Программа вступительных испытаний в аспирантуру по направлению подготовки 22.06.01 Технологии материалов (научная специальность 05.16.09 – Материаловедение)

Программа вступительных испытаний

в аспирантуру по направлению подготовки 22.06.01 Технологии

материалов (научная специальность 05.16.09 – Материаловедение)

1. Классификация материальных систем по энергетическому состоя­нию. Энергия активации и ее влияние на протекание физико-хи­мических процессов. Примеры активируемых процессов.

2. Каковы особенности химической связи в кристаллической решет­ке алюминия и как они объясняют свойства алюминия?

3. Каковы особенности химических связей в кристаллических решет­ках алмаза, кремния, Германия и олова? Объясните на основе этих особенностей изменение свойств элементов в группе IVБ периодической таблицы Менделеева (от алмаза до свинца).

4. В чем различие кристаллического и аморфного состояния веществ? Приведите примеры обоих состояний. Что собой представляет стеклование и чем оно отличается от кристаллизации?

5. Что собой представляет кристаллическая решетка магния? Како­вы ее основные характеристики?

6. В чем состоит полиморфизм железа? Каковы характеристики его кристаллических состояний?

7. Дефекты кристаллического строения, дислокации. Вектор Бюргерса. Плотность дислокаций.

8. Каковы энергетические и температурные условия фазовых превра­щений? Переохлаждение и его влияние на процесс кристаллизации. Кривые охлаждения и характеристика процессов на каждом их участке.

9. Чем отличаются процессы гомогенной и гетерогенной кристал­лизации? Теория Таммана и объяснение на ее основе различ­ной зернистости структуры и возможности аморфизации метал­лических веществ.

10. Что такое модифицирование? Виды модификаторов. Приведите примеры модифицирования сталей и чугунов.

11. Что собой представляют напряжения и в каких единицах они измеряются? Виды напряжений.

12. Деформации. Виды деформаций, дислокационный механизм плас­тической деформации и объяснение на его основе явления де­формационного упрочнения (наклепа). Влияние плотности дис­локаций на прочность металлов.

13. Кривые деформации и их использование для оценки механичес­ких свойств металлических материалов. Характеристики проч­ности и пластичности материалов.

14. Механические испытания материалов на разрыв и ударный изгиб. Определяемые характеристики. Хрупкое и вязкое разрушение ма­териалов, порог хладноломкости.

15. Механические испытания при переменном нагружении. Характе­ристики цикла. Кривые усталости. Предел выносливости. Огра­ниченная выносливость. Оценка предела выносливости по дру­гим механическим характеристикам.

16. Текстура деформации и ее изменения в процессе нагрева. Из­менение свойств при возврате и рекристаллизации.

17. Рассчитайте температуры рекристаллизации технического желе­за и цинка. Укажите температуры холодной и горячей деформа­ции этих металлов. В чем отличие этих видов деформации?

18. Какие фазы и структурные составляющие могут образовываться в сплавах? Виды химических соединений и их особенности. Ответы проиллюстрировать примерами.

19. Диаграмма состояния двойных сплавов с неограниченной раст­воримостью компонентов. Объяснить на основе этой диаграммы особенности неравновесной кристаллизации сплавов и формиро­вание дендритной ликвации.

20. Диаграмма состояния двойных сплавов с эвтектикой. Что собой представляет эвтектика? Проиллюстрируйте применение правил фаз и отрезков.

21. Сплавы с переменной растворимостью компонентов. С использо­ванием диаграммы состояния таких сплавов объясните возмож­ность их дисперсионного упрочнения и применяемую термическую обработку. Приведите конкретные примеры дисперсноупрочненых сплавов.

22. Связь между структурой и свойствами сплавов, правила Курнакова. Композиционное упрочнение. Правило Шарпи. Приведите примеры естественных и искусственных композиционных материа­лов.

23. Фазы и структурные составляющие в Fe-C-сплавах. Особенности их свойств.

24. Диаграмма железо-цементит. Классификация сплавов по диаграм­ме. Белые чугуны. Рассчитайте структуру и фазовый состав за­данного сплава.

25. Диаграмма железо-графит. Почему эта система является стабиль­ной, а система железо-цементит – метастабильной? Приведите классификацию графитизированньх сплавов.

26. Постройте кривую нагревания заданной стали от комнатной тем­пературы до жидкого состояния. Объясните превращения, проис­ходящие в стали при нагревании, на каждом участке кривой. До каких температур нужно нагревать эту сталь при полной и не­полной термической обработке?

27. В чем заключаются перегрев и пережог стали? Как ведут себя при нагревании наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые стали? Чем объясняется различие в их пове­дении? Каким образом можно исправить наследственную зернис­тость стали?

28. Критические равновесные и неравновесные точки стали. Какие превращения (равновесия) соответствуют этим точкам? Укажи­те все возможные критические точки у заданной марки стали.

29. Зернистость структуры стали, шкала зернистости. Связь между размером зерна и свойствами стали. Зернограничное упрочнение.

30. Изотермическое превращение переохлажденного аустенита. Влия­ние термодинамических и кинетических факторов. С-образные кривые распада аустенита. Кинетика распада. Инкубационный период и время распада.

31. Особенности и механизм перлитного превращения. Продукты прев­ращения и их свойства. Различия в превращениях эвтектоидной, доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей.

32. Мартенситное превращение в стали. Что такое мартенсит? Ка­ковы его свойства? Механизм и основные особенности мартенситного превращения. Почему мартенситное превращение не всегда идет до конца? Структура закаленной стали и влияние на нее химического состава.

33. Промежуточное (бейнитное) превращение в сталях. Верхний и нижний бейнит и механизмы их образования. Свойства верхне­го и нижнего бейнита. Термическая обработка на бейнитную структуру.

34. Превращение аустенита при непрерывном охлаждении. Влияние скорости охлаждения на структуру стали. Критическая скорость охлаждения.

35. Влияние легирующих элементов на изотермический распад аус­тенита. Сопоставьте (схематично) диаграммы распада аусте­нита и критические скорости охлаждения сталей 40, 40ХН и 40ХГС2Н2МФ. Расшифруйте марки сталей и объясните влияние каждого элемента.

36. Превращения в закаленной стали при отпуске. Изменение свойств стали при отпуске. Хрупкость стали и способы ее предотвраще­ния.

37. Назначьте и объясните режимы закалки сталей 40 и 40ХН. Каковы различия в структуре этих сталей после закалки?

38. Назначьте и объясните режимы изотермической закалки сталей У7 и 7X3. Схематично покажите режимы охлаждения на диаграм­мах распада аустенита в этих сталях. Каковы различия в структуре этих сталей после закалки?

39. Что собой представляют режимы прерывистой и ступенчатой закалки? Схематично покажите эти режимы охлаждения на диаграмме распада аустенита в стали 40 в сопоставлении с режи­мом обычной закалки.

40. Какова структура стали ХГС после обычной закалки? Обоснуйте целесообразность обработки этой стали холодом.

41. Закаливаемость и прокаливаемость стали и влияющие на них факторы. Критический диаметр прокаливаемости. Полосы прока­ливаемости. Приведите пример их использования для любой марки стали.

42. Номограмма прокаливаемости стали. Приведите примеры решения задач с использованием этой номограммы.

43. Отпуск закаленной стали. Виды отпуска. Назначьте и обоснуйте режимы отпуска для изделий из сталей 40Х, 9ХФ и 60С2.

44. Улучшение стали. Марки улучшаемых сталей. Структура и свойства улучшенных сталей.

45. Термомеханическая обработка (ТМО) стали. Виды ТМО и их при­менение. Преимущества и недостатки каждого вида ТМО.

46. Поверхностная закалка стали. Виды поверхностной закалки и их применение. Применяемые стали (в том числе и стали пони­женной и регламентируемой прокаливаемости). Структура поверхности и сердцевины закаленных деталей.

47. Физико-химические основы химико-термической обработки. Диффузия. Энергия активации диффузии. Влияние диффузионного на­сыщения поверхности на фазовый состав стали.

48. Назначение и виды цементации. Процессы, протекающие при цементации. Цементуемые стали. Термическая обработка, структу­ра и свойства цементованной стали.

49. Азотирование стали. Назначение азотирования. Применяемые стали. Процессы, протекающие при азотировании. Термическая обработка, структура и свойства азотированной стали.

50. Цианирование (нитроцементация) стали. Назначение, применяемые стали, протекающие процессы, термическая обработка, структура и свойства стали.

51. Как выбирается цементуемая сталь для деталей, требующих сквозной прокаливаемости? Как изменяются химический состав, структура и свойства по сечению цементованной детали? Приведите пример.

52. Как выбирается улучшаемая сталь для деталей, требующих сквозной прокаливаемости? Как изменяются структура и свойства стали по сечению детали при несквозной и сквозной прокаливаемости? Приведите примеры.

53. Классификация и маркировка конструкционных сталей. Углеродистые стали обыкновенного качества. Качественные углеродистые стали. Приведите примеры.

54. Стали для сварных конструкций. Как обеспечивается хорошая свариваемость сталей? Стали с карбонитридным упрочнением, особенности их свойств. Приведите примеры.

55. Литейные стали. Особенности их химического состава, структуры и свойств. Приведите примеры. Объясните, в чем особеннос­ти структуры и свойств стали 110Г13Л.

56. Особенности маркировки, химического состава, структуры и свойств серых, высокопрочных и ковких чугунов. Как получают высокопрочные и ковкие чугуны?

57. Как выбираются марка и химический состав серого чугуна для ответственных отливок различного сечения (с использованием структурных номограмм)? Проиллюстрируйте примерами.

58. Что собой представляют литейные сплавы на основе алюминия и меди? Особенности их химического состава, структуры и свойств. Приведите примеры.

59. Что понимают под конструкционной прочностью? Как она обеспечивается? Классификация и особенности структуры и свойств высокопрочных сталей. Приведите примеры.

60. Трение и износ. Виды износа. Способы повышения износостойкости деталей. Износостойкие стали и чугуны.

61. Антифрикционные материалы. Предъявляемые требования. Правило Шарпи. Антифрикционные чугуны и стали, латуни и бронзы, бабби­ты, порошковые материалы.

62. Обеспечение высокой технологической пластичности. Стали для холодной штамповки и высадки. Физические основы и виды сверх-пластичности. Сплавы, обладающие сверхпластичностью.

63. Обеспечение высоких упругих свойств. Рессорно-пружинные стали, способы их упрочнения, структура и свойства. Приведите при­меры марок и использования таких сталей.

64. Обеспечение высокой удельной прочности. Классификация материалов по плотности и удельной прочности. Сплавы на основе алюминия, титана, бериллия. Пластмассы и композиционные ма­териалы.

65. Обеспечение коррозионной стойкости и жаростойкости материалов. Нержавеющие стали. Жаростойкие стали и чугуны.

66. Обеспечение жаропрочности материалов. Жаропрочные стали. Чугуны с композиционным упрочнением. Жаропрочные сплавы на ос­нове тугоплавких металлов.

67. Инструментальные материалы. Предъявляемые требования. Инст­рументальные углеродистые и легированные нетеплостойкие ста­ли.

68. Стали высокой теплостойкости (быстрорежущие). Твердые спла­вы. Сверхтвердые материалы. Особенности их химического сос­тава, структуры, свойств, получения и применения.

69. Пластмассы. Классификация и свойства. Получение изделий из пластмасс и композиционных пластиков.

70. Выбрать марку стали для изготовления рессор грузового автомо­биля. Толщина рессор 20 мм. Рессоры работают в условиях боль­ших динамических нагрузок и требуют σв≥1500 МПа. Назначить упрочняющую обработку рессор и указать окончательные структу­ру и свойства стали.

71. Ведущая ось крановой тележки диаметром 70 мм и длиной 210 мм изготовлена из стали Ст. 5. При реконструкции крана с целью увеличения его грузоподъемности размеры оси остались прежни­ми, а нагрузки возросли в 2 раза. Выбрать марку стали, назна­чить упрочняющую обработку, указать окончательные структуру и свойства стали.

72. Поршневые пальцы диаметром 30 мм и длиной 60 мм должны иметь вязкую и прочную сердцевину (HRC≥30) и твердую износостой­кую поверхность (НRС 58…62). Выбрать марку стали и вид упроч­няющей обработки. Указать структуру и свойства стали на по­верхности и в сердцевине.

73. Выбрать марку стали, из которой следует изготавливать зубча­тые колеса диаметром 50 мм, закаливаемые с индукционного наг­рева. Прочность сердцевины должна соответствовать 800 МПа. Указать вид обработки, структуру и свойства стали в сердцеви­не и на поверхности.

74. Деталь работает в условиях интенсивного износа трением при повышенных температурах (350…400°С) и больших статических и динамических нагрузках. Выбрать марку стали и вид обработки, указать структуру и свойства стали на поверхности и в сердце­вине детали.

75. Вал диаметром 40 мм и длиной 400 мм работает в условиях изно­са и повышенных статических (σmax= 850 МПа) и динамических нагрузок. Выбрать марку стали и вид обработки, указать струк­туру и свойства стали на поверхности и в сердцевине вала.

76. Вал диаметром 50 мм и длиной 400 мм работает пои больших наг­рузках (σmax = 820 МПа) и должен иметь равномерные свойства по сечению. Выбрать марку стали и вид ее обработки. Указать структуру и свойства стали на поверхности и в сердцевине вала.

77. Выбрать материал для изготовления резцов, используемых для чистового точения стальных деталей с твердостью НВ 280…300. Выбор обосновать.

78. Деталь, изготовленная из стали 40Х, должна иметь равномерные свойства по сечению. В какой среде целесообразно охлаждать эту деталь при закалке, если ее диаметр 18 мм и длина 22 мм? Какова структура закаленной стали на поверхности и в сердце­вине детали?

79. Деталь диаметром 25 мм и длиной 100 мм изготовлена из стали 45. Какова структура стали в сердцевине этой детали после закалки в воде?

80. Можно ли получить сквозную прокаливаемость в цилиндрической детали диаметром 28 мм и длиной 280 мм, изготовленной из стали ЗЗХС? Если можно, то в какой среде ее следует охлаж­дать?

81. Выбрать марку стали для изготовления шестерни коробки пере­дач грузового автомобиля (диаметр шестерни 80 мм, толщина 30 мм). Назначить упрочняющую обработку, если на поверхности нужно обеспечить твердость HRC 60…62, а в сердцевине HRC 35…42. Указать структуру стали на поверхности и в сердцевине шестерни.

82. Рассчитать количество каждой структурной составляющей в отож­женной стали 50.

83. Сталь 40 подвергалась закалке от 760 и 840°С. Какие струк­туры получены в обоих случаях? Какой режим закалки следует рекомендовать для этой стали?

84. Рассчитать количество каждой структурной составляющей в белом чугуне с 5 %С.

85. Какой марке качественной углеродистой стали соответствует критическая точка аcm= 790°C?

86. Рассчитать количество каждой фазы в кристаллизующемся леде­бурите.

87. Рассчитать фазовый состав перлита.

88. Рассчитать изменение количества каждой фазы в структуре стали 20 в процессе ее нагревания от 730 до 820°С.

89. При какой температуре заканчивается превращение феррита в аустенит при медленном нагревании стали 40 под закалку?

90. Белый чугун, содержащий 2,8%С, отжигают на ковкий при 980°С. Рассчитать количества распавшейся и вновь образовавшейся фаз. Изменилась ли при отжиге плотность чугуна?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1.  , Леонтьева . Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1980. – 493 с.

2.  Материаловедение: учеб. пособие для вузов по специальностям направления подгот. "Металлургия, машиностроение и материалопереработка" / . - М.: Академия, 2008. - 335 с.

3.  Материаловедение (под ред. ). Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.

4.  Технология конструкционных материалов (под ред. ). Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1990. – 352 с.

5.  , Рахштадт . Учебное пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1983. – 384 с.

Дополнительная литература

1.  Гуляев . Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

2.  , , Фрольцов отливки из комплексно-легированных белых чугунов. – М.: Машиностроение, 1984. – 104 с.

3.  Сильман стали. Рекомендации по выбору марки стали и вида ее термической или химико-термической обработки для деталей машин и конструкций. Учебное пособие. – Брянск: Изд-во БГИТА, 1999. – 70 с.

4.  Сильман . Рекомендации по выбору вида и марки чугуна для литых деталей машин и оборудования. Учебное пособие. – Брянск: Изд-во БГИТА, 1999. – 55 с.

Справочная литература

1.  Марочник сталей и сплавов/ и др. Справочник. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

2.  , Николаева стали. Справочник. – М.: Машиностроение, 1981. – 391 с.

3.  Термическая обработка в машиностроении. Справочник / Под ред. и – М.: Машиностроение, 1980. – 783 с.

4.  и др. Инструментальные стали. Справочник. – М.: Машиностроение, 1975. – 272 с.