Материаловедение и технология конструкционных материалов

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Программа, контрольные задания и методические рекомендации

по выполнению контрольных работ по дисциплине

для слушателей факультета заочного обучения

Введение

Для слушателей факультета заочного обучения учебный курс «Материало­ведение и технология конструкционных материалов» включает:

1. Теоретическую часть ( Изучается слушателями по учебным пособиям в соответствии с программой в ходе самостоятельной работы. Список рекомен­дуемой литературы для изучения дисциплины в пособии приводится).

2. Контрольную работу (Содержит теоретические задания по про­грамме курса и задания, направленные на решение практических задач, ка­сающихся оптимального выбора конструкционных материалов для конкретных условий эксплуатации, способов улучшения эксплуатационных свойств мате­риалов путём назначения для них режимов термической и химико-термической обработки, а также задач, касающихся выбора оптимальных режимов техноло­гии механической обработки материалов).

Учебная программа дисциплины состоит из двух разделов: 1) Материаловедение; 2) Технология материалов.

При изучении теоретической части курса основной задачей является выяв­ление взаимосвязи состава, строения и физико-механических свойств ма­териалов как в исходном состоянии, так и в процессе обработки.

При решении практических задач, касающихся выбора конструкционных материалов и способов их упрочнения, необходимо учитывать специфические условия эксплуатации технологического оборудования и инженерных соору­жений (длительность работы при высоких температурах и давлении, агрессив­ность рабочей среды, нагрузки различного характера, низкие температуры и др.) и вопросы экономики. Так, при выборе конструкционного материала целе­сообразно сначала рассмотреть использование наиболее дешёвых конструкци­онных материалов — чугунов и углеродистых сталей. Если окажется, что свой­ства этих материалов не удовлетворяют эксплуатационным требованиям, сле­дует рассмотреть применение легированных сталей и других сплавов с особы­ми физико-механическими свойствами (коррозионностойких, жаропрочных и др.). Причём легированные стали используются только в термообработанном состоянии.

Требования и рекомендации к оформлению контрольной работы

Контрольная работа выполняется в межсессионный период по месту жи­тельства после изучения соответствующих разделов учебной про­граммы дисциплины.

Выбор варианта задания слушателями факультета заочного обучения про­изводится по двум последним цифрам номера зачётной книжки. Варианты за­даний для выполнения контрольной работы №1 представлены в таблице (см. стр. 25).

Например, номер зачётной книжки — 2142. Вариант задания — 42. По таблице (см. стр. 24) определяются номера заданий для выполнения контроль­ной работы №1 (18А, 19Б, 20В, 21Г, 22Д).

Прежде чем приступить к выполнению контрольной работы, необходимо ознакомиться с методическими указаниями, вопросами и задачами, подобрать необходимую литературу и просмотреть записи, сделанные на установочных лекциях во время межсессионных сборов.

Контрольная работа вы­полненяется в рукописном виде в тетради 18 – 24 листа. На каждой странице необходимо оставлять поля шириной 30 – 35 мм для замеча­ний рецензента.

При оформлении обложки контрольной работы на титульном листе следу­ет указать: 1) наименование учебного заведения; 2) контрольная рабо­та №1 по дисциплине «Материаловедение и технология материалов»; 3) номер зачётной книжки (или номер варианта в соответствии с номером зачётной книжки); 4) фамилию, имя, отчество слушателя факультета заочного обучения, выполнившего работу, номер учебной группы, курса; 5) дату выполнения работы и подпись слушателя факультета заочного обучения, выполнившего её.

Перед тем как давать ответ на какой-либо вопрос (задание) контрольной работы, сначала следует записать номер и формулировку данного вопроса (за­дания), а затем дать на него исчерпывающий ответ.

Ответы на вопросы должны быть, по возможности, краткими и ясными. Теоретические положения, изложенные в учебных пособиях текстом, рекомен­дуется перерабатывать и представлять в виде схем, таблиц, эскизов и другой наглядной форме.

Дословное переписывание текста из учебных пособий не допускается. Ес­ли при ответе на какой-то вопрос имеется необходимость в дословном цитиро­вании каких-либо данных, фактов, то данный ответ обязательно должен сопро­вождаться ссылками на соответствующую литературу.

Схемы, рисунки и другие изображения выполняются карандашом с соблю­дением правил инженерной графики. Если работа выполняется с использовани­ем компьютерной техники, то схемы, рисунки и другие изображения также вы­полняются с соблюдением правил инженерной графики с использованием та­ких графических редакторов как: Visio, AutoCad, Paint и т. д.

При выполнении контрольной работы в рукописном виде контрольную ра­боту следует оформлять разборчивым почерком, чернилами одного цвета, без сокращения слов, грамотно и аккуратно.

За грамматические и речевые ошибки, использование неправильной тер­минологии и обиходно-бытовой лексики при изложении ответов на вопрос ре­цензент имеет право вернуть работу слушателю на доработку.

В конце работы необходимо привести список использованной при выпол­нении контрольной работы литературы с указанием авторов, полных названий учебников или учебных пособий.

Оценивается работа с учётом глубины изложения теоретического материа­ла, самостоятельности выполнения.

Получив проверенную контрольную работу с рецензией преподавателя, слушатель-заочник обязан внимательно ознакомиться с замечаниями рецензен­та и внести в работу необходимые исправления и дополнения.

Работа, выполненная не по своему варианту, не полностью раскрывающая сущность вопросов задания или являющаяся результатом списывания текста из учебного пособия, к зачёту не принимается. Такая работа должна быть выпол­нена повторно, с учётом замечаний рецензента.

Рецензент имеет право зачесть контрольную работу при личном собеседо­вании по вопросам работы с её автором — слушателем факультета заочного обучения. При выдаче заданий на выполнение контрольных работ преподава­тель имеет право изменить задание конкретным слушателям в случае совпадения вариантов у двух и более слушателей.

Программа курса «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

РАЗДЕЛ I. Материаловедение

Тема 3. Основы теории сплавов

Понятие о сплавах. Основные типы сплавов и их общая характеристика. Понятие диаграммы состояния. Основные типы диаграмм состояния двухком-понентных сплавов: а) механических смесей; б) твёрдых растворов с неограни­ченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии; в) твёрдых раство­ров с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии;

г) твёрдых растворов с переменной растворимостью компонентов в твёрдом со­
стоянии; д) химических соединений. Основные линии диаграмм состояния
двойных сплавов и фазы. Правило фаз Гиббса. Определение количественного и
фазового состава сплавов при конкретных температурах с помощью правила
отрезков. Связь типа диаграмм состояния с физико-механическими свойствами
сплавов, правило Н.С. Курнакова. Примеры диаграмм состояния сплавов. Тер­
мический анализ сплавов, кривые охлаждения.

РАЗДЕЛ II. Технология материалов

Тема 11. Основы технологии обработки металлов давлением

Механизм пластической деформации при обработке давлением. Влияние различных факторов на пластичность и сопротивление деформации металлов. Горячая и холодная обработка давлением.

Основные виды обработки материалов давлением: прокатка; волочение; прессование; ковка; объёмная и листовая штамповка. Общая характеристика технологических процессов, основная продукция.

Задания к контрольной работе №1

Задание 01

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «свинец Pb – олово Sn» (рис. П.5). Ука­зать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграммы.
Для сплава, содержащего 50% олова Sn, построить кривую охлаждения и описать происхо­дящие при охлаждении фазовые превращения. Для данного сплава определить количествен­ное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 200ºC и схематично изобразить его структуру.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 4,3% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаж­дении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру задан­ного сплава.

Назовите линию солидус на диаграмме железо-углерод.

В) 1. Назовите линию солидус на диаграмме железо-углерод.

2. Что такое перлит?

3. Из какой фазы при охлаждении стали выделяется первичный цементит?

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 3,3 % С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит.

5. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава при температуре 1200°С:

− химический состав фаз,

− число степеней свободы.

6. Зависит ли прочность серого чугуна от формы графитных включений

Г) Для деталей, работающих в слабых коррозионных средах, используется сталь 20Х13. Расшифровать состав и объяснить причину введения хрома в эту сталь. Назначить и обосно­вать виды и режимы термической обработки для данной стали, описать её структуру после термообработки.

Д) Назначить марку алюминиевой бронзы для изготовления мелких ответственных деталей (втулок, фланцев и т. д.). Расшифровать состав, описать структуру и механические свойства, используя диаграмму состояния сплавов системы «медь Cu – алюминий Al» (рис. П.2).

Е) Для изготовления постоянного магнита выбран сплав ЕХ9К15. Расшифруйте состав и укажите, к какой группе (по назначению) относится данный сплав. Назначьте режим термической обработки и опишите структуру и свойства после обработки.

Ж) Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) рессоры из стали 55, которые должны иметь твердость HRC 45...50. Опишите структуру и свойства.

З) Медная заготовка имеет крупнозернистое строение. Предложи­те виды и режимы обработок для измельчения зерна.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. 08кп, 14Х2Н3МА, 40ХР, А20, 65, 12Х17, 15Х11МФ, 04Х11Н9М2Д2ТЮ, САП-1, У8А.

 

Задание 02

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «цинк Zn – олово Sn» (рис. П.6). Указать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграммы.
Для сплава, содержащего 40% цинка Zn, построить кривую охлаждения и описать происхо­дящие при охлаждении фазовые превращения. Для данного сплава определить количествен­ное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 250ºC и схематично изобразить его структуру.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 0,2% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаж­дении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру задан­ного сплава.

B) 1. Что такое феррит?

2. Какие линии диаграммы железо-цементит соответствуют перитектическому, эвтектическому и эвтектоидному превращениям?

3. В каком виде находится основная часть углерода в белом чугуне?

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 1,3 % С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит.

5. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава (1,3 % С) химический состав фаз и их весовое количество при температуре 200°С.

6. Как расшифровать марку сплава ВЧ 50?

Г) Для реализации своего служебного назначения некоторые детали машин должны иметь твёрдый износостойкий поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 15ХФ. Расшифровать состав, определить группу стали по назначению и объяснить влияние легирования на свойства данной стали. Назначить и обосновать виды и ре­жимы термической и

химико-термической обработки. Описать структуру и свойства стали после термической обработки.

Д) Назначить коррозионностойкую сталь для работы в средах средней агрессивности. Ука­зать состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объяс­нить физическую природу коррозионной устойчивости материала и роль каждого легирую­щего элемента.

Е) Медная заготовка имеет крупнозернистое строение. Предложи­те виды и режимы обработок для измельчения зерна.

Ж) Для изготовления постоянного магнита выбран сплав ЕХ9К15. Расшифруйте состав и укажите, к какой группе (по назначению) относится данный сплав. Назначьте режим термической обработки и опишите структуру и свойства после обработки.

З) Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) рессоры из стали 55, которые должны иметь твердость HRC 45...50. Опишите структуру и свойства.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. 13Х14Н3В3ФР, 19ХГН, 40ХС, 38Х2МЮА, 20ХМ, Ст3пc4, 15Х18СЮ, Х15Ю5, АЛ33, У13А.

 

Задание 03

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «медь Cu – серебро Ag» (рис. П.1).Указать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграм­мы. Для сплава, содержащего 40% серебра Ag, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения, определить количественное соотно­шение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 900ºC. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 3,0% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаж­дении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру задан­ного сплава.

B) 1. Что такое графит?

2. Какая форма графита наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?

3. Сколько однофазных областей на диаграмме железо-цементит?

4. В структуре доэтектоидной углеродистой стали содержится около 25% феррита. Определите, сколько в этой стали содержится углерода.

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 5,5 % С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит.

6. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава химический состав фаз при температуре 1147°С.

Г) Для изготовления котлов используется сталь 12Х1МФ. Расшифровать состав и опреде­лить группу стали по назначению. Назначить и обосновать режимы термической обработки, описать получаемую структуру.

Д) Назначить марку латуни коррозионно-устойчивой в морской воде. Расшифровать её состав и описать структуру, используя диаграмму состояния сплавов системы «медь Cu – цинк Zn». Указать способ упрочнения латуни выбранной марки.

Е) Для улучшения магнитной проницаемости трансформаторной ста­ли необходимо обеспечить крупное зерно. Назначьте вид и режим обра­ботки.

Ж) Для изготовления деталей самолета выберите алюминиевый деформируемый сплав. Опишите, каким способом производится упрочнение этого сплава; объясните природу упрочнения; укажите характеристики механических свойств сплава.

З) Выберите сталь для изготовления молотовых штампов. Расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его подробное обоснование, объяснив влияние легирования на всех этапах обработки данной стали. Опишите микроструктуру и главные свойства стали после термообработки.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х23Ю5, 4ХНХ, 12Х18Н10Т, ШХ15, 20Х3МВФ, БрАЖМц 10-3-1,5, Т5К10, 36Н, 08кп, У8А, 70С3А.

Задание 04

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «алюминий Al – медь Cu» (рис. П.2). Указать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграм­мы. Для сплава, содержащего 40% меди Cu, построить кривую охлаждения и описать проис­ходящие при охлаждении фазовые превращения, определить количественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 550ºC. Схематично изобра­зить и описать структуру заданного сплава.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 0,4% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаж­дении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру задан­ного сплава.

B) 1. Что собой представляет аустенит?

2. Приведите точки диаграммы железо-цементит, которые делят сплавы на стали и чугуны, доэвтектоидные и заэвтектоидные стали, доэвтектические и заэвтектические чугуны?

3. Какую структуру имеет белый доэвтектический чугун?

4. Сколько должно быть феррита и цементита как фазовых составляющих в сплавах с содержанием 0,5; 1,5; 4,0% С при комнатной температуре после медленного охлаждения?

5. Как расшифровать марку сплава КЧ 37-12?

6. При какой температуре протекает и в чем заключается эвтектоидное превращение на диаграмме железо-цементит?

Г) Для изготовления турбин используется сталь 45Х13Н7Г7В2М. Расшифровать состав и оп­ределить группу стали по назначению. Назначить и обосновать режимы термической обра­ботки, описать получаемую при термообработке структуру.

Д) Назначить коррозионностойкую сталь для работы в слабоагрессивных средах (водные растворы солей и т. п.). Указать химический состав стали, необходимую термическую обра­ботку и описать получаемую при термообработке структуру.

Е) Никелевая заготовка обладает крупнозернистым строением. Предложите виды и режимы обработок для измельчения зерна.

Ж) Выберите сталь для изготовления резервуара, работающего в контакте с крепкими кислотами. Расшифруйте состав, и определите класс стали. Объясните причину введения хрома, и обоснуйте выбор стали для данных условий работы.

З) Сталь 40 подверглась отжигу при температурах 840 и 1000°С. Опишите превращения, происходящие при данных режимах отжига; укажите, какие образуются структуры, и объясните причины получения различных структур и свойств.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х27Ю5Т, 12Х18Н9Т, ШХ15СГ, 20Х3МВФ, 06ХН28МДТ, ХН38ВТ, ЛК80-3, 36НХ, 30Л, Б8З.

 

Задание 05

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «алюминий Al – кремний Si» (рис. П.3). Указать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержащего 70% кремния Si, построить кривую охлаждения и опи­сать происходящие при охлаждении превращения. Для данного сплава определить количест­венное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 1000ºC. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 0,6% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаж­дении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру задан­ного сплава.

B) 1. Чем обусловлено наличие на диаграмме нескольких областей гомогенных твердых растворов?

2. При какой температуре протекает и в чем заключается перитектическое превращение на диаграмме железо-цементит?

3. Что такое δ-феррит?

4. Будет ли изменяться твердость белого чугуна при увеличении в нем содержания углерода?

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0,8% С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит.

6. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава (0,8% С) химический состав фаз и количественное соотношение фаз при температуре 1000°С.

Г) Для изготовления трубопроводов пароперегревателей используется сталь 09Х14Н16В (ЭИ694). Указать состав и назначение стали, обосновать режимы термической обработки, описать получаемую при термообработке структуру.

Д) Назначить термическую обработку (температуру закалки, охлаждающую среду, темпера­туру отпуска) при изготовлении напильников из стали У13. Описать сущность происходя­щих превращений, структуру и твёрдость стали после термообработки.

Е) При получении тонкой алюминиевой проволоки волочение про­водили с большими обжатиями. На последних переходах проволока дала разрывы. Объясните причину разрывов и назначьте способ устранения этого явления.

Ж) Выберите латунь для изготовления деталей путем глубокой вытяжки. Расшифруйте состав и опишите структуру сплава. Назначьте режим промежуточной термической обработки, применяемой между отдельными операциями вытяжки, обоснуйте выбранный режим. Дайте общую характеристику механических свойств сплава.

З) Назначьте режим термической обработки шестерен из стали 20 с твердостью зуба HRC 58...62. Опишите микроструктуру и свойства поверхности зуба и сердцевины шестерни после термообработки.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х15Н60, 06ХН28МДТ, 12МХ, 30ХГ2СТЛ, ЛЖМц 59-1-1, 77НМД, АЛ13, 50ХФА, ВТ9, Вст3кп.

Задание 06

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «свинец Pb – сурьма Sb» (рис. П.4). Указать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграм­мы. Для сплава, содержащего 50% сурьмы Sb, построить кривую охлаждения и описать про­исходящие при охлаждении фазовые превращения. Для данного сплава определить количе­ственное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 300ºC. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 1,0% углерода C, построить кривую нагрева. Определить количе­ственное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 800ºC

B) 1. Дайте определение цементита.

2. Приведите структурные составляющие сталей в порядке возрастания содержания углерода.

3. Определите содержание углерода в стали, состоящей из 95% перлита и 5% цементита по диаграмме железо-цементит.

4. Определите по диаграмме железо-цементит химический состав фаз для указанной выше стали при температуре эвтектоидного превращения.

5. Назовите линию солидус на диаграмме железо-цементит.

6. Какая форма графитных включений встречается в чугунах?

Г) Для изготовления деталей, работающих в активных коррозионных средах, выбрана сталь 08Х18Н12Т. Указать состав и объяснить причины введения легирующих элементов в эту сталь. Назначить и обосновать режимы термической обработки для данной стали.

Д) Требуется подвергнуть улучшению изделия из стали 45. Назначить режимы термической обработки, описать сущность происходящих явлений, структуру стали в результате термооб­работки.

Е) Выбрать и обосновать режимы примерной технологии изготов­ления стаканов большой высоты H/d > 12) из листовой меди.

Ж) Для изготовления ряда деталей в авиастроении применяется сплав МЛ5. Расшифруйте состав сплава, опишите характеристики механических свойств и приведите режим используемой термообработки.

З) Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) шпилек из стали МСт6, которые должны иметь твердость НВ 207...230. Опишите их микроструктуру и свойства.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х20Н80, 08Х17Н15М3Т, 12ХМ, Вст3сп, 10Г25Х5Ю7, 3Х2В8Ф, Бр010Ф1, 80НХС, 60С2А, ТТ5К10.

Задание 07

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «медь Cu – серебро Ag» (рис. П.1). Указать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграм­мы. Для сплава, содержащего 80% серебра Ag, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. Для заданного сплава определить количественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 800ºC. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 1,2% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаж­дении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру задан­ного сплава. определить количе­ственное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 900ºC

B) 1. Что собой представляет феррит?

2. По каким линиям диаграммы железо-цементит выделяется цементит первичный, вторичный, третичный?

3. Какие структурные составляющие железоуглеродистых сплавов состоят из двух фаз?

4. Сколько углерода должно содержаться в сплаве, если в его структуре после медленного охлаждения обнаруживается феррит с перлитом в соотношении 1:1, 1:3, 3:1?

5. В чугуне содержится 3,5% С. Можно ли определить, каким он будет: белым или серым?

6. При какой температуре протекает и в чем заключается эвтектоидное превращение на диаграмме железо-цементит?

Г) Для изготовления корпуса атомного реактора выбрана хромоникелевая коррозионностойкая сталь аустенитного класса. Рекомендовать марку такой стали, указать её состав.

Д) На изделиях из стали 15 требуется получить слой высокой твёрдости. Сделать обоснован­ный выбор способа химико-термической обработки, описать его технологию и структуру ма­териала после окончательной термической обработки.

Е) После рекристаллизации в медных прутках, предварительно де­формированных в холодном состоянии со степенью деформации 5…7%, выявлено очень крупное зерно и резкое снижение пластичности. Объяс­ните причину и предложите вид и режимы обработок для исправления микроструктуры и повышения пластичности.

Ж) Выберите литейный алюминиевый сплав для поршней двигателей внутреннего сгорания, работающих при температуре 200...250 °С. Расшифруйте состав сплава, укажите способ изготовления детали из данного

сплава. Опишите режим упрочняющей термообработки и объясните природу упрочнения.

З) Детали машин из стали 45 закалены от температур 740 и 830°С. Используя диаграмму состояния железо–карбид железа, объясните, какие из этих деталей имеют более высокую твердость и лучшие эксплуатационные свойства.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х15Н60, Вст3сп, 08Х22Н6Т, 30ГЛ, Л68, 80НМ, 60Г, БрБНТ1,7, 10ХСНД, У13А.

Задание 08

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «цинк Zn – олово Sn» (рис. П.6). Ука­зать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержащего 80% цинка Zn, построить кривую охлаждения и описать происхо­дящие при охлаждении фазовые превращения. Для заданного сплава определить количест­венное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 300ºC. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Указать сплавы эвтектоидного и эвтектического состава. Для заданных сплавов (выберите произвольно) построить кривые охлаждения и описать происходящие при охлаждении структурно-фазовые превращения. Схематично изо­бразить и описать структуры заданных сплавов.

B) 1. Что представляет собой ледебурит?

2. Какие структурные составляющие железоуглеродистых сплавов состоят из одной фазы?

3. Сколько двухфазных областей на диаграмме железо-цементит? Какие в них находятся фазы?

4. При какой температуре протекает и какой линии диаграммы железо-цементит соответствует эвтектическое превращение.

5. Какую структуру имеют медленно охлажденные углеродистые стали, содержащие 0,8% С?

6. Определите химический состав и весовое количество феррита для стали с 0,8 % С при температуре 700 °С по диаграмме железо-цементит.

Г) Для изготовления деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь 15Х28. Указать состав стали, объяснить причину введения хрома и обосновать выбор этой стали для данных условий эксплуатации.

Д) Для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, работающих при темпера­турах 200 – 250ºC, используется сплав АЛ1. Расшифровать состав, описать режимы упроч­няющей термической обработки и кратко объяснить причину упрочнения.

Е) Опишите микроструктуру и свойства образцов технического олова после деформирования при комнатной температуре и при темпе­ратуре 150°С. Объясните процессы, протекающие при этом. Дайте сравнительную оценку величины зерна.

Ж) Выберите титановый сплав для обшивки летательных аппаратов. Приведите химический состав сплава, режим упрочняющей термической обработки и получаемую структуру.

З) Плашки из стали У11А закалены: первая – от температуры 760°С, а вторая – от температуры 850°С. Используя диаграмму железо–карбид железа, объясните, какая из этих плашек закалена правильно, имеет более высокие режущие свойства и почему.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х20Н8О, 20К, 15Х5ВМ, Х6В3М, 07Х13Н4АГ20, Л63, 83НФ, 70Г, Бр03Ц12С5, У10.

 

Задание 09

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «медь Cu – серебро Ag» (рис. П.1). Указать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграм­мы. Для сплава, содержащего 30% серебра Ag, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. Для заданного сплава определить ко­личественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 800ºC. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 0,85% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаж­дении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру задан­ного сплава. Определите химический состав и весовое количество феррита для стали с 0,85 % С при температуре 950 °С по диаграмме железо-цементит.

B) 1. Приведите для чистого железа критические температуры: точка магнитного перехода, полиморфное превращение α→γ, полиморфное превращение γ→δ.

2. Что такое феррит?

3. Каково максимальное содержание углерода в феррите?

4. Из каких фаз состоят заэвтектоидные стали при комнатной температуре?

5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 4,3% С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит?

6. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава (4,3%) при температуре 800°С:

− химический состав фаз,

−количественное соотношение фаз.

Г) По условиям эксплуатации детали должны иметь твёрдый износоустойчивый поверхност­ный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 12ХН3А. Указать со­став и определить группу стали по назначению. Назначить и обосновать режимы термиче­ской и химико-термической обработки, объяснить влияние легирования на свойства данной
стали.

Д) Втулки из стали 40 подвергнуты закалке: первая — от температуры 740ºC, вторая — от температуры 840ºC. Используя диаграмму состояния «Fe-Fe₃C», объяснить, какая из этих втулок имеет более высокую твёрдость и почему.

Е) Листовая медь при холодном деформировании подвергалась меж­ду переходами рекристаллизации при температуре 850°С. В результа­те произошло резкое падение вязкости. Объясните причину. Назначьте вид и режим обработки для устранения этого явления.

Ж) Для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания выбран сплав АК6. Расшифруйте состав сплава, приведите характеристики механических свойств сплава при повышенных температурах и объясните, за счет чего они достигаются.

З) Назначьте режим термической обработки шестерен из стали 20Х с твердостью зуба HRС 58...62. Опишите микроструктуру и свойства поверхности зуба и сердцевины шестерни после термической обработки.

И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Н5К10, 08Х18Н10Т, ШХ20СГ, ВТ3-1, 32НКД, 15Г2АФ, 45Х17Г13Н3ЮЛ, В95.

 

Задание 10

A) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «свинец Pb – олово Sn» (рис. П.5). Ука­зать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержащего 10% олова Sn, построить кривую охлаждения и описать происхо­дящие при охлаждении фазовые превращения. Для данного сплава определить количествен­ное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 300ºC. Схематично изобразить и описать его структуру.

Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe₃C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержа­щего 1,5% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаж­дении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру задан­ного сплава.

B) 1. Укажите линии диаграммы железо-цементит, которые соответствуют перитектическому, эвтектическому, эвтектоидному превращениям.

2. Из какой фазы и по какой линии диаграммы железо-цементит выделяется цементит третичный?

3. К какому виду чугуна относится сплав, содержащий 5,0% С?

4. Какая форма графитных включений наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?

5. Какую структуру имеет медленно охлажденная сталь с 0,6% С?

6. Определите содержание углерода и весовое количество феррита и цементита в указанной выше стали по диаграмме железо-цементит.

Г) Для изготовления деталей, работающих в активных коррозионных средах, выбрана сталь 12Х17. Указать состав и определить группу стали по назначению. Объяснить влияние леги­рующих элементов, введённых в эту сталь, на её эксплуатационные свойства. Назначить и обосновать режимы термической обработки.

Д) Свёрла из стали У11А подвергнуты закалке: первое — от температуры 760ºC, а второе — от температуры 900ºC. Используя диаграмму состояния «Fe-Fe₃C», определить, какое из свёрл закалено правильно.