Наименование разделов и тем
Введение
Раздел 1. Основы материаловедения
Тема 1.1 Атомно-кристаллическая структура металлов.
Тема 1.2. Методы измерения параметров и контроля качества металла
Тема 1.3. Свойства металлов и методы их испытаний.
Тема 1.4. Основы теории сплавов.
Тема 1.5. Углеродистые стали и чугуны
Тема 1.6. Основы термической и химико-термической обработки сталей
Тема 1.7. Легированные стали и сплавы.
Тема 1.8. Коррозия и эрозия металлов. Способы защиты.
Раздел 2. Конструкционные материалы
Тема 2.1. Формирование структуры деформированных металлов и сплавов.
Тема 2.2. Жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы.
Тема 2.3.Коррозионно-стойкие и износостойкие стали и сплавы
Тема 2.4. Сплавы цветных металлов.
Тема 2.5. Порошковые материалы.
Тема 2.6. Композиционные материалы и материалы с особыми электрическими свойствами.
Раздел 3. Способы обработки материалов.
Тема 3.1. Литейное производство
Тема 3.2. Обработка металлов давлением.
Тема 3.3. Обработка металлов резанием.
Тема 3.4. Сварка, резка, пайка металлов.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ
.
Часть I. Материаловедение
Строение металлов и кристаллизация.
Типы кристаллических решеток металлов и их основные характеристики. Элементы кристаллографии. Понятие о плоскости скольжения. Полиморфизм. Анизотропия кристаллов. Теоретическая и
| практическаяпрочность.Дефектыкристаллического | строения, | их | ||
| влияние | насвойства. | Микроструктура. Строение границ зерен и | ||
| субзерен.Диффузия и самодиффузия. | ||||
Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Кинетика и параметры кристаллизации. Величина зерен. Модифицирование.
Литература: [1, с. 11-36].
Методические указания.
Обратите внимание на металлический тип связи. Выясните причину огромного различия между теоретической и практической (реальной) прочностью металлов. Разберитесь в видах несовершенств кристаллического строения реальных металлов и особенно дислокаций, в причинах легкого перемещения дислокаций в кристаллической решетке и в их влиянии на механические свойства.
При изучении процесса кристаллизации необходимо уяснить зависимость параметров кристаллизации от степени переохлаждения и их влияние на формирование структуры литого металла, возможность искусственного воздействия на строение путем модифицирования. Обратите внимание на образование дендритной структуры.
Теория сплавов
Определение терминов: сплав, компонент, фаза, твердые растворы, химические соединения, эвтектические и эвтектоидные смеси кристаллов.
Диаграммы состояния двойных сплавов: из компонентов с полной нерастворимостью в твердом состоянии, с полной растворимостью, с ограниченной растворимостью; из компонентов, образующих устойчивые химические соединения и из компонентов, претерпевающих полиморфные превращения. Правила "концентрации" и "отрезков".
Ликвация. Виды ликвации и методы ее устранения. Связь между химическим составом, структурой и свойствами (правила Курнакова).
Литература: [1, с. 37-65].
Методические указания
По виду диаграммы состояния научитесь определять характер взаимодействия компонентов в сплавах в твердом состоянии, агрегатные состояния любых сплавов и превращения, протекающие в них, в зависимости от химического состава и температуры (т.е. во всех областях диаграммы). При изучении диаграмм практикуйтесь в построении кривых охлаждения и нагревания с указанием на кривых в точках перегибов, а также между этими точками (температурами) структурных составляющих и протекающих превращений. Научитесь применять правила "концентрации" и "отрезков". Выясните, в чем состоит отличие эвтектического и эвтектоидного превращений, какая разница между эвтектикой и эвтектоидом.
Пластическая деформация, возврат и рекристаллизация
Пластическая деформация. Степень деформации. Механизм пластической деформации. Пластическая деформация в монокристаллах (зернах) и поликристаллического тела. Источники Франка-Рида. Влияние
холодной пластической деформации на микроструктуру и свойства металлов и сплавов.Наклеп. Текстура деформации.Причины деформационного упрочнения. Практическое применение наклепа.
Атмосферы на дислокациях и их влияние на прочность.
Возврат I и II рода. Первичная, собирательная и вторичная рекристаллизации. Влияние температуры тепловой обработки (отжига) на микроструктуру и механические свойства наклепанного металла и сплава. Назначение рекристаллизационного отжига. Факторы, влияющие на температуру рекристаллизации и величину зерна после рекристаллизации. Критическая степень деформации.
Холодная и горячая пластическая деформации. Процессы, протекающие при этих видах деформации. Различие в микроструктуре и свойствах.
Литература: [1, с. 68-86; 249-252; 110-117].
Методические указания
Особое внимание уделите дислокационному механизму пластической деформации скольжением в монокристаллах и в поликристаллическом металле. Как в поликристаллическом металле распространяется деформация от зерна к зерну. Разберитесь в причинах легкоподвижности дислокаций в кристаллической решетке, в плоскостях легчайшего скольжения. Почему сверхчистые металлы имеют меньшую прочность, чем технически чистые? Подробнее изучите причины деформационного упрочнения металлов, вклад атмосфер на дислокациях, дислокационных конфигураций, включений фаз другой природы и других препятствий в упрочнение.
Понимание процессов, происходящих при холодной пластической деформации и при нагреве деформированного металла, позволяет разделить пластическую деформацию (обработку давлением) на холодную и горячую.
Железоуглеродистые сплавы
Компоненты и их свойства. Диаграмма состояния железо-цементит. Подразделение сплавов на стали и чугуны. Подразделение сталей и чугунов по микроструктуре.
Сталь. Влияние углерода на микроструктуру и механические свойства медленно охлажденных сталей. Влияние серы и фосфора. Характеристика и маркировка углеродистых сталей.
Чугун. Производство белых, обычных серых, серых модифицированных, ковких и высокопрочных чугунов. Их микроструктура и формы графита. Маркировка чугунов. Влияние углерода, кремния и скорости охлаждения на структуру чугунов. Влияние структурных составляющих на механические свойства серых чугунов.
Литература: [1, с. 118-134; 256-259; 281-283; 144-145].
Методические указания
Студент должен уметь на память вычертить диаграмму состояния железо-цементит, запомнить, что железоуглеродистые сплавы принципиально различны по микроструктуре и свойствам. Другие рекомендации к изучению диаграммы железо-цементит смотрите в методических указаниях к теории сплавов.
Как классифицируют стали и белые чугуны по микроструктуре.
При изучении чугунов сравните механические свойства серого, ковкого и высокопрочного чугунов.
Теория и технология термической обработки стали
Виды термической обработки. Рост зерна аустенита при нагреве, перегрев и пережог.
Изотермические превращения переохлажденного аустенита (изотермическая диаграмма). Продукты распада переохлажденного аустенита (перлит, сорбит, тростит, бейнит, мартенсит), их строение и свойства. Влияние углерода на твердость мартенсита и на температуру начала и конца мартенситного превращения. Критическая скорость охлаждения (закалки) и факторы, влияющие на нее.
Превращения переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении с различными скоростями (термокинетическая диаграмма).
Отжиг первого рода. Отжиг второго рода (отжиг с фазовой перекристаллизацией). Полный и неполный отжиг. Изотермический отжиг.
Сфероидизирующие отжиги (отжиги на зернистый цементит). Нормализация стали.
Закалка стали: полная и неполная. Закалочные среды и требования, предъявляемые к ним. Способы закалки: закалка при непрерывном охлаждении, прерывистая, ступенчатая, изотермическая. Закаливаемость,прокаливаемость сталей и факторы, влияющие на них. Методы определения.
Отпуск закаленных сталей. Превращения при отпуске. Виды и назначение отпусков.
Влияние закалки и отпуска на механические свойства сталей. Термическое улучшение стали.
Термомеханическая обработка сталей.
Литература: [1, с. 156-249].
Методические указания
Какое значение имеет склонность аустенитных зерен к росту в практике. Уясните разницу между перегревом и пережогом.
При изучении превращений переохлажденного аустенита в изотермических условиях и при непрерывном охлаждении обратите внимание на кинематику его превращения в зависимости от температуры переохлаждения, на природу (строение) и механические свойства продуктов превращения аустенита.
Уясните физическую сущность процессов, происходящих при той или иной разновидности отжига и закалки. Особое внимание обратите на режимы термических обработок (время и температуру нагрева, длительность выдержки при этой температуре, условия охлаждения) и на факторы, влияющие на них; на причины возникновения термических напряжений, деформацию деталей и на приемы, способствующие снижению их уровня.
Детально изучите процессы, протекающие в закаленных сталях при нагреве на различные температуры (начиная от комнатной) для отпуска.
Обратите внимание на сущность и особенности термомеханических обработок.
Во всех случаях анализируйте влияние изучаемых процессов на строение и механические свойства.
Поверхностные методы упрочнения
Упрочнение наклепом. Методы упрочнения.
Закалка с индукционного нагрева (закалка ТВЧ) и другие виды. Стали, применяемые для поверхностной закалки. Особенности строения микроструктуры, уровень свойств.
Химико-термическая обработка (ХТО) сталей (цементация, азотирование и совмещение обработки). Термическая обработка цементуемых и азотируемых деталей. Свойства деталей после ХТО. Назначение и область применения ХТО.
Литература: [1, с. 228-252].
Методические указания
В каких случаях прибегают к поверхностному упрочнению деталей? Рассмотрите сущность и назначение поверхностного наклепа, его
влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и станков. Какие методы применяются в промышленности для поверхностного наклепа деталей?
Обратите внимание на то, что при закалке с индукционного нагрева уровень механических свойств выше, чем при закалке с печного нагрева. Уясните причину этого.
При изучении основ химико-термических обработок (ХТО) разберитесь в сущности процессов, в технологии проведения каждого вида ХТО, применяемых режимов и типа сталей. Какими свойствами должны обладать поверхностный слой и сердцевина деталей в зависимости от условий эксплуатации для объяснения нормальной (надежной) работы? В каких случаях прибегают к поверхностному упрочнению наклепом, закалкой ТВЧ, цементацией, азотированием.
Легированные стали и сплавы
Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние легирующих элементов на превращение в сталях и их прокаливаемость. Дефекты легированных сталей. Классификация сталей, охлажденных на воздухе, по микроструктуре и по назначению.
Литература: [1, с. 259-310 ].
Методические указания
Хорошо усвойте принципы маркировки сталей, классификацию по углероду, содержанию вредных примесей и легирующих элементов. Научитесь по марке определять химический состав и особенности данной марки стали. Особое внимание уделите изучению влияния легирующих элементов на превращения при термической обработке, на прокаливаемость сталей.
Инструментальные углеродистые и легированные стали и сплавы.
Классификация и маркировка сталей. Требования, предъявляемые к инструментальным материалам. Инструментальные стали пониженной и повышенной (сложнолегированные)прокаливаемости. Быстрорежущие стали. Твердые сплавы.
Материалы, применяемые для режущего, штампового и измерительного инструмента. Стали и сплавы для инструментов холодного и горячего деформирования. Стали повышенной разгаростойкости. Получение инструмента методом порошковой металлургии.
Литература: [1, с. 349-366].
Методические указания
Рассмотрите требования, предъявляемые к инстументальным материалам, их основные эксплуатационные свойства. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям и твердым сплавам. Уясните причины их высокой теплостойкости (красностойкости), обратите внимание на особенности термической обработки быстрорежущих сталей. Каким образом можно повысить теплостойкость инструментов?
Изучите особенность требований к материалам, применяемых при изготовлении инструментов, предназначенных для деформирования (обработки) металлов в холодном и горячем состоянии.
Обратите внимание на требования к материалам для измерительных инструментов и на особенности их термической обработки.
Конструкционные углеродистые и легированные стали
Цементуемые углеродистые и легированные стали. Назначение легирования. Улучшаемые стали и цель легирования. Пружинные, шарикоподшипниковые и машиностроительные стали. Теплоустойчивые, износостойкие,коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали.
Высокопрочныеимартенситостареющие конструкционные стали.
Антифрикционные и конструкционные порошковые материалы. Композиционные материалы.
Литература: [1, с. 252-312; 422-431 ].
Методические указания
Разберитесь, стали какого типа используются при изготовлении деталей различного назначения, подвергающиеся цементации, улучшению, в качестве рессорно-пружинного материала. Что понимают под теплостойкостью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью? В чем сущность ползучести? Какими факторами эти свойства обеспечиваются? Уровень свойств разных металлических материалов.
Цветные металлы и сплавы
Алюминий, медь, титан и их сплавы (литые, деформируемые, порошковые). Термическая обработка. Механические и технологические свойства. Подшипниковые сплавы. Области применения.
Литература: [1, с. 378-401, 406-422].
Методические указания
Коротко ознакомьтесь с классификацией и основными видами цветных сплавов, с особенностями их термической обработки (закалкой и старением), с принципами маркировки.