Челябинский институт путей сообщения – филиал гоу впо

Челябинский институт путей сообщения – филиал ГОУ ВПО

«Уральский государственный университет путей сообщения»

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

 

Рабочая программа, методические указания и

задание на контрольную работу

Для специальностей «Д» и «Эк»

 

Челябинск

Данная работа содержит рабочую программу, задание на контрольную работу, методические указания к изучению данной дисциплины и выполнению контрольной работы, примеры ответов на вопросы контрольной работы, вопросы к экзамену по дисциплине «Материаловедение», список рекомендуемой литературы.

 

 

Илл. 2, табл. 7, библиогр. 11 назв.

 

 

Одобрено на заседании кафедры ОПД ЧИПС, протокол № от.

 

 

Составитель: канд. техн. наук, ст. преподаватель кафедры ОПД ЧИПС

Архипова Е.В.

 

Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедры ОПД ЧИПС Евсеенков В.С.

 

Цель изучения дисциплины «Материаловедение» - дать студентам представление о металлах и сплавах, взаимосвязи химического состава, структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов, способах изменения этих свойств; о неметаллических материалах (конструкционных пластмассах и резинотехнических изделиях).

При изучении дисциплины «Материаловедение», выполнении контрольной работы и подготовке к экзамену следует придерживаться следующего порядка:

1) ознакомиться с программой;

2) изучить рекомендуемую учебную литературу, обратив особое внимание на физико-химическую сущность рассматриваемых процессов и превращений; на механические свойства материалов и способы наиболее эффективного и экономичного их использования на железнодорожном транспорте;

3) ответить письменно на вопросы контрольной работы.

Составление ответов на вопросы закрепляет знания по отдельным разделам, но не заменяет изучения материала по всей программе.

В случае затруднений при выполнении контрольной работы следует обращаться за устной или письменной консультацией на кафедру.

 

 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

 

Металловедение

Строение и кристаллизация металлов

Классификация металлов. Черные и цветные металлы: тугоплавкие, легкие, легкоплавкие, благородные и др. Особенности атомного строения и свойства металлов. Типы кристаллических решеток металлов. Полиморфные превращения в металлах. Анизотропия металлов. Строение реальных кристаллов. Понятие о теории дислокации. Несовершенства кристаллического строения: точечные, линейные, поверхностные дефекты. Зерна, фрагменты, блоки.

Кристаллизация металлов. Особенности жидкого состояния. Кривые охлаждения чистых металлов. Образование и рост кристаллических зародышей. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации и величину зерна.

Строение слитка и дендрита. Кристаллическая, химическая и физическая неоднородность слитка. Внутрикристаллитная дендритная ликвация.

Основы теории сплавов

Понятая: сплав, компонент, фаза, структурная составляющая сплава. Смеси, химические соединения, твердые растворы. Виды твердых растворов и химических соединений. Методы построения диаграмм состояний. Четыре простейших типа диаграмм состоянии двойных систем. Вторичная кристаллизация. Связь между строением сплавов (диаграммой состояний) и их свойствами (закон Н. С. Курнакова). Определение химического состава и количественного соотношения фаз, находящихся в равновесии.

Железоуглеродистые сплавы

Железо и его свойства. Аллотропия или полиморфизм железа. Строение фаз и структурных составляющих системы железо—углерод. Диаграмма состояний железо—цементит. Роль Д. К. Чернова в разработке этой диаграммы. Углеродистые стали. Влияние углерода и постоянных примесей, а также кислорода, азота, водорода и неметаллических включений на структуру и свойства стали. Классификация углеродистых сталей по способу производства, качеству, степени раскисления и применению. ГОСТы на углеродистые стали. Маркировка сталей. Особые технические условия (ТУ) на углеродистые стали для ответственных деталей подвижного состава, машин, механизмов и сооружений железнодорожного транспорта. Понятие о чугунаx. Назначение чугунов. Ковкий и высокопрочный чугун. Термическая обработка чугуна.

 

Основы теории термической обработки стали

Превращения в стали при нагреве. Изотермические кривые превращения перлита в аустенит при нагреве. Наследственное зерно. Влияние величины зерна на механические и технологические свойства. Превращения переохлажденного аустенита. Диаграмма изотермического распада аустенита эвтектоидной стали. Особенности диаграмм для до- и заэвтектоидной сталей. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении. Превращение аустенита в мартенсит. Критическая скорость закалки. Особенности мартенситного превращения. Строение и свойства мартенсита. Изотермическая закалка стали.

Теория упрочнения сплавов путем закалки и старения. Напряжение и деформация. Влияние температуры и скорости нагружения на сопротивление деформации. Твердость, износостойкость, хладноломкость металлов. Хрупкое и вязкое разрушение. Явление усталости. Предел выносливости. Конструкционная прочность. Удельная прочность. Применение поверхностной пластической деформации для упрочнения деталей подвижного состава. Обработка дробью и накатка роликом.

Технология термической обработки стали

Классификация основных видов термической обработки. Окисление и обезуглероживание стали при нагреве. Защитные среды для термообработки. Отжиг стали и его разновидности. Нормализация стали. Влияние отжига и нормализации нa структуру, механические свойства и обрабатываемость резанием. Закалка стали. Выбор температуры закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Внутренние напряжения (термические и структурные), возникающие при закалке. Способы закалки. Обработка холодом (А. П. Гуляев), ее назначение. Поверхностная закалка с нагревом токами высокой частоты — ТВЧ (В. П. Вологдин). Особенности структуры и свойств стали, закаленной с индукционного нагрева. Детали подвижного состава, подвергаемые закалке с нагревом ТВЧ. Газопламенный нагрев под закалку. Отпуск закаленной стали и его виды. Улучшение стали. Влияние температуры отпуска на механические свойства стали. Наклеп и рекристаллизация. Термомеханическая обработка стали (ВТМО и НТМО).

Химико-термическая обработка стали

Сущность и цели химико-термической обработки. Физико-химические основы химико-термической обработки стали. Цементация спали, ее виды, химизм процесса. Варианты термической обработки цементированной стали. Азотирование стали. Химизм процесса. Структура и свойства азотированной стали. Детали подвижного состава, подвергаемые цементации и азотированию. Нитроцементация (цианироваие) конструкционной и инструментальной сталей. Сульфоцианирование, алитирование и хромирование стали, борирование стали. Охрана труда в термических цехах.

 

Основы легирования стали

Влияние легирующих элементов нa полиморфизм железа. Диаграмма состояния железо — легирующий элемент с открытой и закрытой g - областью. Карбидообразующие и некарбидообразующие элементы. Влияние легирующих элементов на основные превращения в стали (распад аустенита, мартенситное превращение, превращения при oтпуске). Отпускная xpупкость I и II рода. Влияние марганца, хрома, кремния, никеля, молибдена, вольфрама на превращения, структypy и свойства сталей. Цели добавления и количество вводимых в сталь титана, ванадия, алюминия, бора, меди, серы, свинца, селена, азота и редкоземельных элементов (РЗМ).

 

Инструментальные легированные стали и твердые сплавы

Классификация и маркировка инструментальных легированных сталей. ГОСТы на эти стали. Стали для штампов холодной и горячей деформации. Стали для измерительного инструмента. Стали для режущего инструмента. Быстрорежущие стали, их состав, структура, термическая обработка и свойства. Металлокерамические твердые сплавы.

 

Цветные металлы и сплавы

Алюминий и сплавы на его основе. Деформируемые алюминиевые сплавы. Жаропрочные алюминиевые сплавы. Литейные алюминиевые сплавы. Термическая обработка алюминиевых cплавов. Применение алюминиевых сплавов в локомотивах и вагонах. Медь и сплавы на ее основе. Латуни и бронзы. Медные сплавы на подвижном составе. Титан и его сплавы. Перспективы применения титановых сплавов. Антифрикционные сплавы — баббиты на оловянной, свинцовой и цинковой основе; их применение на подвижном составе и в строительно-дорожных машинах.

 

Неметеллические материалы

Резиновые материалы

Состав, строение, свойства я технология производства каучуков. Материалы на основе каучуков. Состав резин. Влияние порошковых (сажи, окиси кремния) и волокнистых наполнителей на свойства резин. Газонаполненные эластичные материалы. Области применения резинотехнических изделий на железнодорожном транспорте.

Технологических процессов

Сравнительные данные о стоимости углеродистых и легированных сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов, пластических масс. Технологическая оценка применения различных видов термической и химико-термической обработки.

 

ДИСЦИПЛИНЫ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

Металловедение

Необходимо уяснить, что свойства металлов определяются их структурой. Нужно четко представлять принципиальную разницу в строении кристаллических и аморфных тел; разобраться в форме элементарных ячеек пространственных решеток металлов; понять, чем объясняется анизотропия свойств кристаллов, в чем физический смысл аллотропических превращений, каково практическое значение аллотропии, связанное с изменением свойств металла.

Важно усвоить, что реальное строение кристаллической решётки существенно отличается от идеального, лишенного структурных несовершенств. Более или менее правильное расположение атомов встречается лишь в отдельных частях реальных кристаллов, а также в монокристаллах. Различные несовершенства строения решетки: линейные искажения (дислокации), пустые места (вакансии), включения чужеродных атомов примесей (точечные нарушения), а также их перемещения, скопления в значительной мере определяют уровень прочности металла. Это влияние не однозначно, а именно: при некоторой концентрации несовершенств прочность минимальна. Уменьшая количество несовершенств, можно добиться приближения к идеальному строению кристалла и соответственно к теоретической максимальной прочности. Путем тонкой очистки металла от примесей способами химического разложения, электрошлакового переплава, зонной плавки, вакуумирования, путем сокращения числа дислокаций и вакансий за счет выращивания монокристаллов удалось добиться прочности кристаллов железа до 15000МН/м². Повышения прочности можно добиться и увеличением количества несовершенств, применяя наклеп, закалку, легирование. Однако уровень повышения прочности при этом ниже, чем при уменьшении количества несовершенств.

Знание физической сущности механических свойств металлов и сплавов и их числовых значений, а также методов их определения исключительно важно для инженера. Студентам следует понять явление усталости металлов, так как оно является одной из основных причин выхода из строя железнодорожных изделий: осей, рельсов, пружин, рам тележек.

При изучении процессов плавления и кристаллизация металлов необходимо уяснить причины, приводящие к фазовым превращениям: стремление к наименьшему запасу свободной энергии, образование центров кристаллизации. Нужно иметь в виду, что образование дендритной структуры при кристаллизации является следствием неравномерности роста кристалла в разных направлениях. При построении кривых охлаждения следует разобраться в физическом смысле температурных остановок, выражаемых площадками и перегибами на кривых, и дать определение критической точки.

Взаимодействие компонентов в твердом состоянии определяет структуру, а значит, и свойства сплава. Поэтому важно выяснить условия, при которых оно происходит. Химическое соединение обладает особой, отличной от компонентов кристаллической решеткой. Зная механические свойства отдельных фаз и структурных составляющих сплава, например большую пластичность чистых металлов и повышенную хрупкость механических смесей, и особенно химических соединений, можно предопределить поведение сплава в том или ином состоянии. Нужно уметь анализировать диаграмму состояний, пользуясь правилом фаз и правилом отрезков. При этом необходимо уметь определять процентное соотношение фаз и структурных составляющих для данного состояния сплава (температура, химический состав). Важно ответить на вопрос о разнице между эвтектическим и эвтектоидным превращениями.

Следует также четко определить условия образования неоднородности химического состава сплава (ликвации) в пределах слитка и одного кристаллита, уяснить практическое значение этого явления.

Необходимо изучить и уметь вычертить диаграмму состояний железо—цементит; знать состав, строение и условия образования различных фаз и структурных составляющих, понимать, в чем структурное различие между техническим железом, сталью и чугуном; четко представлять, как именно влияет углерод и нормальные (постоянные) примеси Si и Мn на свойства сталей, в чем состоит вредное влияние Р и S, определяющее явления хладноломкости и красноломкости стали. Нужно понять, какие требования предъявляются к сталям обычного и повышенного качества, и знать маркировку сталей в соответствии с ГОСТами.

Изучая маркировку сталей, необходимо помнить, что в зависимости от способа раскисления может быть получена сталь различного качества. Она соответственно обозначается: сп — спокойная, пс — полуспокойная, кп — кипящая.

Химический состав и механические свойства сталей определяют по ГОСТам, например для углеродистых сталей обыкновенного качества — по ГОСТ 380—96, для углеродистых качественных сталей — по ГОСТ 1050—88, для углеродистых инструментальных сталей—по ГОСТ 1435—74, для легированных сталей — по ГОСТ 801—60, 14959—79, 4543—71, 5950—2000, 19265—89 и др.

При ответах на вопросы, касающиеся марок сплавов, необходимо на основании ГОСТов указать принципы их классификации и привести необходимые примеры.

При изучении процесса графитизации важно уяснить, каково влияние формы графита на механические и эксплуатационные свойства чугуна, каково влияние Si, Mn, S, P и модифицирующих элементов на процесс графитизации и форму графита.

Необходимо понять связь между характером нагружения, характером напряженного состояния (видом напряжений — касательных и нормальных) и характером разрушения. Полезно помнить, что один и тот же сплав при различных условиях (уровне напряжений, скорости приложения нагрузки, температуре окружающей среды) может иметь склонность к разным видам разрушения (вязкому, хрупкому, усталостному). Важно усвоить, что поведение одного и того же сплава в образце при простом нагружении, например при растяжении или изгибе, и в детали при сложном нагружении, например при одновременном действии изгиба и кручения, различно.

Полезно графически представить влияние скорости нагружения, температуры и напряжения на характер разрушения (хрупкое или вязкое); усвоить, что пластическая деформация приводит к увеличению числа дислокаций, изменению тонкой структуры и соответственно к изменению свойств сплавов.

При рассмотрении рекристаллизационных процессов следует четко определить три стадии (возврат, первичную и собирательную рекристаллизацию), связав изменения микроструктуры с изменением свойств по стадиям, в том числе и графически.

Необходимо отметить практическое значение температуры «порога рекристаллизации» в технологии обработки металлов. Важно оценить конструкционную прочность деталей машин в связи с характером нагружения и наличием концентраторов напряжений: надрезов, рисок, выточек.

Термическая обработка — один из главных способов влияния на строение, а следовательно, и на свойства сплавов. Вопросы термической обработки стали и чугуна можно понять, лишь зная структурные превращения, происходящие при нагреве и охлаждении железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода.

Необходимо вспомнить, какие превращения претерпевают феррит, перлит и ледебурит при нагреве и какое влияние оказывает скорость охлаждения на превращения аустенита. Вопросы охлаждения аустенита лучше разобрать, используя диаграмму изотермического распада аустенита, и на ее основе уяснить, при какой скорости охлаждения образуется перлит, сорбит, троостит и мартенсит, что называется критической скоростью закалки, в чем различие между мартенситом и приведенными выше структурами.

Следует иметь в виду, что, чем ниже содержание углерода в стали, тем больше критическая скорость закалки, вследствие чего низкоуглеродистые стали в практических условиях не принимают закалку на мартенсит.

Нужно усвоить, что при образовании мартенсита кристаллическая решетка перестраивается из гранецентрированной в объемноцентрированную, но вследствие того, что углерод не успевает выделиться, а остается в пересыщенном твердом растворе в объемноцентрированной решетке, она искажается и приобретает тетрагональность.

Процесс образования мартенсита бездиффузионный, так как низкая температура процесса препятствует диффузии углерода из ферритных зерен. Образование мартенсита происходит между температурами начала и конца мартенситного превращения тем полнее, чем ниже температура в этом интервале. Интервал мартенситного превращения при увеличении содержания углерода смещается в область более низких температур. Часть аустенита, находясь между образовавшимися пластинами мартенсита в состоянии всестороннего сжатия, не превращается в мартенсит. Этот остаточный аустенит снижает твердость стали. Поэтому для уменьшения количества остаточного аустенита некоторые стали необходимо охлаждать до отрицательных температур. Такая обработка называется обработкой холодом. Иногда ее проводят дополнительно, сразу после закалки.

Необходимо разобраться в структурных превращениях, происходящих при отпуске стали, а также проследить за изменением свойств закаленной стали в результате низкого, среднего и высокого отпуска. Важно понять, почему уменьшается искаженность (тетрагональность) мартенсита, какие условия необходимы для перехода остаточного аустенита в мартенсит и для его распада на феррито-цементитную смесь.

Под улучшением стали понимают закалку на мартенсит с последующим высоким отпуском. Следует усвоить, что улучшению подвергаются стали с содержанием углерода выше 0,3%.

При рассмотрении вопросов термической обработки чугуна нужно изучить процесс графитизирующего отжига, который применяется для получения ковкого чугуна.

Необходимо ознакомиться с превращениями в структуре и изменениями свойств при термической обработке деталей подвижного состава, изготовленных из углеродистой и легированной сталей.

Поверхностная прочность деталей может быть повышена непосредственно термической обработкой, химико-термической обработкой и методами пластической деформации поверхности.

Важно уяснить, что к улучшаемым относятся стали с содержанием углерода свыше 0,3%, а к цементуемым – стали с содержанием углерода меньше 0,3%, а следовательно, способ упрочнения детали, изготовленной из той или иной марки стали, будет различным.

При изучении различных способов поверхностной закалки особое внимание нужно уделить высокочастотной закалке.

Изучение различных видов химико-термической обработки надлежит начать с цементации в газовой и жидкой средах (карбюризаторах). После этого легче понять и другие процессы, так как принцип всех видов химико-термической обработки один и тот же: получение насыщающего вещества в атомарной форме, захват этих атомов поверхностью металла и диффузия их внутрь металла. Необходимо уяснить назначение отдельных процессов и свойства, приобретаемые поверхностью изделий: износоустойчивость, усталостную прочность, коррозионную устойчивость. При изучении упрочнения деталей нужно обратить внимание на примеры из области железнодорожного транспорта.

Рассматривая влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей, необходимо изучить особенности вновь появляющихся фаз: легированного феррита, легированного аустенита и специальных карбидов. Нужно иметь в виду, что принципы термической обработки для легированных сталей остаются неизменными, однако положение критических точек меняется и соответственно меняются структуры стали в равновесном состоянии, критические скорости закалки, глубина прокаливаемости. Изменяются необходимые температуры нагрева для различных видов термической обработки. Надо помнить, что разные легирующие элементы и разная степень легирования придают сталям различную структуру и свойства.

Необходимо ознакомиться с литыми и порошковыми твердыми сплавами, применяемыми как для наплавки изнашивающихся деталей машин, так и для напайки пластинок на кромки режущего инструмента. Особое внимание нужно обратить на красностойкость и твердость этих сплавов.

Следует изучить технологию производства порошковых материалов, которая позволяет получать разнообразные изделия с весьма ценными свойствами при минимальных затратах. Необходимо знать основные виды изделий порошковой металлургии, их свойства и область использования.

Следует уяснить, почему чистые цветные металлы применяются ограниченно, а сплавы на основе меди, алюминия и титана — более широко.

Важно ознакомиться с диаграммами состояния сплавов: медь — цинк (латуни), медь — олово (оловянистая бронза), алюминий — кремний (силумины), алюминий—цинк и алюминий — медь (дюралюмины), с тем чтобы выяснить взаимозависимость структуры и свойств тех или иных промышленных сплавов. Необходимо понять, почему изделия из этих сплавов получают как методами пластической деформации при обработке давлением, так и литьем. Следует изучить маркировку сплавов меди и алюминия, знать область их применения на железнодорожном транспорте и уметь привести конкретные примеры. Особое внимание нужно обратить на теорию старения деформируемых алюминиевых сплавов, изучив превращения в структуре и изменения свойств при термической обработке — закалке и последующем искусственном старении, разобраться в физической сущности упрочнения при старении (когерентность кристаллических решеток твердого раствора и образующегося химического соединения).

Необходимо ознакомиться со структурой и свойствами подшипниковых сплавов — баббитов, обратив внимание на применяющийся в подвижном составе кальциевый баббит.

Следует обратить внимание на особые преимущества титана и его сплавов — высокую удельную прочность и исключительную коррозионную стойкость.

 

Неметаллические материалы

 

Среди неметаллических материалов очень важны синтетические полимерные материалы. К ним относятся различные пластмассы, пленки, волокна, резины, клеи и лакокрасочные материалы. При изучении их структуры необходимо обратить внимание на форму элементарных звеньев и расположение химических связей и звеньев макромолекул.

Важно четко представлять, что полимер — химическое вещество специфического строения, а полимерный материал — технический продукт, изготовленный из полимера или на его основе.

Полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, эластичном и текучем, причем состояние полимера обусловлено его структурой и температурой.

Свойства полимеров зависят от их химического состава (карбоцепные, гетероцепные, элементоорганические), а также от количественного соотношения атомов в молекуле и их сочетания. Например, замена водорода углеводородным радикалом приводит к увеличению эластичности и морозостойкости и снижению прочности, твердости и теплостойкости.

Необходимо помнить, что ни одна отрасль техники не обходится без применения синтетических полимерных материалов. Следует усвоить принципы классификации синтетических смол и пластмасс в зависимости от реакции получения полимера, назначения и его структуры, а также от физико-механических свойств (модуля упругости).

Важно уметь оценивать эксплуатационные свойства пластмасс, так как в ряде случаев они с успехом заменяют другие, в том числе металлические, материалы, а часто являются и незаменимыми. Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ), например, превышает по удельной прочности сталь, титан и дюралюминий; политетрафторэтилен (фторопласт, или тефлон) обладает высокими диэлектрическими свойствами, а ретинакс — высокими фрикционными свойствами и т. д.

Следует обратить внимание на новые способы получения полимерных материалов (радиационная полимеризация, получение ионообменных смол — ионитов, металлопластсв, ориентация молекул).

Необходимо выявить роль защитных покрытий металлических и неметаллических изделий, изучить классификацию покрытий, технические требования к ним и определить технико-экономическую эффективность их применения как средства борьбы с коррозией металлов на железнодорожном транспорте. Важно знать, где и почему на железнодорожном транспорте применяются полимерные материалы и в чем состоит технико-экономическая эффективность их применения.

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники: Учебник для вузов ж.-д. трансп./Н.Н Воронин, Д.Г. Евсеев, В.В.Засыпкин и др.; Под ред. Н.Н. Воронина. – М.: Маршрут, 2004. – 456с.

2. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

3. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1984. – 360 с.

4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение:Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

5. Материаловедение и технология металлов: Учебник для вузов/Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман и др.; Под ред. Г.П.Фетисова. – М.: Высшая школа, 2000. – 646 с.

6. Материаловедение: Учебник для вузов./ Арзамасов В.И., Сидорин И.И., Касаганов Г.Ф. и др.; Под общ. ред. Арзамасова В.И. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.

7. Геллер Ю.А., Рахштатд Ю.Г. Материаловедение: Учебное пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1989. – 456 с.

8. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали. Справочник. – М.: Машиностроение, 1992. – 480 с.

9. Раскатов В.М. Машиностроительные материалы. Краткий справочник. – М.: Машиностроение, 1980.

10. Арзамасов В.И., Бромстрем В.А., Буше И.А. Конструкционные материалы. Справочник. – М.: Машиностроение, 1994. – 495 с.

11. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Справочник. – М.: Металлургия, 1980.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

4.1. Требования к оформлению контрольной работы

Текст контрольной работы оформляется либо в виде рукописного текста, либо с использованием компьютера.

При написании текста от руки следует пользоваться чернилами или пастой черного, синего или фиолетового цветов. Высота букв не менее 2,5 мм. Текст может быть написан в ученической тетради или на листах формата А4. Следует оставлять поля справа и слева.

При оформлении текста на компьютере рекомендуется шрифт Times New Roman №14.

Номера, варианты и тексты вопросов нужно оформлять как заголовки. Расстояние между текстом и заголовком должно быть не менее 15 мм.

Тексты ответов следует иллюстрировать рисунками и схемами. Они могут быть выполнены карандашом или пастой, допускаются аккуратно вклеенные ксерокопии. В ответах следует максимально широко использовать таблицы. Например, химический состав сплавов или их механические свойства должны быть сведены в таблицы. Нумерация таблиц – сквозная.

В тексте ответов должны быть ссылки на использованную литературу, а в конце работы – список использованной литературы. Ссылки на источник в тексте производятся по его порядковому номеру в списке, заключенному в квадратные скобки. Например, «…хим. состав стали 30 приведен в таблице 3 [2]».

Листы формата А4 прочно скрепляются с помощью степплера или скоросшивателя. Использование прозрачных файлов не допускается.

 

Задания на контрольную работу

Номера вопросов студент должен выбрать в соответствии с данными, приведенными в таблице 1.

Таблица 1.

Две последние цифры учебного шифра	Номера вопросов	Две последние цифры учебного шифра	Номера вопросов
30, 60, 90	1, 31, 61,	15, 45, 75	16, 46, 76,
29, 59, 89	2, 32, 62,	14, 44, 74	17, 47, 77,
28, 58, 88	3, 33, 63,	13, 43, 73	18, 48, 78,
27, 57, 87	4, 34, 64,	12, 42, 72	19, 49, 79,
26, 56, 86	5, 35, 65,	11, 41, 71	20, 50, 80,
25, 55, 85	6, 36, 66,	10, 40, 70, 00	21, 51, 81,
24, 54, 84	7, 37, 67,	09, 39, 69, 99	22, 52, 82,
23, 53, 83	8, 38, 68,	08, 38, 68, 98	23, 53, 83,
22, 52, 82	9, 39, 69,	07, 37, 67, 97	24, 54, 84,
21, 51, 81	10, 40, 70,	06, 36, 66, 96	25, 55, 85,
20, 50, 80	11, 41, 71,	05, 35, 65, 95	26, 56, 86,
19, 49, 79	12, 42, 72,	04, 34, 64, 94	27, 57, 87,
18, 48, 78	13, 43, 73,	03, 33, 63, 93	28, 58, 88,
17, 47, 77	14, 44, 74,	02 32, 62, 92	29, 59, 89,
16, 46, 76	15, 45, 75,	01 31, 61, 91	30, 60, 90,

 

Вопросы контрольной работы

1. Опишите особенности атомного и кристаллического строения металлов. Что такое полиморфизм? Какие полиморфные металлы Вы знаете?

2. Опишите дефекты строения реальных кристаллов (точечные, линейные, поверхностные). Что такое анизотропия и изотропия свойств? Какие кристаллические тела анизотропны, какие изотропны?

3. Опишите процесс первичной кристаллизации металлов, образование и рост зародышевых центров, основные факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Приведите схему роста дендрита. Что такое дендритная ликвация, ликвация по удельному весу?

4. Опишите схему строения литого слитка. От каких факторов зависят размеры и форма зерен литого металла? Как это применяется в технике? Приведите примеры такого применения на ж/д транспорте.

5. Опишите основные механические свойства металлов и сплавов (прочность, пластичность, ударная вязкость) и способы их определения.

6. Что такое твердость металлов и сплавов? Каковы основные способы определения твердости? Приведите необходимые схемы и формулы. В чем практическое значение определения твердости?

7. Что такое сплав? Опишите основные понятия теории сплавов. Приведите примеры.

8. Что такое ограниченные твердые растворы (твердые растворы внедрения)? Приведите диаграмму состояния сплавов, образующих такие растворы. В чем заключается принцип построения диаграммы состояния?

9. Что такое неограниченные твердые растворы (твердые растворы замещения)? Приведите диаграмму состояния сплавов, образующих такие растворы. В чем заключается принцип построения диаграммы состояния?

10. Что такое механические смеси? Приведите диаграмму состояния сплавов, образующих такие смеси. В чем заключается принцип построения диаграммы состояния?

11. Опишите образование химических соединений как способ взаимодействия компонентов в сплаве. Приведите диаграмму состояния таких сплавов. В чем заключается принцип построения диаграммы состояния?

12. С помощью кривых охлаждения постройте диаграмму состояния сплавов, образующих неограниченные твердые растворы, и на ее примере объясните правило фаз, правило отрезков, определение хим. состава фаз.

13. Приведите диаграмму изотермического распада аустенита для эвтектоидной, до- и заэвтектоидной стали. Каково влияние углерода и легирующих элементов на положение кривых начала и конца распада аустенита? В чем практическое значение этого влияния?

14. В чем сущность превращения перлита в аустенит при нагреве эвтектоидной стали? В чем практическое значение этого превращения?

15. Напишите о сущности превращения аустенита в перлит (прямого перлитного превращения) при непрерывном охлаждении стали. Какова практическая важность этого превращения? При каких видах термической обработки это превращение происходит?

16. В чем сущность мартенситного превращения переохлажденного аустенита? Каковы особенности мартенситного превращения? Что такое обработка холодом?

17. Что такое мартенсит и как он образуется в стали? Каково влияние углерода и легирующих элементов на положение мартенситных точек?

18. На диаграмме изотермического распада аустенита покажите критическую скорость закалки. От чего она зависит и в чем ее практическое значение? Какие закалочные среды Вы знаете?

19. На диаграмме изотермического распада аустенита постройте графики изотермической закалки, ступенчатой закалки и закалки в двух средах. В чем преимущества этих способов закалки перед закалкой на мартенсит в одной среде?

20. Какие напряжения образуются при закалке стали на мартенсит? От каких факторов зависит их уровень?

21. В чем сущность закаливаемости и прокаливаемости стали? Как определяется прокаливаемость стали, в чем ее практическое значение?

22. Что такое поверхностная закалка стали? Каковы ее цели и технология?

23. Опишите превращения, происходящие при отпуске углеродистой стали, закаленной на мартенсит.

24. Опишите основные виды отпуска, как операции термической обработки. Для каких групп изделий применяется низкий, средний и высокий отпуск? В чем практическое значение отпуска?

25. В чем сущность отпускной хрупкости легированной стали?

26. Как изменяются строение и механические свойства металла в процессе пластической деформации? Что такое возврат (отдых) и каково его практическое значение?

27. Объясните явление рекристаллизации при нагреве деформированной стали. Приведите схему изменения структуры и свойств металла в процессе рекристаллизации.

28. Опишите основные виды отжига и структурные изменения, происходящие при отжиге.

29. В чем заключается химико-термическая обработка стали? Опишите основные процессы и виды ХТО.

30. Опишите хрупкое, вязкое и усталостное разрушение металлов. Какие факторы влияют на склонность металла к какому-либо виду разрушения? Что такое предел выносливости и как он определяется? Перечислите основные способы повышения выносливости стали.

 

31 – 60. По диаграмме железо – цементит для сплава с заданным содержанием углерода (таблица 2):

а) опишите, какие фазовые и структурные превращения происходят при медленном охлаждении из жидкого состояния до комнатной температуры;

б) охарактеризуйте этот сплав;

в) определите при заданной температуре количество, химический состав фаз, процентное соотношение фаз (по правилу отрезков).

 

Таблица 2.

 

Номер вопроса	Кол-во углерода, %	Температура, ^оС	Номер вопроса	Кол-во углерода, %	Температура, ^оС
	3,8			1.6
	3,7			1,5
	3,6			1,4
	3,5			1,3
	3,4			1,2
	3,3			1,1
	3,2			1,0
	3,1			0,9
	3,0			0,8