uzluga.ru
добавить свой файл
1 2 ... 6 7





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


Учебно-методическое пособие


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

Введение

…………………………………………………….




1

Общие положения………………………………..




1.1

Состав и объем контрольной работы…………...




1.2

Методические рекомендации к выполнению контрольной работы…………………………….




2

Выбор метода и способа получения заготовки ………………………………………...




2.1

Общие принципы выбора заготовки...............




2.2

Основные факторы, влияющие на выбор способа получения заготовки…………………




2.3

Литейное производство. Общие сведения о литейном производстве……………………




2.4

Технология обработки давлением. Общие сведения ………………………………….




2.5

Сварочное производство………………………...




2.6

Общая характеристика размерной обработки





3

Контрольные работы…………………………….




3.1

Методические рекомендации к выполнению контрольных работ……………………………….




3.2

Варианты контрольных заданий …………………..







Литература…………………………….………….









ВВЕДЕНИЕ




Особое 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. Общие положения

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


1.2 Методические рекомендации к выполнению контрольной 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.

Методические указания

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.

1.1. Основные методы исследования металлов

Понятие о структуре металлов. Макроструктурный, микроструктурный и

физические методы исследования металлов и сплавов.

Методические указания

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.

1.2. Атомно- кристаллическое строение металлов

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.

Методические указания

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.

1.3. Кристаллизация металлов

Общие закономерности. Механизм и кинетика кристаллизации чистых

металлов. Величина зерна. Модифицирование жидкого металла. Строение ме-

таллического слитка.

Методические указания

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.

1.4. Пластическая деформация и механические свойства металлов

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.

Методические указания

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.

Изучите основные методы определения механических свойств металлов

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.

1.5. Влияние нагрева на структуру и свойства

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.

Методические указания

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.

1.6. Строение сплавов

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.

Методические указания

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 ).

Углеродистые стали. Влияние углерода и постоянных примесей на свой-

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.

При изучении чугунов необходимо обратить особое внимание на различия

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.

Превращения, происходящие при нагреве стали. Рост зерна аустенита. Перегрев

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.

Превращения при нагреве закаленной стали. Строение и свойства струк-

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.

Конечная структура и, следовательно, свойства стали формируются

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 сердцевинабыть 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.

2. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

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.


следующая страница >>