| ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
__________________________________________________________________
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИДО
_____________ А.Ф. Федоров
«____»_____________ 2007 г.
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
И
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания и контрольные задания
для студентов специальностей
140601 «Электромеханика» и 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»
Института дистанционного образования
Семестр 5 6
Лекции, часов 2 8
Практические занятия, часов 10
Контрольная работа 1
Самостоятельная работа, часов 88
Форма контроля экзамен
Томск 2007
УДК 620.22; 669.018.29
Материаловедение и технология конструкционных материалов: Раб. программа, метод. указания и контр. задания для студентов спец. 140601 «Электромеханика» и 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» ИДО / Безбородов В. П. – Томск: Изд. ТПУ, 2007. – 42 с.
Методические указания и контрольные задания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры «Материаловедение и технология металлов»
« 1
» декабря 2006 года, протокол № 253
Зав. кафедрой, к. т. н., доцент ________________ Ю. П. Егоров
Аннотация
Методические указания и контрольные задания по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» предназначены для студентов специальностей 140601 «Электромеханика» и 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». Данная дисциплина изучается один семестр.
Приведен перечень основных тем дисциплины, указаны перечень лабораторных и темы практических занятий. Приведены варианты заданий для контрольной работы. Даны методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Учебная дисциплина «Материаловедение и технология конструкционных материалов» является основной в цикле общетехнических дисциплин при подготовке инженера. Она состоит из двух взаимосвязанных технических дисциплин: «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов».
Материаловедение
– наука о строении, структуре и свойствах материалов, применяемых в технике.
Цель дисциплины – дать знания о строении, физических, механических и технологических свойствах металлов и неметаллических материалов, а также о возможности управления свойствами материалов применением термической обработки.
В результате изучения дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов» студент должен:
1. Знать физическую сущность явлений, происходящих в материалах в условиях производства и эксплуатации; их связь со свойствами; основные свойства современных металлических и неметаллических материалов.
2. Уметь правильно выбрать в соответствии с эксплуатационными, технологическими и экономическими требованиями материал для изготовления деталей конструкций и назначить вид упрочняющей обработки.
3. Иметь представление о перспективных направлениях по созданию новых конструкционных материалов.
Технология конструкционных материалов
изучает методы создания изделий из металлических и неметаллических материалов в условиях современного производства.
Цель преподавания дисциплины «Технология конструкционных материалов» – дать знания о современных прогрессивных методах получения и обработки конструкционных материалов пластическим деформированием, литьем, сваркой, резанием и другими способами при изготовлении заготовок и деталей машин заданной конфигурации и размеров, а также о рациональном применении этих методов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
1. Иметь представление о связи конструкции изделия с технологией его изготовления; о перспективах развития основных технологических процессов машиностроительного производства.
2. Знать технологические методы получения и обработки заготовок и деталей машин, области их рационального применения; принципиальные схемы типового технологического оборудования, оснастку, инструмент и приспособления.
3. Уметь выбрать метод изготовления заготовок и деталей машин в зависимости от условий эксплуатации; выполнить сравнительный анализ различных вариантов технологического процесса.
Для успешного изучения дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов» необходимы знания таких дисциплин, как «Физика», «Химия», «Начертательная геометрия», «Инженерная графика», «Теоретическая механика» и «Сопротивление материалов». Основным видом учебных занятий является самостоятельная работа студентов с обязательной и дополнительной литературой, а также с другими учебно-методическими материалами по изучению основных разделов и тем дисциплины. Самостоятельное выполнение контрольной работы и выполнение лабораторных работ в течение лабораторно-экзаменационной сессии позволяет закрепить полученные знания, а работа с преподавателями на лекциях и консультациях помогает систематизировать усвоенные знания и подготовиться к итоговому контролю. Для понимания многих технологических процессов необходимо непосредственное ознакомление с ними на предприятиях по месту работы студентов.
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛины
Введение
Значение и задачи дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» для инженерной подготовки специалистов.
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Материалы, их строение, структура и свойства. Классификация материалов по степени кристалличности. Кристаллы, керамика, полимеры, аморфные материалы – металлы и стекла. Типы химической связи в твердых телах.
Контрольные вопросы
1. В чем сущность металлического, ионного и ковалентного типов связи?
Раздел I. Металловедение
1.1. Строение металлов
Металлический тип связи. Металлические материалы. Атомно-кристаллическое строение металлов. Строение реальных кристаллов. Дефекты кристаллического строения: точечные, линейные и поверхностные. Влияние дефектов на физико-механические свойства.
Контрольные вопросы
1. Каковы характерные свойства металлов, и чем они определяются?
2. Что такое элементарная кристаллическая ячейка?
3. Типы кристаллических решеток металлов.
4. Что такое полиморфизм?
5. Виды дислокаций и их влияние на свойства металлов.
1.2. Деформация металлов и их механические свойства
Напряжения и деформации. Упругая и пластическая деформация. Механические свойства: прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость и усталость. Теоретическая и реальная прочность металлов. Пути повышения прочности металлов. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Рекристаллизация. Холодная и горячая деформация.
Контрольные вопросы
1. В чем различие между упругой и пластической деформацией?
2. Как изменяется строение металла в процессе пластического деформирования?
3. Как изменяется плотность дислокаций при пластической деформации?
4. Как влияют дислокации на прочность металла?
5. Почему наблюдается большое различие между теоретической и реальной прочностью?
6. Как изменяются свойства металла в результате пластической деформации?
7. В чем сущность наклепа, и какое он имеет практическое использование?
8. Механических свойств, определяемые при испытании на растяжение.
9. Что такое твердость?
10. Методы определения твердости.
11. Что такое ударная вязкость?
12. Что такое усталость?
13. Почему мелкозернистый металл прочнее крупнозернистого?
14. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве?
15. Что такое рекристаллизация?
16. В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией?
17. Назначение рекристаллизационного отжига, и как он осуществляется?
1.3. Формирование структуры металлов и сплавов при кристаллизации
Сущность процесса кристаллизации металлов. Термодинамические основы фазовых превращений. Образование и рост кристаллических зародышей. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Строение металлического слитка.
Понятие о сплавах, системах, компонентах, фазах. Типы взаимодействия компонентов сплавов. Механические смеси. Твердые растворы. Химические соединения.
Диаграммы состояния двойных сплавов: а) с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии; б) с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии; в) с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии; г) с химическим соединением.
Контрольные вопросы
1. Каковы термодинамические условия фазовых превращений?
2. Что такое переохлаждение?
3. Какова связь между величиной зерна и скоростью зарождения кристаллов, скоростью роста кристаллов и степенью переохлаждения?
4. В чем сущность модифицирования?
5. Что такое компонент и фаза?
6. Напишите определения твердого раствора, механической смеси и химического соединения.
7. Как строятся диаграммы состояния сплавов?
8. Начертите и проанализируйте диаграммы состояния: а) при образовании непрерывного ряда твердых растворов; б) при полной нерастворимости компонентов в твердом состоянии; в) при образовании эвтектики, состоящей из ограниченных твердых растворов.
1.4. Железо и его сплавы
Железо и его взаимодействие с углеродом. Диаграмма состояния «железо-цементит». Компоненты, фазы и структурные составляющие сталей и белых чугунов, их характеристики, условия образования и свойства. Фазовые превращения в сталях и белых чугунах. Классификация сталей и белых чугунов по структуре.
Сталь. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей. Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на структуру, свойства и превращения в сталях.
Чугуны. Свойства и назначение чугунов. Влияние примесей и скорости охлаждения на структуру серого чугуна. Белый, ковкий чугун и высокопрочный чугуны. Маркировка чугунов.
Контрольные вопросы
1. Что такое сталь и чугун?
2. Что такое феррит, аустенит, перлит, цементит и ледебурит?
3. Каковы структура и свойства технического железа, стали и белого чугуна?
4. В каких условиях выделяется первичный, вторичный и третичный цементит?
5. В чем отличие серого чугуна от белого?
6. Какова структура серого и высокопрочного чугуна?
7. Строение, свойства и назначение ковкого чугуна.
1.5. Термическая обработка стали
Превращения в стали при нагреве. Перегрев и пережог.
Превращения переохлажденного аустенита. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита. Перлитное превращение. Мартенситное превращение и его особенности. Строение и свойства мартенсита.. Превращения при нагреве закаленной стали.
Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.
Контрольные вопросы
1. Как образуется аустенит при нагреве стали?
2. Что такое перегрев и пережог стали?
3. В чем различие между перлитом, сорбитом и трооститом?
4. Что такое мартенсит, в чем сущность и особенности мартенситного превращения?
5. Что такое критическая скорость закалки?
6. В чем сущность превращений, происходящих при отпуске?
7. Приведите определения основных процессов термической обработки: отжига, нормализации, закалки и отпуска.
8. Как влияет температура отпуска на основные свойства стали?
1.6. Химико-термическая обработка стали
Физические основы химико-термической обработки.
Назначение цементации. Свойства цементованного слоя. Азотирование стали. Стали для азотирования. Области применения азотирования. Диффузионная металлизация.
Контрольные вопросы
1. В чем заключаются физические основы химико-термической обработки?
2. Назначение цементации и ее режим.
3. Каковы свойства цементированных и азотированных изделий?
4. Чем вызвано повышение твердости азотированной поверхности?
5. Какие стали используют для цементации и азотирования?
1.7. Конструкционные и инструментальные стали
Общие требования по выбору материалов.
Классификация и маркировка конструкционных сталей
Классификация и маркировка инструментальных сталей.
Контрольные вопросы
1. Укажите химический состав сталей марок: 40, 20Х, 30ХГСА, 18Х2Н4ВА, А20, 16Г2АФ, Г13, 60Г, 50ХФА, ШХ15, 9ХС, 5ХНМ, Р6М5.
2. Каковы общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам?
3. На какие группы делятся конструкционные стали?
4. Приведите примеры углеродистых и легированных сталей, используемых для режущего инструмента.
1.9. Цветные металлы и сплавы
Медь и ее свойства. Применение меди. Медные сплавы. Латуни, их свойства, маркировка и применение. Бронзы. Состав и свойства бронз. Маркировка и область применения.
Алюминий и его сплавы. Применение алюминия. Алюминиевые сплавы. Деформируемые алюминиевые сплавы. Термическая обработка алюминиевых сплавов. Дуралюмин. Литейные алюминиевые сплавы.
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются медные сплавы?
2. Какие сплавы относятся к латуням?
3. Какие сплавы относятся к бронзам? Их маркировка и состав?
4. Укажите строение, свойства и назначение различных бронз.
5. Свойства и применение алюминия.
6. Как классифицируются алюминиевые сплавы?
7. Какие цветные сплавы упрочняются путем термической обработки?
8. В чем сущность процесса старения?
Раздел II. Неметаллические материалы
2.1. Полимерные материалы
Классификация полимерных материалов. Свойства и области применения полимерных материалов. Пластические массы и их состав. Резина и ее состав.
Контрольные вопросы
1. Что лежит в основе классификации полимеров?
2. Что такое пластмасса?
3. Для чего вводят в пластмассы отвердители?
4. Приведите примеры пластмасс
5. Укажите область применения пластмасс.
6. В чем преимущества пластмасс по сравнению с металлическими материалами? Каковы их недостатки?
2.2. Неорганические материалы
Керамика. Классификация. Виды конструкционной керамики.
Неорганические стекла. Строение, получение и свойства стекол.
Контрольные вопросы
1. Особенности технической керамики как конструкционного материала.
2. Области применения керамики.
3. Какие материалы относятся к минеральным стеклам, каково их строение?
Раздел III. Композиционные материалы
Цель создания композиционных материалов. Понятие композиционного материала. Матрица и наполнитель (армирующий компонент). Свойства композиционных материалов.
Контрольные вопросы
1. Особенности композитов и их отличие от сплавов и других материалов.
2. Области применения композитов.
3. Свойства композиционных материалов?
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Технология конструкционных материалов рассматривает способы производства таких материалов, а также заготовок и деталей из них.
Раздел I. Металлургическое производство
Для производства черных металлов и сплавов используют промышленные руды, флюсы, топливо и огнеупорные материалы. Прочитайте о железных рудах, применяемых при выплавке чугуна; о материалах, используемых в качестве флюсов при производстве чугуна и стали; о топливе (кокс, мазут, природный газ).
Изучите устройство доменной печи и принцип ее работы, уясните реакции горения топлива, процессы восстановления железа, кремния, марганца, фосфора и серы из оксидов и других соединений, процессы образования чугуна и шлака и выпуска их из доменной печи.
Уясните, что сущностью процесса производства стали является снижение содержания углерода и примесей, имеющихся в передельном чугуне, и перевод их в шлаки и газы в процессе плавки. Ознакомьтесь с устройством и принципом работы мартеновских печей, современных кислородных конвертеров, электрических печей.
1.1. Структура металлургического производства и его продукция. Исходные материалы для производства металлов и сплавов.
1.2. Производство чугуна. Исходные материалы доменного производства и их подготовка к плавке. Основные физико-химические процессы получения чугуна в современных доменных печах. Продукция доменного производства.
1.3. Производство стали. Исходные материалы для выплавки стали. Основные физико-химические процессы получения стали. Производство стали в мартеновских печах, кислородных конвертерах, электропечах. Способы разливки стали. Сравнительная оценка способов выплавки и качества стали.
Раздел II. Литейное производство
Продукция литейного производства – заготовки деталей, называемые отливками. Отливки получают, заливая расплавленный металл в литейную форму, рабочая полость которой имеет очертания будущей отливки. После затвердевания и охлаждения отливку извлекают из формы. При этом разовую литейную форму разрушают, а форму многократного использования разбирают на части для повторного применения.
Качество отливок во многом определяется литейными свойствами сплавов: жидкотекучестью, усадкой, склонность к трещинообразованию, газопоглощению и ликвации. Изучите основные литейные свойства сплавов. Уясните, к каким дефектам приводят низкие литейные свойства. Какие меры применяют для предупреждения образования этих дефектов?
Наиболее распространенным и наименее точным является способ литья в песчано-глинистые формы. Изучите способы изготовления форм вручную и методы машинной формовки. Обратите внимание на изготовление литейных стержней.
Отливки с высокой точностью геометрических размеров и качеством поверхности получают специальными методами литья. Рассмотрите схемы изготовления отливок в оболочковых формах, по выплавляемым моделям, литьем в кокиль, под давлением и центробежным литьем.
2.1. Общая характеристика литейного производства. Физические основы производства отливок. Литейные свойства сплавов.
2.2. Изготовление отливок в песчано-глинистых формах. Формовочные и стержневые смеси. Литниковые системы. Способы изготовления литейных форм и стержней.
2.3. Изготовление отливок специальными способами литья. Изготовление отливок в оболочковых формах, литьем по выплавляемым моделям, в кокилях, литьем под давлением, центробежным литьем. непрерывным литьем.
Раздел III. Обработка металлов давлением
Обработка давлением основана на способности металлов пластически деформироваться под действием внешних сил. Рассмотрите механизм пластической деформации металлов. Уясните, что в зависимости от температуры, при которой происходит процесс деформирования, различают деформацию холодную и горячую. При холодной деформации происходит наклеп (упрочнение), а при горячей – рекристаллизация и разупрочнение. Нагрев металла перед обработкой давлением приводит к повышению пластичности и уменьшению сопротивления деформированию.
Изучите процессы получения машиностроительных профилей: прокатку, прессование, волочение. Инструмент для прокатки – гладкие и калиброванные валки, оборудование – прокатные станы, которые классифицируются по количеству валков, по расположению рабочих клетей и по назначению. Прессование выполняют с помощью инструмента – матрицы на специализированных гидравлических прессах. Волочение осуществляют, протягивая заготовку сквозь сужающееся отверстие в инструменте – волоку.
Уясните, что для получения отдельных заготовок, имеющих форму и размеры, приближенные к готовым деталям, применяют ковку и штамповку. Ознакомьтесь с инструментом и оборудованием для ковки (молотами и прессами). Обратите внимание на инструмент для штамповки - открытые и закрытые штампы. Ознакомьтесь с особенностями оборудования для штамповки – молотов и гидравлических прессов. Изучите процессы холодной объемной и листовой штамповки.
3.1. Общая характеристика обработки металлов давлением (ОМД) и ее физические основы. Нагрев заготовок перед ОМД, и сопутствующие ему явления.
3.2. Производство машиностроительных профилей. Понятие профиля и сортамента. Производство прокатанных и прессованных профилей, волочение профилей. Применяемые инструмент и оборудование Области применения и перспективы развития производства профилей.
3.3. Получение поковок машиностроительных деталей. Виды поковок. Свободная ковка, сущность процесса, исходные заготовки, основные операции, применяемые инструмент и оборудование. Горячая объемная штамповка и ее разновидности.
3.4.. Сущность листовой штамповки. Разделительные и формоизменяющие операции, их схемы и особенности деформирования металла.
3.5. Технико-экономические показатели и критерии выбора рациональных способов обработки металлов давлением.
Раздел IV. Сварочное производство
Рассмотрите физическую сущность процесса сварки; уясните, что при сварке образуется неразъемное соединение за счет установления межатомных связей между свариваемыми заготовками. Для установления связей необходимо: очистить свариваемые поверхности от загрязнений и оксидов, энергетически активировать поверхностные атомы для облегчения их взаимодействия друг с другом; сблизить свариваемые поверхности на расстояния, сравнимые с межатомными. Указанные условия реализуются путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки. В зависимости от характера вводимой энергии все способы сварки делят на три класса: термический, механический и термомеханический.
Изучите виды сварки, относящиеся:
а) к термическому классу: дуговую, электрошлаковую, индукционную, газовую, плазменную, электронно-лучевую и лазерную;
б) к термомеханическому классу: контактную, диффузионную, газопрессовую, печную;
в) к механическому классу: холодную, ультразвуковую, трением и взрывом.
Уясните особенности указанных способов сварки, их преимущества, недостатки и области применения.
Рассмотрите основные методы нанесения специальных покрытий (жаростойких, износостойких, коррозионностойких и т. п.): наплавку и напыление. При наплавке материал заготовки оплавляется и перемешивается с материалом покрытия, что ограничивает номенклатуру сочетаний. При напылении материал подложки не оплавляется, а материал покрытия в виде мелких частиц с большой скоростью ударяется о подложку и прочно закрепляется на ней.
4.1. Общая характеристика сварочного производства. Физические основы получения сварного соединения. Классификация способов сварки.
4.2. Термический класс сварки. Дуговая сварка, сущность процесса, свойства дуги. Источники сварочного тока, их внешние характеристики. Ручная дуговая сварка покрытым электродом. Схема процесса, применяемые электроды. Область применения. Автоматическая сварка под флюсом, сущность процесса. Сварочные материалы и оборудование. Область применения. Сварка в атмосфере защитных газов. Сущность процесса и его разновидности. Газовая сварка, сущность процесса. Применяемые горючие газы, оборудование, присадочные материалы. Область применения. Плазменная сварка. Сущность и схема процесса. Электрошлаковая сварка, сущность и схема процесса, область применения. Электроннолучевая и лазерная сварка. Технологические возможности и области их применения. Термическая резка металлов.
4.3. Термомеханический класс сварки. Электрическая контактная сварка: стыковая, точечная и шовная. Применяемое оборудование. Сварка аккумулированной энергией. Область применения. Диффузионная сварка, сущность способа и особенности применения.
4.4. Механический класс сварки. Холодная сварка, сварка трением, ультразвуковая сварка, сварка взрывом. Схемы процессов и их сущность. Области применения.
4.5. Нанесение специальных покрытий. Наплавка и напыление. Сущность процессов, материалы, оборудование и области применения.
Раздел V. Обработка металлов резанием
При обработке металлов резанием с поверхности заготовки срезается слой металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали.
Изучите кинематику процесса резания, то есть движения, необходимые для срезания слоя металла с заготовки в процессе обработки. Ознакомьтесь с составляющими режима резания: скоростями главного движения резания и движения подачи, глубиной резания.
На примере токарного резца рассмотрите элементы и геометрию режущего инструмента.
Ознакомьтесь с физической сущностью процесса резания и образования стружки.
Режущие инструменты работают в условиях значительных нагрузок, высоких температур и трения. Поэтому инструментальные материалы должны обладать высокими значениями твердости, красностойкости, износостойкости, механической прочности и вязкости. Для изготовления режущего инструмента применяют инструментальные стали, керамические материалы, сверхтвердые материалы на основе нитрида бора, абразивные и алмазные материалы.
Ознакомьтесь с основными сведениями о металлорежущих станках. Рассмотрите методы обработки заготовок на станках: токарных, фрезерных и строгальных.
5.1. Физико-механические основы обработки конструкционных материалов резанием. Классификация движений на металлорежущих станках. Режим резания. Геометрия режущего инструмента. Контактные явления при резании: тепловыделение, износ и упрочнение поверхности
5.2. Требования к инструментальным материалам. Современные инструментальные материалы: стали, сверхтвердые и керамические материалы, абразивные и алмазные материалы. Общие сведения о металлорежущих станках, их классификация.
5.3. Обработка заготовок на токарных станках, режущий инструмент.
5.4. Обработка заготовок на фрезерных станках, типы фрезерных станков, виды фрез.
5.6. Обработка заготовок на строгальных станках. Типы станков, режущий инструмент.
Раздел VI. Формообразование изделий
из композиционных и неметаллических материалов
Развитие всех отраслей промышленности потребовало создания новых конструкционных материалов. Авиационная и ракетно-космическая техника, ядерная энергетика и другие отрасли современной промышлености остро нуждаются в материалах, обладающих высокими физико-механическими, эксплуатационными и специальными свойствами. Использование композиций, состоящих из двух и более компонентов из различных материалов, позволяет создавать конструкционные материалы с уникальными свойствами.
Уясните, что понятие композиционного материала должно удовлетворять следующим критериям:
· состав и форма компонентов композиции определены заранее;
· компоненты различаются по свойствам, разделены явно выраженной границей и сохраняют свои индивидуальные особенности;
· материал обладает свойствами, отличными от свойств компонентов, взятых в отдельности.
Компонент, непрерывный по всему объему, является матрицей, а прерывистый, разделенный в объеме композиции, считается армирующим или упрочняющим.
Изучая основные виды композиционных материалов, обратите внимание на то, что часто процессы получения композиций и изготовления изделий технологически совмещаются.
Рассмотрите технологические свойства пластмасс, способы получения изделий из полимерных материалов и области их применения.
Изучите способы получения изделий из резины.
6.1. Характеристика и классификация композиционных материалов. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным материалам.
6.2. Изготовление изделий из композиционных материалов.
6.3. Изготовление деталей из полимерных материалов.
3. содержание практического раздела дисциплины
3.1. Тематика лабораторных работ
1. Определение твердости металлов и сплавов (2 час).
2. Кристаллизация. Ее влияние на строение и свойства металлов (2 час).
3. Пластическая деформация, наклеп и рекристаллизация (2 час).
4. Микроструктура углеродистых сталей (2 час).
5. Закалка углеродистых сталей (2 час).
6. Технология изготовления разовой литейной формы в двух опоках (2 час).
7. Специальные виды литья (2 час).
8. Оборудование и технологический процесс свободной ковки (2 час).
9. Электрические способы сварки (2 час).
10. Обработка металлов резанием (2 час).
4. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
4.1. Общие методические указания
Студенты, обучающиеся в вузе заочно, выполняют контрольное задание, которое состоит из 30 вариантов. Выполняется тот вариант, номер которого соответствует двум последним цифрам шифра студента. Если номер шифра оканчивается на «31», то выполняется первый вариант задания, на «32» – второй и т.д.
Контрольное задание выполняется в отдельной тетради объемом
12-18 листов. Задания следует выполнять в порядке ответов на поставленные вопросы варианта; из 10 вопросов задания: 5 первых (с 1-ого по 5-ый) вопросов относится к материаловедению, а 5 последующих (с 6-ого по 10-ый) – к технологии конструкционных материалов. Ответы должны быть краткими, точными и не повторять дословно тексты учебников или учебных пособий.
Графические работы выполняются карандашом, при необходимости, с использованием чертежных инструментов.
На страницах текста заданий необходимо оставить поля для замечаний рецензента. Страницы и рисунки пронумеровать. В конце выполненного контрольного задания привести список использованной литературы, указать дату выполнения работы, поставить свою подпись.
После рецензирования работы проанализируйте замечания рецензента и приведите на них письменные ответы в конце тетради. Если работа не зачтена, то после ответа на замечания она посылается на повторное рецензирование.
Перед выполнением контрольной работы студент должен изучить соответствующие разделы дисциплины: методику выбора сталей и сплавов, назначения термической обработки, особенности строения, технологию получения и область применения наиболее распространенных неметаллических материалов. Одновременно студент должен научиться выбирать способ изготовления деталей из различных конструкционных материалов.
Литература, рекомендуемая для выполнения контрольной работы, приведена в конце рабочей программы (стр. 34).
4.2. Варианты заданий контрольной работы
Вариант 1
1. Волочение проволоки проводят в несколько переходов. В некоторых случаях проволока на последних переходах разрывается. Объясните причину разрыва и укажите способ его предупреждения.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 0,5 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Используя диаграмму состояния «железо – цементит», установите температуры отжига и закалки стали У12. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали после каждого вида обработки.
4. Опишите влияние нагрева на структуру металла.
5. Полимерные материалы, и их применение.
6. Опишите принцип действия мартеновской печи. Какие виды топлива применяются в мартеновской печи?
7. Что такое высокопрочный и ковкий чугуны?
8. Как получают бесшовные трубы, их преимущества?
9. Опишите источники переменного и постоянного сварочного тока. Укажите их преимущества, недостатки и области применения.
10. Какие требования предъявляют к инструментальным материалам? Опишите современные материалы, используемые для изготовления режущих инструментов.
Вариант 2
1. Опишите явление полиморфизма железа. Каково его практическое значение?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 0,7 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Инструменты из стали У11А подвержены закалке: первый –с температуры 760 °С, второй –с температуры 850 °С. Используя диаграмму состояния «железо-цементит», укажите температуры закалки и объясните, какой из этих инструментов закален правильно, имеет более высокие режущие свойства и почему.
4. Расшифруйте состав бронзы БрОЦ4-2,5, опишите структуру и объясните назначение легирующих элементов. Приведите характеристики механических свойств.
5. Состав, свойства и применение жаропрочных керамических материалов.
6. Опишите устройство кислородного конвертера, процесс выплавки стали и главные химические реакции.
7. Опишите процесс образования усадочных раковин в отливках.
8. Опишите процесс волочения и укажите область его применения. Какой инструмент применяют при волочении?
9. Охарактеризуйте требования, предъявляемые к источникам сварочного тока. Какими могут быть внешние характеристики источников?
10. Опишите процессы тепловыделения при резании, особенности применения различных видов смазочно-охлаждающих сред. Расскажите об износе инструмента.
Вариант 3
1. В чем сущность процесса модифицирования? Приведите пример использования модификаторов для повышения свойств литейных сплавов.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 5,0 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Углеродистые стали 35 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру мартенсит отпуска и твердость: первая 45 HRC
, вторая 60 HRC
. Используя диаграмму состояния «железо – цементит» и учитывая превращения, происходящие при отпуске, укажите температуру закалки и отпуска для каждой стали. Объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость.
4. Укажите состав и опишите структуру латуни Л68. Приведите характеристики механических свойств этого сплава.
5. Какие полимеры применяются для антифрикционных покрытий на металлах? Приведите характеристики их свойств.
6. Охарактеризуйте мартеновский процесс, опишите главные химические реакции, протекающие в мартеновской печи.
7. Опишите процесс изготовления отливок в оболочковых формах. Каковы его преимущества и области применения?
8. Опишите процессы прессования и укажите его преимущества и недостатки, область применения.
9. Опишите разновидности электродуговой сварки, приведите их схемы. Как зажигается сварочная дуга? Каковы ее электрические и тепловые свойства?
10. Опишите процесс образования стружки при резании и виды стружки.
Вариант 4
1. Охарактеризуйте металлический тип связи и основные свойства металлов.
2. Какими характеристиками оценивается прочность металлов и сплавов? Как эти характеристики определяются?
3. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 4,8 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
4. С помощью диаграммы состояния «железо – цементит» установите температуру полного и неполного отжигов стали 20. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали.
5. Что такое пластмасса?
6. В чем заключаются особенности выплавки стали в мартеновских печах?.
7. Опишите способ изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям. Укажите его преимущества и области применения.
8. Что такое свободная ковка? Опишите основные операции такой ковки и укажите область ее применения.
9. Как осуществляют контроль качества сварных соединений? Опишите его способы.
10. Опишите физическую суть процессов резания?
Вариант 5
1. Суть полиморфного превращения в стали.
2. Каким способом можно восстановить пластичность холоднокатаной медной ленты? Назначьте режим термической обработки и опишите сущность происходящих процессов.
3. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 1,4 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
4. С помощью диаграммы состояния «железо-цементит» опишите структурные превращения, происходящие при нагреве доэвтектоидной стали. Укажите критические точки Ас
1
и Ас
3
для выбранной Вами стали. Установите режим нагрева этой стали под закалку. Охарактеризуйте процесс закалки, опишите получаемую структуру и свойства стали.
5. Укажите состав и определите группу стали 09Х14Н16Б по назначению.
6. Выполните сравнительную технико-экономическую оценку мартеновского и кислородно-конвертерного способов выплавки стали.
7. Опишите способ изготовления отливок литьем в металлические формы – кокили. Укажите преимущества, недостатки и особенности этого вида литья.
8. Опишите основные виды оборудования, применяемого для свободной ковки. Как выбирают необходимое оборудование, чем характеризуется его мощность?
9. Опишите особенности сварки заготовок трением.
10. Назовите основные параметры режима резания, опишите их влияние на качество обработанной поверхности.
Вариант 6
1. Что такое ликвация, причины ее возникновения и влияние на свойства?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 3,6 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Как изменяются структура и свойства сталей 40 и У12 в результате закалки с температур 750 и 850 °С? Объясните с применением диаграммы состояния «железо – цементит». Выберите оптимальный режим нагрева под закалку каждой стали.
4. Расшифруйте состав сплава Д18, укажите способ изготовления деталей из него и приведите характеристики механических свойств.
5. Опишите свойства и области применения пластмасс.
6. Опишите структуру современного металлургического производства и его продукцию.
7. Изобразите схему литниковой системы, укажите назначение всех ее элементов.
8. В каких видах обработки давлением применяется холодная пластическая деформация? Опишите явление наклепа, его физическую сущность и влияние на структуру и свойства металлов.
9. Опишите процесс плазменной сварки металлов, ее преимущества.
10. Опишите способы фрезерования и типы используемых фрез.
Вариант 7
1. Как и почему скорость охлаждения при кристаллизации влияет на строение слитка?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 0,8 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Для каких целей применяется диффузионный отжиг? Как выбирается режим такого отжига?
4. Укажите состав и группу стали 12Х1МФ по назначению.
5. Приведите пример композиционного материала на основе алюминия. В чем преимущество композитов перед сплавами?
6. Опишите основные виды железных руд и этапы подготовки шихтовых материалов к доменной плавке. Какие виды топлива применяются в доменных печах?
7. Опишите процессы изготовления отливок в песчаных формах.
8. Приведите классификацию видов обработки металлов давлением. Как при такой обработке изменяются структура и свойства металла?
9. Опишите процесс электронно-лучевой сварки, ее преимущества.
10. Опишите работы, выполняемые на строгальных станках.
Вариант 8
1. Опишите виды твердых растворов.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 2,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Начертите диаграмму изотермического распада аустенита стали У8. Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающего получение твердости НВ
150. Как этот режим называется, и какая структура получается в данном случае?
4. Расшифруйте состав сплава АК4 и приведите характеристики его механических свойств.
5. Выберите марку высокопрочого чугуна, укажите его состав, структуру и механические свойства.
6. Начертите схему доменной печи, укажите основные ее части и опишите происходящие в ней процессы.
7. Какими способами изготавливают отливки из алюминиевых и магниевых сплавов? В чем особенность плавки магниевых сплавов? Укажите области применения отливок из алюминия и магния.
8. Охарактеризуйте холодную и горячую обработку металлов давлением, опишите особенности этих процессов, их положительные и отрицательные стороны.
9. Изобразите схему и опишите процесс электрошлаковой сварки, основные преимущества и область применения.
10. Опишите режущий инструмент и технологическую оснастку сверлильных станков, приведите схемы обработки на этих станках.
Вариант 9
1. Опишите условия протекания и механизм процесса кристаллизации.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 0,4 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Для чего проводится рекристаллизационный отжиг? Как назначается его режим?
4. После термической обработки углеродистой стали получена структура: цементит + мартенсит отпуска. Нанесите на диаграмму состояния «железо-цементит» примерную ординату заданной стали и обоснуйте выбор температуры нагрева этой стали под закалку. Укажите температуру отпуска и опишите превращения, которые произошли при термической обработке.
5. Укажите состав и определите группу стали 20Х13 по назначению.
6. Какие материалы необходимы для доменного производства?
7. Опишите возможные дефекты отливок и причины их возникновения.
8. Обоснуйте температуру нагрева заготовок под обработку металлов давлением.
9. Опишите процесс автоматической дуговой сварки под слоем флюса. Укажите основные преимущества.
10. Опишите устройство токарного станка.
Вариант 10
1. Дайте определение ударной вязкости. Опишите методику ее измерения.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 1,1 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. При непрерывном охлаждении стали У8 получена структура «перлит». Нанесите на диаграмму изотермического распада аустенита кривую охлаждения, обеспечивающую получение данной структуры. Укажите температурный интервал превращения.
4. Расшифруйте состав бронзы БрОФ7-0,2, , приведите характеристики механических свойств.
5. Опишите свойства стекловолокнита СВАМ.
6. Опишите устройство и работу доменной печи. Охарактеризуйте продукты доменной плавки.
7. Опишите особенности конструирования литых деталей.
8. Опишите основные схемы прокатки металлов.
9. Опишите процесс ручной дуговой сварки. Что представляют собой сварочные электроды? Как их классифицируют и обозначают?
10. Опишите основные виды обработки деталей на токарных станках.
Вариант 11
1. Дайте определение твердости. Какими методами измеряют твердость металлов и сплавов? Опишите их.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 1,3 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. С помощью диаграммы состояния «железо – цементит» определите температуру отжига и закалки стали 30. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали после каждого вида обработки.
4. Что относится к сталям обыкновенного качества и как они обозначаются?
5. Что входит в состав керамических материалов?
6. Опишите основные стадии выплавки стали в мартеновской печи.
7. Опишите последовательность операций при изготовлении песчаной литейной формы.
8. Опишите основные способы прокатки.
9. Охарактеризуйте процессы ультразвуковой сварки и сварки взрывом. Когда применяются указанные способы сварки?
10. Для чего используются смазочно-охлаждающие жидкости.
Вариант 12
1. Объясните механизм влияния модификаторов на строение литого металла.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 3,1 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
3. После закалки углеродистой стали была получена структура, состоящая из феррита и мартенсита. Проведите на диаграмме состояния «железо – цементит» примерную ординату, соответствующую составу заданной стали, укажите принятую в данном случае температуру нагрева под закалку. Как называется такая обработка? Какие превращения произошли при нагреве и охлаждении стали?
4. При каких температурах производится процесс азотирования стали? Объясните, почему азотирование не производится при температурах ниже и выше указанных.
5. Металлокерамические сплавы, их состав и свойства.
6. Опишите суть индукционного переплава стали. За счет чего достигается повышение качества металла?
7. Опишите принцип центробежного литья и преимущества этого способа.
8. Какие детали изготавливают свободной ковкой? Как она осуществляется?
9. Опишите процесс холодной сварки, укажите область его применения.
10. Опишите виды резцов для токарной обработки деталей.
Вариант 13
1. Как и почему при холодной пластической деформации изменяются свойства металлов?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 0,9 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Сталь 40 закалили с температур 760 и 840 °С. Используя диаграмму состояния «железо – цементит», укажите выбранные температуры нагрева и опишите превращения, которые произошли при двух режимах закалки. Какому режиму следует отдать предпочтение и почему?
4. Что такое латунь? Расшифруйте состав и опишите структуру выбранной Вами марки латуни. Укажите ее основные свойства.
5. Опишите процесс кристаллизации металлов.
6. Для чего и какие огнеупорные материалы и флюсы применяются в металлургическом производстве?
7. Какими способами получают отливки из металлических сплавов? Какие плавильные установки при этом используются?
8. В чем особенности штамповки в закрытых штампах?
9. Опишите способы электрической контактной сварки, их особенности и области применения. Как выполняется сварка аккумулированной энергией?
10. Укажите типы фрез для обработки изделий.
Вариант 14
1. Какая температура разделяет области холодной и горячей пластической деформации металлов и почему?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения для сплава, содержащего 4,3 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Углеродистые стали 45 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру мартенсит отпуска и твердость: первая – HRC
50, вторая – HRC
60. Используя диаграмму состояния «железо – цементит» и учитывая превращения, происходящие в этих сталях при отпуске, укажите температуру закалки и температуру отпуска для каждой стали. Опишите превращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска, и объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость.
4. Опишите структуру и свойства углеродистых заэвтектоидных сталей, какую термообработку для них применяют.
5. Опишите свойства и применение в промышленности полиэтиленов.
6. Что входит в структуру металлургического производства?
7. Опишите структуру слитка металла и объясните ее.
8. В чем заключаются технологические особенности ковки и штамповки металлов и сплавов?
9. Какими способами сварки Вы знаете? Какой способ производительнее?
10. Как нарезают резьбу на токарных станках?
Вариант 15
1. Опишите условия получения мелкозернистой структуры металла при кристаллизации.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 1,6 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Каковы причины возникновения внутренних напряжений при закалке? Каким способом можно предохранить изделие от образования закалочных трещин?
4. Какую структуру и почему имеет доэвтектоидная углеродистая сталь после термообработки; а) отжига, б) закалки?
5. Что собой представляют минеральные стекла? Как их получают?
6. Каковы особенности цветной металлургии.
7. Опишите процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям, преимущества этого способа.
8. Каким способом обработки давлением можно получать сложные профили? Опишите схему этого процесса, применяемое оборудование и инструмент.
9. Опишите процесс плазменной сварки и его достоинства.
10. Опишите способы фрезерования, приведите схемы обработки плоских и фасонных поверхностей на фрезерных станках.
Вариант 16
1. Опишите линейные несовершенства кристаллического строения. Как они влияют на свойства металлов и сплавов?
2. В чем различие между хрупким и вязким разрушением?
3. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 0,5 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
4. Укажите состав и определите группу стали 12Х18Н10Т по назначению, укажите ее механические свойства .
5. Какой термической обработке подвергается сплав дуралюмин? Каков механизм упрочнения дуралюмина?
6. Опишите работу дуговой плавильной электрической печи и укажите преимущества в сравнении с другими плавильными агрегатами.
7. Опишите принцип действия машин для литья под давлением, Укажите преимущества, недостатки и области его применения.
8. Охарактеризуйте основные виды оборудования, применяемого для горячей объемной штамповки.
9. Какое технологическое оборудование и материалы используются при ручной дуговой сварке?
10. Опишите геометрические параметры режущего инструмента (на примере прямого токарного проходного резца).
Вариант 17
1. Как влияет наличие примесей в сплаве на протекание процесса кристаллизации?
2. Как и почему изменяется плотность дислокаций при пластической деформации? Каково влияние дислокаций на свойства металлов?
3. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 4,5 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму состояния «железо – цементит», определите температуру полной и неполной закалки стали 40. Опишите структуру и свойств данной стали после каждого вида термической обработки.
5. Каковы преимущества и недостатки пластмасс?
6. Каковы особенности выплавки стали в кислородных конверторах?
7. Опишите процессы изготовления отливок на машинах для центробежного литья. Укажите преимущества, недостатки и области применения этого способа литья.
8. Опишите процессы получения листового проката и укажите области их применения.
9. Охарактеризуйте технологические особенности сварки низкоуглеродистых сталей.
10. Какие материалы и как сваривают с применением ультразвука? Достоинства метода?
Вариант 18
1. Что такое переохлаждение, и как оно влияет на величину зерна кристаллизующегося металла?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 0,6 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Что такое нормализация? Используя диаграмму состояния «железо – цементит», укажите температуру нормализации сталей 45 и У12. Опишите превращения, происходящие в этих сталях при выбранном режиме обработки, получаемую структуру и свойства.
4. Укажите состав эвтектоидной углеродистой стали, назначьте и обоснуйте режим термической обработки: а) отжига, б) закалки? Опишите структуру и свойства стали после каждого вида термообработки.
5. Какие материалы используют для изготовления строительной арматуры? Опишите их механические характеристики.
6. С помощью химических реакций опишите процессы удаления фосфора и серы при производстве стали. Для каких целей выполняют раскисление стали? Как различаются стали в зависимости от степени раскисления?
7. Опишите основные способы уплотнения формовочной смеси при машинной формовке.
8. Охарактеризуйте инструмент для горячей объемной штамповки. В чем отличие открытых и закрытых штампов?
9. Что понимается под свариваемостью металлов и сплавов? Чем она оценивается и от чего зависит? Опишите основные дефекты сварных соединений, укажите причины их возникновения.
10. Какой инструмент применяется при токарной обработке, его виды?
Вариант 19
1. Что такое предел прочности (sв
)? Как он определяется?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 5,5 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Что такое перегрев и пережог стали? Чем они вредны, и как можно их устранить?
4. Укажите состав и группу стали 25Х2М1Ф по назначению. Как влияет температура эксплуатации на механические свойства данной стали?
5. Укажите условия применения пластмасс, их достоинства.
6. Опишите способы разливки стали в изложницы и образующиеся при этом дефекты.
7. Опишите процесс конструирования заготовок, отливаемых в разовых песчано-глинистых формах.
8. Опишите основные разделительные и формоизменяющие операции листовой штамповки.
9. Опишите способы нанесения покрытий напылением.
10. Какие виды инструментов используются для получения отверстий в изделиях? Какое для этого используется оборудование?
Вариант 20
1. От каких основных факторов зависит величина зерна закристаллизовавшегося металла и почему?
2. К какому виду пластической деформации (холодной или горячей) относится деформирование железа при температуре 500 °С? Объясните, как при этом изменяются структура и свойства железа.
3. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при охлаждении сплава, содержащего 1,9 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму состояния «железо – цементит» и график зависимости твердости от температуры отпуска, назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) деталей из стали 45, которые должны иметь твердость HRC
28-30. Опишите превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, получаемую структуру.
5. Приведите примеры марок углеродистых конструкционных сталей, их состав и область применения.
6. Опишите способ непрерывной разливки стали и укажите его преимущества по сравнению с разливкой в изложницы.
7. Какие требования предъявляются к формовочным стержневым смесям? Охарактеризуйте их основные свойства и состав.
8. Опишите принцип действия пневматического молота. Для каких операций он применяется?
9. Опишите процесс нанесения покрытий методом электродуговой наплавки. Каковы особенности наплавки порошковыми проволоками?
10. Опишите основные виды обработки поверхностей на фрезерных станках.
Вариант 21
1. Объясните сущность явления дендритной ликвации и методы ее устранения.
2. Какими характеристиками оценивается пластичность металлов и сплавов? Как они определяются?
3. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 1,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
4. Как можно устранить крупнозернистую структуру в кованой стали 30? Используя диаграмму состояния «железо – цементит», обоснуйте выбор режима термической обработки для исправления этой структуры. Опишите структурные превращения и характер изменения свойств.
5. Что применяют в качестве армирующих элементов при изготовлении композиционных материалов? Как зависит прочность композитов от количества и размеров наполнителя?
6. Опишите процесс раскисления стали.
7. Какой из способов литья позволяет получить наибольшую точность размеров и наименьшую шероховатость поверхности? Укажите область его применения.
8. Опишите основные операции ковки и укажите область ее применения. Какой из видов обработки давлением позволяет получать поковки наибольшего веса? Почему?
9. Опишите лучевые способы сварки. Укажите основные преимущества и области применения этих способов.
10. Как влияет скорость резания на стойкость режущих инструментов? Пути повышения стойкости инструмента.
Вариант 22
1. Опишите элементарные кристаллические ячейки.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 3,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. С помощью диаграммы состояния «железо – цементит» опишите структурные превращения, происходящие при нагреве заэвтектоидной стали. Покажите критические точки Ас
1
и Асcm
для выбранной Вами стали. Охарактеризуйте процесс закалки такой, опишите получаемую структуру.
4. Детали из стали 45 закалены: первая –с температуры 740 °С. вторая – 820 °С. Используя диаграмму состояния «железо – цементит», нанесите выбранные температуры нагрева и объясните, какая из этих деталей имеет более высокие твердость и прочность, и почему.
5. Выберите марку ковкого чугуна, опишите его структуру и свойства.
6. Стали какого качества выплавляют в мартеновской печи, как они обозначаются?
7. Как можно получать отверстия в отливке?
8. Опишите процессы получения бесшовных труб. Какое оборудование для этого необходимо?
9. Опишите процесс сварки трением, приведите схемы, основные преимущества и область применения данного способа
10. Какие виды стружки Вы знаете? Какой из них создает наибольшие проблемы при работе на токарных станках? Какими способами эти прблемы решаются?
Вариант 23
1. Что такое предел текучести (sТ
)? Как он определяется?
2. Под действием каких напряжений происходит пластическая деформация, и как при этом изменяются структура и свойства металла?
3. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 0,2 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
4. Что такое закалка стали, с каких температур и зачем ее проводят?
5. Укажите состав и механические свойства бронзы БрБНТ-1,7.
6. Выполните сравнительную технико-экономическую оценку кислородно-конвертерного и мартеновскогого способов выплавки стали.
7. Опишите способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям. Укажите преимущества, недостатки и область применения этого вида литья.
8. Опишите основные виды оборудования, применяемого для ковки. Как выбирают необходимое оборудование, чем характеризуется его мощность?
9. Опишите процесс аргонодуговой сварки. Какое для этого требуется оборудование и материалы? Назовите преимущества данного способа и область применения.
10. Опишите способы обработки поверхностей на токарных станках. Какие для этого требуются инструменты?
Вариант 24
1. Как влияет степень деформации на величину зерна металла после рекристаллизации? Почему перед рекристаллизационным отжигом нельзя проводить деформацию с малой степенью обжатия?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 1,5 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. В чем преимущества и недостатки поверхностного упрочнения стальных изделий методом цементации? Назовите марки стали, применяемые для этого вида обработки.
4. Приведите марки и опишите структуру литейных алюминиевых сплавов. Каким образом повышают их эксплуатационные свойства? Укажите области применения отливок из алюминиевых сплавов.
5. В чем различие по структуре и свойствам между термопластами и реактопластами?
6. Опишите способы внепечной обработки стали для очистки от вредных примесей.
7. От чего зависят и на что влияют литейные свойства сплавов?
8. В чем преимущества и недостатки штамповки в закрытых штампах?
9. Какие способы можно пригодны для сварки заготовок малой толщины или малого сечения (тонкие листы, проволока)?
10. Охарактеризуйте параметры режима резания.
Вариант 25
1. Что такое усталость металла, с чем она связана?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 4,6 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Для каких сталей применяются полный и неполный виды отжига? Объясните выбор режима и цель этого вида обработки.
4. Как провести поверхностное упрочнение изделий из стали 20. Определите вид обработки, опишите технологию, происходящие в стали превращения, структуру и свойства поверхности..
5. Что такое композиционный материал? Как их получают и для чего применяют?
6. Опишите структуру металлургического комбината. Какие цехи и производства обеспечивают работу доменной печи?
7. Что такое литниковая система, и как она используется после завершения кристаллизации отливки? Какое оборудование для этого применяется?
8. Какими способами можно осуществлять сварку.
10. Какими способами можно нарезать резьбу в отверстиях и на стержнях? Опишите используемые инструменты.
Вариант 26
1. Объясните, какие процессы происходят при пластической деформации свинца при комнатной температуре, и какими изменениями структуры и свойств они сопровождаются.
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 0,3 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Изделие из стали 45 необходимо подвергнуть закалке. Назначьте ее режим, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали после такой обработки.
4. Для чего применяется химико – термическая обработка сталей, ее виды?
5. Из чего состоит и где применяется металлокерамика?
6. Приведите технико-экономические показатели работы доменной печи.
7. К возникновению каких дефектов в отливках приводит усадка сплава? Опишите способы предупреждения брака при литье.
8. Какие устройства применяются для нагрева заготовок под ковку и прокатку?
9. Опишите схемы ручной дуговой сварки.
10. Опишите работы, выполняемые на строгальных станках. Какие конструктивные особенности у строгального резца?
Вариант 27
1. Что такое относительное удлинение (d, %)? Как оно определяется?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 4,0 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Что такое нормализация? Используя диаграмму состояния «железо – цементит», назначьте температуру нормализации любой доэвтектоидной стали. Опишите превращения, происходящие в стали при выбранном режиме обработки, получаемую структуру и свойства.
4. Выберите способ химико-термической обработки изделия из стали 20 и обоснуйте свой выбор. Какова будет структура поверхности стали после такой обработки?
5. Какая из пластмасс имеет самую высокую устойчивость к нагреву?
6. Для чего и как проводят раскисление стали?
7. Опишите литейные свойства сплавов, приведите примеры сплавов с хорошими литейными свойствами.
8. По каким признакам классифицируются прокатные станы?
9. Опишите электронно-лучевой способ сварки.
10. Какие изделия можно изготовить на фрезерном станке? С помощью какого инструмента?
Вариант 28
1. Какова роль полиморфизма в сталях?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 3,8 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Требуется произвести поверхностное упрочнение изделий из стали 15. Назначьте вид обработки, опишите технологию, происходящие в стали превращения, структуру и свойства поверхности и сердцевины изделия.
4. Что такое силумин, его состав и свойства?
5. Что относится к неметаллическим материалам?
6. Опишите способ литья под давлением и его преимущества.
7. Какую роль играет ликвация при выплавке металлов.
8. С приведением схем опишите получение гнутых профилей. Какими преимуществами обладает этот вид проката?
9. Охарактеризуйте способ автоматической дуговой сварки
10. Какими способами можно нарезать резьбу в отверстии и на стержне? Опишите используемые инструменты.
Вариант 29
1. В чем сущность и назначение дробеструйной обработки?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 1,0 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. Детали из стали 40 закалены: одни – с температуры 760 °С, а другие –с температуры 830 °С. Используя диаграмму состояния «железо – цементит», нанесите выбранные температуры нагрева и объясните, какие из этих деталей имеют более высокие значения твердости и прочности и почему.
4. Почему низкотемпературная термомеханическая обработка конструкционной стали приводит к получению ее высокой прочности?
5. Опишите разновидности и свойства пенопластов. Укажите области их применения.
6. Основная продукция черной металлургии, где используется?
7. Каким способом отливают чугунные трубы? Приведите схему процесса. В чем преимущества этого процесса?
8. Опишите процесс волочения проволоки. Какой инструмент и оборудование для этого применяют?
9. Опишите процесс диффузионной сварки, его основные преимущества и область применения.
10. Опишите основные виды обработки поверхностей на фрезерных станках.
Вариант 30
1. Зачем назначают рекристаллизационный отжиг и как выбирают его режим?
2. Начертите диаграмму состояния «железо – цементит», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения в сплаве, содержащем 3,5 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
3. В структуре углеродистой стали У12 после закалки наблюдается цементит. Объясните причину этого явления и к чему оно приводит.
4. Расшифруйте состав сплавf БрАЖН10-4-4, укажите, механические его свойства. Для изготовления каких деталей этот сплав применяется?
5. Что такое керамика и для чего она применяется?
6. Стали какого качества выплавляют в мартеновской печи, как они обозначаются?
7. Как можно получать отверстия в отливке?
8. Опишите процессы получения бесшовных труб. Какое оборудование для этого необходимо?
9. Опишите процесс сварки трением, приведите схемы, основные преимущества и область применения данного способа.
10. Какие виды инструментов используются для получения отверстий в изделиях? Какое для этого используется оборудование?
5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. Литература обязательная
1. Материаловедение: Учебное пособие / Егоров Ю. П., Лозинский
Ю. М., Роот Р. В., Хворова И. А.. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 188 с.
2. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.
3. Арзамасов Б. Н. Материаловедение: Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 648 с.
4. Гуляев А. П. Металловедение: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.
5. Технологические процессы машиностроительного производства: Учебное пособие. В 2-х ч. /К. Г. Герасимович, Ю. А. Евтюшкин, Н. И. Фо-мин, И. А. Хворова. – Часть I. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 103с. (Часть II.– 140 с.)
6. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов /А. М. Дальский, Т. М. Барсу-кова, Л. Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А. М. Дальского. – М.: Машиностроение, 2003. – 512 с.
7. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов /Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. С. Гаврилюк и др.; Под ред. Г. П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2000. – 638 с.
5.2. Литература дополнительная
8. Тарасов А. В. Уткин Н. И. Общая металлургия. – М.: Металлургия, 1997. – 590 с.
9. Филинков М. Д. Получение точных отливок специальными методами. – Курган: КГУ, 2000. – 123 с.
10. Технология процессов обработки металлов давлением /
П. И. Полухин, В. Т. Жадан, А. Ф. Нестеров и др.; Под ред. П. И. Полухина. – М.: Металлургия, 1988. – 406 с.
11. Сварка и резка материалов. /Под ред. Ю. В. Казакова. – М.: Академия, 2001. – 394 с.
12. Ящерицын П. И. Основы резания материалов и режущий инструмент. – Минск: Высшая школа, 1981. – 560 с.
13. Эпик А. П., Палеха К. К. Новые порошковые и композиционные материалы. – Киев: УМКВО, 1989. – 112 с.
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания и контрольные задания
Составитель: Валерий Павлович Безбородов
Рецензент: Ю.П. Егоров, к.т.н., доцент кафедры МТМ МСФ
Подписано к печати
Формат 60х84/16. Бумага офсетная.
Плоская печать. Усл. печ. л. 2,44. Уч. -изд. л. 2,21.
Тираж экз. Заказ . Цена свободная.
Издательство ТПУ. 634050, Томск, пр. Ленина, 30.
|