Пластическая деформация и механические свойства металлов

Строение металлов

Рассмотрите типы химической связи в твердых телах, основное внимание обратите на особый вид металлической связи. Металлический тип связи обусловливает отличительные свойства металлов: высокую электропроводность и теплопроводность, высокую пластичность и металлический блеск. Металлические тела характеризуются кристаллическим строением. Однако свойства реальных кристаллов определяются известными несовершенствами кристаллического строения. В связи с этим необходимо разобраться в видах несовершенств и особенно в строении дислокаций (линейных несовершенств), причинах их легкого перемещения в кристаллической решетке и влияния на механические свойства.

Термодинамические причины фазовых превращений являются одним из частных случаев общего закона природы: стремления любой системы к состоянию с наименьшим запасом энергии (в данном случае свободной энергии). Разберитесь в теоретических основах процесса кристаллизации, состоящего из двух элементарных процессов: зарождения и роста кристаллов,- и в определяющем влиянии на эти параметры степени переохлаждения.

При изучении процесса кристаллизации необходимо иметь в виду решающее значение реальной среды в формировании структуры литого металла, а также возможность искусственного воздействия на строение путем модифицирования.

 

 

Вопросы для самопроверки

 

1. В чем сущность металлического, ионного и ковалентного типов связи?

2. Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются? 3. Что такое элементарная ячейка? 4. Что такое полиморфизм? 5. Что такое параметр кристаллической решетки, плотность упаковки и координационное число? 6. Виды дислокаций и их строение. 7. Каково строение краевых и винтовых дислокаций? Что такое вектор Бюргерса? 8. Что такое анизотропия свойств кристаллов?

9. Каковы термодинамические условия фазового превращения? 10. В чем физическая сущность процесса кристаллизации? 11. В чем физическая сущность процесса плавления? 12. Каковы параметры процесса кристаллизации? 13. Что такое переохлаждение? 14. Какова связь между величиной зерна, скоростью зарождения, скоростью роста кристаллов и степенью переохлаждения? 15. Формы кристаллов и влияние реальной среды на процесс кристаллизации. Образование дендритной структуры. 16. В чем сущность модифицирования?

 

Теория сплавов

 

Необходимо отчетливо представлять строение металлов и сплавов в твердом состоянии. Уяснить, что такое твердый раствор, химическое соединение, механическая смесь. Наглядное представление о состоянии любого сплава в зависимости от его состава и температуры дают диаграммы состояния. Нужно усвоить общую методику построения диаграмм состояния для различных случаев взаимодействия компонентов в твердом состоянии.

При изучении диаграмм состояния уметь применять правило отрезков (для определения доли каждой фазы или структурной составляющей в сплаве), правило фаз (для построения кривых нагревания и охлаждения), определять химический состав фаз.

С помощью правил Курнакова уметь установить связь между составом, строением и свойствами сплава.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что такое компонент, фаза, число степеней свободы? 2.Приведите объяснение твердого раствора, механической смеси, химического соединения.

3. Что представляют собой твердые растворы замещения и внедрения? 4. Как

строятся диаграммы состояния? 5. Приведите уравнение правила фаз и объясните физический смысл числа степеней свободы. 6.Объясните принцип построения кривых нагревания и охлаждения с помощью правила фаз. 7. Как будет выглядеть участок кривой охлаждения, если число степеней свободы равно двум и имеется одна фаза? То же, для числа степеней свободы, равного единице, в случае выпадения твердой фазы из жидкой. То же, для числа степеней свободы, равного нулю. 8. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая образования непрерывного ряда твердых растворов. 9. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая полной нерастворимости компонентов в твердом состоянии. 10. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая образования эвтектикия, состоящей из ограниченных твердых растворов. 11. Каким образом определяются концентрация фаз и их количественное соотношение? 12. В чем различие между эвтектической и перитектической кристаллизациями? 13. В чем различие между эвтектоидным и эвтектическим превращениями? 14. Виды ликвации и методы их устранения. 15. Правила Курнакова.

 

Пластическая деформация и механические свойства металлов

Рассмотрите физическую природу деформации и разрушения. Особое внимание уделите механизму пластической деформации, ее влиянию на микро- и субмикроструктуру, а также на плотность дислокаций. Уясните связь между основными характеристиками, строением и механическими свойствами. Разберитесь в сущности явления наклепа и его практическом использовании.

Изучите основные методы исследования механических свойств металлов и физический смысл определяемых при разных методах испытания характеристик. Обратите внимание на то, что свойства, полученные на гладких образцах, не совпадают со свойствами готового изделия, выполненного из предварительно испытанного материала. Это связано с наличием в реальных деталях отверстий, надрезов и других концентраторов напряжений, а также с различием в характере напряженного состояния образца и детали. Отсюда вытекает важность испытаний образцов с надрезами, позволяющих приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации материала и получить результаты, характеризующие конструкционную прочность металла.

 

Вопросы для самопроверки

1. В чем различие между упругой и пластической деформациями? 2. Как изменяется строение металла в процессе пластического деформирования?

3. Как изменяется плотность дислокаций при пластической деформации?4. Как

влияют дислокации на прочность металла? 5. Почему наблюдается огромное различие теоретической и практической прочности? 6. Как влияет изменение строения на свойства деформированного металла? 7. В чем сущность явления наклепа и какое он имеет практическое использование? 8. Какие характеристики механических свойств определяются при испытании на растяжение? 9.Что такое твердость? Какие методы определения твердости вы знаете? 10.Как влияют температура и скорость нагружения на характер разрушения? 11. Что такое ударная вязкость? 12. Что такое порог хладноломкости? 13. Что такое конструкционная прочность? 14. От чего зависит и как определяется конструкционная прочность?

 

Влияние нагрева на структуру и свойства

Деформируемого металла

Необходимо знать сущность рекристаллизационных процессов: возврата, первичной рекристаллизации, собирательной (вторичной) рекристаллизации, протекающих при нагреве деформированного металла. Уяснить, как при этом изменяются механические и физико-химические свойства. Установить влияние состава сплава и степени пластической деформации на протекание рекристаллизационных процессов. Уметь назначить режим рекристаллизационного отжига. Иметь четкое представление о его практическом значении. Уясните различие между холодной и горячей пластическими деформациями.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве?

2. В чем сущность процесса возврата? 3. Что такое полигонизация? 4. Сущность процессов первичной и вторичной рекристаллизации. 5. Как влияют состав сплава и степень пластической деформации на температуру рекристаллизации? 6. Что такое критическая степень деформации? 7. В чем различие между холодной и горячей пластическими деформациями? 8. Как изменяются строение и свойства металла при горячей пластической деформации? 9. Каково назначение рекристаллизационного отжига и как он осуществляется?

 

Железо и его сплавы

Студент должен уметь на память вычертить диаграмму состояния железо-цементит и определить все фазы и структурные составляющие этой системы, а также построить с помощью правила фаз кривые охлаждения для любого сплава; четко разбираться в классификации железоуглеродистых сплавов и усвоить, что различие между тремя классами (техническое железо, сталь, чугун) не является формальным (по содержанию углерода). Разные классы сплавов принципиально различаются по структуре и свойствам. Необходимо знать, что технические железоуглеродистые сплавы состоят не только из железа и углерода, но обязательно содержат постоянные примеси, попадающие в сплав в результате предыдущих операций при выплавке.

Разберите диаграмму состояния железо - графит, которая по графическому начертанию почти не отличается от диаграммы железо – цементит, что облегчает ее запоминание. Количественные изменения в положении линий диаграммы касаются смещения эвтектической и эвтектоидной линий в точке S' и Е'. Качественное изменение заключается в замене в структуре во всех случаях цементита графитом.

Изучите влияние легирующих элементов на критические точки железа и стали и объясните, при каком сочетании углерода и соответствующего легирующего элемента могут быть получены легированные стали ферритного, перлитного, аустенитного и ледебуритного классов.

Уясните влияние постоянных примесей на строение чугуна и разберитесь в различии металлической основы серых чугунов разных классов. Запомните основные механические свойства и назначение чугунов различных классов и их маркировку. Обратите внимание на способы получения ковких и высокопрочных чугунов. Изучите физическую сущность процесса графитизации.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что такое феррит, аустенит, перлит, цементит и ледебурит? 2. Какие превращения происходят в сплавах при температурах А₁, А₂, А₃, А₄ , А _cm? 3. Построить с помощью правила фаз кривую охлаждения для стали с 0,8% С и для чугуна с 4,3% С. 4. Каковы структура и свойства технического железа, стали и белого чугуна? 5. Как классифицируют по структуре стали и белые чугуны? 6. В каких условиях выделяется первичный, вторичный и третичный цементиты? 7.Каково строение ледебурита при комнатной температуре и при температуре, немного выше эвтектоидной? 8. Как влияют легирующие элементы на положение критических точек А₁, А₃, А₄, А _cm? 9. Какие легирующие элементы являются карбидообразующими? 10. Какие легирующие элементы способствуют графитизации? 11. Как влияют легирующие элементы на свойства феррита и аустенита?

12. Как классифицируют легированные стали по структуре в равновесном состоянии? 13. В чем отличие серого чугуна от белого? 14. Классификация и маркировка серых чугунов. 15. Каковы структуры серых чугунов? 16. Как получают высокопрочный чугун? Его строение, свойства и назначение. 18. В чем различие в строении и модифицированного чугунов? 19. Сравните механические свойства серого, ковкого и высокопрочного чугунов.

 

Конструкционные стали

Нужно усвоить принципы маркировки стали и уметь по маркировке определить состав и особенности данной стали, а также иметь общее представление о разных группах стали.

Хорошо разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойств стали, особое внимание уделите технологическим особенностям термической обработки легированной стали различных групп.

Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализованном состоянии и по назначению), основные принципы выбора для различного назначения цементитуемых, улучшаемых, пружинно-рессорных, износостойких, высокопрочных, нержавеющих, жаропрочных и других сталей.

При изучении жаропрочных сталей обратите внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температурах. Уясните сущность явления ползучести и основные характеристики жаропрочности; каковы предельные рабочие температуры и области применения различного структурного класса.

В качестве примеров указать две-три марки стали каждой группы, расшифровать состав, назначить режим термической обработки и охарактеризовать структуру, свойства и область применения.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Расшифруйте химический состав стали марок: 40, 20Х, 30ХГСА, 50Г, Г13, ЩХ15, 18Х2Н4ВА, 5ХНМ, Х18Н9Т, Н18К8М5Т. 2. Как классифицируются легированные стали? 3. Как классифицируются конструкционные стали по технологии термической обработки? 4. Какие требования предъявляются к цементитируемым изделиям? 5. Чем определяется выбор марки цементитуемой стали для изделий различного назначения? Приведите примеры марок стали, используемых в различных условиях работы. 6. Какова термическая обработка цементитуемых деталей? 7. Чем объясняется назначение процесса улучшения для конструкционной стали? 8. Как влияет степень легирования на механические свойства улучшаемой стали? 9. Термическая обработка улучшаемых сталей. 10. Чем определяется выбор марки улучшаемой стали для изделий различного назначения? Примеры марок сталей, используемых в различных условиях работы. 11. Какие требования предъявляются к рессорно – пружинным сталям и как они классифицируются по прочностным свойствам? 12. Приведите примеры марок стали для рессор и пружин, работающих в различных условиях. 13. Термическая обработка рессорно – пружинной стали. 14. Какие вы знаете износостойкие стали? 15. Каковы особенности мартенситостареющих сталей? 16. Приведите примеры марок высокопрочной стали, назначте режим термообработки. 17. Каковы требования, предъявляемые к нержавеющим сталям? 18. В чем сущность электрохимической коррозии? 19. Укажите марки хромистых нержавеющих сталей. Их состав, термическая обработка, свойства и назначение. 20. Укажите марки хромоникелевых нержавеющих сталей. Их свойства, состав, термическая обработка, назначение. 21. Что такое окалиностойкость? 22. Каковы требования, предъявляемые к жаростойким сталям? 23. Какими способами можно повысить окалиностойкость? 24. Каковы требования, предъявляемые к жаропрочным сталям? 25. В чем сущность явления ползучести? 26. Приведите определения предела ползучести и предела длительной прочности. Что такое скорость ползучести? Каков физический смысл этих характеристик? 27. Какими способами можно повысить жаропрочность стали? Объясните природу упрочнения. 28. Приведите примеры жаропрочных сталей перлитного, мартенситного и аустенитного классов. Укажите их состав, обработку, свойства и области применения. 29. Каковы особенности и области применения металлокерамических сплавов?

 

Инструментальные стали

Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от применения инструмента и в связи с этим рассмотрите основные эксплутационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните причины их высокой красностойкости и особенности термической обработки.

При изучении штамповых сталей необходимо различать условия работы штампов для деформирования в холодном состоянии и штампов для деформирования в горячем состоянии.

Студент обязан уметь выбрать марку стали для инструмента различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки, объяснить сущность происходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства.

 

Вопросы для самопроверки

 

Расшифруйте химический состав стали марок: У10, 9ХС, ХВГ, Р18, Р18Ф2, Р9К10, Р9М4К8, Х12, 6ХВ2С, Х12ВМ. 2. Как классифицируются инструментальные стали? 3. Требования, предъявляемые к сталям для режущего инструмента. 4. Приведите примеры углеродистых и легированных сталей, используемых для режущего инструмента. Укажите их состав, режим термической обработки, структуру и свойства. 5. Укажите и расшифруйте основные марки быстрорежущей стали. 6. В чем сущность явления красностойкости и каким образом можно повысить красностойкость инструмента? 7. Какова термическая обработка быстрорежущей стали? 8. Как подразделяются штамповые стали? Требования, предъявляемые к штамповым сталям для деформирования металла в холодном состоянии и к сталям – для деформирования металла в горячем состоянии. 9. Какие стали применяются для штампов холодной штамповки? Укажите их состав, термическую обработку, структуру и свойства. 10. Какие стали применяются для пресс-форм литья под давлением? 11. Какие требования предъявляются к сталям для измерительного инструмента? Укажите марки стали, их состав, термическую обработку, структуру и свойства. 12. Что представляют собой твердые сплавы? Каковы их свойства и преимущества? 13. Укажите марки твердых сплавов, их состав и назначение.

 

Специальные сплавы

 

В этом разделе изучаются стали и сплавы, обладающие особыми физическими свойствами: магнитные, с особенностями теплового расширения и электрического сопротивления. Необходимо знать требования, предъявляемые к каждой группе сплавов, и их назначение. В качестве примеров укажите две – три марки стали или сплава данной группы, расшифруйте их состав, определите режим термической обработки с объяснением происходящих структурных превращений, охарактеризуйте получаемую структуру и свойства.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Как классифицируются магнитные стали и сплавы? Требования, предъявляемые к магнитомягким материалам, и требования, предъявляемые к магнитотвердым материалам. 2. Какие вы знаете магнитомягкие стали и сплавы? Укажите их состав, свойства и назначение. 3. Какие вы знаете магнитотвердые материалы? Укажите их состав, термическую обработку, свойства и назначение. 4. Какие требования предъявляются к сплавам с высоким электросопротивлением? Приведите примеры таких сплавов с указанием их состава, структуры, свойств и области применения. 5. Приведите примеры сплавов с особенностями теплового расширения. Их состав, свойства и назначение. 6. Какие вы знаете сплавы с заданными упругими свойствами? Приведите их состав, свойства и назначение.

Вопросы для самопроверки

 

1. Свойства и применение алюминия. 2. Как классифицируются алюминиевые сплавы? 3. Какие сплавы упрочняются путем термической обработки? Укажите их марки, состав, режим термической обработки, свойства. 4. В чем сущность процесса старения? 5. Какие сплавы упрочняются нагартовкой? 6. Какие вы знаете литейные алюминиевые сплавы? Приведите их марки, состав, обработку, свойства. 7. Как и для чего производится модифицирование силумина? 8. Какие вы знаете жаропрочные алюминиевые сплавы? Укажите предельные рабочие температуры их использования. 9. Каковы свойства магния? 10. Как классифицируются магниевые сплавы? 11. Укажите марки, состав, обработку, свойства и назначение различных сплавов на основе магния.

 

Медь и ее сплавы

 

Изучите классификацию медных сплавов и уясните маркировку, состав, структуру, свойства и области применения разных групп медных сплавов.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Как влияют примеси на свойства чистой меди? 2. Как классифицируются медные сплавы? 3. Какие сплавы относятся к латуням? Их маркировка и состав. 4. Приведите несколько примеров латуней с указанием их состава, структуры, свойств и назначения. 5. Какие сплавы относятся к бронзам? Их маркировка и состав. 6. Укажите строение, свойства и назначение различных бронз. 7. Какой термической обработке подвергается бериллиевая бронза?

 

Титан и его сплавы

 

Изучите классификацию титановых сплавов, их маркировку, состав, структуру, свойства и области применения.

 

Вопросы для самопроверки

1. Какие свойства характеризуют титан как конструкционный материал?

2. Как влияют легирующие элементы на аллотропические формы титана? 3. По каким признакам и как классифицируются сплавы титана? 4. Каким видам термообработки подвергают сплавы титана? 5. Как происходит термическое упрочнение титановых сплавов? 6. Чем отличается мартенсит стали от мартенсита титана? 7. Где применяют сплавы титана?

 

Полимерные материалы

 

При изучении неметаллических материалов необходимо прежде всего усвоить, что в основе неметаллических материалов лежат полимеры. Обратите внимание на особенности строения полимеров, которые определяют их механические и физико – химические свойства. Классификацию полимеров рассмотрите с учетом особенностей их состава и строения.

Рассматривая пластические массы, необходимо понять, что это искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связывающих веществ, которые являются обязательными компонентами пластмасс. Другими важными компонентами являются наполнители и отвердители. Изучите различные группы пластических масс, их свойства и области применения.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что лежит в основе классификации полимеров? 2. Какие материалы относятся к обратимым и необратимым полимерам? 3. Какие вы знаете наполнители пластмасс? 4. Для чего вводят в пластмассы отвердители? 5. Приведите примеры пластиков с твердыми наполнителями. 6. Укажите область применения термопластов и реактопластов. 7. В чем преимущества пластмасс по сравнению с металлическими материалами? 7. Каковы их недостатки?

 

Резиновые материалы

 

Как технический материал резина отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, что связано со свойствами самой основы резины – каучука. Уясните состав резины, способы получения и влияние различных добавок на ее свойства. Подробно рассмотрите влияние порошковых и органических наполнителей на свойства резины, изучите физико – механические свойства и области применения резин различных марок.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что представляет собой резина? 2. Какие компоненты относятся к совмещающимся и как они влияют на свойства резины? 3. Объясните роль порошковых наполнителей. 4. В каких случаях применяются волокнистые наполнители?

 

Силикатные материалы

 

Поскольку большинство неорганических материалов содержит различные соединения кремния с другими элементами, эти материалы получили общее название силикатных материалов. Обратите внимание на внутреннее строение неорганического стекла. Уясните сущность стекорообразного состояния как разновидности аморфного состояния вещества. Разберитесь в изменении свойств стекла в зависимости от состава. Рассмотрите стеклокристаллические материалы (ситаллы) и их отличие от стекла минерального. Уясните причины образования кристаллической структуры ситаллов.

При изучении керамических материалов обратите внимание на отличие технической керамики от обычной. Разберитесь в химическом и фазовом составах технической керамики, ее свойствах и области применения.

 

Вопросы для самопроверки

1. Какие силикатные материалы относятся к минеральному стеклу? Их отличительные свойства. 2. Как достигаются электроизоляционные или электропроводящие свойства стекла? 3. Объясните причины, вызывающие кристаллизацию ситаллов (стеклокристаллитов). 4. Укажите область применения ситаллов. 5. В чем отличие технической керамики от обычной? Укажите область ее применения.

 

Композиционные материалы

Обратите внимание на принципиальное отличие композиционного материала, заключающееся в сочетании разнородных материалов с четкой границей раздела между ними. В связи с тем, что композит обладает свойствами, которыми не может обладать ни один из его компонентов в отдельности, такие материалы становятся весьма перспективными в различных областях новой техники. Укажите свойства композитов в зависимости от вида матрицы и формы, размеров и взаимного расположения наполнителя. Уясните возможность использования композитов в качестве жаропрочных материалов и способы повышения их жаропрочности.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что такое композиты? 2. Как подразделяются композиты в зависимости от формы и размеров наполнителя? 3. Как подразделяются композиты по виду матрицы? 4. От чего зависят механические свойства композитов? 5. Какие композиционные материалы используют для работы при высоких температурах (жаропрочные)?

 

ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

 

Вариант 1

 

1. Опишите основные типы кристаллических решеток и приведите примеры металлов с этими решетками.

2. Вычертите диаграмму состояния сплавов системы медь-серебро (рис. 4.6). Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях следующим образом:

а) укажите линию ликвидус и линию солидус;

б) определите что является фазами в данной системе сплавов;

в) опишите изотермические (нонвариантные) превращения;

г) на диаграмме укажите фазовый состав всех областей и структуру сплавов;

д) объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правил Курнакова.

3. Как и почему при пластической деформации изменяются свойства металлов?

4. Изобразите диаграмму состояния железо – цементит с указанием температур превращений и концентраций углерода характерных точек. Укажите фазовый состав и структурные составляющие в различных областях диаграммы. Опишите, что является твердыми растворами, химическими соединениями и механическими смесями. Постройте кривую охлаждения для сплава с содержанием углерода 0,16 % из жидкого состояния до комнатной температуры. Опишите превращения, происходящие при охлаждении данного сплава. Определить структуру сплава при комнатной температуре.

5. Сталь 45 подверглась закалке и последующему отпуску. Из каких основных фазовых превращений складывается этот технологический процесс и какая образуется структура после каждой операции термической обработки?

6. Для изготовления коленчатого вала выбрана сталь 30ХГСА:

а) расшифруйте состав, объяснив назначение всех легирующих элементов;

б) определите структуру стали в равновесном состоянии;

в) назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирующих элементов на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

г) опишите структуру и свойства стали после термической обработки.

7. Для изготовления некоторых деталей двигателей внутреннего сгорания выбран сплав АК6:

а) расшифруйте состав и укажите способ изготовления деталей из данного сплава;

б) приведите характеристики механических свойств сплава при повышенных температурах и объясните, за счет чего они достигаются.

8.Опишите, в чем заключается отличие природных, искусственных и синтетических неметаллических материалов.

 

Вариант 2

 

1. Опишите явление полиморфизма (аллотропии) и приведите примеры металлов, обладающих полиморфизмом.

2. Вычертите диаграмму состояния сплавов системы свинец-магний (рис.4.14). Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях следующим образом:

а) укажите линию ликвидус и линию солидус;

б) определите что является фазами в данной системе сплавов;

в) опишите изотермические (нонвариантные) превращения;

г) на диаграмме укажите фазовый состав всех областей и структуру сплавов;

д) объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правил Курнакова.

3. Объясните, в чем заключается отличие технической прочности и теоретической.

4. Изобразите диаграмму состояния железо – цементит с указанием температур превращений и концентраций углерода характерных точек. Укажите фазовый состав и структурные составляющие в различных областях диаграммы. Опишите, что является твердыми растворами, химическими соединениями и механическими смесями. Постройте кривую охлаждения для сплава с содержанием углерода 0,2 % из жидкого состояния до комнатной температуры. Опишите превращения, происходящие при охлаждении данного сплава. Определить структуру сплава при комнатной температуре.

5. Как изменяются структура и свойства стали 35 в результате закалки от температуры 750 и 870⁰С. Объясните с применением диаграммы состояния железо-цементит.

6. Для деталей, работающих в окислительной атмосфере, применяется сталь 08Х13:

а) расшифруйте состав и определите класс стали по структуре;

б) объясните назначение хрома в данной стали и обоснуйте выбор марки стали для этих условий работы.

7. Для изготовления ряда деталей самолета выбран сплав Д16:

а) расшифруйте состав и укажите характеристики механических свойств сплава после термической обработки;

б) опишите способ упрочнения этого сплава и объясните природу упрочнения.

8. Дайте определение полимеров и опишите их молекулярную структуру.

 

Вариант 3

 

1. Как влияет модифицирование на строение и свойства литого металла? Объясните причину воздействия и опишите два основных механизма модифицирования.

2. Вычертите диаграмму состояния сплавов системы медь-мышьяк (рис.4.7.). Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях следующим образом:

а) укажите линию ликвидус и линию солидус;

б) определите что является фазами в данной системе сплавов;

в) опишите изотермические (нонвариантные) превращения;

г) на диаграмме укажите фазовый состав всех областей и структуру сплавов;

д) объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правил Курнакова.

3. Укажите, какой вид термической обработки необходимо применять к сплавам, имеющим структуру твердого раствора, для устранения ликвации.

4. Изобразите диаграмму состояния железо – цементит с указанием температур превращений и концентраций углерода характерных точек. Укажите фазовый состав и структурные составляющие в различных областях диаграммы. Опишите, что является твердыми растворами, химическими соединениями и механическими смесями. Постройте кривую охлаждения для сплава с содержанием углерода 0,3 % из жидкого состояния до комнатной температуры. Опишите превращения, происходящие при охлаждении данного сплава. Определить структуру сплава при комнатной температуре.

5. Каков оптимальный режим термической обработки детали из стали 40, обеспечивающий оптимальную конструкционную прочность? Пользуясь диаграммой железо – цементит, определите температуру нагрева для операции термической обработки, опишите происходящие фазовые превращения и получаемую структуру.

6. В результате термической обработки полуоси должны получить повышенную прочность по всему сечению. Для изготовления их выбрана сталь 30ХГС:

а) расшифруйте состав и определите группу стали по назначению и структуре в равновесном состоянии;

б) назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирующих элементов на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

в) опишите структуру и свойства стали после термической обработки.

7. Для изготовления некоторых деталей самолета выбран сплав В95:

а) расшифруйте состав и укажите характеристики механических свойств;

б) опишите, каким способом производится упрочнение этого сплава, объяснив природу упрочнения.

8.Классификация полимеров по их реакции к повторным нагревам.

 

 

Вариант 4

1. Опишите явление полиморфизма в приложении к железу, а также строение и основные характеристики кристаллической решетки (параметры, координационное число, плотность упаковки) для различных модификаций железа.

2. Вычертите диаграмму состояния сплавов системы свинец-сурьма (рис.4.19). Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях следующим образом:

а) укажите линию ликвидус и линию солидус;

б) определите что является фазами в данной системе сплавов;

в) опишите изотермические (нонвариантные) превращения;

г) на диаграмме укажите фазовый состав всех областей и структуру сплавов;

д) объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правил Курнакова.

3. Опишите линейные несовершенства кристаллического строения. Как они влияют на свойства металлов и сплавов?

4. Изобразите диаграмму состояния железо – цементит с указанием температур превращений и концентраций углерода характерных точек. Укажите фазовый состав и структурные составляющие в различных областях диаграммы. Опишите, что является твердыми растворами, химическими соединениями и механическими смесями. Постройте кривую охлаждения для сплава с содержанием углерода 0,4 % из жидкого состояния до комнатной температуры. Опишите превращения, происходящие при охлаждении данного сплава. Определить структуру сплава при комнатной температуре.

5. Режущий инструмент из стали У10 был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев и как можно исправить этот дефект?

6. Для изготовления машинных метчиков выбрана сталь Р18:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению и структуре;

б) назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирующих элементов на превращения, происходящие на всех этапах термообработки данной стали;

в) опишите структуру и свойства стали после термообработки.

7. Назначьте марку латуни, коррозионно-устойчивой в морской воде:

а) расшифруйте ее состав и опишите структуру, используя диаграмму состояния медь-цинк;

б) укажите способ упрочнения латуни и основные свойства.

8. Дать определение пластмасс, описать их состав и объяснить, чем пластмассы отличаются от полимеров.

 

Вариант 5

 

1. Что такое ликвация? Виды ликвации и причины ее возникновения.

2. Вычертите диаграмму состояния сплавов системы свинец-олово (рис.4.12). Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях следующим образом:

а) укажите линию ликвидус и линию солидус;

б) определите что является фазами в данной системе сплавов;

в) опишите изотермические (нонвариантные) превращения;

г) на диаграмме укажите фазовый состав всех областей и структуру сплавов;

д) объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правил Курнакова.

3. Как можно исправить крупнозернистую структуру стали марки 30? Обоснуйте выбранный режим термической обработки.

4. Изобразите диаграмму состояния железо – цементит с указанием температур превращений и концентраций углерода характерных точек. Укажите фазовый состав и структурные составляющие в различных областях диаграммы. Опишите, что является твердыми растворами, химическими соединениями и механическими смесями. Постройте кривую охлаждения для сплава с содержанием углерода 0,5 % из жидкого состояния до комнатной температуры. Опишите превращения, происходящие при охлаждении данного сплава. Определить структуру сплава при комнатной температуре.

5. Используя диаграмму железо-цементит и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 40 температуру закалки и температуру отпуска, необходимые для обеспечения твердости НВ 2500. Опишите превращения, которые происходили в стали в процессе закалки и отпуска, и полученную после термообработки структуру.

6. В результате термической обработки втулки должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость НВ 2500-2800). Для изготовления их выбрана сталь 40ХН:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термообработки данной стали;

в) опишите структуру и свойства стали после термической обработки.