Тема 6. Цветные металлы и их сплавы
Общая характеристика цветных металлов и сплавов, наиболее широко используемых в технике.
Медь и сплавы на её основе, их структура, свойства и область применения. Классификация медных сплавов: бронзы, латуни. Литейные и деформируемые сплавы. Маркировка сплавов на основе меди. Влияние легирующих элементов и примесей на свойства медных сплавов.
Алюминий и сплавы на его основе, их структура, свойства и область применения. Литейные и деформируемые алюминиевые сплавы. Сплавы, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Маркировка алюминиевых сплавов.
Магниевые и титановые сплавы. Классификация и маркировка. Основные свойства магниевых и титановых сплавов. Область применения магниевых и титановых сплавов.
Тема 7. Вспомогательные и неметаллические материалы
Основные принципы упрочнения материалов. Композиционные материалы, область их применения. Классификация композиционных материалов: по природе компонентов, по геометрии наполнителя, по схеме расположения наполнителя. Железобетон как один из представителей композиционных материалов, его свойства и область применения. Особенности армирования элементов железобетонных конструкций.
Пластмассы. Общая характеристика пластмасс, классификация и назначение. Полимеры, их молекулярная структура, основные свойства и классификация. Термопластичные и термореактивные пластмассы. Их основные свойства.
Резины, их общая характеристика, классификация и назначение. Состав резиновых смесей, свойства резин, влияние условий эксплуатации на свойства резин.
Вспомогательные материалы. Лакокрасочные и смазочные материалы. Состав, свойства, классификация, область применения. Клеящие материалы. Состав, свойства, классификация.
Тема 8. Поведение материалов в особых условиях. Коррозия металлических материалов и её виды. Защита металлов и сплавов от коррозии
Коррозия металлов, её виды и физическая сущность. Химическая коррозия и её физическая сущность. Электрохимическая коррозия, особенности её развития и физическая сущность. Коррозионная стойкость металлов. Виды коррозионных разрушений. Межкристаллитная коррозия и методы борьбы с ней. Коррозионная агрессивность окружающей среды.
Основные способы защиты металлов от коррозии.
Поведение материалов в особых условиях. Жаростойкость и способы её повышения. Жаропрочность и способы её повышения. Явление ползучести. Термическая усталость материалов. Работа материалов в условиях низких температур. Явление хладноломкости.
Стали и сплавы с особыми физико-механическими свойствами. Коррози-онностойкие стали. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы. Магнитные стали и сплавы. Электротехнические стали и сплавы. Сплавы с малым температурным коэффициентом линейного расширения. Сплавы для упругих элементов.
Задания к контрольной работе №1
Вариант 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 45,50% 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 220ºC 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 4,23% 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.
Вариант 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 44,20% 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 255ºC 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 0,25% 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 марочный состав цветных сплавов АМц; АК7; Д1; Л96;ЛО90-1; БрОФ6,5-0,4; БрО17Ц4С4; Б88. Какая из указанных латуней имеет название «морская латунь», «томпак»?
Вариант 03
A) Вычертите диаграмму состояния системы магний - никель. Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твёрдом состояниях, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния и объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правила Курнакова. Для сплава, содержащего магния 25%, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения, определить количественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 915ºC. 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 3,12% 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.
Вариант 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 43% меди Cu, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения, определить количественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 557ºC. 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 0,42% 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.
Вариант 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 -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.
Вариант 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.
Вариант 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.
Вариант 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.
Вариант 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 , полиморфное превращение .
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.
Вариант 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 12% 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 310ºC. 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 1,54% 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 5,10% С?
4. Какая форма графитных включений наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?
5. Какую структуру имеет медленно охлажденная сталь с 0,62% 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 910ºC. Используя диаграмму состояния «Fe-Fe3C», определить, какое из свёрл закалено правильно.
Е) Вагонные угольники из стали СтЗ изготавливали путем холодной гибки. После приварки к месту назначения разрушались по углу загиба от легких ударов молотка. В чем причина? Как следовало производить работы.
Ж) Выберите оловянистую бронзу для отливок сложной конфигурации. Расшифруйте состав и опишите структуру сплава. Приведите термическую обработку, применяемую для снятия внутренних напряжений, возникающих в результате литья. Опишите механические свойства бронзы.
З) Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) деталей машин из сплава сталь 50, которые должны иметь твердость HRC 40...50. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х15Ю5, О4Х14К13Н4М3ТВ, ШХ4, ВТ5-1, БрБ2, 29НК, 15ХСНД, Д16.
Вариант 11
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 42% кремния Si, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. Для данного сплава определить количественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 805ºC. 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 3,21% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.
B) 1. Приведите обозначение линий диаграммы железо-углерод, соответствующих эвтектоидному и эвтектическому превращениям.
2. Что такое перлит?
3. Из каких фаз состоит сталь с 0,47 % С при температуре 100 и 1000 °С по диаграмме железо-цементит?
4. Определите по диаграмме железо-цементит количество фаз и их химический состав для указанной выше стали при заданных температурах.
5. Какой чугун – белый или серый – обладает большей твердостью?
6. Как расшифровать марку сплава СЧ 18-36.
Г) Назначить коррозионностойкую сталь для изготовления деталей, работающих в среде уксусной кислоты при температурах, не выше 40ºC. Указать состав стали, необходимую термическую обработку, получаемую структуру.
Д) Назначить режимы термической обработки для деталей, изготовленных их стали 40Х. Описать сущность происходящих при термообработке превращений.
Е) Можно ли упрочнить металлы (олово, свинец, медь, железо), если деформировать их при комнатной температуре (~20°С)? Как изменяется твердость, прочность и пластичность этих металлов? Обоснуйте свои ответы.
Ж) Выберите латунь, которая пригодна для изготовления тонкостенных труб. Расшифруйте состав и опишите структуру сплава. Назначьте режим отжига, применяемого между операциями волочения, обоснуйте выбранный режим. Дайте общую характеристику механических свойств сплава.
З) Назначьте режим термообработки штампов холодной штамповки или высадки из стали У10. Дайте его обоснование и опишите структуру и свойства штампа. Объясните, почему из данной стали изготавливают штампы небольшого сечения.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х23Ю5, О4Х14К13Н4М3ТВ, ШХ15Ф, 15Х5ВФ, 20Х1М1Ф1БРОТ4-1, ЛК80-3Л, МА12, 47НД, Вст3сп.
Вариант 12
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 5% 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 комнатной температуре. 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 0,55% 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 превращенный ледебурит?
2. В каком виде находится основная часть углерода в белом чугуне?
3. Приведите структурные составляющие сталей в порядке возрастания твердости.
4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0,3% С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит.
5. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава при температуре 750°С:
химический состав фаз,
количественное соотношение фаз.
6. Укажите линию ликвидус на диаграмме железо-цементит.
Г) В результате термической и химико-термической обработки детали, изготовленные из стали 18ХГТ, должны получить твёрдый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Указать состав стали, определить к какой группе по назначению она относится. Назначить и обосновать режимы термической и химико-термической обработки. Описать микроструктуру и свойства поверхности и сердцевины детали после термической обработки.
Д) Назначить режимы термической обработки рессор, изготовленных из стали 65Г; описать микроструктуру и свойства стали после термообработки.
Е) Опишите микроструктуру и свойства металлических образцов (например, технического никеля) после деформирования при комнатной температуре и при температуре 500 °С. Объясните процессы, протекающие при этом.
Ж) Выберите оловянистую бронзу для отливок сложной конфигурации. Расшифруйте состав и опишите структуру бронзы. Назначьте режим термообработки для снятия внутренних напряжений, возникающих после литья. Опишите механические свойства этой бронзы.
З) Выберите углеродистую сталь для изготовления пил. Назначьте режим термообработки. Опишите сущность происходящих в ее процессе превращений, структуру и свойства инструмента.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х23Ю5Т, 08Х13, Н70МФВ, 18Х3МВ, 03Х20Н16АГ6, ВТ18, 42НХТЮ, Вст3Гпс, АК4-1.
Вариант 13
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 10% меди Cu, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. Для заданного сплава определить количественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 600ºC.
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 1,6% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при медленном охлаждении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.
В) 1. Что представляет собой цементит?
2. Приведите структурные составляющие сплавов системы «железо–углерод» в порядке возрастания количества углерода.
3. Какую структуру имеют медленно охлажденные углеродистые стали, содержащие 0,6 и 1,7% С?
4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 4,5% С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит?
5. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава при температуре 1000°С:
химический состав фаз,
весовое количество фаз.
6. Почему диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов имеет сравнительно сложный вид?
Г) В системах топливоприготовления ТЭС для измельчения угля используют шаровые мельницы. Мелющие тела (шары) изготавливают из стали Г13Л. Указать состав и определить группу стали по назначению. Назначить и обосновать режим термической обработки.
Д) На изделиях из стали 15 требуется получить слой высокой твёрдости. Сделать обоснованный выбор метода химико-термической обработки, описать его технологию и структуру стали после окончательной термообработки.
Е) Почему и как изменяются механические свойства металлов (твердость, прочность и пластичность) при холодной пластической деформации?
Ж) Для изготовления деталей выбран сплав Д18П. Расшифруйте состав сплава. Опишите, каким способом
производится упрочнение этого сплава. Укажите, характеристики механических свойств сплава.
З) Пружины из стали 60 после правильно выполненной закалки и последующего отпуска имеют твердость значительно выше, чем это предусматривается по техническим условиям. Чем вызван этот дефект, и как можно его исправить? Укажите, какая твердость и структура обеспечивают высокие упругие свойства пружин.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х27Ю5Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н3М2Т, БрБ2, ВТ9, 44НХТЮ, Вст3сп.
Вариант 14
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 90% 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 4,50% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.
B) 1. Что такое ледебурит?
2. Приведите точки диаграммы железо-цементит, которые делят сплавы на стали и чугуны, доэвтектические и заэвтектические чугуны, доэвтектоидные и заэвтектоидные стали.
3. Из какой фазы и по какой линии диаграммы железо-цементит при охлаждении выделяется первичный цементит?
4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 1,13 % С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит.
5. Определите для заданного сплава при температуре 750°С:
химический состав фаз,
весовое количество фаз.
6. К какому виду сплавов можно отнести сплав с содержанием углерода 5%?
Г) Для изготовления турбин используется сталь 15Х12ВНМФ (ЭИ802). Указать состав и определить группу стали по назначению. Назначить и обосновать режимы термической обработки. Описать структуру стали после термообработки.
Д) Требуется произвести поверхностное упрочнение изделий из стали 15Х. Назначить вид обработки, описать его технологию, происходящие в стали превращения, структуру и свойства поверхности и сердцевины.
Е) Опишите микроструктуру и свойства листа из стали 30, катанного при комнатной температуре и при температуре 1200°С. Объясните процессы, протекающие при этом.
Ж) Выберите материал для изготовления методом литья под давлением крышки из литейного алюминиевого сплава. При выборе сплава воспользуйтесь диаграммой алюминий–кремний. Для выбранного сплава укажите химический состав, механические свойства и структуру.
З) Назначьте режим термообработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) шпинделей для станков из стали МСт6, которые должны иметь твердость HRC 40...45. Опишите микроструктуру и свойства изделий.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х15Н60, 08Х17Н15М3Т, 07Х21Г7АН5, ЛЖМц59-1-1, ВТ8, 30Н25КТЮ, 50Н, Вст3сп, АЛ21.
Вариант 15
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 11,7% кремния Si, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. 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 4,0% 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 заданного сплава при температуре 700 °С по диаграмме железо-цементит.
B) 1. Какова линия солидус на диаграмме железо-цементит?
2. Что представляет собой аустенит?
3. Какова максимальная растворимость углерода в аустените?
4. В структуре доэвтектоидной стали около 25% феррита. Сколько в ней будет содержаться углерода?
5. Будет ли изменяться твердость белого чугуна при увеличении в нем содержания углерода?
6. Укажите на диаграмме железо-цементит линии, где в равновесии находятся одновременно три фазы. Какие это фазы?
Г) Для изготовления деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь 14Х17Н2. Указать состав и определить класс стали. Объяснить причину введения хрома в эту сталь и обосновать выбор данной стали для указанных условий работы.
Д) Назначить режимы термической обработки режущих инструментов из стали У9А. Описать структуру стали после термической обработки.
Е) Объясните сущность наклепа. Каково практическое применение наклепа? Приведите примеры.
Ж) Выберите латунь для изготовления деталей путем глубокой вытяжки. Расшифруйте состав и опишите структуру сплава. Назначьте режим промежуточной термообработки, применяемой между отдельными операциями, обоснуйте выбранный режим и дайте характеристику механических свойств сплава.
З) Выберите марку чугуна для изготовления ответственных деталей машин (поршневые кольца и т.п.).
Укажите состав, обработку, структуру и основные механические свойства.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. 36Н, 16ГС, 25Х1М1БР, ХН78Т, 03Х20Н16АГ6, АМ-2, Х12МФ, Бр05Ц5С5, ЮНДК35Т5БА, Х13Ю4.
Вариант 16
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 5,5% цинка Zn, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру 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 1,38% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.
B) 1. С чем связано деление сплавов на диаграмме железо-цементит на стали и чугуны?
2. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0,6% С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит.
3. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава при эвтектоидной температуре:
химический состав фаз,
количественное соотношение фаз.
4. Сколько углерода должно содержаться в равновесных условиях в аустените при 800°С, если он находится в одном случае совместно с ферритом, а в другом – с цементитом?
5. Что такое -феррит?
6. Какая форма графитных включений наиболее благоприятна с точки зрения получения высоких механических свойств?
Г) Для изготовления деталей, работающих в окислительной атмосфере, применяется сталь 12Х13. Указать состав и определить класс стали. Объяснить назначение хрома в этой стали и обосновать выбор марки стали для указанных условий работы.
Д) Для изготовления штампов, обрабатывающих металл в горячем состоянии, выбрана сталь 5ХНМ. Указать состав и определить группу стали по назначению. Назначить и обосновать режимы термообработки; объяснить влияние легирования на свойства данной стали. Описать структуру и свойства стали после термообработки.
Е) Пружины из стали 55С2 после термической обработки обладают недостаточной долговечностью. Предложите способ увеличения срока службы и дайте подробные объяснения за счет чего это происходит.
Ж) Для изготовления емкостей применяется сплав АМ3. Расшифруйте состав сплава. Опишите, каким способом производится упрочнение этого сплава и объясните природу упрочнения. Приведите характеристики механических свойств сплава.
З) На изделиях из стали 15 требуется получить поверхностный слой высокой твердости. Дайте обоснование выбора метода химико-термической обработки, опишите его технологию и структуру изделия после окончательной термической обработки.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. 32НКД, 09Г2С, 20Х1М1Ф1БР, ХН60ВТ, 07Х13Н4АГ20, АМ-5, Х12, Х12, БрС30, ЮНДК40Т8АА, Х15Н60.
Вариант 17
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 72% серебра Ag, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. 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 0,34% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.
В) 1. Почему диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов имеет сравнительно сложный вид?
2. Сколько двухфазных областей на диаграмме железо-цементит?
3. Какие аллотропические формы имеет железо? В каких температурных интервалах они существуют в равновесных условиях?
4. В структуре заэвтектоидной углеродистой стали содержится около 25 % цементита. Определите, сколько в этой стали содержится углерода.
5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 3% С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит?
6. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава при температуре 1147°С:
химический состав фаз,
число степеней свободы.
Г) Для изготовления пресс-форм выбрана сталь 3Х2В8. Указать состав и определить группу стали по назначению. Назначить и обосновать режимы термообработки, объяснить влияние легирования на свойства данной стали. Описать структуру и свойства стали после термообработки.
Д) Назначить режимы термической обработки пружин из стали 70. Описать сущность происходящих структурно-фазовых превращений при термообработке, структуру и свойства стали после термообработки.
Е) Температура эксплуатации детали значительно выше температуры рекристаллизации материала, из которого она изготовлена. Возможна ли безаварийная работа этой детали? Дайте объяснения.
Ж) Назначьте марку латуни, коррозионностойкой в морской воде. Расшифруйте ее состав и опишите структуру, используя диаграмму состояния медь–цинк. Опишите метод упрочнения латуни и основные механические свойства.
З) В чем заключаются преимущества и недостатки поверхностного упрочнения стальных изделий закалкой при нагреве токами высокой частоты по сравнению с упрочнением методом цементации. Назовите марки сталей, применяемых для этих видов обработки.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. 36НХ, 20Х1М1Ф1ТР, 15Х5ВМ, 105Г25Х5Ю5, АК8, Х6ВФ, ЮНДК31Т3БА, 79НМ, 75С2ВА, Х13Ю4.
Вариант 18
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 80% 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 400ºC. 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 1,85% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава.
B) 1. Из каких компонентов состоит система железо-цементит? Опишите их основные свойства.
2. Какая температура (линия диаграммы железо-цементит) соответствует перитектическому превращению? В чем оно заключается?
3. В каком виде находится основная часть углерода в белом чугуне?
4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 0,76% С. Дайте характеристику этого сплава железо-цементит?
5. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава при температуре 200°С:
химический состав фаз,
их весовое количество.
6. Как расшифровать марку сплава ВЧ 40-10?
Г) Для изготовления силовых лопаток авиационных газовых турбин выбран сплав ХН77ТЮР. Указать состав и определить группу стали по назначению. Назначить режим термообработки и описать влияние температуры на характеристики жаропрочности сплава в сравнении с жаропрочными сталями.
Д) Назначить режимы термической и химико-термической обработки шестерён из стали 20Х с целью получения твёрдости поверхностного слоя зубьев HRC 58-62. Описать структуру и свойства поверхности и сердцевины зубьев шестерён после термообработки.
Е) Детали из меди должны иметь прочность не ниже 30 кгс/мм2 (300 МПа). Однако в наличии имеется медь с прочностью 22…25 кгс/мм2. Предложите способ повышения прочности меди и объясните за счет чего она может быть повышена.
Ж) Выберите бронзу, которую можно использовать в качестве арматуры. Расшифруйте состав и опишите структуру сплава. Объясните назначение легирующих элементов. Приведите характеристики механических свойств сплава.
З) Пружины из стали 65 после правильно выполненной закалки и последующего отпуска имеют твердость значительно ниже, чем это требуется техническими условиями. Чем вызван этот дефект, и как можно его исправить? Укажите, какая твердость и структура обеспечивают высокие упругие свойства.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. 35НКТ, 12Х8ВМ, 25Х2НМЛ, АК6, ЛЦ59, 11Х18М, ШХ157Х3, ТН-1, 80ХНС.
Вариант 19
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 8% цинка Zn, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру 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 2,5% 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. Какая температура (линия диаграммы железо-цементит) соответствует эвтектическому, превращению? В чем оно заключается?
4. Структура инструментальной стали состоит из 95 % перлита и 5 % цементита. Определите содержание углерода в этой стали.
5. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 1,55% 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 деталей, работающих в окислительной атмосфере при 800ºC, выбрана сталь 08Х17Т. Указать состав, обосновать выбор стали для данных условий эксплуатации и объяснить с какой целью в эту сталь вводится хром.
Д) Назначить режимы термической обработки штампов холодной штамповки из стали У10 и обосновать их выбор. Описать структуру и свойства стали после термообработки.
Е) Предложите способ повышения усталостной прочности оси из стали 25 и объясните за счет чего произойдет это повышение.
Ж) Выберите алюминиевый деформируемый сплав для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания. Расшифруйте его состав, приведите механические характеристики сплава при повышенных температурах и объясните, за счет чего они достигаются.
З) Требуется произвести поверхностное упрочнение изделий из стали 15Г. Назначьте вид обработки, опишите ее технологию, происходящие в стали превращения, структуру и свойства поверхности и сердцевины.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. 32НК, 15Х5, 10ГН2МФА, Д20, БрАЖМц10-3-1,5, 10Х14АГ15, 95Х18-Ш, 5ХНМ, Х12Ф1, ТН-1.
Вариант 20
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 80% кремния Si, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые 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 6,0% 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 фаз для заданного сплава при температуре 850 °С по диаграмме железо-цементит.
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 0,8; 1,0; 5,0% 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?
Г) Произвести выбор нержавеющей стали для изготовления деталей, предназначенных для работы в агрессивных средах (растворы солей). Указать состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объяснить физическую природу коррозионной устойчивости материала и роль каждого легирующего элемента.
Д) Назначить режимы термической обработки зубил, изготовленных из стали У8. Описать структуру и свойства стали после термообработки.
Е) Трос в одном случае изготовлен из стальной проволоки после холодного волочения, в другом случае - после горячей пластической деформации. Какой вариант целесообразен и почему? Опишите процессы, протекающие при этих видах обработки, микроструктур и механические свойства использованных проволок.
Ж) Для изготовления деталей самолета выбран сплав В95Т1. Расшифруйте состав сплава. Опишите, каким способом производится упрочнение этого сплава и объясните природу упрочнения. Укажите характеристики механических свойств сплава.
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 свойств и структур.
И) Расшифруйте представленные марки сталей и сплавов. Приведите их полный химический состав, назначение и область применения. Х15Н60, 08Х17Н15М3Т, 07Х21Г7АН5, ЛЖМц59-1-1, ВТ8, 30Н25КТЮ, 50Н, Вст3сп, АЛ21.
Вариант 21
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 20% меди Cu, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. Для заданного сплава определить количественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 560ºC. Схематично изобразить и описать структуру сплава.
Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «Fe-Fe3C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для любого эвтектоидного сплава 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 железо-цементит нескольких областей гомогенных твердых растворов?
2. Что представляет собой перлит?
3. Перечислите условия, которые способствуют выделению графита при охлаждении чугуна.
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 0,2% С. Дайте характеристику этого сплава по диаграмме железо-цементит.
6. Определите по диаграмме железо-цементит для заданного сплава при температуре 1000°С:
химический состав фаз,
число степеней свободы.
Г) В результате термической обработки полуоси должны получить повышенную прочность по всему сечению. Для их изготовления выбрана сталь 40ХНР. Указать состав, определить группу стали по назначению, объяснить влияние легирующих элементов на её свойства.
Д) Назначить режимы термической и химико-термической обработки для шестерни из стали 20Х с целью получения твёрдости поверхностного слоя зубьев HRC 58-62. Описать структуру и свойства поверхности и сердцевины зуба после термообработки.
Е) Какой пластической деформации (холодной или горячей) подвергали металлы (олово, свинец, алюминий,, медь, золото, никель, кобальт и железо), если прокатку полосы производили при температурах: -25°С, 0°С, 25°С, 200°С, 500°С и выше (температура прокатки указывается преподавателем).
Ж) Выберите литейный алюминиевый сплав для изготовления деталей. Расшифруйте состав сплава. Опишите метод повышения механических свойств этого сплава и объясните природу явления.
З) Используя диаграмму состояния железо–карбид железа и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 40 температуру закалки и отпуска, необходимых для получения твердости HB 250. Опишите превращения, которые совершились в стали в процессе закалки и отпуска, и полученную после термообработки структуру.
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.
Вариант 22