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.

 

Стали и сплавы с особыми свойствами

Виды коррозии сплавов. Нержавеющие хромистые и хромоникелевые аустенитные стали, их термическая обработка. Экономно легированные нержавеющие стали для вагоностроения. Износостойкость. Марганцовистая сталь для крестовин стрелочных переводов и ее термическая oбработка. Понятие о высокопрочных мартенситостареющих сталях. Теплостойкие и жаропрочные стали и сплавы. Стали для деталей клапана и форсунки дизеля. Сплавы для нагревательных элементов. Реостатные сплавы. Сплавы с заданным коэффициентом линейного расширения и упругими свойствами. Магнитомягкие и магнитотвердые стали и сплавы, их применение в локомотивах. Композиционные материалы.

 

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

Конструкционные пластические массы

Классификация полимеров. Структура и свойства полимеров. Состав и свойства композиционных пластических масс. Пластмассы с порошковыми, волокнистыми и слоистыми наполнителями. Газонаполненные пластмассы. Области рационального применения пластмасс на подвижном составе.

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.

Клеящие и лакокрасочные материалы

Состав и свойства клеев. Свойства клеевых соединений. Пленкообразующие вещества. Состав и назначение защитных лакокрасочных покрытий. Основные свойства покрытий и методы их определения. Применение лакокрасочных материалов для защиты подвижного состава от коррозии. Применение преобразователя ржавчины перед нанесением лакокрасочных покрытий.

Экономическая эффективность применяемых материалов и

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.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ

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
	2,9			0,7
	2,8			0,6
	2,7			0,5
	2,6			0,4
	2.5			0,3
	2,4			0,2

 

 

61 – 90. Расшифруйте марки сплавов; укажите, к какому классу они относятся; приведите их хим. состав и механические свойства; укажите их назначение.

 

Для углеродистой стали (конструкционной или инструментальной) выберите оптимальные температуры нагрева для закалки и отпуска, постройте график термической обработки. Опишите, какие превращения в структуре стали происходят при нагреве и охлаждении стали при закалке и при отпуске закаленной стали.

Для легированной стали опишите влияние легирующих элементов на механические и технологические свойства стали.

Марки сплавов приведены в таблице 3.

 

Таблица 3.

 

Номер вопроса	Марки сплавов	Номер вопроса	Марки сплавов
	СЧ15; 45; 12ХН3А; БрО10Ц3		ВЧ60; У13; 65С2Г;
	СЧ18; 50; 40Х2Н2МА; БрАЖ9-2		СЧ45; 35; 38ХН3МФА;
	СЧ20; 40; 30ХГСА; ЛЦ40Мц3Ж		АК8; 45; ШХ15; БрКМц 3-1
	СЧ25; 55; 18Х2Н4ВА; БрО5С5Ц5		КЧ30-1,5; 60; Р18; Л90
	СЧ30; У7; 18ХГМ; ЛЦ23А6Ж3Мц2		ВЧ50; 65Г; 12Х13; БрА5
	СЧ25; 35; 20Х2Н4А; ЛЦ16К4		Д16; 70; 30Х; БрБ2
	СЧ30; У10; 30ХН2МА; БрАЖМц 2-4-4		АЛ4; 75; 40ХН; Т5К10
	КЧ37-12; У7А; 110Г13Л; ЛЦ50А3К2		КЧ86; БСт5сп; Р6М5К5; ЛЖМц59-1-1
	КЧ30-6; У12; 60С2ХФА; Т15К6		КЧ70-2; БСт6кп; Р12; БрАЖН 10-4-4
	ВЧ45; У9; 12Х18Н9Т; БрОФ 10-1		ВЧ100; 55; 40Х; БрС30
	СЧ35; 60; 45Х14Н14В2М; Л68		ВЧ75; 60; 40Х13; БрА11Ж6Н6
	КЧ30-8; У8; 18ХГТ; ЛЦ20Мц3		КЧ80-1,5; 65; 40ХН2МА; Б16
	ВЧ40; 20; 18ХН4ВА; БрАМц 9-1		Б83; 75; 18ГФЛ; Т15К8
	СЧ18; 25; 38ХМЮА; БрБ2Ф1		ВК8; У7; 15Х4; БрАЖ 9-4
	КЧ35-10; 30; 55С2; БрОЦ 8-2		КЧ50-8; У9; ШХ4; Л90

 

 

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ

 

1. Особенности атомного строения и свойства металлов.

2. Типы кристаллических решеток металлов. Полиморфизм металлов. Анизотропия свойств металлов (на примере железа).

3. Механические свойства металлов и сплавов (характеристики прочности и пластичности, ударная вязкость, твердость).

4. Дефекты кристаллического строения.

5. Кристаллизация металлов.

6. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации и величину зерна.

7. Строение слитка. Ликвация, ее виды.

8. Основные понятия теории сплавов: сплав, компонент, фаза, структурная составляющая.

9. Виды твердых растворов. Диаграмма состояния 2 рода.

10. Механические смеси. Диаграммы состояния 1 и 3 рода.

11. Химические соединения. Диаграммы состояния 4 рода.

12. Диаграмма состояния Fe-Fe₃C. Способ построения диаграммы. Области и линии диаграммы Fe-Fe₃C.

13. Определение количества, химического состава и процентного соотношения фаз (правило отрезков) по диаграмме состояния.

14. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-88). Маркировка, свойства, применение.

15. Качественные углеродистые конструкционные стали (ГОСТ 1050-88). Маркировка, свойства, применение.

16. Влияние С и постоянных примесей (S и P) на свойства углеродистой стали.

17. Классификация углеродистых сталей по способу производства, качеству, степени раскисления и применению.

18. Понятие о чугунах. Получение, назначение и термическая обработка чугунов.

19. Серый чугун. Маркировка, свойства, применение.

20. Ковкий чугун. Маркировка, свойства, применение.

21. Высокопрочный чугун. Маркировка, свойства, применение.

22. Превращения в стали при нагреве.

23. С-образные кривые распада переохлажденного аустенита углеродистой стали.

24. Влияние содержания С в стали на распад переохлажденного аустенита. С-образные кривые для эвтектоидной, до- и заэвтектоидной стали.

25. Перлитное превращение.

26. Мартенситное превращение.

27. Особенности мартенситного превращения. Строение и свойства мартенсита.

28. Выбор температуры нагрева под закалку. Окисление и обезуглероживание стали при нагреве. Меры борьбы с окислением и обезуглероживанием.

29. Закаливаемость и прокаливаемость сталей. Внутренние напряжения (термические и структурные), возникающие при закалке.

30. Способы закалки.

31. Отпуск закаленной стали (низкий, средний, высокий). Процессы, происходящие при отпуске.

32. Отжиг стали, его разновидности. Нормализация стали.

33. Сущность и цели ХТО, основные виды ХТО.

34. Цементация стали.

35. Азотирование стали.

36. Нитроцементация стали.

37. Алитирование, хромирование сталей.

38. Цели легирования сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей.

39. Конструкционные легированные стали. Маркировка, классификация, назначение.

40. Цементуемые и улучшаемые легированные стали.

41. Рессорно-пружинные стали.

42. Шарикоподшипниковые стали.

43. Инструментальные легированные стали.

44. Углеродистые инструментальные стали.

45. Металлокерамические твердые сплавы.

46. Легированные стали с особыми свойствами.

47. Сплавы на основе Al.

48. Сплавы на основе Cu.

49. Конструкционные пластические массы.

50. Резинотехнические материалы.

 

Приложение А.

Пример ответа на вопрос 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, хим. состав и процентное соотношение фаз.

 

Сплав содержит 5,0 % углерода; температура 1000^оС.

 

1). При охлаждении до температуры 1255^оС сплав находится в жидком состоянии.