Пластическая деформация и свойства металлов и сплавов

Дислокационная теория пластической деформации. Влияние пластической деформации на свойства металлов. Теоретическая и техническая прочность. Механизм разрушения. Хрупкая и вязкая прочность металлов. Горячая и холодная пластическая деформация. Прочность металлов при высоких и низких температурах. Жаропрочность. Усталость металлов.

 

Методические советы

Уяснить, что собой представляет дислокация в кристалле. При каких условиях дислокации образуются и начинают движение и как при этом происходит пластическая деформация кристалла и поликристаллического металла, выяснить физическую природу деформации и разрушения. Уметь объяснить большое различие между теоретической и практической прочностью. Иметь представление о влиянии пластической деформации на свойства металлов. Четко представлять явление наклепа и изменение свойств и строения наклепанного металла при его нагреве. Нужно разобраться с явлениями возврата и рекристаллизации, разновидностями рекристаллизации, имеющими большое значение в технологии горячей обработки давлением. Четко разграничивать горячую пластическую деформацию от холодной по температуре рекристаллизации. Представлять зависимость скорости протекания рекристаллизации от температуры и степени деформации, уметь разбираться и пользоваться диаграммами рекристаллизации. Изучить влияние горячей пластической деформации на структуру и механические свойства металла. Знать изменение механических свойств металлов и сплавов при высоких и отрицательных температурах, влияние на это наличия примесей. Познакомиться с понятиями жаропрочности и выносливости металлов [1,с.80,88; 2,с.48,66;74,84].

 

Вопросы для самопроверки

1. Что такое дислокация?

2. Поясните механизм пластической деформации в кристалле и поликристаллическом металле.

3. Что такое наклеп, возврат, рекристаллизация?

4 В чем отличие горячей пластической деформации от холодной?

 

Основы термической и химико-термической обработки стали

Виды термической обработки. Превращение при нагреве, действительное и наследственное зерно стали. Виды отжига. Закономерности превращения аустенита при охлаждении. Строение сплавов. Превращения при отпуске. Прокаливаемость стали. Технология закалки и отпуска стали. Виды закалки (ступенчатая, изотермическая). Дефекты закалки. Типовые контролируемые атмосферы. Поверхностная закалка стали, закалка с нагревом т. в. ч. Термомеханическая обработка стали.

Остаточные напряжения при термической обработке и их влияние на усталостную прочность стали.

Химико-термическая обработка стали. Цементация, нитроцементация, азотирование. Основные параметры процессов и области их применения. Диффузионная металлизация.

Техника безопасности при термической и химико-термической обработке стали.

 

Методические советы

Для глубокого понимания теоретических основ термической обработки необходимо знать теорию сплавов и диаграмму состояния “железо-углерод”.

Начинать изучение вопросов термической обработки нужно с уяснения превращения, происходящих в стали при ее нагреве. При этом удобно рассматривать и изучать эти превращения на примере стали У8. Уяснить образование зародыша аустенита в перлите при нагреве и разновидности его роста – наследственное зерно. Понять, что собой представляет действительное зерно и как определить его размер. После этого перейти к рассмотрению диаграмм изотермического превращения аустенита на примере диаграммы изотермического превращения аустенита для стали У8. Изучать эту диаграмму лучше по частям: сначала изучить перлитное превращение, затем – промежуточное и мартенситное превращение. Уяснить теоретическое и практическое значение диаграмм изотермического превращения аустенита. Какие превращения будет претерпевать аустенит при непрерывном охлаждении? Иметь понятие о термокинетических диаграммах превращения переохлажденного аустенита. Познакомиться с термическим и деформационным старением стали, а также с превращением мартенсита и остаточного аустенита при нагреве (при отпуске). После рассмотрения вопросов теории термической обработки можно перейти к рассмотрению вопросов технологий термической обработки. Необходимо рассмотреть современную классификацию термической обработки. Разобраться с различными видами отжига, уяснив, какие цели преследует каждый отжиг, его режим проведения. Нормализация как разновидность отжига. Четко уяснить, какой вид термической обработки называется закалкой, какие ее разновидности для сталей по температуре нагрева и технологии проведения. Познакомиться с применяемыми на практике охлаждающими средами, уяснив разновидность охлаждения. Знать определение закаливаемости и прокаливаемости стали, дефекты в стали, возникающие при закалке, пути избежания брака. Технология отпуска и его разновидности. Для каких целей применяется каждый вид отпуска. Иметь понятие о термомеханической обработке стали. Знать основные характеристики химико-термической обработки стали, технологию проведения цементации, азотирования, цианирования, их разновидности, область применения. Знать сущность диффузионной металлизации. Познакомиться с основными пунктами по технике безопасности при термической и химико-термической обработке стали [2,с.177,210;218,220;226,255;258,280].

Вопросы для самопроверки

1. Как происходит образование и рост зерна аустенита в стали?

2. Приведите современную классификацию видов термической обработки стали и технологические режимы каждого вида.

3. Как зависит распад аустенита от скорости охлаждения?

4. Перечислите основные виды химико-термической обработки, режимы их проведения; марки стали, подвергаемые каждому виду химико-термической обработки; область применения.

 

Легированные стали и сплавы

Влияние легирующих элементов на строение и свойства стали. Конструкционные легированные стали, их маркировка и области применения. Инструментальные стали и сплавы, их маркировка и области применения. Стали и сплавы с особыми свойствами – нержавеющие, жаропрочные, магнитные, сплавы с особыми физическими свойствами. Мартенситно-стареющие стали. Порошковые сплавы – антифрикционные, фрикционные, сплавы САП; керметы, их свойства и области применения. Композиционные материалы, их свойства и области применения.

 

Методические советы

Прежде всего необходимо привести классификацию примесей. Уяснить, что собой представляют легирующие элементы и как каждый из них влияет на строение и свойства стали, как изменяется строение и свойства стали при комплексном их введении. Как влияют легирующие элементы на критические точки. Познакомиться с растворимостью легирующих элементов в аустените и феррите, какие образуются карбиды. Разобраться с классификацией и маркировкой легированных сталей, областью применения легированных сталей. Обратить внимание на легированные инструментальные, быстрорежущие, нержавеющие и жаропрочные стали. Познакомиться с особенностями их термической обработки. Необходимо знать, что собой представляют стали и сплавы с особыми физическими свойствами, к которым относятся: магнитотвердые сплавы и стали, магнитомягкие стали, парамагнитные стали, ферриты, стали и сплавы с высоким электрическим сопротивлением и др. Знать их химический состав, влияние состава и термической обработки на электрофизические свойства. Рассмотреть марки мартенситно-стареющих высокопрочных сталей, термическую обработку и область их применения. Знать, за счет чего происходит увеличение прочности при старении. С каждым годом увеличивается область применения и выпуск промышленностью металлических порошков и изделий из них. Познакомиться с технологией порошковой металлургии, с производством изделий из порошковых сплавов различных составов для разнообразного применения их в технике. Обратить особое внимание на свойства, строение, маркировку и область применения металлокерамических твердых сплавов, керметов и композиционных материалов (САП) [2,с.150,154;287,290;303,329;329,342].

 

Вопросы для самопроверки

1. Показать влияние легирующих элементов на положение критических точек, на температуру превращений аустенита при охлаждении.

2. Привести классификацию легированных сталей и их маркировку.

3. Что такое коррозионная стойкость, жаропрочность, жаростойкость? Приведите марки сталей, обладающих этими свойствами, и поясните, какие элементы и в какой степени способствуют получению этих свойств.

4 Что собой представляют порошковые сплавы? Как получают из них детали и где они применяются?

 

Цветные металлы и сплавы

Медь и ее сплавы, применение медных сплавов в промышленности. Алюминий и его сплавы. Титан и его сплавы. Подшипниковые сплавы.

 

Методические советы

При изучении этого раздела необходимо обратить внимание на физико-химические свойства чистой и технической меди, титана, алюминия, магния и области их применения. Затем разобрать классификацию, состав, строение, маркировку, механические и технологические свойства основных их сплавов. Рассмотреть особенности и режимы термической обработки сплавов и связанное с этим изменение их структуры и свойств.

Особое внимание обратить на теорию старения применительно к сплавам цветных металлов. Подробно разобраться с областью применения сплавов в машиностроении. При изучении подшипниковых сплавов обратить внимание на требования, предъявляемые к их структуре, механическим и технологическим свойствам. Изучить составы, структуры, свойства и применение оловянных, свинцовых, кальциевых баббитов и сплавов на цинковой и алюминиевой основе. Необходимо ознакомиться с основными видами и составами припоев, применяемых при пайке [2,с.353,374;381,406].

 

Вопросы для самопроверки

1. Приведите маркировку сплавов меди, алюминия, титана, магния и область их применения.

2. Какой термической обработке подвергаются сплавы меди, алюминия, титана, магния и как при этом изменяются их механические свойства и структура?

3. Что такое “старение”сплавов?

4 Перечислите наиболее распространенные подшипниковые сплавы.

 

Неметаллические материалы

 Строение и свойства полимерных материалов. Типовые термопластические и термореактивные материалы, резина; их строение, свойства и области применения. Экономическая эффективность применения их в технике. Методы упрочнения неметаллических материалов.

 

Методические советы

Изучение этого раздела нужно начинать с повторения соответствующих разделов курса органической химии. Необходимо знать строение и зависимость от него свойств полимерных материалов. Разобраться с классификацией полимеров и особенностями свойств полимерных материалов. Знать основные термореактивные и термопластичные полимерные смолы и пластические массы на их основе. Разобрать состав, классификацию и физико-механические свойства резин. Познакомиться с основными методами переработки пластмасс и резины в изделия и технико-экономической эффективностью их применения в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении [1,с.626,649;652,655].

 

Вопросы для самопроверки

1. Поясните строение полимеров.

2. Приведите классификацию пластмасс. Область применения пластмасс.

3. Какими способами пластические массы и резина перерабатываются в изделия?