Материаловедение (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ГОУ ВПО «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА «ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ ДИСЦИПЛИНЫ»

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Программа, методические указания и контрольные задания

для студентов заочной формы обучения по специальности

151001.65 «Технология машиностроения»

Волгоград

2010

УДК 620.22(07)

М 34

Материаловедение: программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения по специальности 151001.65 «Технология машиностроения» / Сост. ; ; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2010. – 42 с.

Излагается программа курса. Даются методические рекомендации по изучению дисциплины и выполнению лабораторных работ, а также вопросы для самопроверки и варианты заданий для контрольной работы.

Предназначены для студентов заочной формы обучения, но могут быть полезны студентам других форм обучения.

Ил. 7. Табл. 8. Библиогр.: 5 назв.

Рецензент: д. т. н., профессор

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Ó Волгоградский

государственный

технический

университет, 2010

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

При прохождении курса «Материаловедение» для студентов-заочников проводятся обзорные лекции, лабораторные работы и консультации. Обзорные лекции и лабораторные работы организуются во время экзаменационной сессии. Консультации проводятся непрерывно в течение всего учебного года по заранее установленному графику.

Основной формой изучения дисциплины является самостоятельная работа над книгой в течение всего предэкзаменационного года. Теоретический курс необходимо прорабатывать последовательно по отдельным темам в соответствии с прилагаемой учебной программой. Необходимо внимательно изучить темы занятий, выделить неясные вопросы, которые возникают при изучении литературы, чтобы их затем выяснить у преподавателя.

После изучения литературы перейти к выполнению индивидуальной контрольной работы. Контрольная работа состоит из шести вопросов по сто вариантной системе. Вопросы находят по прилагаемой в пункте 5 таблицы. Номер варианта соответствует двум последним цифрам зачетной книжки студента. Например, зачетная книжка имеет номер 1 следовательно, номер варианта контрольной работы будет № 62, а вопросы, входящие в контрольную работу имеют номера 9, 16, 21, 34, 49, 52.

Контрольную работу представлять в тетради или напечатанной на компьютере шрифтом 10 в формате листа – А5,. Перед ответом должен быть полностью записан текст вопроса. Ответы должны быть краткими по форме, но точными и полными по существу. Контрольная работа должна выполняться аккуратно, содержать пояснения и необходимые рисунки и схемы. Текстовую часть следует писать чернилами; рисунки, схемы выполнять карандашом. Сокращение слов в тексте не допускается. В конце выполненной контрольной работы необходимо привести список используемой литературы. Работа, выполненная не по своему варианту, или без соблюдения настоящих указаний не проверяется и возвращается студенту.

Выполненную контрольную работу студент-заочник направляет в заочное отделение института не позже чем за десять дней до начала экзаменационной сессии, где она регистрируется и проверяется. Если все контрольные вопросы раскрыты правильно, то контрольная работа зачитывается и студенту не возвращается. Если студентом допущены грубые и существенные ошибки, то работа возвращается ему для исправления. Исправленную контрольную работу студент-заочник должен повторно выслать в институт, обязательно прилагая первый вариант ответов с замечаниями преподавателя.

В результате изучения дисциплины студент должен.

Знать:

·  теоретические основы строения металлов и сплавов;

·  основные свойства черных и цветных металлов и сплавов;

·  фазовые и структурные составы стали и чугуна;

·  влияние термической и химико-термической обработки на свойства этих металлов и сплавов;

·  марки чугуна, стали, бронз, латуни, алюминиевые сплавы, антифризные материалы, применяемые в машиностроении;

·  основные свойства неметаллических материалов-полимеров, пластмасс, стекла и резины.

·  основные свойства композиционных материалов.

Уметь:

·  проводить испытание материалов на твердость;

·  выбирать и обосновывать выбор для конкретных деталей и условий их эксплуатации стали, чугуна, сплавов алюминия, меди, цинка, магния и титана;

·  задавать необходимую термическую обработку выбранному материалу;

·  прогнозировать уровень достигаемых механических и физико-химических характеристик выбранного сплава при задаваемой термической обработке;

·  оценивать степень соответствия своего выбора заданным условиям эксплуатации.

2. Рекомендуемая литература.

Основная:

1.  , Материаловедение и термическая обработка металлов: Учеб. для вузов; 5-е изд., перер. и доп. – М.: «Аз-book», 2009. – 448 с.

2.  , и др. Материаловедение: Учеб. для вузов / Под ред. , . – М.: МГТУ, 2002. – 648 с.

3.  , и др. Материаловедение и технология металлов. – М.: Высшая школа, 2001. – 638 с

Перечень методических указаний:

4.  , Ладыгин : Методические указания по лабораторным работам;. Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2006. – 47с.

5.  Шеин . Технология конструкционных материалов. Методические указания к лабораторным работам. – Волгоград.: Политехник, 2008. – 47 с.

3. ТЕМЫ ЗАНЯТИЙ

Тема 1. «Строение металлов и их сплавов»

1.1. Рабочая программа

Классификация сплавов. Атомно-кристаллическое строение металлов. Идеальное строение кристаллов. Реальное строение кристаллов. Диффузионные и бездиффузионные превращения. Кристаллизация металлов и строение металлического слитка. Аллотропные (полиморфные) превращения. Деформация разрушения металлов. Механические свойства материалов.

Литература: [1] c 15-58; [2] c 7-13, с 47-60; [3] c 6-11, с 24-48.

1.2. Методические указания

Вопрос о классификации металлов рассмотрите на основе деления его по технологическим, механическим, химическим, физическим и эксплутационным свойствам. Из известных в настоящее время 106 химических элементов, около 80 являются металлами.

Материалы обладают отличающимися друг от друга свойствами, причем каждое зависит от особенностей внутреннего строения материалов. В связи с этим материаловедение как наука занимается изучением строения материалов в тесной связи с их свойствами.

Металлические тела характеризуются кристаллическим строением. Помните, что кристалл – тело анизотропное в отличие 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 позиций их атомно-молекулярного строения, обратите внимание на фазовые превращения при нагреве и охлаждении металлов.

Свойства реальных кристаллов определяются известными несовершенствами кристаллического строения. В связи с эти необходимо разобраться в дефектах кристаллического строения, уяснить, что такое вакансии, дислоцированные атомы, дефекты упаковки, краевые и винтовые дислокации, причины их возникновения в кристаллической решетке и влияние на механические свойства. Разберитесь в понятии свойства материала. Свойства это количественная или качественная характеристика материала, определяющая общность или различие с другими материалами.

Подробно разобрать основные механические свойства металлов: твердость, прочность, упругость, пластичность, ударная вязкость и ознакомиться с методами их определения.

При изучении процесса кристаллизации необходимо иметь в виду решающее значение реальной среды в формировании структуры литого металла, а также возможность искусственного воздействия на строение путем модифицирования.

1.3. Вопросы для самопроверки

1.  Значение и задачи материаловедения.

2.  Отличие кристаллических твердых тел от аморфных.

3.  Строение элементарной кристаллической ячейки ОЦК, назвать металлы, имеющие тип этой решетки.

4.  Строение элементарной кристаллической ячейки ГЦК, назвать металлы, имеющие тип этой решетки.

5.  Строение элементарной кристаллической ячейки ГПУ, назвать металлы, имеющие тип этой решетки.

6.  Какими параметрами характеризуется размер кристаллической решетки?

7.  Раскрыть точечные дефекты кристаллического строения.

8.  Раскрыть линейные дефекты кристаллического строения.

9.  Раскрыть поверхностные дефекты кристаллического строения.

10.  Что такое аллотропия и ее влияние на свойства металла?

11.  Основные свойства материалов.

12.  Механические свойства материалов: прочность, твердость, пластичность.

13.  Методы определения твердости, прочности и пластичности материалов.

14.  Компоненты железоуглеродистых сплавов.

15.  Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов: феррит, перлит, аустенит, ледебурит, цементит, графит.

16.  Характерные температуры и сплавы на диаграмме состояния железо-углерод.

17.  Характерные линии на диаграмме состояния железо-углерод.

18.  На чем основано выявление структуры сплавов.

19.  Содержание углерода и структурные составляющие доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной стали.

20.  Содержание углерода и структурные составляющие доэвтектического, эвтектического и заэвтектического чугуна.

Тема 2. «Основы теории сплавов»

2.1. Рабочая программа

Понятие о сплаве, компоненте, фазе. Виды взаимодействия элементов: механические смеси, твердые растворы, химические соединения. Термодинамические условия равновесия фаз в сплавах. Фазовые и структурные превращения в сплавах. Виды двойных сплавов. Диаграммы состояний сплавов. Понятие о методах исследования строения и свойств сплавов.

Литература: [1] с. 90-138; [3] с. 58-72.

2.2. Методические указания

Сплав может состоять из двух или более металлов. Химические элементы, образующие сплав, называют компонентами. В сплавах в зависимости от взаимодействия компонентов могут образовываться следующие фазы: жидкие растворы, твердые растворы, химические соединения. В жидком состоянии большинство металлов неограниченно растворяются один в другом, образуя однофазный жидкий раствор. Только некоторые металлы (например, железо со свинцом, медь со свинцом) почти полностью нерастворимы в жидком состоянии и разделяются по плотности, образуя два несмешивающихся слоя.

В твердом растворе один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого или других компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды). Таким образом, твердый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу. Микроструктура твердого раствора в условиях равновесия представляет собой кристаллические зерна.

В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов. Большинство химических соединений, образующихся в металлических сплавах, не подчиняются законам валентности и не имеют постоянного состава.

Разберитесь в понятиях и определениях фазы, структуры. Фаза это однородный объем сплава, имеющий одинаковый состав и одно и то же агрегатное состояние разграниченной поверхности раздела. 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 диаграммой состояния, научитесь определять области фаз, их количественный и качественный состав при любой температуре (правило отрезков).

2.3. Вопросы для самопроверки

Что называется компонентом и сплавом? Что называется фазой? Какие фазы могут образовываться в металлических системах? Что представляет собой жидкий раствор? Что представляет из себя микроструктура твердого раствора? Что называется твердым раствором замещения? Что называется твердым раствором внедрения? При каких условиях образуется механические смеси? Правило фаз. Правило отрезков. Диаграмма состояний I рода. Диаграмма состояний II рода. Диаграмма состояний III рода. Диаграмма состояний IV рода.

Тема 3. «Железо и его сплавы»

3.1. Рабочая программа

Железо и его свойства. Углерод и его свойства. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Структурные составляющие железо-углеродистых сплавов: феррит, перлит, аустенит, ледебурит, цементит. Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны.

Углеродистые стали и их применение и маркировка. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства углеродистых сталей. Углеродистые стали обыкновенного качества. Углеродистые качественные конструкционные стали. Автоматные стали. Углеродистые инструментальные стали.

Чугуны. Влияние примесей на структуру и свойства чугунов. Влияние графитных включений и структуры на механические свойства чугунов. Виды чугунов: белый, серый, высокопрочный, ковкий, их применение и маркировка. Специальные чугуны.

Литература: [1] с. 138-180; [2] с. 87-109; [3] с. 72-95.

3.2. Методические указания

Изучите все свойства элементов железа, углерода и их соединения

цементита. Особое внимание обратите на исследование диаграммы состояния системы железо-углерод. Запомните характерные точки и линии диаграммы, а также критические температуры и предельное содержание углерода в фазовых превращениях. Уясните понятия: система, фаза, критические точки. Изучите структурные составляющие: их свойства, состав, строение. Должны уметь объяснить по фотографиям, схемам, образцам структуру металлической основы стали и чугуна. Чтобы правильно применять промышленные металлы необходимо запомнить влияние полезных и вредных примесей на структуру, механические, технологические свойства сталей и чугунов.

Очень важно понять особенности буквенно-цифровой системы обозначений сталей и чугунов. Уясните, если впереди марки стоит буква, то она обозначает стали: А – автоматная (А20, А40), цифры, следующие за буквой, обозначают содержание углерода в сотых долях процента; Е – магнитная (ЕХ3, ЕХ5К); Г – износостойкая (Г13Л), цифры, следующие за буквой обозначают содержание марганца, углерода в этой стали – 1,0…1,3%; Ж – хромистая нержавеющая; Ш – шарикоподшипниковая (ШХ9, ШХ15); Л – лемешная (Л65); Р – быстрорежущая (Р18, Р9); У – углеродистая инструментальная (У7, У13А); Я – хромоникелевая нержавеющая.

Если впереди марки стоят два нуля, то в стали содержится углерода не более 0,04%; если один нуль, углерода не более 0,08% (ООХ18Н12, ОХ18Н10). Если впереди марки стоят две цифры, то они указывают на содержание в стали углерода в сотых долях процента (О8ПС, 15КП, 45ХН); если одна цифра, то углерода – десятые доли процента (5ХГМ, 9ХС).

Буквы и индексы, стоящие в конце марок сталей, обозначают: А – высококачественная сталь (У13А, 30ХГСА); Ш – особовысококачественная сталь (30ХГМШ); Л – литейная сталь (Г13Л); КП – кипящая сталь; СП – спокойная сталь; ПС – полуспокойная сталь; РП – сталь с регламентированной прокаливаемостью; ПП – с пониженной прокаливаемостью.

Опытные марки сталей маркируются условно. Первая буква указывает завод – изготовитель, вторая – И – исследуемая сталь или П – пробная. Цифры указывают порядковый номер сплава (ЧИ321 – сталь Череповецкого завода).

Сплавы железа с углеродом при содержании углерода > 2,14% называют чугунами. В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высопрочные и ковкие чугуны. Ознакомьтесь с особенностями получения чугунов, структурой их строения, свойствами и применением в машиностроении. Белый чугун получил такое название по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементита. Он обладает высокой твердостью, хрупок, плохо поддается обработке резанием. Серый чугун получил название по виду излома, который имеет серый цвет. В структуре серого чугуна находится графит, который имеет пластинчатую форму. Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают путем модифицирования магнием. Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают в результате специального графитизирующего отжига (томление) доэвтектического белого чугуна.

3.3. Вопросы для самопроверки

1.  Физические и механические свойства железа?

2.  Физические свойства углерода?

3.  При каких температурах происходит полиморфные превращения железа?

4.  Что такое диаграмма состояния железо-углерод?

5.  Что характеризуют на диаграмме состояния железо-углерод точки: А, Е, С, Р, S?

6.  Что такое критические точки стали? Какие критические точки при охлаждении вы знаете?

7.  Полезные примеси и их влияние на свойства углеродистых сталей?

8.  Вредные примеси и их влияние на свойства углеродистых сталей?

9.  Содержание углерода и структурные составляющие доэвтектоидной стали?

10.  Содержание углерода и структурные составляющие эвтектоидной стали?

11.  Содержание углерода и структурные составляющие заэвтектоидной стали?

12.  Содержание углерода и структурные составляющие доэвтектического чугуна?

13.  Содержание углерода и структурные составляющие эвтектического чугуна.

14.  Содержание углерода и структурные составляющие заэвтектического чугуна?

15.  Что такое феррит?

16.  Что такое аустенит?

17.  Что такое цементит?

18.  Что такое графит?

19.  Что такое перлит?

20.  Что такое ледебурит?

21.  Назовите марку, состав и группу стали БСт 3пс?

22.  Назовите марку стали Ст4 Гкп?

23.  Назовите марку стали Ст60?

24.  Назовите марку чугуна КЧ30-6?

25.  Назовите марку чугуна СЧ40?

Тема 4. «Термическая обработка стали»

4.1. Рабочая программа

Классификация видов термической обработки стали. Фазовые превращения при нагреве стали. Диаграмма изотермического превращения аустенита. Отжиг, назначение и виды. Нормализация. Режим отжига и нормализации доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоидных сталей.

Закалка, назначение и способы. Режим нагрева под закалку, доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоидных сталей.

Охлаждающие среды. Структура после закалки. Перлитное, мартенситное, бейнитное, сорбитное и трооститное превращения в стали. Виды и назначение отпуска. Влияние отпуска на структуру и свойства закаленной стали.

Литература: [1] с. 181-213, с. 226-257; [3] с. 97-117.

4.2. Методические указания

Значение фазовых и структурных превращений, протекающих в стали при её нагреве и охлаждении с различной скоростью, позволяет правильно установить режимы различных видов термической обработки, широко применяемых в машиностроительном производстве. Поэтому следует уяснить, что управляемые структурно-фазовые процессы в стали, обеспечивающие получение требуемой фазовой и дислакационной структуры, происходят вследствие аллотропических превращений.

Изучить фазовые структуры при нагреве. Необходимо знать, что сталь нагревают в специальных термических печах с пламенным или электрическим обогревом. Запомнить, что первое превращение стали происходит при температуре около 727° С(изотерма PSK – диаграмма состояния железо-углерод). Оно состоит из превращения феррито-цементной смеси (перлит) в аустенит, являющийся твердым раствором внедрения углерода в g-Fe, содержащий при этой температуре 0,8% углерода.

Запомнить лини критических температур PS, SG, SE и соответственно критические точки лежащие на этих линиях АС1, АС3, АCm.

Для описания кинетики превращения переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами изотермического превращения аустенита, т. е. превращения, протекающего при постоянной температуре. Разберите самостоятельно схему построения диаграммы и уясните сущность трех температурных областей превращения: перлитную, бейнитную и мартенситную. Рассмотрите строение и свойства перлита, сорбита, мартенсита, троостита.

Уясните влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали, а также физическую сущность и цель процессов отжига, нормализации, закалки. При изучении технологических процессов термической обработки, особое внимание обратите на разновидность режимов и их влияние на механические свойства металла. Разберитесь в сущности термической обработки, как способа получения высокопрочных деталей.

4.3. Вопросы для самопроверки

Что такое термическая обработка, каковы ее цели?

2.  Назовите основные этапы термической обработки, укажите роль и значение каждого из них?

3.  Сущность фазовых превращений при нагреве стали?

4.  Механизм образования аустенита при нагреве стали?

5.  Что такое сорбит? Его структура, механические свойства и область применения?

6.  Назовите линии соответствующие критическим точкам АС1, АС3, АCm на диаграмме состояния железо-углерод?

7.  Что такое троостит? Его структура, механические свойства и область применения?

8.  Что такое мартенсит? Его структура, механические свойства и область применения?

9.  Что такое критическая скорость закалки?

10.  Что такое отжиг? Виды отжига. Цель отжига?

11.  Что такое нормализация и для чего она применяется?

12.  Что такое закалка и для чего она применяется?

13.  Основные способы закалки. Цель закалки?

14.  Как влияет скорость охлаждения стали на ее механические свойства?

15.  Что такое отпуск и для чего он применяется?

16.  Основные виды отпуска стали. Цель отпуска?

17.  Сущность термомеханической обработки?

18.  Виды термомеханической обработки и их сущность?

19.  Какие структурные изменения протекают при отпуске?

20.  Влияние величины зерна аустенита на свойства стали?

21.  Особенности мартенситного превращения в стали?

22.  Особенности перлитного превращения в стали?

23.  Что такое бейнит, типы бейнитной структуры?

24.  Что такое критическая скорость охлаждения?

Тема 5. «Химико-термическая обработка стали»

5.1. Рабочая программа

Общие закономерности и цель химико-термической обработки стали. Основные взаимосвязанные процессы химико-термической обработки: диссоциация, адсорбция, диффузия. Эффективная толщина диффузионного слоя. Переходная зона диффузионного слоя. Виды химико-термической обработки. Цементация, назначение и виды. Сущность процессов азотирования, ционирования, нитроцементация. Сущность процессов алитирования, хромирования, силицирования и их значение.

Литература: [1] с. 271-295; [2] с. 196-219; [3] с. 120-133.

5.2. Методические указания

Уяснить принципиальное отличие химико-термической обработки от термической. Термическая обработка это технологический процесс нагрева, выдержки и охлаждения твердого металла с целью изменения его структуры и свойств без изменения химического состава. При химико-термической обработке кроме структурных изменений происходит изменение состава и строение поверхностного слоя стали за счет диффузии в нее других элементов из внешней среды при высокой температуре. Усвоить современные представления о диффузии в металлах.

Рассмотреть основные процессы химико-термической обработки: запомнить, что диссоциация это процесс распада молекул и образование диффундирующего элемента в атомарном состоянии. Адсорбция это процесс взаимодействия атомов диффундирующего элемента с поверхностью изделия и проникновение диффундирующего элемента в кристаллическую решетку железа. Диффузия это проникновение адсорбированных атомов насыщенного элемента в глубь обрабатываемого металла. Разобраться в понятиях: диффузионный слой, сердцевина, эффективная толщина диффузионного слоя.

Усвоить, что качественной и количественной характеристикой химико-термической обработки является толщина диффузионного слоя, распределение концентрации диффундирующего элемента по толщине слоя, фазовый состав и свойства слоя (твердость, пластичность, сопротивление износу, коррозийная стойкость и т. д.). Толщина диффундирующего слоя при прочих равных условиях тем больше, чем выше концентрация диффундирующего элемента на поверхности металла. Концентрация диффундирующего элемента на поверхности насыщения зависит от активности окружающей среды, обеспечивающей приток атомов этого элемента к поверхности, скорости диффузионных процессов, приводящих к переходу этих атомов в глубь металла, состава обрабатываемого металла и структуры образующих фаз.

Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-термической обработки. Уясните цель химико-термической обработки и сущность процессов, а также преимущества и области использования цементации, азотирования, хромирования, алитирования, нитроцементации, ионного азотирования, ционирования и различных видов диффузионной металлизации. Помните, что химико-термические процессы позволяют получать на деталях, изделиях, работающих в условиях изнашивания, циклических нагрузок, поверхностные слои с антикоррозийными, жаростойкими, жаропрочными свойствами при сохранении сердцевины со свойствами основного материала.

5. 3. Вопросы для самопроверки

1.  Что называется химико-термической обработкой?

2.  Цель химико-термической обработки?

3.  Чем отличается химико-термическая обработка от термической обработки?

4.  Что понимают по термином «эффективная толщина диффузионного слоя»?

5.  Какие основные процессы протекают при проведении химико-термической обработки?

6.  От чего зависит глубина образующегося диффузионного слоя?

7.  Что понимают под термином «сердцевина»?

8.  Что такое диссоциация?

9.  Что понимают под термином и «диффузионный слой»?

10.  Что такое адсорбция?

11.  Что такое диффузия?

12.  Параметры характеризующие качественную и количественную стороны химико-термической обработки?

13.  Что называется цементацией, какие виды цементации вы знаете?

14.  Что такое азотирование стали? Какие цели преследуют, подвергая сталь этой обработке?

15.  Что такое цианирование и нитроцементация, чем отличаются эти обработки?

16.  Какие виды азотирования вы знаете, в чем их преимущества перед обычным процессом?

17.  Какие виды диффузионного насыщения металлами вы знаете, для чего проводят эти процессы?

Тема 6. «Легированные стали»

6.1. Рабочая программа

Влияние легирующих элементов на дислокационную структуру свойства стали. Классификация легированных сталей. Легирование и применение легированных сталей. Инструментальные и быстрорежущие стали. Стали и сплавы с особыми свойствами. Стали, устойчивые против коррозии. Жаростойкие, жаропрочные, износостойкие стали. Твердые сплавы и режущая керамика, сверхтвердые материалы.

Литература: [1] с. 303-365; [2] с. 250-257, с. 326-340, с. 680-622; [3] с. 147-175.

6.2. Методические указания

Легированными называют стали, в которых кроме железа и углерода вводят легирующие элементы для придания стали специальных свойств. Легирующие элементы это металлы или неметаллы, специально вводимые в сплавы системы железо-углерод с целью изменения структуры и свойств сплава. Основными легирующими элементами являются Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, Co, Ti, V, Zr, Nb и др. Легирующие элементы оказывают влияние на электронную и дислокационную структуру металла.

Уясните сущность межатомного взаимодействия в сплаве при введении легирующих элементов. Разберитесь, как влияет легирование на изменение энергии дефектов упаковки, на плотность дислокаций, время релаксации вакансий.

Классификацию легированных сталей рассмотрите по пяти признакам: по типу равновесной структуры: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные; по структуре после нормализации: перлитные, мартенситные, аустенитные; по химическому составу: хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые; качеству: качественные до 0,04% S и до 0,035% Р, высококачественные до 0,015% S и до 0,025% Р; по назначению: конструкционные, инструментальные, шарикоподшипниковые, износостойкие, коррозионностойкие, теплоустойчивые, электротехнические и др. стали).

При изучении маркировки легированных сталей уясните обозначение химических элементов входящих в состав стали: А – азот, К – кобальт, Т – титан, Ю – алюминий, С – кремний, В – вольфрам, Ф – ванадий, Х – хром, Д – медь, Н – никель, Г – марганец, М – молибден, П – фосфор, Р – бор. Маркируются легированные стали буквами и цифрами, указывающими её химический состав. Первые две цифры показывают содержание углерода (для конструкционных сталей – в сотых долях процента, для инструментальных и нержавеющих – десятых долях) затем ставится буква, указывающая на легирующий элемент, после буквы следует цифра, указывающая на среднее содержание этого элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента составляет менее 1%, то за буквой цифра не ставится. Буква А в конце обозначения указывает, что сталь высококачественная, буква Ш – сталь особовысококачкественная.

6.3. Вопросы для самопроверки

  1.  Какие стали называют легированными?

  2.  Что называется легирующим элементом?

  3.  Назвать основные легирующие элементы и их обозначение в маркировке стали?

  4.  Какое влияние оказывают легирующие элементы на дислокационную структуру стали?

  5.  Какова связь между дислокационной структурой и свойствами сталей?

  6.  Какой элемент, в первую очередь, обеспечивает коррозийную стойкость стали?

  7.  Как маркируются легированные стали?

  8.  Влияние легирующих элементов на свойства сталей?

  9.  Как классифицируются легированные стали по типу равновесной структуры?

  10.  Как классифицируются легированные стали по структуре после нормализации?

  11.  Как классифицируются легированные стали по химическому составу?

  12.  Как классифицируются легированные стали по качеству и назначению?

  13.  Расшифруйте марку стали 18Х2Н4МА?

  14.  Расшифруйте марку стали АС35Г2?

  15.  Расшифруйте марку стали ШХ15СГ?

  16.  Расшифруйте марку стали Р6М5?

Тема 7. «Цветные металлы и сплавы»

7.1. Рабочая программа

Свойства меди. Характеристика и классификация медных сплавов. Свойства, маркировка и область применения сплавов на медной основе.

Легкие сплавы. Алюминиевые сплавы и сплавы на основе магния, бериллия, титана, цинка. Свойства, маркировка по стандарту и область применения сплавов на основе алюминия.

Антифрикционные подшипниковые сплавы. Боббиты и бронзы. Припои.

Литература: [1] с. 383-428; [2] с. 302-309, с. 341-347, с. 358-380; [3] с. 176-202.

7.2. Методические указания

Изучите характеристики цветных металлов и их механические, технологические, конструкционные и эксплутационные свойства. Свойства этих сплавов в большей степени зависят от содержания легирующих компонентов, методов упрочнения и старения.

Очень важно уяснить особенности маркировки цветных сплавов, уметь пользоваться стандартами, правильно указывать обозначения сплавов в курсовых и дипломных проектах.

Уяснить, что условность в маркировке цветных сплавов отличается от черных металлов тем, что обозначение всех легирующих элементов совпадает с первой буквой их названия. Запомните элементы, обозначение которых производится двумя буквами из названия элемента: Су – сурьма, Мц – марганец, Ср – серебро, Мш – мышьяк, Кд – кадмий, Мг – магний, Рз – редкоземельные. Обозначение латуней начинается с буквы Л, обозначение бронз – Бр.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. Все латуни по техническому признаку делят на деформированные, из которых изготавливают листы, ленты, трубы, проволоку и другие полуфабрикаты, и литейные – для фасонного литья.

Литейные латуни обладают хорошей жидкотекучестью и анитифрикционными свойствами, малосклонны к ликвации.

В латунях первая цифра указывает содержание меди, последующие цифры содержание легирующих элементов, остальное цинк. Например, ЛЖМц 59-1-1 – латунь, содержащая 59% Си, 1% Fе, 1% Mц, остальное – цинк. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его.

В обозначениях 1% не ставится. Например: латунь ЛЦ40Мц3Ж содержит 40% цинка, 3% марганца, 1% железа, остальное медь.

В марках деформированных бронз сначала помещают буквы-символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание. Например: бронза БрАЖ9-4 содержит 9% алюминия, 4% железа остальное медь. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например: бронза Бр03Ц7С5Н содержит 3% олова, 7% цинка, 5% свинца, 1% никеля, остальное медь.

7.3. Вопросы для самопроверки

  1.  Какие металлы называют легкими и почему?

  2.  Как влияет кристаллическая структура магния на физические и технологические свойства его сплавов?

  3.  Каковы особенности маркировки алюминиевых сплавов?

  4.  Какова цель модифицирования силуминов?

  5.  Каковы области применения алюминиевых сплавов?

  6.  Как влияют легирующие элементы на полиморфное превращение титана?

  7.  Каковы особенности фазовых превращений при термической обработке титановых сплавов?

  8.  Как называют основные группы сплавов меди?

  9.  Какой термической обработкой упрочняются жаропрочные никелевые сплавы?