма состояния железо-цементит является основой для изучения структуры и свойств железоуглеродистых сплавов. Студент обязан уметь на память вычертить указанную диаграмму и рассмотреть формирование структуры любого сплава при охлаждении из жидкого состояния или нагреве до него с применением правила фаз, отрезков и концентраций. ^ в структурах белого, серого, ковкого и высокопрочного чугунов и вытекающих из них отличиях в свойствах. Промышленные стали обязательно содержат кроме железа и углерода постоянные примеси, которые тоже оказывают влияние на свойства сталей. Необходимо четко уяснить, в чем заключается вредное влияние на сталь серы и фосфора. Маркировку сталей различного класса, а также серых, ковких и высокопрочных чугунов надо помнить всегда. 1.8. Основы теории термической обработки стали Критические точки сталей и влияние на них легирующих элементов. ^ и пережог. Влияние размера зерна на свойства стали. Превращения при охлаждении стали из аустенитного состояния. Диа- грамма изотермического распада переохлажденного аустенита углеродистой эвтектоидной стали. Перлитное превращение. Свойства перлита, сорбита и троостита. Мартенситное превращение, его основные особенности. Строение и свойства мартенсита. Промежуточное превращение. Влияние углерода и леги- рующих элементов на распад переохлажденного аустенита. Превращения пере- охлажденного аустенита при непрерывном охлаждении. Критические скорости охлаждения и факторы, влияющие на них. ^ тур отпуска. Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске. Методические указания Термическая обработка является наиболее рациональным способом из- менения структуры и, следовательно, свойств сталей в достаточно широком диапазоне. В большинстве видов термической обработки ( отжиг второго рода, нормализация, закалка ) сталь нагревается до аустенитного состояния. 8 При этом основная цель нагрева стали − получение структуры мелкозерни- стого аустенита. В связи с этим надо четко представлять, как следует выби- рать температуру нагрева в зависимости от химического состава стали и ви- да термической обработки. ^ при охлаждении из аустенитного состояния, т.е. при распаде или при превра- щении переохлажденного аустенита. Следовательно, этим вопросам необхо- димо уделить особое внимание, ибо вся технология термической обработки базируется именно на этом. При изучении превращений переохлажденного ау- стенита необходимо хорошо усвоить, каковы строение и свойства перлита, сорбита, троостита, бейнита и мартенсита, в том числе и различие одно- именных структур, получаемых при распаде аустенита и отпуске закаленной стали. 1.9. Технология термической обработки стали. Отжиг стали. Виды отжига первого рода ( рекристаллизационный, диф- фузионный, для снятия напряжений ). Виды отжига второго рода ( полный, изо- термический, неполный, сфероидизирующий ). Нормализация стали. Закалка стали. Выбор температуры нагрева и охлаждающих сред для уг- леродистых и легированных сталей. Закалочные напряжения. Способы закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Факторы, влияющие на них. Отпуск стали. Влияние отпуска на свойства стали. Вторичная твердость. Отпускная хрупкость. Виды отпуска стали. Термомеханическая обработка стали ( ТМО ). Основные виды ТМО. Влияние ТМО на свойства стали. Методические указания Как было сказано выше, технология термической обработки базируется на закономерностях фазовых превращений, происходящих при нагреве и охла- ждении стали. При изучении технологических процессов термической обра- ботки особое внимание обратите на разнообразие видов термической обра- ботки и их назначение. 1.10. Поверхностное упрочнение стали Поверхностная закалка, ее виды и область применения. Химико-термическая обработка стали ( ХТО ). Физические основы ХТО. Назначение и виды цементации. Механизм образования цементованного слоя и его свойства. Цементация в твердом карбюризаторе. Газовая цементация. Тер- мическая обработка после цементации и свойства цементированных деталей. Азотирование стали. Стали для азотирования. Свойства азотированных деталей. Цианирование ( нитроцементация ) стали. 9 Поверхностное деформационное упрочнение ( дробеструйная обработка, накатка роликами ). Влияние поверхностного наклепа на усталостную проч- ность и износостойкость деталей. Методические указания Многие детали машин ( валы, шестерни и др. ) работают в таких усло- виях, когда их поверхность подвергается истиранию и одновременно на них действует динамическая нагрузка. Для надежной работы в этих условиях по- верхность детали должна иметь высокую твердость, прочность и, следова- тельно, износостойкость, а сердцевина− быть вязкой и пластичной. Это дос- тигается правильным выбором стали для данной детали и последующим ее по- верхностным упрочнением. При изучении основ ХТО следует исходить из того,что физические осно- вы различных видов ХТО едины.При этой обработке насыщение деталей мо- жет проводиться в твердой, жидкой и газообразных средах, поэтому необхо- димо знать наиболее оптимальные варианты для каждого вида ХТО и конеч- ные результаты, а также преимущества и недостатки этих методов. 1.11. Конструкционные стали Конструкционные стали общего назначения. Требования, предъявляемые к ним. Конструктивная прочность деталей. Низкоуглеродистые ( цементуемые ) стали: состав, термическая обработка, свойства, примеры применения. Средне- углеродистые ( улучшаемые ) стали: состав, термическая обработка, свойства, примеры применения. Высокопрочные стали. Автоматные стали. Рессорно-пружинные стали: состав, термическая обработка, свойства, примеры применения. Стали, устойчивые к коррозии. Виды коррозии. Основные принципы соз- дания коррозионно-стойких сталей. Хромистые нержавеющие стали. Хромо- никелевые аустенитные нержавеющие стали. Жаростойкие ( окалиностойкие ) стали. Жаропрочные стали. Методы определения механических свойств при вы- соких температурах. Характеристики жаропрочности стали. Пути повышения жаропрочности. Классификация жаропрочных сталей: перлитные, мартенсит- ные, аустенитные с карбидным и интерметаллидным упрочнением. Жаропроч- ные сплавы. Методические указания При изучении отдельных групп конструкционных сталей надо знать требования, предъявляемые к ним. Исходя из этого, необходимо обосновать содержание углерода и легирующих элементов в стали, режим ее термической обработки и получаемые структуру и свойства. В качестве примера надо при- 10 вести две, три марки сталей данной группы. При изучении жаропрочных ста- лей следует обратить внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температурах, уяснить сущность явления ползу- чести, а также области применения данных сталей различного структурного класса. 1.12. Инструментальные стали Стали для режущего инструмента ( углеродистые, низколегированные, быстрорежущие ) и их термическая обработка. Твердые сплавы. Стали для измерительного инструмента и их термическая обработка. Стали для штампов, деформирующих металл в холодном и горячем со- стояниях. Методические указания При рассмотрении сталей для режущего инструмента надо четко уяс- нить требования, предъявляемые к ним, режимы термической обработки и недостатки отдельных групп сталей. Особое внимание следует уделить бы- строрежущим сталям и, в частности, особенностям их термической обра- ботки. При изучении штамповых сталей необходимо различать условия рабо- ты штампов для деформирования металла в холодном и горячем состояниях и, в связи с этим, особенности их термической обработки. 1.13. Цветные металлы и сплавы Сплавы на основе алюминия. Классификация и термическая обработка алюминиевых сплавов. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Литейные сплавы. Сплавы на основе меди. Латуни, их свойства, маркировка и применение. Бронзы оловянистые, алюминиевые, марганцовистые, свинцовые и бериллие- вые ( состав, свойства, маркировка и области применения ). Титан и его свойства. Конструкционные и жаропрочные сплавы титана. Термическая обработка титана и его сплавов. Антифрикционные сплавы на оловянистой, свинцовой, цинковой и алю- миниевой основах. Методические указания При изучении сплавов цветных металлов необходимо обратить особое внимание на преимущества тех или иных сплавов, на их термическую обработ- ку и, в частности, на процесс старения сплавов . Надо знать маркировку и об- ласть применения цветных металлов и их сплавов. ^ 11 2.1. Пластические массы Классификация полимерных материалов. Термопластические полимер- ные материалы ( полиэтилен, полиамид, поливинилхлорид и др. ). Их свойства, состав, области применения. Термореактивные полимерные материалы. Паро- пласты и пенопласты. Пластмассы с твердыми, порошковыми, волокнистыми и листовыми наполнителями. Методические указания В основе неметаллических материалов лежат полимеры, поэтому следу- ет обратить внимание на особенности строения полимеров, которые опреде- ляют их механические и физико-химические свойства. Рассматривая пласти- ческие массы, необходимо понять, что это искусственные материалы, полу- чаемые на основе органических полимерных связующих веществ. Надо уяснить также преимущества и недостатки пластмасс по сравнению с металлически- ми материалами. 2.2. Резиновые материалы Состав резин и эластотермопластов. Роль порошковых наполнителей (саж, окиси кремния ) и волокнистых наполнителей ( органические, стеклянные, металлические волокна и корды ). Свойства и области применения резин и эла- стотермопластов. Методические указания Резина отличается от других материалов высокими эластичными свой- ствами, что связано со свойствами основы резины − каучука. Поэтому уясни- те состав резины, способы получения и влияния наполнителей на ее свойства. 2.3. Силикатные материалы Стекла минеральные. Свойства стекол в зависимости от состава. Стекло- кристаллические материалы ( ситаллы ). Техническая керамика. Свойства в зависимости от состава, применение. Методические указания Изучая стекла, уясните сущность стеклообразного состояния как разно- видности аморфного состояния вещества и причины образования кристалли- ческой структуры ситаллов. При изучении керамических материалов обрати- те внимание на отличие технической керамики от обычной. 2.4. Композиционные материалы 12 Принципы создания композиционных материалов. Классификация, свой- ства, преимущества и недостатки. Армирующие упрочняющие материалы. Композиционные материалы на основе алюминия, магния, титана и их сплавов. Методические указания Принципиальная особенность композиционного материала заключается в сочетании разнородных материалов с четкой границей раздела между ними. Поэтому композит обладает свойствами, которых не имеет ни один из его компонентов в отдельности. Уясните свойства композиционных материалов в зависимости от вида матрицы и формы, размеров и взаимного расположения наполнителя. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | О. Т. Черней Технология конструкционных материалов. Учебно-методическое пособие/ Черней О. Т.– Н. Новгород: вгипу, 2010. – 40с | | «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» |
| Судовые энергетические установки" (СМ)/190701 "Организация перевозок и управление на транспорте (по видам) (ОП) | | Омский институт водного транспорта (филиал) фбоу впо «Новосибирская государственная академия водного транспорта» |
| Для студентов 3-го курса специальности «Материаловедение и технология новых материалов», «Технология наноэлектроники» и других специальностей... |  | Номер варианта контрольной работы определяется преподавателем. Контрольная работа выполняется в виде реферата объемом 10-15 машинописных... |
| В методических рекомендациях в соответствии с программой учебной дисциплины «Технология конструкционных материалов» изложены общие... | | ... |
| Году я пришла в систему профессионального образования. Я преподаю следующие предметы: технология отделочных строительных работ, материаловедение,... | | С 28 по 30 октября 2009 года в фгу тиснум будет проходить 6-ая Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки,... |