Методические указания и контрольные задания для обучающихся на заочном отделении по Материаловедению

Департамент образования и науки Кемеровской области ГПОУ «Осинниковский горнотехнический колледж» МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Методические указания и контрольные задания  для обучающихся  на заочном отделении 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и  электромеханического оборудования (по отраслям)»  по специальностям: 2017 2 Методические указания по учебной дисциплине «Материаловедение» разработаны   на   основе   Федерального   государственного   образовательного стандарта  (далее  ­  ФГОС)   по  специальностям   среднего  профессионального образования (далее СПО): 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)»  Организация­разработчик:   Государственное   профессиональное образовательное   учреждение   «Осинниковский   горнотехнический   колледж» (ГПОУ ОГТК). Разработчик: Алиева   Екатерина   Султановна,   преподаватель   общетехнических дисциплин ГПОУ «Осинниковский горнотехнический колледж» Введение Дисциплина   «Материаловедение»   предусматривает   изучение   физико­ химических основ материаловедения; строения и свойств материалов; методов измерения   параметров   и   свойств   материалов;   областей   применения материалов, применяемых в горной промышленности. знать: ­ ­ ­ ­ уметь: ­ В результате изучения дисциплины студент должен: строение и свойства материалов, методы их исследования; классификацию материалов, металлов и сплавов; области применения материалов; методы воздействия на структуру и свойства материалов; выбирать материалы для конструкций по их назначению и условиям эксплуатации; проводить испытания материалов; работать   с   нормативными   документами   для   выбора   материалов   с целью обеспечения требуемых характеристик изделий. ­ ­ ­ ­ ­ Изучение дисциплины «Материаловедение» состоит: из   самостоятельной   работы   над   темами   по   рекомендуемой литературе; из самостоятельного выполнения домашней  контрольной работы со сдачей   ее     на   проверку   в   соответствии   со   сроками,   указанными   в графике; из слушания материала по узловым вопросам программы на лекциях во время лабораторно­экзаменационной сессии. Обучающийся   заочного   отделения,   приступая   к   самостоятельному изучению   дисциплины,   должен   ознакомиться   с   программой   дисциплины, подобрать   необходимую   литературу.   Проработку   материала   надо   вести   в последовательности,   предусмотренной   данной   программой,   выполняя рекомендации, предложенные методическими указаниями. Ответы на неясные вопросы, возникающие при усвоении тем программы,   обратившись   за   консультацией   к После   усвоения   программного   материала   обучающийся   выполняет обучающийся   может   получить, преподавателю.  письменную контрольную работу. 3 Общие указания по выполнению контрольной работы   Контрольная   работа   содержит   100   вариантов.   Вариант   контрольной работы   обучающийся   выбирает     из  таблицы  вариантов   по  двум   последним цифрам шифра. Обучающийся, у которого номера шифра от 1 до 9, перед цифрой  прибавляют ноль: 01, 02, …, 09.  Номер варианта контрольной работы определяется   следующим   образом:   по   горизонтальной   линии   обучающийся находит последнюю цифру своего шифра, а по вертикальной – предпоследнюю цифру. Пересечение горизонтальной и вертикальной линии указывает клетку, в   которой   даны   номера   вопросов   контрольной   работы,   на   которые   нужно ответить по данному варианту. Например, студент имеет шифр 45. Последняя цифра   5     означает,   что   по   горизонтальной   линии   нужно   найти   цифру   5, предпоследняя цифра 4 – по вертикальной линии найти цифру 4. Пересечение 5­й горизонтальной и 4­й вертикальной строк определяет клетку, в которой указаны   номера   вопросов   контрольной   работы,   а   именно:   2,34,60,   92,102, 147,151. Работа,   выполненная   не   по   своему   варианту,   не   зачитывается   и возвращается на доработку без рецензии. Контрольная   работа   выполняется   в   отдельной   тетради.   Вопросы контрольной работы необходимо переписывать полностью. Ответ должен быть полным по существу и кратким по форме. На каждой странице необходимо оставлять   поля   30­40   мм   для   замечаний   преподавателя.   Текстовую   часть контрольной работы нужно снабжать графиками, рисунками, диаграммами и т.п.   В   текстовой   и   графической   части   соблюдать   единую   терминологию   и обозначения в полном соответствии с действующими ГОСТами и с системами Единой технологической и конструкторской документации (ЕСТД и ЕСКД). Обязательно пишется список использованной литературы в конце работы, на чистой странице. На обложке тетради указываются название предмета, номер контрольного   задания,   фамилия,   имя,   отчество   студента,   шифр,   в   конце работы – подпись. Получив   прорецензированную   контрольную   работу,   обучающийся должен   исправить   и   объяснить   все   ошибки.   Если   работа   выполнена неудовлетворительно, то обучающийся выполняет ее вторично (тот же вариант или   новый   по   указанию   преподавателя).   Замечания   преподавателя   стирать нельзя. Контрольная работа предъявляется при сдаче экзамена. 4 Введение Значение и содержание дисциплины «Материаловедения» и связь ее с другими   дисциплинами   общепрофессионального   и   специальных   циклов дисциплин. Значение «Материаловедения» в решении важнейших технических проблем,   снижении   материалоемкости   изделий,   повышении   прочности, надежности и долговечности механизмов и приборов. История развития металловедения и перспективы развития в области материаловедения и обработки металлов и сплавов. Студент должен: иметь представление: ­ ­ ­  о содержании дисциплины;  о связи с другими дисциплинами;   о новейших достижениях и перспективах развития в области  «Материаловедения». Методические указания Обратите   особое   внимание   на   перспективы   развития   в   области материаловедения,   на   экономическую   эффективность   от   внедрения   новых прогрессивных методов получения и обработки конструкционных материалов, а   также   на   улучшение   качества   и   разработку   новых   конструкционных материалов. Уясните,   какое   значение   имеют   увеличение   выпуска   материалов высокого   качества,   автоматизация   и   интенсификация   производственных процессов,   широкое   внедрение   техники   новых   поколений,   принципиально новых   технологий,   обеспечивающих   наивысшую   производительность   и эффективность. Раздел 1. Производство черных и цветных металлов Тема 1.1. Производство черных и цветных металлов Производство чугуна. Исходные материалы  для производства чугуна. Их общая характеристика. Продукты доменного производства.  5 Современные способы производства стали.   Технико­экономические показатели разных способов получения стали. Способы разливки стали. Производство цветных металлов. Методы  обогащения цветных руд. Схемы пирометаллургического способа получения  меди: плавка на штейн, получение черновой меди, рафинирование. Схемы производства алюминия: получение окиси алюминия (глинозема)  электролиз расплавленного глинозема. Студент должен: иметь представление: знать: уметь: ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ о сущности процесса производства чугуна; о современных способах производства стали; о производстве меди и алюминия; разницу между белым и серым чугуном; область применения белых и серых чугунов; сущность процессов получения стали; особенности производства цветных металлов и необходимость  обогащения руд цветных металлов; объяснять необходимость подготовки исходных материалов к  плавке; понимать влияние метода получения стали на ее свойства; объяснять необходимость комплексного обогащения руд цветных  металлов. Методические указания При   изучении   раздела   обучающемуся   следует   уяснить,   что   является исходным  материалом  для  получения  чугуна,     и методы  подготовки  его  к плавке;   устройство   доменной   печи   и   вспомогательных   материалов; технологию выплавки чугуна, его виды, состав, свойства. Большое значение в производстве чугуна имеют флюсы. Они понижают температуру плавления пустой породы, сопровождающей руду и, сплавляясь с ней, образуют легкоплавкие соединения­шлаки. Применение флюса позволяет экономить топливо. Чаще всего в доменном производстве в качестве флюса используют известняк. Однако вид применяемого флюса зависит от характера пустой породы. 6 Изучая   ход   доменного   процесса,   следует   обратить   внимание   на важнейшие   химические   реакции,   протекающие   в     печи,   особенно   реакции восстановления и науглероживания железа, процесс превращения его в чугун. Отвечая   на   вопрос   о   производстве   стали,   нужно   уяснить   сущность передела чугуна в сталь. В   современном   сталеплавильном   производстве   распространены   три способа производства стали: конвертерный, мартеновский и электропечной. Изучение     конвертерного   способа   лучше   начать   с   объяснения устройства конвертера, а затем уяснить ход процесса. При этом надо хорошо усвоить   протекающие   реакции,   понять   роль   извести   и   уяснить   процесс раскисления стали. Следует обратить внимание на качество получаемой стали и ее применение. Процесс   плавки   высококачественной   стали   в   электрических   печах приобретает все большее значение в связи с тем, что постоянно расширяется ассортимент,   увеличивается   выпуск   новых,   наиболее   экономичных   и прогрессивных   видов   конструкционных   материалов   для   машиностроения, приборостроения, строительства и других областей промышленности. Плавку   в   электрических   печах   можно   производить   как   в   воздушной среде, так и в вакууме. В вакуумных печах переплавляют стальные заголовки, выплавленные в конвертерах и мартеновских печах. Заготовка   (расходуемый   электрод)   является   катодом,   а   слиток очищенного   металла   –   анодом.   При   вакуумной   плавке   и   вакуумных переплавках   жидкий   металл   наиболее   полно   очищается   от   газов.   Этим способом получают жаропрочные стали и сплавы, стали с особыми физико­ химическими   свойствами.   Недостаток   вакуумной   плавки   –   сложность оборудования   и   высокая   стоимость   выплавляемого   металла.   Значительно более дешевый способ повышения стали­электрошлаковый переплав, который можно   производить   в   воздушной   среде.   Этим   способом   получают шарикоподшипниковые, инструментальные и другие стали. Повысить качество стали можно также путем ее обработки в ковшах. Производится вакуумная обработка в ковшах или обработка стали в ковшах синтетическими шлаками, которые специально готовят в других печах. Если при   вакуумной   плавке   и   вакуумных   переплавах   сера   практически   не удаляется,   то   при   рафинировании   синтетическими   шлаками   и электрошлаковом переплаве сера удаляется наиболее полно. Разберите, как влияет способ разливки на качество стали. Нужно знать разницу между кипящей и спокойной сталью и область применения кипящей стали.   Наибольшее   внимание   уделите   непрерывной   разливке   стали   как наиболее   прогрессивному   способу.   Запомните,   что   способ   непрерывной разливки широко применяется и в цветной металлургии. Разберите   строение   стального   слитка,   возможные   дефекты   в   нем   и способ их предупреждения. 7 Производство   цветных   металлов   сложнее,   чем   производство   стали   и чугуна. Изучение   этой   темы   начните   с   особенностей   производства   цветных металлов.   Руды цветных металлов значительно беднее полезным металлом, чем   руды   железа.   Кроме   того,   большинство   руд   цветных   металлов полиметаллические, при обогащении происходит отделение соединений одних металлов   от   других.   Поэтому   обогащение   руд   цветных   металлов   имеет первостепенное значение. При изучении способов обогащения основное внимание уделите методу флотации, который применяется чаще всего, особенно для комплексных руд. Из всех способов получения меди наиболее широкое распространение получил  сухой (пирометаллургический)   способ.  Нужно  знать,  что  черновая медь   в   промышленности   не   применяется,   так   как   примеси   значительно ухудшают механические. Электрические и технологические свойства меди.   Разберите   способы   рафинирования   черновой   меди.   После электролитического рафинирования медь содержит меньше примесей, в том числе и кислорода. Такая медь применяется в электротехнике, так как любые примеси снижают электропроводимость. Кроме того, при электролитическом рафинировании из осадка ванны удается извлечь ценные металлы – теллур, селен, сурьму, серебро, золото и ряд других элементов, которые содержатся в медной руде. При огневом рафинировании эти элементы теряются, но медь после   огневого   рафинирования   дешевле,   такая   медь   идет   на   изготовление медных сплавов. Алюминия   является  вторым  после  железа  металлом   техники.  Нужно знать,   что   производство   алюминия   складывается   из   двух   самостоятельных процессов:   получение   оксида   алюминия   (глинозема)   и   электролиз расплавленного глинозема. При   изучении   электролиза   глинозема   обратите   внимание   на   роль криолита. Разберите схему современного электролизера и принцип его работы. Вопросы для самопроверки 1. Какие   требования   предъявляются   к   исходным   материалам   для производства чугуна в доменной печи? 2. Укажите роль флюса и шлака в доменной печи. 3. Напишите основные химические реакции, протекающие в доменной печи. 4. В каком состоянии углерод присутствует в белом и сером чугуне? 5. Какие чугуны называют ферросплавными? Область их применения. 6. Способы интенсификации доменного процесса. 8 7. Основные   технико­экономические   показатели   работы   доменной печи. 8. Где применяется шлаки и доменный газ? 9. В чем достоинства технологии прямого получения железа из руды? Раздел 2. Закономерности формирования структуры материалов Тема 2.1 Строение, свойства и способы испытания металлов Понятие «материаловедение». Роль отечественной науки в развитии  металловедения. Кристаллические строения металлов. Кривые нагревания и  охлаждения металлов. Понятие «критические точки». Аллотропические  превращения в металлах. Основные свойства металлов, их значение при  выборе сплавов для изготовления деталей машин. Испытание металлов на растяжение, на твердость методами Бринелля,  Виккерса и Роквелла. Краткие сведения о технологических испытаниях металлов. Обучающийся должен: иметь представление: ­ ­ ­ ­ ­ знать: уметь: о кристаллическом строении металла;  о кристаллизации чистого металла; свойства металлов; способы испытания металлов; определять механические характеристики металлов. Методические указания 9 При   изучении   раздела   «Основы   металловедения»   следует   хорошо разбираться   в   вопросах   взаимосвязи   свойств   металлов   и   их   внутреннего строения. Металловедение   –   это   наука,   которая   является   основной   для экономически эффективного выбора материала и способов его обработки. Все   свойства   материалов   зависят   от   внутреннего   строения.   Выбор материала для деталей машин, приборов,  аппаратов зависит от его свойств и условий   работы   детали.   Правильно   выбранные   материалы   для   деталей   и способы   их   обработки   обеспечивают   надежность   и   долговечность   работы машин и приборов и уменьшение их себестоимости. Изучение   этого   раздела   надо   начать   с   атомно­кристаллического строения   металлов.   Уясните   сущность   аллотропических   превращений   в металлах.   Разберите   дефекты   кристаллического   строения   и   процесс кристаллизации.   Внешне   металл   никогда   не   имеет   правильного кристаллического строения, так как процесс кристаллизации протекает путем зарождения   центров   кристаллизации   и   последующего   их   роста.   Поэтому реальные металлы являются квазиизотропными веществами. Запомните, что свойства реальных металлов отличаются от идеальных, так   как:   1)   все   реальные   металлы   являются   полукристаллами;   2)   в кристаллическом строении имеется ряд дефектов (несовершенств). Разберите, какие виды несовершенств бывают в кристаллическом строении, а также на каких свойствах и как это отражается. Уясните   сущность   и  цель  термического  анализа,   затем   переходите  к изучению способов определения  свойств  металлов   и методов определения дефектов в металлах. При   изучении   испытания   на   растяжение   вычертите   в   конспекте диаграммы   растяжения   пластичных   и   хрупких   материалов   и   укажите характерные точки на них. Нужно знать, какие характеристики прочности и пластичности   определяются   при   испытании   на   растяжение.   Не   путайте площадку текучести и предел текучести. Предел текучести – характеристика прочности материала, а площадка текучести – характеристика пластичности. Способы определения твердости находят очень широкое применение, так не требуют изготовления специальных образцов; просты в выполнении и производительны. Определение   ударной   вязкости   особенно   важно   для   материалов, которые идут на изготовление деталей, работающих с ударными нагрузками, потому   что   металлы   с   одинаковой   пластичностью   могут   иметь   разную вязкость. Изучая испытание на усталость (выносливость) выясните, что называют пределом   усталости.   Разрушение   при   переменных   напряжениях   может произойти   при   напряжении,   меньшем   не   только   предела   прочности,   но   и предела   текучести.   Обратите   внимание   на   факторы,   влияющие   на   предел 10 усталости, так как, зная эти факторы, можно повысить предел усталости, а значит увеличить срок службы деталей. Технологические   испытания   металлов   имеют   очень   большое практическое   значение,   так   как   правильно   выбрать   метод   получения   и обработки   детали   можно   только   в   том   случае,   если   знаешь   его технологические   свойства.   Неправильно   выбранный   способ   получения   и обработки деталей значительно их удорожает. Кроме   того,   материалы   с   плохими   технологическими   свойствами находят в промышленности ограниченное применение.  Вопросы для самопроверки 1. Какие   кристаллические   решетки   наиболее   часто   встречаются   у металлов? 2. От чего зависит величина зерна при кристаллизации металла? 3. Какая разница между кристаллом и кристаллитом? 4. В чем сущность аллотропических превращений в металлах? 5. Перечислите все модификации железа. 6. Как проводится термический анализ? 7. Укажите критические точки железа.   Тема 2.2 Методы измерения параметров и свойств материалов Современные физико­химические методы анализы металлов и сплавов:  макроанализ, микроанализ, рентгенографический анализ. Магнитная и  ультразвуковая дефектоскопия. Применение радиоактивных изотопов. Дилатометрический метод. Обучающийся должен:   иметь представление: ­ ­ знать: о неразрушающих методах контроля; назначение современных физико­химических методов анализа  металлов и сплавов. Методические указания Изучив   все   способы   определения   механических   свойств,   разберите основные   физические   методы   контроля   металлов   (рентгеновский, 11 спектральный   и   другие).   Обязательно   уясните   достоинства,   недостатки   и область применения каждого метода. Например, что люминесцентный метод применяется только для определения поверхностных дефектов; при помощи ультразвука можно определить мелкие дефекты, лежащие на большой глубине. Вопросы для самопроверки 1. Объяснить схему рентгеновского просвечивания металлов. 2. В   чем   сущность   определения   дефектов   в   металлах   магнитным способом? Тема 2.3 Диаграммы состояния сплавов     Понятие о сплавах, виды сплавов. Основные равновесные диаграммы  состояния двойных сплавов. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Влияние  легирующих элементов на равновесную структуру сталей. Студент должен: иметь представление: ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ знать: уметь: о принципе построения диаграмм состояния сплавов из двух  компонентов; о зависимости между диаграммами состояния и свойствами  сплавов; классификацию сплавов и основные определения; диаграммы состояния сплавов; понятие о ликвации; диаграмму состояния Fe­ Fe3С (железо­цементит), ее критические точки; классификацию железоуглеродистых сплавов; строить кривые охлаждения сплавов разной концентрации; описывать превращения, протекающие в железоуглеродистых  сплавах при их медленном нагреве или (охлаждении). Методические указания 12 Перед тем, как приступить к изучению диаграмм состояния, повторите термический   анализ,   построение   кривых   нагрева   и   охлаждения   на   основе опытных   данных.   Критические   точки,   т.е.   температуры,   при   которых происходят   превращения   в   каждом   сплаве,   соединяют   и   получают критические линии, каждая точка которых показывает, при какой температуре происходит данное превращение в сплавах разной концентрации. Диаграммы   состояния   показывают   состояние   сплава   данных компонентов при любой концентрации и при любой температуре. Диаграммы   строят   при   медленном   охлаждении   сплава,   поэтому структуры на диаграмме соответствуют равновесному состоянию.  Изучая диаграмму состояния сплавов, компоненты которых в твердом состоянии не растворяются друг в друге (свинец­сурьма), (олово­цинк), нужно прежде   всего   четко   представить,   что   представляет   собой   эвтектика.   Она образуется в результате того, что вещества друг в друге не растворяются и представляют собой тонкую механическую смесь двух фаз. Так как обе фазы кристаллизируются   одновременно,   при   одной   и   той   же   температуре, отдельные   кристаллы   не   успевают   вырасти   до   значительных   размеров,   и кристаллы обеих фаз представляют настолько мелкую механическую смесь, что   их   практически   разделить   нельзя.   Поэтому   эвтектика   обладает специфическими,   только   ей   присущими   свойствами,   которые   резко отличаются   от   свойств   свободных   компонентов,   входящих   в   ее   состав. Температура окончательного затвердения сплавов, образующих эвтектику, от состава не зависит, и на диаграмме образование эвтектики характеризуется горизонтальной   линей.   Из   правила   отрезков   (правила   рычага)   видно,   что состав жидкого сплава при температуре окончательного затвердения всегда одинаковый,   значит,   и   состав   эвтектики   во   всех   сплавах   один   и   тот   же, количество же эвтектики в разных сплавах разное и также определяется по правилу отрезков. Запомните, какие сплавы называются эвтектическими, до­ и заэвтектическими.  На диаграмме уясните ликвацию  по удельному  весу (по плотности), в каких случаях она может возникнуть и меры ее предупреждения. Изучая   диаграмму   состояния   сплавов,   обладающих   неограниченной растворимостью   как   в   жидком,   так   и   в   твердом   состоянии,   прежде   всего уясните   понятие   о   твердых   растворах.   Нужно   запомнить,   что   называется твердым раствором, какие бывают твердые растворы и что твердые растворы – это сложные,  но однородные вещества, поэтому под микроскопом твердые растворы,   подобно   чистому   металлу,   представляют   собой   одинаковые кристаллические   зерна.   Разбирая   диаграмму   медь–никель   (или   висмут­ сурьма), обратите внимание на то, что в этих сплавах температура и начала и конца затвердевания зависит от состава сплава и все сплавы затвердевают в интервале   температур.   Поскольку   вещества   обладают   неограниченной растворимостью, то они в одном сплаве не будет свободных кристаллов ни никеля,   ни   меди,   а   все   сплавы   данной   системы   будут   однофазными   и   явления представлять твердый   раствор.   Разберите   собой   13 внутрикристаллической  (дендритной)  ликвации,  меры  ее предупреждения  и устранения. В   большинстве   случаев   металлы   обладают   ограниченной растворимостью   в   твердом   состоянии,   причем   предел   растворения уменьшается   с   уменьшением   температуры   (сплавы   свинец­олово,   медь­ серебро, алюминий­соединение  CuAl2). В этих случаях эвтектика появляется только в тех сплавах, в которых концентрация растворимого компонента выше предела растворения. Разбирая эту диаграмму, особое внимание обратите на процессы,   протекающие   в   твердом   состоянии.   В   сплавах,   у   которых концентрация   растворимого   компонента   меньше   предела   растворимости, после   окончательного   затвердевания   структура   представляет   собой однородный   твердый   раствор.   Уже   в   твердом   состоянии   в   связи   с уменьшением предела растворимости при понижении температуры из твердого раствора   начинает   выделяться   вторая   фаза.   Например,   в   сплавах   свинец­ олово, содержащих менее 19,5% олова, в сплавах медь­серебро содержащих менее 7% серебра, и в сплавах алюминий­  CuAl2,  содержащих менее 5,67% меди, при охлаждении ниже кривой растворимости начинает образовываться вторая фаза, и при комнатной температуре сплавы получаются двухфазными. Запомните, что процессы кристаллизации из твердого состояния происходят по   тем   же   законам,   что   и   из   жидкого,   т.е.   путем   зарождения   центров кристаллизации и последующего их роста, поэтому для образования второй фазы   охлаждение   должно   быть   медленным.   Следует   иметь   в   виду,   что продукты вторичной кристаллизации всегда мельче, чем первичной. Запишите, что   у   сплавов,   у   которых   есть   превращения   в   твердом   состоянии,   можно менять   структуру,   и   значит,   и   свойства   путем   нагрева   и   охлаждения   с различной скоростью, т.е. путем термической обработки. Изучая систему сплавов, образующих устойчивое соединение (магний­ кальций,   цинк­магний),   уясните,   что   диаграммы   состояния   можно рассматривать как состоящие из двух самостоятельных диаграмм, у которых вторым   компонентом   является   химическое   соединение.   Диаграмму   можно рассматривать в общем виде. Физические, механические и технологические свойства сплава зависят от его структуры. Поэтому нужно обязательно разобрать зависимость между диаграммой   состояния   сплава   и   его   свойствами,   установленную   Н.С. Курнаковым и А.А. Бочваром (диаграммы состав­свойства). Вопросы для самопроверки 1.Как строят диаграммы состояния двойных систем? 2.Что называется фазой? 3.В каких сплавах образуется эвтектика? 4.Укажите,   какие   превращения   происходят   по   каждой   критической линии в сплавах с эвтектикой? 14 5.Какие виды ликвации могут возникнуть в сплавах? 6.С какой структурой сплав хорошо отливается, а с какой – хорошо обрабатывается давлением? Приступать   к   изучению   диаграммы   состояния   железо­углерод   можно только   после   того,   как   изучены   простые   (двойные)   диаграммы   состояния. Повторите также аллотропические превращения железа. Это диаграмм должна быть   особенно   хорошо   усвоена,   так   как   ,   не   понимая   все   превращения, протекающие при медленном охлаждении и не зная получающиеся при этом структуры, невозможно понять  сущность  термической  обработки.  Тема эта очень сложная и трудоемкая, поэтому нужно вести подробный конспект. В   конспекте   вычертите,   прежде   всего,   диаграмму   состояния   железо­ углерод,   разберите,   чем   характерны   все   критические   точки   и   линии диаграммы, их температуры и содержание углерода. Запомните, что по линии  GS  при охлаждении начинается превращение аустенита в феррит в связи с аллотропическим превращением гамма­железа в альфа­железо. Так как в феррите максимально растворяется 0,04% углерода (т.Р), то остающемся аустените количество углерода увеличивается. Каждая точка   линии   показывает   содержание     углерода   в   аустените   при   данной температуре (вспомните правило отрезков). Критические точки, образующие линию GS, принято обозначать при нагревании Ас3, а при охлаждении Аr3. При линии   ЕS  при   охлаждении   из   аустенита   начинает   выделяться   вторичный цементит в связи с уменьшением растворимости углерода в гамма­железе при понижении   температуры.   Цементит   содержит   6,67%   углерода,   поэтому   в остающемся   аустените   количество   углерода   уменьшается.   Каждая   точка линии   ЕS  показывает   содержание   углерода   в   аустените   при   данной температуре. Критические точки, образующие линию ЕS, принято обозначать Аст. По линии РSК происходит окончательный распад аустенита на перлит во всех сплавах системы. Из аустенита образуется мелкая механическая смесь – эвтектоид, так как в равновесном состоянии гамма­железо при температуре ниже   727°С существовать   не   может,   а   альфа­железо   практически   не растворяет углерод (т.Р.) При температуре 727°С во всех сплавах в аустените содержится 0,8% углерода (т.S), значит, состав перлита тоже постоянен. Критические точки, образующие линию РSК, при нагреве принято  обозначать Ас1, при охлаждении Аr1. Обратите внимание на то, что температура, при которой из аустенита начинает   выделяться   феррит   или   цементит   (линии  GS  и   ЕS),   зависит   от состава сплава, а превращение аустенита в перлит происходит во всех сплавах при одной и той же температуре. В простых железоуглеродистых сплавах в равновесном состоянии при температуре ниже 727°С аустенит существовать не может, он распадается на перлит.   Равновесные   структуры   железоуглеродистых   сплавов:   аустенит, феррит, перлит, цементит, ледебурит. Выпишите в конспект, что они собой 15 представляют. Запомните разницу между эвтектикой и эвтектоидом: и то и другое   –   мелкая   механическая   смесь,   но   эвтектика   –   продукт   первичной кристаллизации, она получается при одновременной кристаллизации двух или нескольких фаз из жидкого раствора, а эвтектоид – это продукт вторичной кристаллизации, он образуется при распаде твердого раствора. И эвтектика и эвтектоид   образуется   в   том   случае,   если   вещества   друг   в   друге   не растворяются   в   твердом   состоянии.   Хорошо   разберитесь   в   процессах, протекающих   при   нагревании   и   охлаждении   сплавов   с   различной концентрацией углерода. Выберите любой сплав и на диаграмме через точку, соответствующую выбранному содержанию углерода, проведите вертикаль в пределах  выбранных температур. Затем укажите, что происходит в каждой критической  точке данного  сплава.   Особое  внимание уделите критическим точкам   вторичной   кристаллизации   и   характеристикам   получающихся структур. Изучая чугунную часть диаграммы, запомните, что ледебурит является характерным признаком белых чугунов. Вспомните, что содержание углерода может   быть   одинаковым   и   у   белых   и   у   серых   чугунов.   Отличаются   они состоянием углерода. В серых чугунных графит имеет форму пластинок.  Отвечая на вопросы контрольной работы по диаграмме железо­углерод, вычертите полностью диаграмму и укажите структуры во всех ее областях. Проведите   вертикаль,  отвечающую   заданному   сплаву,   рядом   с  диаграммой начертите кривую охлаждения данного сплава, укажите на ней температуры, соответствующее   каждой   критической   точке   и   опишите   структурные превращения   в   каждой   критической   точке.   Описывать   нужно   только   те превращения,   которые   происходят   в   заданном   сплаве.   Например:   Вопрос: вычертите   диаграмму   железо­углерод   и   укажите   превращения   в   стали, содержащей 1% углерода, при медленном охлаждении от 1600 до 20°С. Ответ: при охлаждении сплава до температуры  t1=1450°С (рис.1) идет охлаждение жидкого   раствора,   из   жидкого   раствора   выделяются   кристаллы   аустенита. Аустенит   –   это   твердый   раствор   углерода   в   гамма­железе.   В   интервале температур между точками  t1  и t2 =1340°С количество кристаллов аустенита увеличивается, а количество жидкой фазы уменьшается. В точке t2 происходит окончательное   затвердевание   аустенита.   В   интервале   температур   между точками  t2  и  t3  никаких   превращений   не   происходит,   идет   охлаждение аустенита.   В   точке  t3  =800°С   начинается   вторичная   кристаллизация:   из аустенита начинает выделяться вторичный цементит, так как растворимость углерода в железе с понижением температуры уменьшается. Цементит – это химическое соединение железа с углеродом­карбид железа (Fe3С). В интервале температур   между   точками  t3  и  t4  количество   цементита   увеличивается. Поскольку   цементит   содержит   6,67%   углерода,   в   остающемся   аустените содержание   углерода   уменьшается   в   соответствии   с   точками   линии   ЕS.   В точке  t4  =   727°С   оставшийся   аустенит,   содержащий   0,8%   углерода   (т.S.), окончательно   распадается   на   перлит.   Перлит   –   это   эвтектоиод,   мелкая 16 механическая   смесь   феррита   и   цементита   вторичного.   Окончательная структура сплава­перлит и цементит вторичный. Вопросы для самопроверки 1. Укажите все критические точки и линии на диаграмме состояния железо­углерод. 2. Сколько   углерода   содержится   в   эвтектоидной,   до­   и заэвтектоидных сталях? Укажите их структуру. 3. Укажите структурные составляющие в железоуглеродных сплавах. 4. Какие   превращения   происходят   в   стали,   содержащей   0,5%   при   медленном   охлаждении   из   расплавленного углерода, состояния? 5. Какие   превращения   происходят   в   заэвтектоидной   стали   при медленном охлаждении из расплавленного состояния? 6. На   диаграмме   железо­углерод   укажите   линии   вторичной кристаллизации. 7. Сколько углерода содержится в перлите, ледебурите и цементите? 8. Как обозначаются линии GS, ES, PSK? 9. Какую структуру имеют белые чугуны? 10. В чем сущность вторичной кристаллизации белых чугунов? 11. Какую структуру имеют серые чугуны? 17 Тема 2.4 Термическая обработка металлов и сплавов Классификация видов термической обработки. Превращения в металлах при нагреве и охлаждении. Сущность отжига 1и 2 рода, назначение. Виды закалки, охлаждающие среды. Отпуск, виды. Обработка стали  холодом. Старение. Студент должен: иметь представление: ­ о теоретических основах термообработки; назначение и сущность отжига, нормализации, закалки и отпуска; влияние термообработки на структуру и свойства металлов; знать: ­ ­ уметь: ­ выбирать, обосновывать и назначать режим термообработки. Методические указания Современная   техника   предъявляет   все   возрастающие   требования   к механическим свойствам  металлов, которые в значительной степени  можно улучшить путем термической и химико­термической обработки. Кроме того, увеличение прочности  деталей во многих случаях  разрешает  уменьшить их габариты   и   вес,   что   дает   огромную   экономию   металла.   Поэтому предусмотрено значительно увеличить количество деталей машин и приборов, подвергающихся упрочняющей термической обработке. Нужно знать сущность и назначение различных видов термической обработки.  Изучение этой темы начните с процессов, протекающих при охлаждении аустенита с различной скоростью. Разберите диаграмму распада аустенита при непрерывном охлаждении и изотермического распада аустенита (С­образные кривые), а также структуры, получающиеся при разной скорости охлаждения аустенита.   Запомните,   что   перлит,   сорбит   и   троостит   ­   это   двухфазные структуры,   представляющие   собой   ферритно­цементитную   смесь   различной степени дисперсности (размельченности), они имеют пластинчатое строение. При   большой   скорости   охлаждения   диффузия   углерода   не   успевает произойти, происходит только аллотропическое превращение железа, поэтому из   аустенита   получается   однофазная   структура   ­   мартенсит,   который представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в альфа­железе, он имеет игольчатое строение. Чем больше скорость охлаждения аустенита, тем   тверже   получающиеся   структуры.   Запишите   названия   и   механические 18 свойства всех структур, получающихся при распаде аустенита. После   этого   переходите   к   изучению   различных   видов   термической обработки.   Перед   этим   повторите   обозначения   линий   вторичной кристаллизации на диаграмме железо­углерод: линия  PSK­ т.А1, линия  GS  – т.А3, линия ЕS – т.Аст. Любая   термическая   обработка   состоит   из   нагрева   до   заданной температуры,   выдержки   и   охлаждения   с   заданной   скоростью,   поэтому термическую   обработку   обычно   выражают   графически   в   координатах температура­время.   В   зависимости   от   температуры   нагрева   и   скорости охлаждения   различают   следующие   основные   виды   термической   обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Нужно точно знать цель и сущность каждого   вида   термической   обработки,   практику   его   поведения,   а   главное, какую   структуру   и   свойства   приобретает   сталь   в   результате   проведения каждого вида термической обработки. При   изучении   процессов   отжига   разберите,   в   каких   случаях   какой метод отжига наиболее целесообразно применять, каким сталям дают полный, а   каким   ­   неполный   отжиг.   Отметьте,   что   преимущества   изотермического отжига в наибольшей мере проявляются при отжиге легированных сталей и крупных поковок, которые требуют очень медленного охлаждения. Отжиг на зернистый   перлит   (сфероидизацию)   целесообразно   применять   для инструментальных   и   шарикоподшипниковых   сталей,   так   как   зернистые структуры   имеют   повышенную   пластичность,   и   детали   при   последующей закалке менее склонны к короблению, меньше опасность появления трещин. Целью отжига является получение максимальной вязкости и пластичности, а так как у разных сталей время устойчивости аустенита разное (см. С­образные кривые), то и скорость охлаждения при отжиге для разных сталей разная. Она зависит   от   устойчивости   аустенита   в   области   перлитного   превращения. Разберите   явления   перегрева   и   пережога,   разницу   между   ними,   меры предупреждения и способы устранения этих видов брака. Использование при отжиге   оборудования   с   автоматическим   регулированием   температуры   и   с контролируемой   атмосферой   в   печи   обеспечивает   100%   выход   годных деталей. При изучении процесса нормализации прежде всего отметьте разницу между отжигом и нормализацией.  При   нормализации   охлаждение   сталей   производится   на   воздухе.   У разных   сталей   получается   разная   структура,   она   зависит   от   критической скорости   закалки.   В   углеродистой   стали,   структура   после   нормализации получается практически почти такая же, как и после отжига, но более мелкая, поэтому   прочность   нормализованных   сталей   несколько   выше,   чем отожженных. В ряде случаев для углеродистых сталей вместо отжига можно производить   нормализацию.   В   легированных   сталях   в   зависимости   от критической скорости закалки в структуре может быть сорбит, троостит или мартенсит 19 Закалка   является   одним   из   наиболее   важных   видов   термической обработки.   При   изучении   закалки   прежде   всего   отметьте,   как   выбирают температуру закалки в зависимости от содержания углерода в стали, почему для доэвтектоидной стали всегда дают полную закалку, а для заэвтектоидной ­ можно неполную. Нужно знать охлаждающие среды и требования к ним. При чрезмерном   увеличении   скорости   охлаждения   получаются   большие внутренние напряжения, коробления  и могут быть трещины,  поэтому,  если можно   получить   мартенсит   при   охлаждении   в   масле,   не   нужно   деталь охлаждать в воде. Выясните, что называется прокаливаемостью стали и как на нее   влияет   критическая   скорость   закалки.   Разберите   основные   методы закалки,   применяемые   на   практике,   и   в   каких   случаях   их   целесообразно применять.   Изучая   ступенчатую   и   изотермическую   закалку,   обратите внимание   на   то,   что   температура   горячей   среды,   в   которой   происходит выдержка,   может   быть   одинаковой   (вблизи   мартенситной   точки),   но   при ступенчатой   закалке   время   выдержки   должно   быть   меньше   времени устойчивости   аустенита   при   данной   температуре,   поэтому   окончательная структура­мартенсит, а при изотермической закалке время выдержки должно обеспечить   полный   распад   аустенита   на   игольчатый   троостит.   Игольчатый троостит обладает значительно меньшей твердостью, чем мартенсит, поэтому изотермическую закалку нельзя применять для режущего инструмента, но она обеспечивает большую прочность при минимальных внутренних напряжениях, так как отсутствует мартенситное превращение. Ее наиболее целесообразно применять для тех деталей, которые работают с временными мгновенными перегрузками   и   во   время   работы,   у   которых   отсутствует   пластическая деформация, например для пружин. В сталях, у которых мартенситная точка лежит ниже 0°С, после закалки может остаться большое количество остаточного аустенита. Для таких сталей, например легированных инструментальных, или для постоянных магнитов для уменьшения   количества   остаточного   аустенита   после   закалки   производят обработку холодом (т.е. охлаждение ниже 0°С), разработанную А.П.Гуляевым. Разберите возможные виды брака стали после ее закалки. В результате закалки в деталях всегда возникают внутренние напряжения в связи с резким охлаждением   и   фазовыми   превращениями.   Для   уменьшения   напряжений, повышения вязкости, иногда для снижения твердости после закалки всегда следует отпуск. Большей частью отпуск является окончательной термической обработкой, которая определяет конечную структуру, а значит,  и свойства деталей.   Нужно   хорошо   знать   температуры   при   различных   видах   отпуска, какая получается структура после каждого вида отпуска и для каких деталей обычно   применяется   низкий,   средний   или   высокий   отпуск.   Наилучшим сочетанием между прочностью и вязкостью обладает сорбит отпуска, поэтому термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением стали. 20 Детали,   которые   должны   иметь   твердость   только   на   поверхности, подвергаются   поверхностной   закалке.   В   результате   поверхностной   закалки увеличивается также общая прочность деталей, так как увеличивается предел усталости.   Разберите   основные   методы   поверхностной   закалки.   Основное внимание уделите закалке токами высокой частоты, так как она наиболее легко механизируется и автоматизируется и дает наилучшие результаты. Нужно знать работы   В.П.Вологдина   в   области   разработки   и   внедрения   индукционной закалки. При изучении поверхностной закалки газовым пламенем следует иметь в   виду,   что   для   крупных   деталей   это   в   ряде   случаев   единственный   метод поверхностного упрочнения. Отвечать на вопросы контрольной работы, связанные с термической и химико­термической обработкой, нужно следующим образом. Вопрос;   Выберите   и   обоснуйте   режим   термической   обработки   для  Ответ:   Заготовка   для   резца   подвергается резца   из   стали   УIОА. предварительной термической обработке ­ отжигу на зернистый перлит для получения   мягкой   однородной   структуры,   температура   отжига770­790°С, охлаждение   в   печи.   После   окончательной   механической   обработки   кроме шлифования резец подвергается закалке и низкому отпуску. Поскольку сталь УIОА является заэвтектоидной, закалка производится неполная, температура нагрева 770­780 С, время выдержки назначается в зависимости от сечения» обычно  1­2  часа.  Средой охлаждения является  вода,  так как углеродистая сталь имеет большую критическую скорость закалки. Лучшие результаты дает закалка в двух средах  – вода, а затем масло. Так как резец должен иметь высокую твердость, он подвергается низкому отпуску при температуре 180­ 200°С. После термической обработки резец имеет твердость HRC 60­62. Вопросы для самопроверки 1. Что называется сорбитом, трооститом и мартенситом? 2.   Как   называется   скорость   охлаждения,   при   которой   получается мартенсит? 3. Перечислите виды отжига стали. 4. Какова структура стали, содержащей 1,2% углерода, после отжига? 5. Как производится отжиг стали на зернистый перлит? 6. Как производится нормализация стали? 7. Какие факторы влияют на прокаливаемость стали? 8.   Почему   доэвтектоидную   сталь   подвергают   полной   закалке,|   а заэвтектоидную ­ неполной? 9. В чем достоинства ступенчатой закалки? 10. От чего зависит выбор охлаждающей среды при закалке? 21 11. Какова структура стали 40 после отжига и после закалки в воде? 12. Перечислите основные виды отпуска. 13. Какие структуры стали получаются после различных видов отпуска? 14. Для каких деталей применяется поверхностная закалка? Тема 2.5. Химико­термическая обработка металлов и сплавов Определение и классификация основных видов химико­термической  обработки металлов и сплавов. Цементация стали. Азотирование стали.  Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами. Студент должен: иметь представление: знать: уметь: ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ об оборудовании для поведения химико­термической обработки; основные процессы и стадии химико­термической обработки  металлов и сплавов; основные фазовые и  структурные изменения, происходящие при  различных видах химико­термической обработки; назначение процессов химико­термической обработки; выбирать вид химико­термической обработки в зависимости от  требуемого комплекса свойств; выбирать режимы химико­термической обработки металлов и  сплавов; указывать структуру и свойства сталей после химико­ термической обработки. Методические указания При изучении процессов химико­термической обработки стали нужно обращать внимание на температуру процесса, химический состав стали, а так же   на необходимость термической обработки до и после того или иного вида химико­термической обработки. Каждый вид химико­термической обработки имеет свою область применения, определенные достоинства и недостатки. При   изучении   цементации   особое   внимание   обратите   на   газовую цементацию как наиболее прогрессивный метод, который разрешает наиболее полно   осуществить   механизацию   и   автоматизацию   процесса.   Твердость поверхностного слоя после цементации получается только  при последующей 22 закалке,   сердцевина   при   этом   остается   вязкой,   так   как   стали   с   малым содержанием углерода практически не закаливаются. Большим   преимуществом   азотирования   является   то,   что   твердость стали не снижается при повторных нагревах до 500­600°С и увеличивается сопротивление коррозии в неэлектролитах. Азотирование   –   процесс   дорогой   и   непроизводительный,   поэтому применять его следует только в тех случаях, когда никакая другая обработка не обеспечивает нужных свойств. При   изучении   цианирования   обратите   внимание   на   свойства цианированного слоя в зависимости от температуры, при которой проходит процесс, и на область применения низко­, средне­ и высокотемпературного цианирования. Нужно   иметь   представление   о   диффузионной   металлизации   хромом, алюминием   и   другими   элементами,   понимать   принципиальное   отличие диффузионного   насыщения   поверхности   металлами   от   гальванических покрытий, а главное – назначение каждого метода. Обязательно   нужно   знать   новые   прогрессивные   методы   упрочнения деталей: термомеханическая обработка, ультразвуковая, термомагнитная и др. Нужно иметь представление об оборудовании, которое применяется для термической  и химико­термической  обработки, так  как  от оборудования в большей   мере   зависит   качество   деталей   после   термической   обработки.   В настоящее   время   широко   применяются   механизированное   и автоматизированное   оборудование,   автоматизированные   агрегаты   для термической   и   химико­термической   обработки,   состоящие   из   печей непрерывного действия, соляных ванн, закалочного и другого оборудования, в которых непрерывно производятся все виды термической обработки данных деталей.  Вопросы для самопроверки 1. С   каким   содержанием   углерода   применяются   стали   для цементации? 2. В чем преимущества газовой цементации? 3. Для каких сталей применяется азотирование? Раздел 3. Материалы, применяемы в машиностроении и горной промышленности Тема 3.1. Углеродистые стали 23 Классификация сталей. Влияние содержания углерода и постоянных  примесей на свойства углеродистых сталей. Углеродистые конструкционные  стали, их маркировка по ГОСТу, свойства и применение. Инструментальные углеродистые стали, их маркировка по ГОСТу,  свойства, область применения. Студент должен:  иметь представление: ­ о влиянии на качество и свойства сталей углерода и примесей; знать: ­ классификацию сталей и маркировку по ГОСТу; уметь: ­ ­ выбирать марки сталей при изготовлении деталей и инструментов; расшифровывать марки сталей. Методические указания Стали   являются   наиболее   распространенными   конструкционными материалами, поэтому в заданиях им отводится значительное место. Свойства   углеродистой   стали   во   многом   зависят   от   содержания углерода и примесей: кремния, марганца, фосфора и серы. Углеродистые стали достаточно полно описаны в литературе. Тема 3.2. Чугуны Классификация чугунов. Влияние постоянных примесей на свойства и  структуру чугуна. Белый чугун. Его структура, свойства, применение. Серый  чугун, его свойства, маркировка по ГОСТу и применение. Ковкий чугун. Методы получения ковкого чугуна. Его структура,  свойства, маркировка  по ГОСТу и применение.  24 Высокопрочный чугун, его структура, свойства и маркировка по ГОСТу. Антифрикционные чугуны, маркировка и применение. Студент должен: иметь представление: ­ о влиянии постоянных примесей на структуру и свойства чугунов; знать: ­ ­ классификацию чугунов; маркировку чугунов по  ГОСТу; уметь ­ ­ выбирать тип чугуна для изготовления деталей техники; пояснять обозначение чугуна по ГОСТу. Методические указания Чугун   широко   применяется   как   конструкционный   материал,   так   как обладает хорошими литейными свойствами. Повторите влияние примесей на свойство   чугунов.   Разбирая   механические   свойства   чугунов   с   графитом, обратите внимание на форму графитных включений и их количество, так как от этого зависит прочность чугуна. Графит меньше понижает вязкость металлической основы чугуна, если он   имеет   шарообразную   форму.   Надо   знать   способы   получения   ковких чугунов. Следует иметь в виду, что ковкие чугуны, несмотря на их название, ковать нельзя. В высокопрочных чугунах, модифицированных магнием, графит имеет шарообразную форму, что еще больше увеличивает прочность и пластичность. Высокопрочные чугуны  могут  выдерживать  и некоторые ударные нагрузки. Уясните сущность модифицирования чугунов. Нужно   знать,   что   металлическая   основа   у   серых,   ковких   и высокопрочных чугунов может быть одинаковая – перлитная или ферритная. Обязательно нужно знать маркировку чугунов по ГОСТу. В отличие от стали чугуны маркируются не по содержанию углерода, а по механическим свойствам, так как при одинаковом содержании  углерода они могут иметь разные свойства. Напишите несколько марок серых, ковких, и высокопрочных чугунов, разберите значение входящих в них букв и чисел и  напишите область применения этих чугунов. Вопросы для самопроверки 1. В каком состоянии находится углерод в белых и серых чугунах? 25 2. Как влияют основные примеси на свойства чугунов? 3. Укажите способы упрочнения серых чугунов.  4. Как получают ковкий чугун? 5. Какова форма графита в модифицированных чугунах? 6. Почему при шарообразной форме графита чугун имеет повышенную прочность? 7. Напишите марки серых, ковких и высокопрочных чугунов. Тема 3.3. Легированные стали Влияние легирующих элементов на свойства сталей. Конструкционные  легированные стали, их свойства, состав, маркировка по ГОСТу, применение. Инструментальные легированные стали, их состав, свойства,  маркировка по ГОСТу. Стали и сплавы с особыми свойствами, маркировка по  ГОСТу. Студент должен: иметь представление: ­ о влиянии легирующих элементов на свойство сталей; знать: ­ классификацию и маркировку по ГОСТу; уметь: ­ ­ выбирать марки легированных сталей для изготовления деталей  машин; расшифровывать их примерный химический состав по ГОСТу. Методические указания Помимо   углеродистых   в   промышленности   широко   применяются легированные стали. Прежде всего нужно понять, почему структура и свойства легированной стали   отличаются   от   углеродистой.   Для   этого   сначала   разберите   влияние легирующих элементов на положение критических точек и линии диаграммы железо­углерод.   При   одинаковом   содержании   углерода   структура легированной стали может отличаться от структуры углеродистой потому, что все легирующие элементы сдвигают критические точки и линии диаграммы. 26 При   небольшом   содержании   легирующих   элементов   (примерно   до   2­5% критические  линии диаграммы  сдвинуты  незначительно,  поэтому структура низколегированных сталей, а значит и их свойства в отожженном состоянии мало   отличаются   от   свойств   углеродистой   стали.   Все   преимущества низколегированных сталей проявляются только после закалки, поэтому такие стали следует применять только на такие детали, которые по условиям работы должны   подвергаться   упрочняющей   термической   обработке.   При   большом содержании легирующих  элементов (более 10­15%) критические точки А1 и А3 значительно   повышаются   или   понижаются,   структура   таких   сталей   при комнатной   температуре   может   получиться   однофазной­ферритной   или аустенитной,   в   ферритных   сталях   при   повышенном   содержании   углерода наряду с ферритом могут быть и карбиды. Ферритные и аустенитные стали , как правило, обладают какими­либо ярко выраженными химико­физическими свойствами (нержавеющие, немагнитные и другие). Поскольку они однофазны, то   их   нельзя   упрочнить   закалкой,   обычно   они   упрочняются   путем пластической деформации. Легирующие элементы оказывают влияние и на термическую обработку. В основном процессы, протекающие при термической обработке легированных сталей те же, что и в углеродистой, но при назначении режима термической обработки   следует   учитывать   ряд   факторов.   Поскольку   большинство легирующих элементов  повышают точки А1 и  А3 диаграммы железо­углерод и легирующие   элементы   замедляют   диффузию,   температура   нагрева   берется несколько   выше,   чем   для   углеродистой   стали,   а   время   выдержки   при температуре нагрева больше. Для сталей, легированных большим количеством карбидообразующих   элементов,   например   быстрорежущих,   температура закалки выбирается в зависимости от температуры растворения карбидов в аустените, а не по диаграмме состояния. Нагрев легированных сталей до более высоких   температур   не   опасен,   так   как   легирующие   элементы   (кроме марганца) задерживают рост зерна аустенита при нагреве. Легирующие   элементы   сдвигают   вправо   кривые   изотермического распада   аустенита   и   таким   образом   уменьшают   критическую   скорость закалки, поэтому легированные стали можно калить в масле, расплавленных солях   и   т.п.,   что   является   их   большим   достоинством,   так   как   получается такая же прочность при большей вязкости. Меньшей критической скоростью закалки   объясняется   и   большая   прокаливаемость   легированных   сталей. Следует отчетливо понять, что чем меньше критическая скорость закалки, тем больше прокаливаемость стали, а при одной и той же скорости охлаждения, например   в  масле,   глубина   проникновения   закалки  будет  тем   больше,   чем меньше  критическая  скорость  закалки.   Поэтому  у  легированных     сталей  в больших   сечениях   можно   получить   прочную   структуру.   Почти   все легирующие элементы понижают мартенситную точку, поэтому у них после закалки   получается   больше   остаточного   аустенита,   чем   у   углеродистых. Обработку холодом особенно целесообразно производить для легированных 27 инструментальных сталей и сталей  для постоянных магнитов. Изучая влияние легирующих элементов на отпуск, особое внимание обратите на отпускную хрупкость первого и второго рода. Для предупреждения отпускной хрупкости второго рода стали  с вольфрамом или молибденом применяются только для крупных деталей, которые во время работы могут периодически нагреваться. После   изучения   влияния   легирующих   элементов   разберите классификацию   легированных   сталей   по   различным   признакам   и   их маркировку.   Нужно   уметь   правильно   определить   по   марке   стали   ее химический состав и примерное назначение. Изучая конструкционные и инструментальные стали нужно отчетливо себе представить цель легирования, преимущества легированных сталей перед углеродистыми.   Основной   целью   легирования   конструкционных   сталей является   увеличение   их   прокаливаемости.   Сталь   должна   обеспечить прокаливаемость в рабочем сечении детали, т.е. в том сечении, на которое действуют нагрузки. Обычно, чем больше действующие нагрузки и чем больше рабочее   сечение   детали,   тем   более   легирована   сталь.   В   настоящее   время вместо   дорогих     хромоникелевых   сталей   широко   применяются хромомарганцовистые с небольшими добавками титана (0,15­0,25%) или бора (0,001­0,005%). Выбор марки стали для различных деталей тесно связан со свойствами материала и условиями работы детали. Исходя из этого нужно отвечать на вопросы   контрольной   работы,   связанные   с   выбором   марки   стали   для различных деталей. Например,  вопрос:  Выберите и обоснуйте марку сплава  для  точного  Ответ:   Калибр   непосредственно измерительного   инструмента   (калибра). соприкасается с поверхностью проверяемой детали, поэтому он должен быть твердым и износоустойчивым. Инструмент должен сохранять точный профиль и   размеры   после   термической   обработки,   поэтому   сталь   должна   мало деформироваться   при   закалке.   Кроме   того,   измерительный   инструмент должен длительное время сохранять свои размеры, значит в стали с течением времени не должно  происходить  естественное  старение.   Этим  требованием удовлетворяет сталь ХГ, содержащая примерно по одному проценту углерода, хрома и марганца. Она мало деформируется при закалке и длительное время сохраняет   свои   размеры.   После   закалки   и   низкого   отпуска   твердость получается 60­62 HRC. Вопросы для самопроверки 1. Как влияют легирующие элементы на положение критических точек и линий на диаграмме «железо­углерод»? 2. Как   влияют   легирующие   элементы   на   критическую   скорость 28 закалки и прокаливаемость стали? 3. Какова   цель   обработки   холодом?   В   чем   она   заключается   и   для каких сталей применяется? 4. В чем заключается явление отпускной хрупкости первого и второго рода? Тема 3.4. Металлы и сплавы с особыми электрическими свойствами Металлы и сплавы высокой электрической проводимости; припои;  сплавы с повышенным электрическим сопротивлением. Студент должен: иметь представление: ­ о принципе деления материалов на проводники, полупроводники и  диэлектрики; знать:  ­ ­ ­ ­ электрические свойства проводниковых материалов; металлы и сплавы высокой проводимости; припои, их классификацию, марки, применение; сплавы с повышенным электрическим сопротивлением; уметь: ­ расшифровать марки припоев ПОС 40; ПМЦ 62; ПСр. 72. Методические указания По   электрическим   свойствам   материалы   делятся   на   проводники, полупроводники и диэлектрики. В   зависимости   от   удельного   электрического   сопротивления   и применения проводниковые материалы подразделяются на следующие группы: металлы   и   сплавы   высокой   проводимости;   припои;   сверх   проводники; контактные материалы и сплавы с повышенным электросопротивлением. Обратите   внимание,   что   металлы   и   сплавы   высокой   проводимости должны   иметь   достаточную   прочность,   пластичность,   которая   определяет технологичность, а также коррозийную стойкость в атмосферных условиях, а в некоторых случаях высокую износостойкость. Кроме того, сплавы должны хорошо свариваться и подвергаться пайке для получения соединения высокой надежности и электрической проводимости. 29 Уясните область применения биметаллических проводов. Припои   и   сплавы   с   повышенным   электросопротивлением   достаточно полно описаны в литературе. Вопросы для самопроверки 1. Как маркируются по ГОСТу оловянно­свинцовые и медно­цинковые припои? 2. Достоинства припоев, содержащих серебро.  3. Область   применения   сплавов   с   повышенным   электрическим сопротивлением. Тема 3.5. Сплавы  цветных металлов Медь и ее сплавы. Латуни и бронзы. Состав, свойства маркировка по  ГОСТу. Применение латуней и бронз. Алюминий и его сплавы. Классификация алюминиевых сплавов.  Свойства, маркировка по ГОСТу и применение сплавов на основе алюминия  (обрабатываемых давлением и литейных). Антифрикционные сплавы на оловянной, цинковой и свинцовой основах. Маркировка антифрикционных сплавов по ГОСТу, свойства и применение. Студент должен: иметь представление: ­ о свойствах сплавов на основе меди, алюминия и антифрикционных  сплавов; классификацию сплавов на основе меди и алюминия; маркировку медных и алюминиевых сплавов по ГОСТу; маркировку антифрикционных сплавов по ГОСТу; знать: ­ ­ ­ уметь: ­ ­ выбирать марки сплавов цветных металлов для изготовления деталей; расшифровывать марки сплавов цветных металлов по ГОСТу. Методические указания 30 При   изучении   сплавов   цветных   металлов   прежде   всего   необходимо разобраться в маркировке их по ГОСТу. Изучение   медных   сплавов   начните   с   латуни.   Рассмотрите   влияние примесей, и прежде всего цинка, на свойства латуней. Запомните, что латуни упрочняются   главным   образом   не   термической   обработкой,   а   наклепом (нагартовкой).   Наклепанные   латуни   склонны   к   растрескиванию   при пониженных   температурах,   поэтому   после   наклепа   латуни   подвергаются низкотемпературному   отжигу   при   200­250°С.   После   такого   отжига механические   свойства   практически   не   меняются,   уменьшаются   только внутренние напряжения. Изучение бронз начните с оловянной бронзы. Прежде всего разберите влияние   олова   на   структуру   и   свойства   бронз,   а   затем   влияние дополнительных   элементов,   которые   вводят   в   оловянную   бронзу   (фосфор, свинец   и   др.).     В   зависимости   от   содержания   олова   и   других   элементов оловянные бронзы имеют разные свойства и применение, рассмотрите их с этой точки зрения. Впишите несколько марок оловянных бронз, укажите их состав и область применения. Затем разберите свойства и применение бронз, не содержащих олова. Особое внимание обратите на бериллиевую бронзу, у которой   после   закалки   и   отпуска   прочность   и   твердость   приближается   к твердости и прочности закаленных сталей. Запомните, что бериллиевая бронза прочность   и   твердость   приобретает   не   сразу   после   закалки,   а   при последующем   отпуске.   Выпишите   в   конспект   несколько   марок безоловянистых бронз, укажите их состав, свойства и область применения. Алюминиевые сплавы делят на две большие группы:  деформируемые и литейные. При изучении деформируемых сплавов главное внимание обратите на сплавы алюминия с медью, упрочняемые термической обработкой, которые называются   дюралюминами.   Для   этого   прежде   всего   разберите   диаграмму алюминий­медь,   основное   внимание   обратите   на   превращение   в   твердом состоянии. Затем перейдите к изучению процессов, протекающих при закалке и   старении   дюралюминия.   У   алюминиевых   сплавов   твердость   и   прочность повышаются   при   старении   и   результате   распада   пересыщенного   твердого раствора,   полученного   при   закалке.   Максимальная   твердость   и   прочность получается после естественного старения. При искусственном старении, чем выше   температура   старения,   тем   быстрее   идет   процесс,   но   тем   меньше твердость. Изучая   литейные   сплавы,   уясните   сущность   модифицирования. Принципиальное   отличие   модифицирования   от   легирования   заключается   в том,   что   при   легировании   изменяется   химический   состав   сплава,   а   при модифицировании   меняется   только   кристаллическое   строение,   химический состав практически не меняется. Термической обработкой можно упрочнять только   те   силумины,   в   состав   которых   входят   медь   и   магний,   т.е.   такие элементы, которые образуют с алюминием или кремнием твердые растворы ограниченной   растворимости.   Литейные   сплавы   подвергаются   только 31 искусственному   старению,   так   как   у   них   более   грубая   (крупнозернистая) структура.   Прочность   после   термической   обработки   у   них   меньше,   чем   у деформированных. Выпишите в конспект несколько марок  деформируемых и литейных   алюминиевых   сплавов,   укажите   какие   из   них   подвергаются термической  обработке, прочность после термической  обработки и область применения каждого. Изучая   магниевые   сплавы,   обратите   внимание   на   их   достоинства, недостатки   и   технику   безопасности   при   их   обработке.   Магниевые   сплавы преимущественно   применяются   как   литейные,   они   подвергаются   закалке   и старению, но старение иногда не производят или не доводят до конца, т.к. при старении   не   столько   повышается   прочность,   сколько   падает   пластичность. Магниевые сплавы относятся к ультралегким, но применение их ограничено. Вследствие   малой   удельной   прочности,   низких   технологических   свойств   и ряда других недостатков они идут только на ненагруженные детали, основные требование к которым – малый вес.  Титановые   сплавы   находят   все   большее   применение   в   современной технике   благодаря   высоким   механическим   и   технологическим   свойствам, хорошей   сопротивляемости   коррозии   и   малому   удельному   весу.   В зависимости   от   легирующих   элементов,   титановые   сплавы   могут   быть однофазными и двухфазными. Однофазные сплавы, как всегда, упрочняются только   обработкой   давлением   (наклепом),   двухфазные   –   подвергаются термической   обработке.   Запомните,   что   титановые   сплавы,   как   и алюминиевые,   в   отличие   от   стали   приобретают   прочность   не   сразу   после закалки, а при последующем отпуске. Меняя температуру отпуска, можно в довольно широких пределах  изменять механические свойства. О титановых сплавах говорят: легкие, как алюминий, и прочные, как сталь. Чаще всего их применяют   для   деталей,   которые   раньше   изготовлялись   из   алюминиевых деформируемых   сплавов   или   из   нержавеющих   сталей.   Титановые   сплавы примерно в 2,5 раза прочнее дюралюминия, удельный вес их больше примерно в 1,6 раза, поэтому   применение титановых сплавов вместо алюминиевых на нагруженные   детали   разрешает   уменьшить   габариты,   а   значит   и   вес конструкции.   Прочность   и   жаропрочность   титановых   сплавов   близка   к прочности   стали,   поэтому   заменяя   нержавеющие   хромоникелевые   стали титановым, получают большой выигрыш в весе конструкции. При изучении антифрикционных сплавов в первую очередь ознакомьтесь с   требованиями,   предъявляемыми   к   ним,   обратите   внимание   на макроструктуру,   которая   обязательно   должна   быть   неоднородной.   У антифрикционных   сплавов   всегда   мягкая   пластичная   основа,   чтобы   не истирался вал, и твердые составляющие, которые служат опорой для вала. Сравните   между   собой   достоинства   и   недостатки   баббитов   и антифрикционных бронз. После изучения этой темы нужно четко знать маркировку всех цветных металлов,   их   свойства   и   область   применения.   Поэтому   нужно   обязательно 32 выписывать в конспект две­три марки сплавов всех цветных металлов с их подробной характеристикой. Отвечать на вопросы контрольной работы, связанные выбором цветных металлов   для   различных   деталей,   следует   так   же   как   и   при   выборе легированных сталей. Вопросы для самопроверки 1. Какие   сплавы   называются   латунями?   Как   они   маркируются   по ГОСТу? 2. В чем недостаток нагартованных латуней? 3. Какие   сплавы   называются   бронзами?   Как   они   маркируются   по ГОСТу? 4. Как влияют на свойства оловянной бронзы цинк, свинец и фосфор? 5. Напишите   марки   бериллиевой   бронзы,   укажите   состав, термическую обработку и область применения. 6. Какие сплавы называются дюралюминами? Как они маркируются? 7. Какой термической обработке подвергаются алюминиевые сплавы? 8. Почему   в   результате   старения   повышается   прочность дюралюминия? Тема 3.6. Порошковые материалы Твердые металлокерамические сплавы типа ВК, ТК, ТТК. Методы их  получения, свойства, маркировка по ГОСТу, применение. Литые твердые сплавы, маркировка, применение. Конструкционные  порошковые материалы, свойства, маркировка, применение.  Студент должен: иметь представление: ­ о методах получения твердых сплавов; знать: ­ ­ маркировку по ГОСТу и применение металлокерамических твердых  сплавов; применение литых твердых сплавов; уметь: ­ расшифровывать марки твердых сплавов по ГОСТу. Методические указания 33 Изделия из металлических порошков приобретают все более широкое применение   в   различных   отраслях   промышленности   из­за   высокой экономичности   их   производства,   особенно   при   массовом   производстве. Изделия из некоторых металлов, например вольфрама, можно получать только способом   порошковой   металлургии.   Применение   этого   способа   для изготовления мелких деталей из материалов на основе железа, меди, никеля и других позволяет в среднем сократить расход металла в 2­5 раз, трудоемкость в   1,5­2   раза,   себестоимость   в   1,5­2   раза   по   сравнению   со   способом изготовления изделий механической обработкой заготовок. В конспект выпишите классификацию твердых сплавов по назначению, а также несколько марок твердых сплавов, расшифруйте их, укажите твердость, теплостойкость   и   область   применения.   Нужно   знать   преимущества применения   твердых   сплавов   при   обработке   деталей   по   сравнению   с инструментальными сталями. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите методы получения металлических порошков. 2. Как классифицируются металлокерамические сплавы? 3. Какова область применения победитов? Тема 3.7 Композиционные материалы Композиционные материалы с металлической матрицей. Их свойства  применение. Способы их получения. Композиционные материалы с неметаллической матрицей. Состав,  классификация, применение. Перспективы применение композиционных материалов Студент должен: иметь представление: ­ ­ о характеристике композиционных материалов; о классификации композиционных материалов; знать: ­ ­ свойства композиционных материалов; применение композиционных материалов. Методические указания 34 Композиционные материалы (КМ) ­ это не встречающиеся в природе искусственные материалы, в состав которых   входят   компоненты   ­   конструктивные   элементы,   разделенные выраженной   границей,   нерастворимые   друг   в   друге   и   существенно различающиеся по свойствам. Выясните   какой   компонент   называется   матрицей,   а   какой   – армирующим элементом. Выпишите в конспект принципиально важные свойства композиционных материалов и их классификацию по материалу матрицы, по виду наполнителя, по структуре и применению. Вопросы для самопроверки 1. Что такое удельная прочность и коэффициент жесткости? 2. Какое   применение   находят   композиционные   материалы   в   горной промышленности? Тема 3.8. Неметаллические материалы на органической основе Классификация и технологические свойства пластмасс. Термопласты и  реактопласты, применение. Общие сведения, состав и классификация резин. Свойства и  применение. Студент должен: иметь представление: ­ ­ о разновидностях материалов на органической основе; о свойствах пластмасс и резины; знать: ­ ­ компоненты, входящие в состав пластмасс и резины; основные виды и применение пластмасс и резины. Методические указания Производство пластических масс основано на использовании дешевого сырья,   что   дает   значительную   экономию   государственных   средств. Применение пластмасс позволяет сэкономить значительное количество черных и цветных металлов, дерева, стекла и других дорогостоящих и трудоемких в обработке материалов. 35 Однако неметаллические материалы нельзя рассматривать только как заменители ряда металлов. В некоторых случаях они превосходят их по своим свойствам.   Пластмассы,   например,   нашли   широкое   применение   во   всех областях промышленности, так как в настоящее разработаны неметаллические материалы,   обладающие   высокой   прочностью.   Из   них   делают   бесшумные шестерни, подшипники, тормозные ленты и многие другие детали. Изучение   материала   этой   темы   начните   с   основных   физико­ механических свойств пластмасс. Нужно знать, какие пластмассы называются термопластичными, термореактивными и термостабильными. Разберите   классификацию   пластмасс   по   составу.   При   изучении пластмасс с наполнителями обращайте внимание на род наполнителей, так они в   первую   очередь   определяют   свойства   пластмасс.   Нужно   знать,   какие наполнители наиболее часто применяются, а также какие пластмассы находят более широкое применение в промышленности, области их применения. Резину получают путем химической переработки каучуков. Запомните основные процессы получения резиновых изделий – приготовление резиновой смеси   (сырой   резины),   изготовление   полуфабрикатов   из   сырой   резины, вулканизация, отделка изделий. Запишите в конспекте, какие составляющие входят в резиновую смесь, так как от них в значительной  степени зависят свойства резиновых изделий. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные свойства пластмасс. 2. Как классифицируются пластмассы по поведению при нагреве? 3. Перечислите основные компоненты пластмасс и резин. 4. Какая резина называется мягкой, а какая твердой? 5. Что такое вулканизация? Тема 3.9. Неметаллические материалы на неорганической основе Неорганическое стекло, его структура, состав и свойства.  Классификация стекол. Применение технических стекол. Теплозвукоизоляционные стекловолокнистые материалы. Ситаллы, их  состав, свойства и применение. Общие сведения о керамике, применение.  Студент должен: иметь представление: ­ о классификации материалов на неорганической основе; 36 знать: ­ ­ свойства неорганического стекла, ситаллов, керамики; применение неорганического стекла, ситаллов, керамики. Методические указания Свойства   стекол   зависят   главным   образом   от   химического   состава. Разберите   способы   получения   стекол   –   вытягивание,   прокатка,   вакуумное формование и др. Выпускают стекла в виде готовых изделий, заготовок или отдельных деталей. В холодном состоянии стекла могут подвергаться всем видам механической обработки. Разбирая способы получения стекол, всегда обращайте внимание на правила безопасности. Важнейшими специфическими свойствами   стекол   являются   их   оптические   свойства   –   светопрозрачность, отражение,   рассеивание   и   др.   Основным   недостатком   стекла   является хрупкость. Механические свойства стекол и их термическую стойкость можно повысить   путем   закалки,   термохимической   обработки   и   травлением. Запишите, в чем сущность этих видов обработки стекла и как они влияют на свойства   стекол.   Применяя   закалку   в   кремнийорганических   жидкостях   и химическую обработку поверхности стекол, можно увеличить их прочность примерно в 15 раз. Запишите, где применяется закаленное стекло – сталинит и триплексы   (несколько   листов   закаленного   стекла,   соединенных   прозрачной эластичной   пленкой   из   Хорошими конструкционными  материалами  являются  пленочное  и   чешуйчатое  стекла. Стекленное волокно и изделия из него (ткани, маты, плиты, стеклянная вата) обладают   высокой   прочностью,   малой   гигроскопичностью,   химической стойкостью, хорошими электро­, тепло­ и звукоизоляционными  свойствами. Прочность стеклянного волокна зависит от его диаметра, химического состава и   способа   обработки.   Чем   тоньше   волокно,   тем   больше   прочность   и пластичность. Стеклоткани применяются так же в качестве наполнителей в сложных   пластмассах.   В   настоящее   время   разработано   много   стекол, обладающих самыми разнообразными свойствами – полупроводниковые для термисторов и фотосопротивлений; термостойкие сигнальные стекла; стекла, устойчивые  к космическим и радиоактивным излучениям и др.   органического   вещества). Основные недостатки стекол в значительной мере преодолены в новых материалах – ситаллах (они получили название от слов стекло и кристалл). Ситаллы   получают   по   стекольной   технологии,   но   в   состав   шихты   вводят специальные   составляющие,   которые   разрешают   получить   кристаллическую фазу. Количество кристаллической фазы в ситаллах может быть от 30 до 95%, размер кристаллов 1­2 мкм. Если кристаллической фазы до 40%, то ситаллы прозрачны. У фотоситаллов очень маленькая усадка, поэтому  из них делают мелкие точные детали  в микроэлектронике,  радиотехнике. Принципиальное отличие   ситаллов   от   стекла   в   наличии   кристаллической   фазы.   Свойства ситаллов,   в   отличие   от   стекла,   зависят   не   от   химического   состава,   а   от 37 термической   стойкостью   количества кристаллической фазы. Ситаллы обладают высокой механической прочностью,   химической устойчивостью,   высокими   диэлектрическими   свойствами.   Из   них   можно делать   детали   двигателей   внутреннего   сгорания,   жаростойкие   покрытия, детали   для   сверхзвуковых   и   космических   летальных   аппаратов   и   многие другие. (500­900°С), В современной технике широко применяются изделия из керамики. При изучении керамики нужно обращать внимание на ее состав. Нужно знать, из каких фаз состоит керамика, и как они влияют на свойства изделий. Запишите основные свойства керамики. Отметьте, что свойства керамических изделий зависят не только от состава, но и от их формы и размеров. Нужно знать область применения керамических изделий. Вопросы для самопроверки 1. Исходные материалы для получения стекла. 2. От чего зависят свойства стекол? 3. Методы   повышения   механической   прочности   и   термической стойкости стекол. 4. В чем принципиальное отличие ситаллов от стекол? 5. От чего зависит свойства керамических изделий? Раздел 4. Способы обработки материалов Тема 4.1. Литейное производство Сущность литейного производства. Технологический процесс получения отливок: в разовые формы ручной или  машинной  формовкой.   Дефекты   в отливках.  Специальные  виды   литья. Мероприятия по охране труда и окружающей среды в литейном производстве. Студент должен: иметь представление: ­ ­ ­ о процессе получения отливки; о процессах изготовления форм на машинах; о мероприятиях по охране окружающей среды; знать: ­ ­ ­ назначение и сущность литейного производства; литейную форму и ее элементы; особенности заливки форм металлом. 38 Методические указания Ознакомьтесь   с   сущностью   литейного   производства,   с   основными операциями для получения деталей путем заливки расплавленного металла в литейные формы.  Путем литья можно получить детали из разных сплавов со сложными наружными   и   внутренними   поверхностями.   При   этом   во   многих   случаях отливки имеют форму и размеры, близкие к готовым деталям. Получать такие детали   ковкой,   штамповкой   или   сваркой   значительно   труднее.   Стоимость литых заготовок меньше штампованных и кованых.   Отливки   можно   получать   самыми   разными   технологическими способами.   Крупногабаритные   отливки   чаще   всего   получают   в песчаноглинистых формах. При изучении этого способа литья прежде всего уясните,   какие   приспособления   и   материалы   необходимы   для   получения литейной формы, так как изготовление форм – основная и наиболее сложная операция, от которой в значительной мере зависит качество отливки. После этого переходите к методам изготовления формы. Наибольшее внимание уделите формовке в двух опоках по разъемной модели, так как этот способ наиболее широко применяется в единичном производстве. Для   сокращения   сушки   форм   в   последнее   время   вместо песчаноглинистых   смесей   применяют   быстротвердеющие   смеси   с   жидким стеклом,   которые   затвердевают   при   продувке   их   углекислым   газом   или выдержке на воздухе. Применяется также заливка форм и стержневых ящиков формовочной  смесью,  находящейся  в жидкоподвижном  состоянии,  которая потом самопроизвольно твердеет. При этом методе отпадает необходимость в участках для приготовления формовочных смесей и в формовке стержневых ящиков. Повышаются точность форм и качество поверхности отливки. При   изучении   машинной   формовки   разберите   устройство   и   работу различных   формовочных   машин.   Выпишите   в   конспект   достоинства   и недостатки     каждой   машины   и   в   каких   случаях   каждую   из   них   наиболее целесообразно применять. Нужно   знать   требования,   которые   предъявляются   к   литейным материалам.   Главное   внимание   уделите   чугунам,   так   как   это   основной литейный материал. Затем разберите литниковую систему: как производятся заливка форм жидким металлом, выбивка стержней, очистка отливок от земли. Запишите, какие   могут   быть   виды   литейного   брака,   способы   его   предупреждения   и исправления. Уясните все способы специального литья, которые позволяют увеличить производительность,   улучшить   качество   отливок,   увеличить   их   точность. Загрузка металлорежущих  станков уменьшается  в связи со снижением,  а в отдельных случаях и с устранением обработки отливок, повышается культура производства. 39 Вопросы для самопроверки 1. В чем достоинства получения заготовок путем литья? 2. Какие применяются способы получения отливок? 3. Какие элементы модельного комплекта? 4. Каким требованиям должны удовлетворять формовочные смеси? 5. Почему   к   стержневым   смесям   предъявляются   повышенные требования? 6. Каковы методы подготовки формовочных и стержневых смесей? 7. По схеме в учебнике объясните процесс формовки в двух опоках. 8. Укажите преимущества машинной формовки. 9. Назовите элементы литниковой системы. 10. Для чего производится сушка форм и стержней? 11. Каким  требованиям должны удовлетворять литейные материалы? 12. В каком плавильном агрегате получают чугун в литейном цехе? Тема 4.2. Обработка металлов давлением Физическая сущность пластической деформации и факторы, влияющие на пластичность металла.  Понятие о наклепе возврате и рекристаллизации. Влияние   холодной   и   горячей   пластической   деформации   на   структуру   и свойства металла. Виды обработки давлением. Студент должен: иметь представление: ­ о сущности процессов обработки металлов давлением; знать: ­ ­ температурный интервал горячей обработки давлением; краткие сведения о способах обработки металлов давлением; уметь: ­ определять температуру рекристаллизации сплавов. Методические указания Обработка   давлением   –   экономичный   и   производительный технологический процесс. В зависимости от вида процесса, кроме свободной 40 ковки, отходы металла обычно не превышают 20­25% от массы получаемой заготовки,   а   при   штамповке   не   более   5­10%.   Производительность технологических   процессов   обработки   давлением   значительно   выше,   чем   у других   способов   получения   деталей   или   полуфабрикатов.   Основное направление – приближение формы и размеров заготовки к конфигурации и размерам   готовой   детали.   Это   уменьшает   отходы   металла,   снижает трудоемкость последующей обработки резанием и уменьшает себестоимость продукции. В результате воздействия внешних сил на металл происходит не только изменение   формы   и   размеров   заготовки,   но   изменяется   и   структура, механические  и физические  свойства металла.  Поэтому  при изучении  этой темы прежде всего усвойте основы теории пластичной деформации, уясните понятия холодной и горячей обработки давлением. Запомните, что холодной называется   такая   деформация,   которая   сопровождается   наклепом,  т.е.   при которой   повышаются   твердость   и   прочность   металла   и   уменьшается пластичность,   изменяются   и   физические   свойства,   например   увеличивается электросопротивление. Горячей называется такая обработка давлением, при которой   одновременно   с   наклепом   полностью   происходит   процесс рекристаллизации,   т.е.   упрочнения   металла   не   происходит.   Холодная обработка давлением происходит при температурах ниже 0,3Тпл, К, а горячая –   выше   0,65   Тпл,   К,   т.е.   температура   обработки   зависит   от   абсолютной температуры   плавления   металла,   выражаемой   в   кельвинах.   Поэтому деформация при одной и той же температуре Цельсия (в градусах) для одних металлов может быть холодной, а для других – горячей.  Изучите   влияние   различных   факторов   на   пластические   свойства металлов.   Разберите   основные   требования   к   оборудованию   для   нагрева металла, наибольшее внимание уделите электронагревательным устройствам. При   изучении   отдельных   видов   обработки   давлением   обращайте внимание на применяемое оборудование, преимущества и недостатки каждого способа   и   область   его   применения.   Нужно   обязательно   знать   технико­ экономические показатели всех видов обработки давлением. Вопросы для самопроверки 1. Какая деформация называется пластической? 2. Как   выбирают   температуру   для   холодной   и   горячей   обработки давлением? 3. Какие изделия получают путем волочения? 4. Что такое фильера? 5. Как влияет волочение на механические свойства металлов? Тема 4.3. Сварка, резка и пайка 41 Сущность сварки. Достоинства и недостатки процесса сварки. Понятия об электрической дуге. Сущность электродуговой, газовой и электроконтактной сварки. Пайка  мягкими и твердыми припоями. Студент должен: иметь представление: ­ о перспективах развития сварочных технологий; знать: ­ ­ сущность сварки, паяния; классификацию видов сварки. Методические указания Изучите   физическую   сущность   процессов,   протекающих   при   сварке, классификацию   способов   сварки   и   основные   виды   сварных   соединений. Нужно   знать,   как   приготовляются   кромки   сварных   соединений   и   в   каких случаях какой вид сварного соединения наиболее целесообразно применять. Как   это   сказывается   на   напряжениях   после   сварки   в   сварном   шве?   После этого переходите к изучению основных видов сварки. Наиболее   широкое   применение   получила   электродуговая   сварка. Запомните,   что   при   сварке   на   переменном   токе   применяются   плавящиеся металлические  электроды (чаще всего   из низкоуглеродистой  стали), а при сварке   на   постоянном   токе   ­   неплавящиеся   графитовые.   При   атомно­ водородистой сварке и при сварке в защитном газе применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды. Разберите назначение и виды покрытия электродов. Обратите внимание на технологию дуговой сварки и на особенности сварки чугуна,   легированных   сталей   и   цветных   металлов.   Выпишите   в   конспект достоинства и недостатки сварки на постоянном и переменном токе и область их применения, а также способы увеличения производительности труда при ручной электродуговой сварке. Из   автоматических   способов   сварки   особое   внимание   обратите   на сварку под слоем флюса и на сварку в атмосфере защитных газов, подробно рассмотрите схему электрошлаковой сварки. Нужно   отчетливо   представлять,   в   чем   заключается   автоматизация процессов сварки и какое влияние она оказывает на качество сварного шва. Контактная сварка широко применяется в крупносерийном и массовом производстве. Нужно знать способы контактной сварки, и область применения каждого способа. Наибольшее внимание обратите на точечную сварку, так как она легко автоматизируется. Нужно знать, из какого материала изготавливают электроды для контактной сварки, и требования к ним. Контактной сваркой 42 хорошо свариваются и такие материалы, которые при других способах сварки не   дают   качественного   шва.   Этот   способ   применяется   и   для   сварки неметаллических материалов. Газовая   сварка   отличается   дешевизной   и   простотой   оборудования. Нужно   знать   свойства   газов   (кислорода   и   ацетилена),   применяемых   при сварке, сварочную аппаратуру и принадлежности для сварки, а также виды горелок и принцип их действия.  Вопросы для самопроверки 1. Какие физические процессы протекают при сварке? 2. Какие   способы   сварки   наиболее   широко   применяются   в промышленности? 3. От чего зависит выбор сварного соединения? 4. Из какого материала изготавливают электроды для дуговой сварки? 5. Каковы   достоинства,   недостатки   и   область   применения электродуговой сварки на постоянном токе? 6. В чем особенности электродуговой сварки цветных металлов? 7. Перечислите способы автоматической электродуговой сварки. 8. Каковы   основные   правила   техники   безопасности   при электродуговой сварке? 9. Каковы достоинства и область применения точечной сварки? 10. Какие электроды применяют при контактной сварке? 11. Укажите виды стыковой сварки и область применения. 12. В чем сущность контактной сварки пластмасс? 13. Перечислите оборудования для газовой сварки. Тема 4.4. Обработка металлов резанием    Процесс   резания   металла.   Основные   части   и   элементы   резца. Классификация   металлорежущих   станков   и   их   характеристика. Электрические методы обработки металлов. Студент должен: иметь представление: ­ ­ ­ о процессе резания и образования стружки; о классификации металлорежущих станков; об основных видах работ, выполняемых на металлорежущих станках; знать: ­ ­ основные виды и элементы резцов; виды работ, выполняемых на различных металлорежущих станках. 43 Методические указания Нужно знать основные понятия процесса резания. Рассмотрите процесс образования   стружки.   Выпишите  влияние   различных  факторов   на  скорость резания.   Нужно   знать,   как   осуществляются   главное   движение   резания   и движение   подачи   при   выполнении   различных   операций   (точении, фрезеровании, сверлении и др.). Вычертите  схему  резания  при точении  и укажите название  основных поверхностей и сил, действующих на резец. Рассмотрите геометрию резца, на чертеже обозначьте все основные части резца и углы на режущей части. Разберите   основные   способы   обработки   резанием.   Особое   внимание уделите  вопросам скоростного и силового резания.  Только после ясного понимания процессов, происходящих при резании металлов, переходите к изучению различных видов станков. Выпишите   принцип   классификации   металлорежущих   станков   по характеру работ и степени автоматизации. При рассмотрении различных групп станков выделите то общее, что относится ко всем видам станков: приводы главного движения, приводы движения подачи, реверсивные механизмы и др. Вопросы для самопроверки 1. Какие виды стружки образуются при резке металла? 2. Для   чего   применяют   охлаждение   жидкости   при   обработке резанием? 3. Как закрепляют детали на станках токарной группы? 4. Из каких материалов изготовляют товарные резцы? 5. В чем особенности механической обработки пластмасс? Таблица вариантов для контрольной работы предпосл. цифра  1 2 3 1 25,46, 69,95, 115,134, 151 20,27,51, 93,113, 137,151 151,11,4 9, 68,83, 123,148 2 11,32, 63,97, 114,141, 152 14,34, 74,81, 103,129, 152 2,28,57, 83,111, 152,149 3 5,41,54, 81,102, 130,151 5 последняя цифра шифра 4 7 13,32, 68,87, 110,145, 152 7,38,71, 81,119, 127,151 6 2,30,54, 91,109, 144,152 8,33,53, 92,112, 130,151 8 3,30,57, 84,122, 141,152 1,31,58, 87,105, 132,151 4,45,66, 98,118, 127,152 9,36,53, 88,121, 149,151 22,29, 50,151, 78, 104,138 5,26,74, 90,152, 105, 144 8,35,61, 99,114, 139,151 23,44, 56,99, 120,148, 152 25,50, 67,85,15 2,118, 147 10,49, 71,80, 117,127, 151 21,25, 151, 51,98, 121,131 17,28, 64,76, 102, 133,152 13,39, 75,89, 103,149, 152 44 9 18,31, 52,85, 122,142, 151 125,140, 64,80, 15,46,15 1 24,46, 71,92, 110,139, 151 10 6,29,70, 90,115, 136,152 107,135, 59,86, 21,29,15 2 17,36, 65,82, 121,143, 152 4 5 6 7 8 9 0 14,27, 63,79, 108,132, 151 18,37, 70,89, 125,138, 151 19,33, 70,83, 106,149, 151 22,48, 80,96, 107,133, 151 13,42, 63,94, 104,148, 151 7,42,58, 76,107, 137,151 16,32, 51,86, 101,132, 151 12,45, 60,88, 101,135, 152 23,47, 60,89, 113,141, 152 3,31,54, 79,106, 150,152 16,37, 66,84, 116,128, 152 21,38, 54,93, 104,143, 153 25,48, 75,97, 125,150, 152 22,40, 88,100, 108,128, 152 15,28, 74,93, 112,139, 151 10,39, 62,87, 106,133, 151 20,43, 59,89, 103,137, 151 12,40, 63,80, 117,134, 151 19,39, 55,82, 117,140, 151 6,28,65, 88,103, 142,151 4,47,70, 99,121, 128,151 20,39, 75,100, 108,133, 152 16,30, 52,82, 120,126, 152 23,45, 62,84, 124,146, 152 3,33,72, 97,108, 146,152 11,42, 74,95, 125,142, 152 14,36, 55,77, 112,145, 152 19,43, 61,78, 123,133, 152 2,34,60, 92,102, 147,151 4,44,73, 96,123, 131,152 9,32,58, 76,124, 136,151 6,26,73, 94,122, 140,151 15,34, 65,77, 109, 144,151 8,47,59, 77,120, 131,151 7,26,68, 98,119, 128,151 1,26,53, 86,106, 142,151 25,40, 53,99, 114,127, 151 11,44, 75,79, 128,119, 152 7,30,69, 85,114, 126,152 18,34, 66,86, 123,143, 152 4,49,65, 83,107, 134,152 10,43, 72,99, 102,147, 152 21,41, 57,100, 109,127, 152 22,44, 55,97, 113,129, 151 12,48, 58,93, 111,150, 151 9,31,64, 98,104, 147,151 6,38,56, 81,111, 146,151 17,39, 72,90, 116,140, 151 5,27,71, 95,124, 126,151 10,33, 60,92, 101,129, 152 5,43,51, 84,120, 134,152 17,50, 69,77, 115,146, 152 14,50, 73,100, 122,136, 152 1,49,52, 95,109, 135,152 12,41, 70,91, 118,136, 152 18,27, 73,100, 117,145, 152 1,35,62, 90,112, 134,151 24,45, 61,85, 130,113, 151 9,47,69, 94,116, 145,151 19,42, 67,87, 111,144, 151 24,48, 72,91, 105,135, 151 15,41, 67,96, 119,139, 151 23,37, 51,96, 110,138, 151 24,35, 59,76, 115,126, 152 2,32,56, 94,129, 110,152 13,38, 55,78, 105,150, 152 20,46, 56,79, 101,138, 152 16,40, 68,91, 108,138, 152 8,37,82, 67,124, 141,152 3,36,67, 78,116, 131,152 Задания для контрольной работы 1.   Опишите   основные   исходные   материалы   для   получения   чугуна  в доменной печи. Укажите требования к ним. 2.   Вычертите   схему   доменной   печи   и   воздухонагревателей   и   кратко опишите их устройство и работу. 3. Укажите по схеме доменной печи распределение температур во всех областях и протекающие химические реакции. 4. Опишите литейные, передельные и специальные чугуны и укажите их применение. 5. Подробно изложите влияние примесей (кремния,марганца, фосфора и серы) на свойства чугунов. 6. Опишите побочные продукты доменной плавки. Напишите их состав и применение. 7.   Вычертите   схему   конвертера   с   кислородным   дутьем.   Укажите химические реакции процесса. 8.   Сущность   конвертерного   способа   производства   стали.   Его достоинства и недостатки. 9. Вычертите схему дуговой электропечи и опишите процесс получении стали в ней. Укажите достоинства электроплавки. 10. Нарисуйте схему и опишите процесс электрошлакового переплава 45 стали. Укажите его достоинства, недостатки и область применения. 11. Опишите влияние способа разливки стали на ее качества. 12.   Опишите   способ   непрерывной   разливки   стали.   Укажите   его достоинства. 13. Перечислите основные способы  получения меди из руды.  Кратко опишите пирометаллургический (сухой) способ. 14. Укажите способы получения глинозема из руды. Кратко опишите один из способов. 15. Начертите схему электролизера для получения алюминия и опишите сущность процесса электролиза глинозема. 16. Приведите марки алюминия по ГОСТу. Укажите физические, механические   и   технологические   свойства   алюминия   и   область   его применения. 17.   Кратко   опишите   процесс   получения   титана   из   руды.   Укажите свойства титана и область его применения. 18.   Начертите   диаграмму   растяжения   для   пластичных   материалов   и укажите, какие механические свойства можно определить при испытании на растяжение. 19. Характеристики пластичности можно определяемые при испытании на растяжение, их определения и формулы для расчета. 20.   Опишите   способ   определения   твердости   по   Роквеллу.   Укажите достоинства и недостатки способа. 21. Опишите способ определения ударной вязкости материалов. 22. Выберите и обоснуйте методы определения твердости следующих деталей: а) отливки из серого чугуна; б) цианированной шестерни. 23. Выберите и обоснуйте методе определения твердости следующих деталей: а) поковки из углеродистой стали; б) азотированной гильзы цилиндра 24.   Выберите   и  обоснуйте  метод  определения  твердости  отливки   из алюминиевого   сплава.   Опишите   этот   метод.   Укажите   его   достоинства   и недостатки. 25. Выберите и обоснуйте метод определения твердости цементирован­ ного слоя стальной детали. Опишите этот метод. Укажите его      достоинства и недостатки. 26.   Подробно   объясните,   почему   свойства   реальных   металлов отличаются от идеальных. 27. Аллотропические превращения в металлах. Опишите их, приведя в качестве примера железо. Укажите кристаллические решетки железа. 28. Какие материалы являются изотропными, а какие ­ анизотропными? Опишите,   как   протекает   процесс   кристаллизации   в   металлах   и   объясните, почему реальные металлы являются квазиизотропными. 46 29. Нарисуйте схему и опишите процесс скольжения и двойникования в кристаллических   решетках   при   пластической   деформации.   Влияние   этих процессов на свойства металлов? 30.   Что   называют   дислокацией   в   кристаллических   веществах? Объясните   влияние   количества   дислокаций   на   механический   свойства металлов. Способы увеличения количества дислокаций? 31. Опишите процессы, протекающие при нагреве наклепанного металла и укажите, как при этом меняются его физические и механические свойства. 32. Опишите методику построения диаграмм состояния сплавов из двух компонентов. Что показывают критические линии на диаграмме? 33. Начертите диаграмму состояния свинец­сурьма (или олово­цинк), укажите структуры во всех областях и опишите превращения, протекающие в сплаве, содержащем 20% свинца и 80% сурьмы ( или 20% олова и 80% цинка). 34. Начертите диаграмму свинец­сурьма (или олово­цинк) и опишите процесс образования эвтектики. В каких случаях образуется эвтектика? 35.   Начертите   диаграмму   состояния   сплавов,   компоненты   которых обладают неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Постройте кривую охлаждения в критических точках и конечную структуру. 36.   Начертите   диаграмму   состояния   сплавов,   обладающих   ограни­ ченной растворимостью в твердом состоянии (медь­серебро, свинец­олово или алюминий­соединение CuAl2), укажите структуры во всех областях и опишите превращения, протекающие при медленном охлаждении сплава, содержащего 5% серебра (или 10% олова или 4% меди), на диаграмме алюминий ­ CuAl2. 37.   Пользуясь   диаграммами   состав­свойства,   укажите   механические, физические   и   технологические   свойства   сплавов,   образующих   твердые растворы неограниченной растворимости. 38. Начертите диаграмму железо­цементит, укажите структуры во всех областях и дайте подробную характеристику всех структурных составляющих железоуглеродистых сплавов. 39.   Начертите   диаграмму   железо­цементит   и   подробно   опишите структуры сплава, содержащего 0,5% углерода, при 1000,800°С и комнатной температуре. 40.   Доэвтектоидные,   эвтектоидные   и   заэвтектоидные   стали.   Их структура и  подробная характеристика каждой структуры. 41. Какую кристаллизацию называют первичной, а какую ­ вторичной? Начертите   диаграмму   железо­цементит   и   укажите   линии   первичной   и вторичной кристаллизации. 42. Начертите диаграмму состояния железо­цементит, укажите структуры во всех областях и опишите превращения, притекающие в стали, содержащей 1% углерода, при медленном охлаждении от 1600 до 20°С. 43. Начертите диаграмму состояния железо­цементит, укажите линии вторичной кристаллизации и опишите превращения в сплавах при достижении температур, лежащей на каждой линии. 47 44.   Начертите   диаграмму   состояния   железо­цементит,   укажите структуры во всех областях и опишите превращения, протекающие в стали, содержащей 1,2% углерода, при медленном нагревании от 20 до 1500°С. 45.   Начертите состояния   железо­цементит, укажите.структуры во всех областях и опишите превращения, протекающие в стали,  содержащей  0,8%  углерода,  при медленном  охлаждении  от  1600  до 20°С.   диаграмму   46.   Доэвтектические,   эвтектический   и   заэвтектические   чугуны,   их структуры и подробная характеристика каждой структуры. 47. Начертите диаграмму состояния железо­цементит, укажите структуры во всех областях и опишите превращения в белом чугуне, содержащем   3,0%   углерода,   при   медленном   охлаждении  от   1600   до 20°С. 48. Начертите диаграмму состояния железо­цементит, укажите структуры   во   всех   областях.   Подробно   опишите   структуры   белого чугуна, содержащего 2,5% углерода, при 20 и 1000°С, укажите состав ледебурита при этих температурах. 49.   Начертите   диаграмму   состояния   железо­цементит,   укажите структуры во всех областях и опишите превращения, протекающие в белом чугуне, содержащем 4,7% углерода, при медленном охлаждении от 1400 до 20°С.   Нарисуйте   кривую   охлаждения.сплава   и   дайте   подробную характеристику всех его структурных составляющих. 50. Начертите диаграмму состояния железо­цементит, укажите струк­ тура   во   всех   областях.   Какое   практическое   значение   имеет   диаграмма состояния железо­цементит. 51. Опишите процесс распада аустенита при постоянной температуре. Нарисуйте   диаграмму   изотермического   распада   аустенита.   Укажите получающиеся структуры и дайте их подробную характеристику. 52. Разница между отжигом первого и второго рода. Технологию отжига второго  рода,   структуры  получаемые  после отжига в до  и заэвтектоидных сталях. 53. Какая разница в технологии проведения отжига и нормализации? Укажите   получающие   структуры   и   свойства   сталей   после   отжига   и нормализации. 54. Цель закалки стали. Начертите часть диаграммы состояния железо­ цементит   и   укажите   на   ней   температуры   закалки   углеродистых   сталей. Объясните, почему доэвтектоидным сталям нужно давать полную закалку, а заэвтектоидным ­ неполную. 55.   Кратко   опишите   основные   методы   закалки   и   дайте   их   сравни­ тельную характеристику. 56.   Опишите   изотермическую   закалку   стали.   Укажите   достоинства этого метода, конечную структуру и область применения. 48 57. От чего зависит выбор охлаждающей среды при закалке? Объясните, почему углеродистые стали, как правило, закаливают в воде, а легированные ­ в масле. 58. Опишите основные дефекты, которые могут возникнуть в стали при закалке, и меры их предупреждения. 59.   Изменение   структуры   и   свойства   закаленной   стали   при   низком, среднем и высоком отпуске. 60. Опишите подробно технологию закалки и отпуска стали УIOА/ 61. Опишите поверхностную закалку  стали токами высокой частоты. Укажите достоинства этого метода и его область применения. 62. Опишите подробно технологию закалки и отпуска стали 45 исходя из ее обычного применения. 63.   Структура,   получающаяся   в   стали,   содержащей   0,4%   углерода, после отжига, нормализации и закалки в воде? 64.  Перечислите   основные   виды   химико­термической   обработки   и укажите их область применения. 65.   Стали,   применяют  для  цементации.   Объясните  почему.  Опишите процесс газовой цементацией твердым карбюризатором. 66. Опишите процесс цианирования стали. Для каких сталей применяют низко­, средне­ и высокотемпературное цианирование? 67. Опишите процесс азотирования стали. Укажите его достоинства и область применения. 68.   Принципиальная   разница   между   гальваническими   покрытиями металлами   и   диффузионной   металлизацией?   Достоинства   диффузионной металлизации. 69. Опишите термомеханические методы упрочнения сталей. Для каких сталей производится  низкотемпературная обработка(НТМО),  а для каких ­ высокотемпературная (ВТМО)? 70.   Опишите   технологию   термической   обработки   зубила   из   стали,   с содержанием углерода 0,7%. 71. Какая сталь называется углеродистой? Влияние основных примесей на свойства углеродистой стали. 72.   Углеродистые   инструментальные   стали.   Их   марки,   свойства, область применения. 73. Форма графита в чугунах. Влияние формы графита на механические свойства чугунов? 74. Какой чугун называется ковким? Опишите технологию получения перлитных ковких чугунов. Укажите их марки. 75   Чугуны,   обладающие   наиболее   высокими   механическими   свой­ ствами, их применение, марки и способ получения. 76.   Опишите   классификацию   легированных   сталей   по   структуре   в нормализованном состоянии. 49 77. Приведите несколько марок низколегированных сталей для рессор, Укажите их состав и преимущества перед углеродистыми. 78. Приведите несколько марок низколегированных сталей для режу­ щего инструмента. Укажите их состав и преимущества перед углеродистыми. 79. Приведите несколько марок сталей для штампов, деформирующих металл в горячем состоянии. Укажите их состав и термическую обработку. 80.   Марки,   состав,   свойства,   особенности   термической   обработки быстрорежущих сталей. 81. Опишите высокомарганцовистые износоустойчивые стали. Укажите их марки и область применения. 82.  Опишите электротехнические  магнито­мягкие стали.  Укажите их марки,  свойства и область применения. 83.   Опишите   хромо­марганцево­кремнистые   стали   (хромансили). Укажите их свойства, термическую обработку и область применения. 84. Какая сталь называется высококачественной? В каких плавильных агрегатах   можно   получить   высококачественную   сталь?   Обозначение высокачественных сталей по ГОСТу.  85.   Напишите   и   расшифруйте   несколько   марок   серых,   ковких   и высокопрочных чугунов. Укажите их свойства и область применения. 86.   Опишите   влияние,   легирующих   элементов   на   критические   точки железа   линии   диаграммы   железо­цементит   и   укажите   какое   это   имеет практическое значение. 87. Опишите явление отпускной хрупкости первого и второго рода при отпуске легированных сталей. 88. Укажите, в каких случаях возникает отпускная хрупкость второго рода и меры ее предупреждения. 89. Опишите влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки. Укажите, какое это имеет практическое значение. 90.   Опишите   сплавы   с   высоким   удельным   электросопротивлением. Укажите их марки, состав и область применения. 91. Сущность порошковой металлургии. Применение этого способа, его достоинства. 92. Опишите металлокерамические твердые сплавы. Получение, марки, свойства и область применения. 93.  Опишите  литые твердые  сплавы.  Укажите  их  состав,   свойства   и область применения. 94.   Влияние   кобальта   на   свойства   металлокерамических   твердых сплавав? Укажите их марки, состав, свойства и область применения. 95. Дайте характеристику твердых сплавов группы ВК и ТК и укажите маркировку их по ГОСТу. 96.   Стали   для   измерительного   инструмента,   их   марки,   состав   и термическая обработка. 97. Опишите хромоникелевые нержавеющие стали. Укажите их марки, 50 состав, свойства, цель термической обработки и область применения. 98.   Какие   стали   называются   жаропрочными?   Напишите   несколько марок   жаропрочных   сталей,   укажите   их   состав,   термическую   обработку   и область применения. 99.   Опишите   нержавеющие   немагнитные   стали.   Укажите   их   марки, состав и область применения. 100. Опишите магнитотвердые стали. Укажите их марки, состав, тер­ мическую обработку и область применения. 101.   Опишите   деформируемые   сплавы   алюминия   с   марганцем   и алюминия   с   магнием.   Укажите   их   марки,   свойства,   методы   упрочнения   и область применения. 102.   алюминиевые   деформируемые   сплавы   применяемые   для   нена­ груженных деталей, их марки, свойства и методы упрочнения. 103. Какими элементами легируют дюралюмины? Укажите их влияние. Приведите несколько марок наиболее широко применяемых дюралюминов и укажите область их применения. 104.   Опишите   превращения,     протекающие   при   закалке   и   старении дюралюминов.   Укажите   температуры   закалки   дюралюминов   на   диаграмме состояния алюминий­медь. 105. Почему при старении алюминиевых сплавов увеличивается проч­ ность? Укажите, как влияет температура старения на механичес­кие свойства сплавов. 106.   Приведите   марки   наиболее   широко   применяемых   алюминиевых литейных сплавов. Укажите их свойства и область применения. 107.   Сущность   процесса   модифицирования   алюминиевых   литейных сплавов.   В   чем   его   принципиальное   отличие   от   легирования?   Объясните, почему при модифицировании повышается прочность. 108. Опишите магниевые литейные сплавы. Укажите их марки, терми­ ческую обработку и область применения. 109.   Укажите   основные   свойства   титановых   сплавов   и   область   их применения. 110. Вместо каких сплавов в настоящее время применяются титановые сплавы? Укажите их достоинства. 111.   Какие   латуни   называются   томпаками?   Напишите   их   марки, укажите свойства и область применения. 112. Какие сплавы называются латунями? Элементы, вводимые в них дополнительно, их влияние. 113. Термическая обработка латуней, ее цель. 114. Опишите оловянные бронзы. Укажите их марки, свойства и область применения. 115. Опишите свинцовые бронзы. Укажите их марки, свойства и область применения. 116.   Элементы,   дополнительно   вводимые   в   оловянные   бронзы,   их 51 влияние, марки этих бронз. 117.   Опишите   алюминиевые   бронзы.   Укажите   их   марки,   свойства   и область применения. 118.   Бронзы,   применяемые   для   изготовления   паровой   арматуры,   их марки, состав и свойства. 119. Бронзы обладающие антифрикционными свойствами,  их марки и состав. 120. Требования, предъявляемые к подшипниковым сплавом. Укажите их марки и состав. 121. Опишите основные виды коррозии металлов и сплавов. 122. Опишите методы защиты от коррозии окисными пленками. В каких случаях эти методы применяют? 123. Сущность защиты от коррозии металлическими покрытиями. Какие металлы наиболее часто применяются для покрытий?  124.   Сущность   защиты   металлов   от   коррозии   лаками   и   красками. Технология нанесения лакокрасочных покрытий. 125.   Факторы,   влияющие   на   скорость   распространения   коррозии. Опишите их влияние. 126.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   станины   токарного станка, многоручьевого штампа, штамповки из магниевого сплава. 127.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   крупной   пружины ответственного назначения протяжки, сварной детали из алюминиевого сплава. 128.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавав   для   поршня   трактора, изделия, подвергающегося действию кислот, пружинящего контакта. 129.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   зубчатого   колеса редуктора, подшипника качения, работающего в условиях коррозии, бака для хранения топлива в самолете. 130.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   линейки   штанген­ циркуля,   сердечника   трансформатора,   гребного   винта   морской   моторной лодки. 131. Выберите и обоснуйте марки сплавов для кронциркуля, сплава для обмотки в печах сопротивления, трубки пароперегревателя. 132. Выберите и обоснуйте марки сплавов для болта, лопатки паровой турбины, штамповки из алюминиевого сплава. 133. Выберите и обоснуйте марки сплавов для гайки, хирургического скальпеля, детали, работающей в условиях трения  и коррозии. 134. Выберите и обоснуйте марки сплавов для угломера, штампа для горячей штамповки, пружинящего контакта в реле.  135. Выберите и обоснуйте марки сплавов для калибра­скобы, ящика для цементации, отливки из магниевого сплава.  136. Выберите и обоснуйте марки сплавов для плашки для нарезания резьбы,  сердечника динамо­машины, арматуры, работающей в морской воде. 137.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   полуоси   сверла,   ра­ 52 ботающего на больших скоростях, отливки из алюминиевого сплава. 138.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   сварного   изделия, карбюраторной иглы, клапана двигателя, внутреннего сгорания. 139.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   крепежных   деталей, постоянного магнита небольшой мощности, паровой арматуры. 140.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   тяжелонагруженного коленчатого вала, пружины, работающей в условиях коррозии, подшипника скольжения. 141. Выберите и обоснуйте марки сплавов для азотируемой шестерни, фрезы для обработки латуни, поршня автомобиля. 142.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   сверла,   крепежной детали,   работающей   в   условиях   коррозии,   для   подшипника   качения, работающего при малых нагрузках. 143. Выберите и обоснуйте марки сплавов для метчика, лопатки газовой турбины, литого коленчатого вала. 144.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   червячного   колеса деталей шарикового подшипника, отливки из латуни. 145.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   коленчатого   вала легкового автомобиля, валка для холодной прокатки, крыла самолета. 146.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   втулки,   выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания, червячного колеса, работающего в условиях коррозии. 147.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   шестерни   коробки скоростей автомобиля, проволоки для реостатов и измерительных приборов, деталей шахтных насосов, работающих в условиях сернокислых шахтных сред. 148. Выберите и обоснуйте марки сплавов для штампа для холодной штамповки, пружины для точного часового механизма, обшивки немагнитного судна. 149.   Выберите   и   обоснуйте   марки   сплавов   для   пружины,   мощного постоянного   магнита,   подшипника   скольжения,   работающего   на   больших скоростях. 150. Выберите и обоснуйте марки сплавов для рессоры, конвейера в печах   для   термической   обработки,   нагруженной   детали   из   алюминиевого сплава. 151.   Диаграмма   состояния   системы   МЕДЬ­СЕРЕБРО   Рис.   1.151. Зарисовать, соблюдая масштаб, диаграмму состояния и выполнить следующие задания: 1. Установить тип диаграммы состояния. 2. Каков физический смысл температур 1083 и 962°С? 3. Укажите линии ликвидус и солидус и объясните их физический 53 смысл. 4. Заполнить все области на диаграмме состояния буквенными обо­ значениями.  Дать  определения  сплавам,  соответствующим  этим обозначениям. 152. Диаграмма состояния системы МАГНИЙ­ГЕРМАНИЙ. Рис. 1.152. Зарисовать, соблюдая масштаб, диаграмму состояния и выполнить следующие задания: 1. Установить тип диаграммы состояния. 2. Каков физический смысл температур 650, 1110 и 959 °С? 3. Укажите линии ликвидус и солидус и объясните их физический смысл. 4. Заполнить все области на диаграмме состояния буквенными обо­ значениями.  Дать  определения  сплавам,  соответствующим  этим обозначениям. Рисунок 1.151. Диаграмма состояния системы МЕДЬ­СЕРЕБРО 54 Рисунок 1.152. Диаграмма состояния системы МАГНИЙ­ГЕРМАНИЙ 55 Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет­ресурсов, дополнительной литературы Основные источники: 1.   Адаскин   А.М.,   Зуев   В.   М.   Материаловедение (металлообработка). М.: Академия, 2010 2. Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для ВУЗов. 6­е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия. 544 с. 3. Сильман,   Г.И.   Материаловедение[Текст].   Учебное   пособие для   технических   вузов   /   Г.И.   Сильман   –   М.:   изд­кий   центр   Академия, 2008.– 336 с.: ил. 4.  Черепахин, А.А. Материаловедение[Текст]: учебник для СПО / А.А. Черепахин – 3­е изд­е, стереотипное – М.: изд­кий центр Академия, 2008.– 256 с.: ил. 5.  Материаловедение   и   технология   конструкционных материалов [Текст]/ В.Б. Арзамасов, А.Н. Волчков, В.А. Головин, и др.;под ред.   В.Б.  Арзамасова,   А.А.   Черепахина  –  М.:   изд­кий  центр  Академия, 2007.– 448 с.: ил. 6. 4. Технология металлов и сварка. Под общей редакцией проф. П. И. Полухина. Учебник для ВУЗов, М., «Высшая школа», 464 с., с ил. 7.  Электротехнические и конструкционные материалы [Текст]/ В.Н.   Бородулин,   А.С.   Воробьев,   В.Н.   Матюнин   и   др.;под   ред.   В.А. Филинова – 3­е изд­е исправленное – М.: изд­кий центр Академия, 2007.– 280 с.: ил. Дополнительные источники: 1.  Адаскин,   Л.М.Материаловедение   [Текст]:   учебное   пособие для среднего профессионального образования/ Л.М. Адаскин, В.М. Зуев – М.: ИРПО ПрофОбрИздат, 2001.– 280 с.: ил. 2.  Никифоров   В.И.   Технология   металлов   и   конструкционные материалы [Текст]/ В.И. Никифоров – М.: Высшая школа, 1980.– 263 с.: ил. 3.  Справочник   по  конструкционным  материалам  [Текст]/   Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, С.А. Герасимов – М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.– 640 с.: ил. 4.  Электротехнический   справочник   [Текст]/под   ред.   В.Г. 56 Герасимова   в     4   томах.   Т.   1.   Общие   вопросы.   Электротехнические материалы –10­е изд­е – М.: Издательский дом МЭИ, 2007.– 440 с. Интернет­источники: 1. Министерство образования и науки РФ www.mon. gov.ru 2. Российский образовательный портал www.edu.ru 3. Материаловедение.­ http://supermetalloved.narod.ru/lectures_materialoved.htm 4. Интернет­ресурс «Материаловедение. Методические указания». Форма   доступа:   https://infourok.ru/metodicheskieukazaiya­dlya­ obuchayuschihsyapo­vipolneniyu­vneuaditornoy­samostoyatelnoy­ raboti­po­discipline­op­materialovedenie­590255.html 57