Олимпиадные задания по материаловедению

Всероссийском педагогическом фестивале профессионального мастерства в области разработки олимпиадных заданий для студентов СПО. Олимпиады общепрофессиональных дисциплин

Олимпиада по дисциплине «Материаловедение»

Ландышева Наталья Анатольевна

ГБПОУ «Краевой политехнический колледж»

 

Раздел I. Тестовые задания (каждый правильный ответ 2 балла)

Выбор единственно верного ответа

Задание 1. Химические элементы, образующие в свободном состоянии простые вещества с металлической связью между атомами, называют:

a)      металлы

b)      сплавы

c)      однородные материалы

d)      металлические материалы

Задание 2. Твердые вещества, образованные сплавлением двух, или более компонентов называют:  

a)      металлы

b)      сплавы

c)      конструкционные материалы

d)      композиционные материалы

Задание 3. К физическим свойствам металлов относятся:

a)      твердость, прочность, пластичность

b)      износостойкость, жаротекучесть, деформируемость

c)      температура плавления, плотность, теплопроводность

d)      коррозионная стойкость, цвет, металлический блеск

Задание 4. Основные механические свойства металлов и сплавов:

a)      электропроводность, гибкость, прочность

b)      кислотостойкость, окалийностойкость, теплостойкость

c)      упругость, пластичность, твердость

d)      химическим

Задание 5. Технологическими называют свойства:

a)      питираемость, прирабатываемость, фрикционность

b)      штампуемость, паяемость, свариваемость

c)      магнитные свойства, электросопротивление, теплопроводность

d)      обрабатываемость резанием, жаропрочность, холодостойкость

Вставь пропущенное слово

Задание 6. Метод … основан на вдавливании в поверхность испытуемого металла стального закаленного шарика под действием нагрузки Р.

Задание 7. Для измерения твердости поверхностей более 350 НВ применяют приборы, которые производят измерение твердости по глубине отпечатка, получаемого при вдавливании алмазного конуса или стального шарика — метод ...

Задание 8. Процессы … обработки конструкционных материалов связаны с аллотропными превращениями (полиморфизмом), а также с изменением химического состава материала изделия.

Задание 9. Главным назначением … является устранение структурной неоднородности в деталях и заготовках, полученных обработкой давлением, литьем, ковкой и сваркой, и перекристаллизация структур деталей (в том числе получение микроструктуры зернистого перлита и цементита).

Задание 10. В результате … повышаются твердость, прочность, упругость, износостойкость и другие механические свойства.

Задания на установление соответствия

Задание 11.  Ниже представлены изображения типов кристаллических решет и их наименования. Установи соответствие какому типу кристаллической решетки соответствуют наименования. Ответ запиши в форме N-N

Изображение кристаллической решетки	1	2	3
Наименование кристаллической решетки	а	б	в
	Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК)	Гексагональная решетка (ГПУ)	Объемноцентрированная кубическая решетка (ОЦК)

Задание 12.  В таблице на рисунке представлены изображения кривых охлаждения при кристаллизации и наименование процесса перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое. Установи соответствие какому виду кривой охлаждения соответствует наименование процесса. Ответ запиши в форме N-N

Изображение кривых охлаждения
Наименование процесса кристаллизации	а	б	в
	Теоретический процесс кристаллизации	Процесс кристаллизации при переохлаждении	Реальный процесс кристаллизации

Задание 13.  В таблице на рисунке представлено изображение стального слитка и наименование элементов структуры слитка. Установи соответствие какому элементу, обозначенному цифрой, соответствует наименование структуры. Ответ запиши в форме N-N

Изображение слитка
Наименование элемента структуры слитка	а	б	в	г
	Зона крупных равноосных кристаллов	Мелкокристаллическая корковая зона	Зона столбчатых кристаллов	Усадочная раковина

 

Задание 14.  В таблице на рисунке представлено графическое изображение технологического режима термической обработки и наименование режима термической обработки. Установи соответствие какому элементу графического изображения, обозначенному цифрой, соответствует наименование режима термической обработки. Ответ запиши в форме N-N

Графическое изображение технологического режима термической обработки
Наименование элемента графического изображения	а	б	в
	Выдержка	Охлаждение	Нагрев

 

Задание 15.  В таблице представлены наименования материалов и их марки. Установи соответствие какому наименованию материала соответсвует марка. Ответ запиши в форме N-N

Наименование материала	1	2	3
	Стали	Чугуны	Сплавы на основе цветных металлов
Марка материала	а	б	в
	АК8 Д18 МЛ6 ЛЦ40Мц1,5 БрО10	У12А 6Х4М2ФС Р10К5Ф5 ШХ10 А40Г	ВЧ 50 СЧ20 КЧ 30–6 АЧС-1 ЧС15М4

 

Задание 16.  В таблице представлены наименования и схемы деформаций и изображения деформаций в технике. Установи соответствие какому виду деформации материала соответсвует вид деформации техники. Ответ запиши в форме N-N

Схема и наименование деформаций	1	2	3	4	5
	Растяжение	Смятие	Сдвиг (срез)	Изгиб	Кручение
Деформации в технике	а	б	в	г	д

 

Задание 17.  В таблице представлены наименования инструментальных и легированных сталей и примеры, изготавливаемых из них измерительных инструментов. Установи соответствие какому наименованию материала соответсвует представленный инструмент. Ответ запиши в форме N-N

Наименование конструкционных материалов	1	2	3	4	5
	стали марок ХГ, Х	стали марок ХГС, ХВГ	стали марок 9ХВН	Стали 38ХЮ, 38ХВЮ	Сталь У8А, У12А
Примеры измерительных инструментов	а	б	в	г	д
	Резьбовые калибры	Лекала сложной формы	Штанги штангенциркулей	Установочные калибры	Угольники

 

Задания на установление правильной последовательности

Задание 18.  Укажите последовательность расположения фаз на диаграмме состояния при кристаллизации. Ответ запишите в виде 1234.

1.      Твердый раствор

2.      Жидкий расплав

3.      Солидус

4.      Ликвидус

Задание 19. Укажите последовательность режимов термообработки стали 45. Ответ запишите в виде 1234.

1.      Высокий отпуск

2.      Вода

3.      Воздух

4.      Закалка повторная

5.      Низкий отпуск

6.      Закалка

Задание 20. Укажите последовательность проведения процесса определения твердости металла. Ответ запишите в виде 1234.

1.      Вдавливание индентора в испытуемый образец

2.      Расчет полученных данных

3.      Закрепление образца на специальном столике

4.      Подготовить поверхностный слой образца

Раздел II. Технический перевод с английского (немецкого) языка (20 баллов)

Переведите текст письма обращения с английского языка на русский. Ответьте на вопросы.

Dear NN!

 

We ask you to carry out a review of the 5860 clutch for engaging reverse gear mounted on the Grader for the cause of the defect.  When repairing a variable gearbox, a new one was installed: overriding clutch 5860.

            It is necessary to find out what is the cause of the defect – cams crumple, violation of the operating rules or throw-out in the manufacture of springs.  For the review we are ready to provide the part.

1.      What kind of cars are we talking about in the letter?

     Grader

     Bulldozer

     Vibrating compaction roller

     Excavator

2.      What is the name of the system described in the letter?

Transmission

Gearbox

Rear

Transfer case

3.      What parts are we talking about?

Cam clutch

Follower gear

Overriding clutch

Syncro

4.      What kind of defect is the letter talking about?

Cams crumple

Cams runout

Cams chipping

Cams crabbing

 

Переведите текст письма обращения с немецкого языка на русский. Ответьте на вопросы.

Sehr geehrte NN!

            Wir bitten Sie, die auf dem Grader montierte Schaltkupplung 5860 für den Rückwärtsgang auf die Ursache der Störung zu prüfen. Bei der Reparatur des Schaltgetriebe wurde eine neue eingebaut: Kupplung für Frontantrieb 5860.

            Es ist notwendig, herauszufinden, was die Ursache der Störung ist das Quetschen der Zähne, die Verletzung der Betriebsregeln oder Fehler bei der Herstellung der Feder. Für die Prüfung sind wir bereit, das Detail zur Verfügung zu stellen.

1.Um welche Art von Autos geht es in dem Brief?

1.1 Grader

1.2 Bulldozer

1.3 Eisbahn

1.4 Bagger

2.Wie heißt das in dem Brief beschriebene System?

2.1 Getriebe

2.2 Getriebe

2.3 Autosuspension

2.4 Verteilergetriebe

3.Um welches Detail handelt es sich bei dem Schaltgetriebe?

3.1 Klauenkupplung

3.2 Antriebsrad/ Treibrad

3.3 Schaltkupplung

3.4 Synchronizer

4.Von welcher Störung ist die Rede in dem Brief?

4.1 Quetschen der Zähne

4.2 Abnutzung der Zähne

4.3 Ausbruch der Zähne

4.4 Schräge der Zähne

 

Раздел III. Практическое задание (40 баллов: 1 и 2 задачи по 10 баллов, 3 задача 20 баллов)

Определение вида термической обработки.

Задача 1. Забило изготовлено из стали У7

1.1 Назначьте режим термической обработки зубила.

1.2 Опишите процесс термической обработки (вид термической обработки, температурный режим, среда охлаждения).

1.3  Опишите полученный результат.

Задача 2. Шестерня может изготовляться из стали 45

 

Эскиз шестерни

2.1 Назначьте режим термической обработки шестерни.

2.2 Опишите процесс термической обработки (вид термической обработки, температурный режим, среда охлаждения).

2.3 Опишите полученный результат.

Выбор материала для деталей и выбор термической обработки.

Задача 3. Завод имеет сталь двух марок: 45 и 20ХНЗА, из которых можно изготовить вал диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками. Какую из сталей следует применить для изготовления вала, если сталь должна иметь предел текучести не ниже 740 МПа?

3.1  Дайте характеристику детали (ответственная, неответственная, назначение детали).

3.2  Опишите характеристики каждой стали согласно ГОСТу

3.3  Назначьте режим термической обработки

3.4  Опишите процесс термической обработки (вид термической обработки, температурный режим, среда охлаждения) каждого материала.

3.5   На основе описания сделайте вывод о том, какую сталь следует применить для изготовления вала.

 

Ключ

Раздел I. «Тестирование»

 

1.      а

2.      б

3.      с

4.      с

5.      б

6.      Бринелля

7.      Роквелла

8.      Термической

9.      Отжига

10.  Закалки

11.  1-в, 2-а, 3-б

12.  1-а, 2-в, 3-б

13.  1-б, 2-в, 3-а, 4-г

14.  1-в, 2-а,3-б

15.  1-б, 2-в, 3-а

16.  1-д, 2-в, 3-б, 4-а, 5-г

17.  1-д, 2-а, 3-б, 4-г, 5-в

18.  2431

19.  621345

20.  4312

 

Раздел II

 

Уважаемая NN!

 

Просим Вас провести экспертизу муфты 5860 включения передней передачи заднего хода, установленной на Автогрейдере, на предмет причины дефекта. При ремонте коробки переменных передач (КПП) установили новую: муфта включения передней передачи 5860.

Необходимо выяснить, что является причиной дефекта – смятие зубьев, нарушение правил эксплуатации либо брак в изготовлении муфты. Для проведения экспертизы мы готовы предоставить деталь.

 

Выберите правильный ответ, на поставленный вопрос:

1.      О каком виде машин идет речь в письме?

1.1    Автогрейдер

1.2    Бульдозер

1.3    Каток

1.4    Экскаватор

2.      Как называется система, описанная в письме?

2.1    Трансмиссия

2.2    Коробка передач

2.3    Автомобильная подвеска

2.4    Раздаточная коробка

3.      О какой детали КПП идет речь?

3.1    кулачковая муфта

3.2    ведомая шестерня

3.3    муфта включения

3.4    синхронизатор

4.      О каком дефекте идет речь в письме?

4.1    Смятие зубьев

4.2    Износ зубьев

4.3    Скол зубьев

4.4    Перекос зубьев

Раздел III.

Задача 1. Режим термической обработки для слесарного инструмента – зубило из самой пластичной из всех инструментальных сталей — У7.

1.1 Закалка с самоотпуском.

1.2 Термически обработка зубила, состоит в том, что зубило нагревают в камерной печи до температуры 800—820° и охлаждают в воде. При этом в воду погружают только рабочую часть зубила. Выдерживают несколько секунд, так что зубило не успевает полностью охладиться, и вынимают на воздух. При появлении на поверхности зубила синих цветов побежалости (290—300°) его снова погружают в воду до полного охлаждения.

1.3 В результате зубило будет иметь высокую твердость НRС1 = 53 — 56 при достаточно высокой сопротивляемости ударам.

Задача 2. Шестерня может изготовляться из стали 45.

2.1              Термическое улучшение

2.2              После предварительной механической обработки (нарезание зубьев): шестерню следует закалить. Нагрев под закалку можно произвести в электрической печи камерного типа. Температура нагрева 820—840°. Выдержка при этой температуре 30—20 мин. Охлаждение в воде. Высокий отпуск производят при температуре 500—600° в течение 1,5 часа с последующим охлаждением в воде.

2.3              Образование в металле сорбитовой структуры с твердостью НВ=250—300 и обеспечит зубу шестерни хорошую прочность и высокую вязкость сердцевины.

Задача 3.

3.1 Для такого ответственного изделия, как вал двигателя, поломки которого нарушают работу машины, необходимо применить сталь качественную.

3.2 Сталь 45 согласно ГОСТу, в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твердость не более НВ 207. При твердости НВ 190—200 сталь имеет предел прочности не выше 588—608 МПа. Предел текучести стали 45 не превышает 265—314 МПа.

Сталь 20ХНЗА согласно ГОСТу, в состоянии поставки (после про­катки и отжига) имеет твердость не более НВ 250. Предел прочности не превышает 735 МПа и может быть ниже 588 МПа для плавок с более низкой твердостью. Предел текучести стали не превышает 343— 392 МПа.

3.2 Таким образом, для получения заданного предела текучести вал необходимо подвергнуть термической обработке. Так как вал двигателя воспринимает в работе динамические нагрузки, а также вибрацию, более целесообразно применить закалку и отпуск.

3.3 Сталь 45 относится к классу качественной углеродистой, а сталь 20ХНЗА — к классу высококачественной легированной. Они содержат соответственно 0,42—0,50 и 0,17—0,23% углерода и принимают закалку. Для повышения прочности можно принимать нормализацию или закалку с высоким отпуском.

После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемость углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20—25 ми образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое толщиной 2—4 мм. Последующий отпуск вызовет превращение мартенсита и троостита в сорбит только в поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе изделия. Сорбит отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем феррит и перлит. Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно переменных нагрузок воспринимают наружные слои. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла.

Сталь 20ХНЗА легирована никелем и хромом для повышения прокаливаемости и закаливаемости. Она получает после закалки однородную структуру и механические свойства в сечении диаметром до 75мм.

3.4 Таким образом, свойствами, которые обеспечат требования для изготовления вала диаметром 70мм для работы с большими нагрузками, обладает сталь 20ХН3А, которую необходимо применять для изготовления валов с соответствующей термодинамической обработкой (закалка с 820-835 град. в масле и отпуск 520-530 град. в масле).

 

Библиографический список

1.    Марки стали и сплавы. [Электронный ресурс] // Центральный металлический портал РФ – Режим доступа: https://metallicheckiy-portal.ru/ (Дата обращения 06.04.2019)

2.    Металлы. Свойства, характеристики металлов. [Электронный ресурс] // Современные Технологии Производства – Режим доступа: https://extxe.com/16319/metally-svojstva-harakteristiki-metallov/ (Дата обращения 06.04.2019)

3.    Термический метод обработки металла. [Электронный ресурс] // Промышленный портал – Режим доступа: https://promzn.ru/obrabotka-metalla/termicheskaya.html (Дата обращения 06.04.2019)

4.    Дефекты основного металла и сварных соединений. [Электронный ресурс] // ИКБ ГРАДИЕНТ – Режим доступа: http://ndtgrad.ru/Default.asp (Дата обращения 06.04.2019)

5.    ЭОР Материаловедение. [Электронный ресурс] // LMS Moodle – Режим доступа: http://ndtgrad.ru/Default.asp (Дата обращения 06.04.2019)