МУСРСМВ. Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения

• Название: Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения
• Дата: 16.06.2022
• Размер: 1.16 Mb.
• Имя файла: МУСРСМВ.docx
• Тип: Методические указания; #595944
• страница: 4 из 7

7. Дайте определение изотропии, анизотропии, квазиизотропии и полиморфизма металлов.

8. Объясните, что такое полиморфное превращение, какие условия необходимы для его протекания и как оно осуществляется.

9. Дайте определение энергии кристаллической решетки. Объясните, в чём заключается её влияние на свойства металлических материалов.

10. Приведите существующие дефекты кристаллической решетки.

11. Дайте определение дислокации. Объясните отличия её разновидностей друг от друга и отметьте их влияние на свойства металла.

12. Перечислите известные поверхностные несовершенства в поликристалле.

2.3. Агрегатные состояния веществ.

Фазы и фазовые превращения. Основные положения процесса кристаллизации металлов и сплавов. Обязательно проанализировать основные положения процесса кристаллизации металлов и сплавов; механизм и факторы, влияющие на образование и форму кристаллов, графическое описание процессов кристаллизации, например кривые охлаждения; дендритное строение кристаллов, слоистую (зонную) структуру слитков металлических материалов; влияние формы кристаллов на служебные характеристики ММ. При этом следует уяснить, что такое фаза, какими они бывают, дать определение фазовых переходов, показать, что процесс кристаллизации связан с энергией системы, относится к термодинамически выгодным, зависит от различных факторов, особенно от изменения температуры Т, которая при охлаждении называется степенью переохлаждения, а при нагревании – степенью перенагрева. Необходимо также изучить кинетику кристаллизации, особенно остановиться на кинетических кривых, например, охлаждения, механизм, с установлением факторов, влияющих на сам процесс, его параметры и форму кристаллов, уметь объяснить, почему при кристаллизации металлов формируется трехслойная структура вещества, охарактеризовать каждый слой по размерам и свойствам.

Вопросы для самопроверки
1. Перечислите основные агрегатные состояния вещества. Дайте краткую характеристику каждого.

2. Приведите определение фазы – как состояния вещества. Продемонстрируйте, как системы подразделяют по состоянию и количеству фаз.

3. Укажите условие, необходимое для протекания процесса кристаллизации.

4. Объясните, что называется критическим зародышём. Продемонстрируйте, от чего зависят его размеры.

5. Отметьте, как влияет степень переохлаждения на число центров и скорость их роста.

6. Обоснуйте, в чем заключается отличие гомогенного образования зародышей от гетерогенного.

7. Покажите, что такое модифицирование расплавленного металла

8. Объясните, может ли происходить рост кристаллов без образования двумерного зародыша

9. Обоснуйте, когда процесс кристаллизации протекает быстрее — при малой, большой и очень высокой степени переохлаждения.

10. Продемонстрируйте, как растет дендритный кристалл.

11. Отметьте структурные зоны, которые можно выделить в металлическом слитке.

12. Объясните, как получить мелкое зерно в литом металле.

2.4. Диффузионные процессы в металлах и сплавах, пластическая деформация, влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металлического материала, механические свойства металлов и сплавов (прочность, пластичность, жесткость, вязкость, твердость и др.).

При изучении данного подраздела следует уяснить явление деформации, установить разницу между упругой и пластической деформациями, охарактеризовать зависимость между приложенным извне напряжением и вызванной им деформацией, называемой диаграммой истинных напряжений при деформации металлов и сплавов.

Механические свойства определяют поведение металлических материалов в изделиях и конструкциях. В зависимости от условий эксплуатации механические свойства исследуются в этих вариантах. Следует обратить внимание на то, каков смысл того или иного параметра, описывающего механические свойства (прочность, пластичность, твердость, жесткость, вязкость и др. При характеристики каждого из свойств студент должен дать правильное его определение, указать какими буквами они обозначаются, по каким формулам рассчитываются, их размерность, какими методами и приборами определяются. Студент должен правильно разобраться в диаграмме растяжения металлов и сплавов.

Большинство процессов, протекающих в металлах (кристаллизация, фазовые превращения и др.), особенно при высоких температурах связаны с диффузией. Поэтому следует полностью разобраться в этом явлении, дать определение, причины её возникновения, механизмы, их реализации, перечислить законы, которым она подчиняется, привести их математическое выражение.

В данном подразделе также следует оценить влияние нагрева на структуру и свойства металлов, показать, что такое наклеп, возврат и рекристаллизация, от каких факторов они зависят. Здесь также надо рассмотреть явления сфероидизации и графитизации.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение твёрдости, перечислите способы испытаний материалов на данное свойство.

2. Опишите, что такое статическая, ударная и циклическая прочность.

3. Приведите характеристики статической прочности металлов. Укажите методы их определения.

4. Объясните, чем обусловлена реальная прочность металлов.

5. Перечислите, для каких металлов существует связь между пределом прочности и значением твердости.

6. Продемонстрируйте механизм образования трещин при хрупком разрушении.

7. Покажите пути повышения сопротивления металла хрупкому разрушению.

7. Охарактеризуйте, при каких условиях и на каких металлах проявляется ползучесть.

8. Дайте определение упругой и пластической деформаций.

9. Объясните, из каких деформаций в общем случае складывается удлинение образца, определяемое при испытаниях на растяжение

10. Перечислите, какие напряжения влияют на упругую и пластическую деформации.

11. Охарактеризуйте сущность процесса деформации.

12. Опишите, в чем заключается явление наклёпа металла. Отметьте условия его формирования.

13. Укажите, что называется возвратом и рекристаллизацией.

14. Перечислите основные процессы, происходящие при возврате в ММ.

15. Объясните, от чего зависит размер зерна рекристаллизованного металла.

16. Охарактеризуйте влияние холодной и горячей обработки давлением на свойства ММ.

17. Отметьте, при каком процессе происходит восстановление свойств наклепанного металла.

2.5. Основы теории сплавов.

При изучении этой подтемы обучающиеся должны усвоить понятия «компонент», «сплав», «система», «механическая смесь», «твердый раствор» и «химическое соединение», уметь охарактеризовать их, объяснить, что такое твердый раствор замещения, внедрения и вычитания, а также полностью установить связь между этими структурными составляющими систем и диаграммами состоянии, описывающими их образование. При рассмотрении диаграмм состояния следует понять, что такое линии ликвидуса и солидуса, какие структуры образуются при кристаллизации, соответствующие им кривые, научится пользоваться правилами фаз и отрезков при анализе диаграмм. Необходимо разобрать диаграммы состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях без образования химических соединений, сплавов, в которых оба его элемента неограниченно растворимы друг в друге в жидкой фазе, ограниченно в твердом состоянии и совместно химически не взаимодействуют (эвтектика и перитектика), сплавов, в которых оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы друг в друге, в твердом – растворимость их практически отсутствует и не наблюдается формирование химических соединений. Сплавы таких компонентов при переходе в твердое тело образуют механическую смесь зерен двух чистых металлов и затвердевание систем с образованием химического соединения между компонентами. Большое внимание следует уделить диаграммам состав-свойство, разработанным Н. С. Курнаковым и получившим название «правила Курнакова».
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение понятия «фаза» в физико-химических системах.

2. Укажите, какие основные фазы могут находиться в сплавах.

3. Перечислите, в какие взаимодействия могут вступать компоненты сплавов при нагревании и затвердевании.

4. Объясните, какие методы положены в основу построения диаграмм равновесия двойных систем.

5. Перечислите известные типы твердых растворов.

6. Запишите математическое выражение правила фаз.

7. Продемонстрируйте, как определяется состав сплава по диаграмме состояния.

2.6. Диаграмма состояния и микроструктура железоуглеродистых сплавов.

Данная подтема является одной из самых важных в «Металловедении» и опирающуюся на нее металлургическую промышленность.

Изучение обычно начинается с рассмотрения структурных составляющих, которые чаще всего являются продуктами взаимодействия между чистыми компонентами, отмечается большое число одно– и двухфазных составляющих, характеризуется их состав, структура, свойства и применение. Так необходимо знать, что такое цементит, феррит и аустенит – это однофазные составляющие, а также перлит и ледебурит – двухфазные структуры. Тип указанных структурных составляющих, концентрация компонентов в них, температуры образования можно изучить, анализируя диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов. В отличие от большого числа диаграмм она рассматривается только до концентрации второго компонента (углерода) равной 6,67 %. Это связано со свойствами образующихся материалов.

Анализ диаграммы состояния следует начинать с рассмотрения основных точек температур и концентраций, соответствующих определенным фазовым, полиморфным и структурным превращениям, далее соответствующим им линиям на диаграмме. Рассмотрение диаграммы удобнее проводить, разделив на отдельные части. Первоначально разбирается верхний левый угол диаграммы, где происходит перитектическая реакция образования твердого раствора , переходящего в аустенит. Следует запомнить, что этим вариантом пользуются лишь при описании процессов кристаллизации технически чистого железа и исследовании его структуры. Поэтому в металлургической промышленности для производства основных железоуглеродистых сплавов, а именно сталей и чугунов пользуются упрощенным вариантом, в котором отсутствуют кривые перитектического превращения. Формирование сталей, их состав, структуры и свойства изучаются именно по последнему варианту диаграммы. По этой же диаграмме рассматриваются состав, строение и свойства лишь белых непромышленных чугунов. Разделив диаграмму состояния Fе – Fе₃С по оси абсцисс – концентрация углерода на несколько участков, проводят ее анализ, а именно доэвтектоидных, эвтектоидной и заэвтектоидных сталей; доэвтектических, эвтектического и заэвтектических чугунов. Необходимо по диаграмме состояния уметь строить кривые охлаждения сплавов на указанных участках и отмечать образующиеся структурные составляющие. Обучающийся должен очень хорошо изучить диаграмму состояния, так как эти знания необходимы для дальнейшего разбора и запоминания основ термической обработки сталей и чугунов.

Вопросы для самопроверки
1. Покажите на диаграмме состояния «железо-цементит» линии ликвидуса и солидуса, а также проставьте буквенные обозначения структурных составляющих и температуры критических точек.

2. Пользуясь диаграммой «железо-углерод», продемонстрируйте, какое количество углерода может раствориться в - и -железе.

3. Продемонстрируйте, по какой кривой изменяется состав аустенита после начала образования феррита.

4. Дайте определения феррита, аустенита, цементита, перлита и ледебурита. Укажите, при каких температурах и концентрациях углерода образуются первичный, вторичный и третичный цементиты.

2.7. Теория и технология термической обработки стали.

Термическая обработка проводится для изменения структуры и свойств сплавов, в том числе и железоуглеродистых, в частности, сталей. Основой для нее служит диаграмма состояния.

Необходимо чётко представлять четыре основные операции термической обработки (отжиг, нормализация, закалка и отпуск), режимы их выполнения, в частности, температуры нагрева и охлаждения, время выдержки и скорость охлаждения, основные превращения, происходящие в сплавах, типы формирующихся структур (перлит, троостит, сорбит, бейнит и мартенсит), их условия образования, строение и свойства.

К термической обработке относятся химико-термическая и механо-термическая виды обработки. Химико-термической обработкой (ХТО) называют поверхностное насыщение стали некоторыми химическими элементами, а именно неметаллами и металлами (например, углеродом, азотом, алюминием, хромом и др.) путем их диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре. Основные параметры обработки - температура нагрева и продолжительность выдержки. Процессы насыщения связаны с диссоциацией, абсорбцией и диффузией. ХТО это стержневой способ поверхностного упрочнения деталей. Основными видами химико-термической обработки являются цементация, азотирование, нитроцементация, цианирование и диффузионная металлизация. Следует четко представлять режимы операций, используемые среды, какие сплавы именно подвергают этим видам обработки.

При ТМО сочетают пластическую деформацию с термической обработкой таким образом, чтобы наклеп оказывал влияние на кинетику фазовых и структурных превращений, происходящих при термообработке. Преимуществом термомеханической обработки является то, что при существенном увеличении прочности материала его пластичность снижается незначительно, а ударная вязкость повышается в 1,5 − 2 раза. Сущность ТМО заключается в том, что перед термической обработкой проводят пластическую деформацию высокотемпературной фазы, в результате чего при закалке она претерпевает фазовое превращение в наклепанном или частично рекристаллизованном состоянии. В зависимости от условий проведения деформации различают высоко- и низкотемпературную термическую обработку (ВТМО и НТМО соответственно).
Вопросы для самопроверки
1. Охарактеризуйте, как легирующий элемент изменяет положение критических точек А_С1 и А_С3.

2. Начертите график процесса термической обработки резца из быстрорежущей стали и дайте обоснование каждой операции этого процесса.

3. Покажите, чем можно объяснить повышение твердости быстрорежущей стали после отпуска.

4. Дайте определение жаропрочности, красно- и жаростойкости.

5. Перечислите, какие легирующие добавки повышают жаропрочность.

6. Продемонстрируйте, как строится диаграмма изотермического превращения аустенита.

7. Объясните, какая структура имеет большую плотность: аустенитная или мартенситная и почему.

8. Покажите, как влияет температура нагрева на структуру и свойства стали

9. Дайте определение отпускной хрупкости.

10. Отметьте сущность процессов старения.

11. Перечислите параметры, характеризующие термическую обработку.

12. Покажите, как изменяются механические свойства стали после отжига, нормализации, закалки и отпуска

13. Приведите стали, подвергаемые закалке.

14 . Назовите основную цель отпуска.

15. Объясните, для каких сталей отжиг можно заменить более дешевой обработкой – нормализацией.

16. Опишите процессы, происходящие при химико-термической обработке стали.

17. Продемонстрируйте, каким образом осуществляют цементацию стали.

18. Укажите, чем вызывается необходимость последующей термической обработки после цементации.

19. Перечислите марки стали по содержанию углерода, которые подвергаются цементации.

20. Отметьте требования, предъявляемые к цементированному слою.

21. Опишите химизм и режимы азотирования.

22. Укажите марки стали, для которых проводят азотирование.

23. Отметьте, с какой целью производят диффузионную металлизацию.

2.8. Коррозия металлических материалов и защита оборудования от нее.

Разрушение металлов и сплавов в результате химического или электрохимического воздействия внешней агрессивной среды называется коррозией. Интенсивность развития процесса зависит от свойств самого металла, а также от природы окружающей среды. Следует знать определение коррозии, классификацию по основным признакам, виды коррозии, механизмы протекания разрушений при данных типах. Электрохимической коррозией называют процесс разрушения на границе раздела поверхностей контакта двух разнородных металлов в растворах электролитов, в том числе и воде. При химическом типе коррозия является следствием чисто химических реакций металла с окружающей средой. Необходимо иметь представления о методах борьбы с коррозией. При проработке информации о защите от коррозии необходимо уделять особое внимание химическим и электрохимическим методам, ингибиторах и созданию коррозионностойких материалов.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение коррозии. Покажите её опасность для металлов.

2. Перечислите факторы, влияющие на развитие коррозии. Приведите признаки ее проявления.

3. Отметьте, на какие типы классифицируется коррозия по условиям и видам разрушения.

4. Укажите, как подразделяется коррозия по природе окружающей агрессивной среды.

5. Объясните, какой из видов газовых разрушений представляет наибольшую опасность.

6. Приведите основные механизмы протекания коррозии. Охарактеризуйте их сущность. Покажите, чем они вызываются.

7. Перечислите виды разрушений, являющиеся разновидностью химической коррозии. Отметьте, от каких факторов зависит ее скорость развития.

8. Охарактеризуйте морскую коррозию и покажите ее опасность.

9. Дайте объяснение атмосферной коррозии. Приведите её классификацию по виду атмосферы.

10. Приведите определение подшламовой коррозии. Укажите причины её образования, характер и механизм протекания.

11. Охарактеризуйте сплошную, местную, структурно-избирательную и щелевую коррозии. Перечислите, какие металлические изделия подвергаются этим видам разрушений.

12. Отметьте, чем вызывается электрокоррозия. Укажите, какие металлические сооружения она разрушает.

13. Дайте определение стояночной коррозии и эрозии. Приведите их отличия друг от друга.

14. Перечислите факторы, вызывающие жидкостную коррозию. Отметьте, какие её виды протекают по химическому, а какие по электрохимическому механизму.

15. Объясните, что собой представляют меж- и транскристаллитные типы разрушений. Покажите, чем они опасны для металлов и сплавов.

16. Приведите, какое разрушение называется коррозией трещинами. Перечислите виды трещин, образующиеся при ней. Укажите, под действием каких факторов они формируются.

17. Охарактеризуйте коррозию под напряжением, при трении и кавитационную. Отметьте их опасность для металлических материалов.

18. Укажите, чем вызывается биологическая коррозия. Перечислите факторов, от которых она зависит.

19. Приведите бактерии, наиболее опасные для металлов.

20. Перечислите виды грибов, вызывающих разрушения металлов. Приведите, какие металлы наиболее подвержены им.

21. Объясните механизм развития коррозии блуждающими токами.

22. Дайте определение ржавчины. Укажите ее состав, запишите уравнения химических реакций, происходящих при образовании ржавчины.

23. Назовите состав некоторых продуктов кислородной коррозии железа. Опишите их защитные свойства.

24. Отметьте, как ведут себя железные материалы по отношению к кислотам, особенно к концентрированным и разбавленным, а также в нейтральных и щелочных средах.

25. Укажите, от чего зависит коррозионная стойкость цветных металлов (ЦМ).

25. Рассмотрите отдельно поведение материалов на основе ЦМ в различных водах, щелочных и кислотных средах, а также газах.

26. Приведите существующие методы защиты металлов от коррозии.

27. Перечислите признаки классификации защитных покрытий.

28. Дайте определения катодного и анодного покрытия.

29. Продемонстрируйте отличие химического способа защиты от электрохимического.

30. Перечислите существующие неметаллические защитные покрытия. Покажите, когда осуществляют эту защиту.

31. Охарактеризуйте лакокрасочные, фосфатные и эмалированные покрытия. Покажите их достоинства и недостатки, а также, в каких случаях они применяются.

32. Опишите оксидные покрытия и другие типы керамической защиты металлов (кремнеземистые, алюмосиликатные, магнезильные, карборундовые).

33. Объясните, в чем заключается воронение и тонирование сталей.

34. Дайте определение ингибиторов коррозии. Продемонстрируйте их химическую природу.

35. Охарактеризуйте виды известных способов электрохимической защиты. Приведите схемы используемых анодов и катодов.

36. Дайте определение электрического дренажа. Отметьте условиях его применения.

37. Продемонстрируйте, какие металлы являются протекторами по отношению к оцинкованному и луженому железу.

38. Опишите, какими способами можно устранить последствия действий радиации на металлы.

39. Объясните, почему оцинкованное железо, по сравнению с луженым, более долговечно. Укажите процессы, происходящие на поверхности оцинкованной емкости с повреждениями.

40. Продемонстрируйте, как защитить железные материалы от коррозии при доступе воздуха в нейтральной среде.

41. Приведите методы защиты алюминиевых изделий от повреждений в щелочной среде.

42. Перечислите металлы, служащие катодными защитными покрытиями для стальных изделий.

Рекомендуемая литература [1, 2, 13, 18 – 20, 24].

Раздел 3. Материалы, применяемые в различных отраслях промышленности и для производства изделий бытовой техники.

3.1. Металлические материалы: черные и цветные металлы.

3.1.1. Черные металлы.

Во введении было отмечено, что все разнообразные материалы можно классифицировать на две большие группы: металлические и неметаллические. Материалы обеих групп являются важными для народного хозяйства, созданы в огромном разнообразии и номенклатуре и имеют широчайшие области применения.

Металлы являются большим классом из применяемых материалов. В них существует две группы: черные и цветные. Группа черных металлов объединяет в себя: чистое и техническое железо, сталь, чугун, ферросплавы и системы Fe с никелем и кобальтом. Все они используются в энергомашино-, турбо-, приборостроении и других отраслях промышленности.

Первоначально необходимо изучить железо как материал, рассматривая нахождение в природе, способы производства, структуру, свойства и области применение. Далее в отдельности разбираются железоуглеродистые сплавы: стали и чугуны, а именно их химический состав, структура, свойства и применение. При изучении углеродистых и легированных сталей студенту следует уяснить, что стали представляют собой железоуглеродистые сплавы с концентрацией углерода не более 2,14 %, после затвердевания они не содержат хрупкой структурной составляющей – ледебурита и при высоком нагреве имеют только аустенитную структуру, обладающую высокой пластичностью. Уметь классифицировать примеси: постоянные, скрытые, случайные и специальные, охарактеризовать влияние каждого элемента из группы примесей. Необходимо хорошо разбираться в составе, структуре, классификации (признаки и группы), маркировке и применении сталей, знать какие металлы и неметаллы являются примесями, а какие добавляют специально. Следует также хорошо разбираться, какие сплавы относятся к конструкционным, инструментальным сталям и с особыми свойствами (или специального назначения). При рассмотрении маркировки сталей следует отдельно разбирать низко-, высокоуглеродистые и легированные стали, четко уяснить отличие в их маркировке.

При разборе чугунных материалов следует обратить внимание, что чугун отличается от сталей концентрацией углерода, она составляет более 2,14 %. Второе различие состоит в том, что углерод в чугунах, применяемых как конструкционный материал, находится в виде графита. Необходимо обратить внимание на то, что по типу выделения углерода чугун бывает белый, серый и половинчатый, а по форме и размеров графитных включений (пластинчатой, шаровидной и хлопьевидной)– серый, высокопрочный и ковкий. Здесь также следует хорошо разбираться в составе, классификации, маркировке и применении сплавов, уяснить какие металлы и неметаллы являются примесями, какие из них относятся к вредным.

В последнюю очередь рассматриваются сплавы железа с другими металлами: их химический состав, структура, свойства и применение. В данном случае следует уяснить, с какими еще металлами железо образует сплавы, и на какие группы они подразделяются, а именно ферросплавы и системы, относящиеся к магнитным материалам. Поэтому отдельно необходимо разбирать первые и вторые (магнитомягкие и магнитотвердые) по следующей схеме: типы, состав, получение, структуры, свойства и применение.

Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение сталей.

2. Приведите принципы классификации сталей и отвечающие им типы.

3. Укажите виды примесей, существующих в сталях. Охарактеризуйте каждый из них.

4. Объясните, почему сера, фосфор, кислород и водород относятся к вредным примесям в сталях.

5. Запишите марки сталей, имеющие следующие составы: а) 0,42 – 0,50 % С; 0,5 – 0,8 % Mn; 0,8 – 1,0 % Cr; 1,3 – 1,8 % Ni; 0,2 – 0,3 % Мо; 0,10 – 0,18 % V; б) 0,14 – 0,20 % С; 1,3 – 1,7 % Mn; 0,08 – 0,14 % V и 0,015 – 0,025 % N.

6. Объясните, можно ли кипящую сталь использовать для изготовления конструкций и деталей машин, работающих при температурах от –40 до –50 °С.

7. Перечислите стали, относящиеся к низколегированным. Отметьте методы их упрочнения. Укажите области их применения.

8. Обоснуйте, какие углеродистые стали обычного качества можно применять для конструкций и деталей машин, подвергаемых сварке или упрочняемых термической обработкой.

9. Приведите требования, которым должны отвечать стали для холодной штамповки.

10. Продемонстрируйте, какую обработку проходят «двухфазные стали» для штамповки. Укажите их структуру и механические свойства.

11. Назовите марки стали для цементации. Приведите условия, предъявляемые к цементуемым сталям. Отметьте роль титана, ванадия, ниобия, азота в этих ММ.

12. Объясните хорошую обрабатываемость резанием стали, легированной S, Рb, Са.

13. Опишите, каким требованиям должны отвечать улучшаемые стали.

14. Продемонстрируйте, в каком случае сталь 40ХН, подвергнутая отпуску при 500 и 600 °С, получит более высокую прочность (_в, _0,2) и пластичность (, ).

14. Перечислите условия, предъявляемые к подшипниковым сталям. Охарактеризуйте их состав и метод упрочнения.

15. Укажите основные преимущества и недостатки мартенситно-стареющих сталей. Перечислите области их применения.

16. Объясните, какие из легирующих элементов наиболее эффективно упрочняют мартенсит при старении, а какие повышают коррозионную стойкость стали.

17. Назовите марки пружинных сталей и охарактеризуйте их свойства..

18. Приведите стали, которые применяют для работы при криогенных температурах.

19. Отметьте, какие стали рекомендуются для отливок, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания (зубья ковшей, экскаваторов, траки гусеничных машин, железнодорожных стрелок, крестовин и др.).

20. Продемонстрируйте, какие структуру, свойства и применение имеют стали 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 08Х17Т.

21. Покажите, какие стали применяют для деталей, работающих в окислительных и других агрессивных средах.

22. Приведите требования, предъявляемые к сталям для работы при высоких температурах (жаропрочные).

23. Перечислите стали, применяемые для работы при температурах 550 – 560 и 600 – 800 °С.

24. Отметьте особенности котельных сталей и полуфабрикатов из них.

25. Объясните принцип маркировки легированных сталей.

26. Дайте определение специальных сталей.

27. Продемонстрируйте, к какому классу по структуре принадлежит сталь, содержащая 1 % углерода и 13 % марганца.

28. Укажите, какая сталь называется быстрорежущей.

29. Обоснуйте, чем отличаются стали марок У7, У7А, 12Х, Х12.

30. Приведите виды и назначение чугунов.

31. Опишите способы получения высокопрочных чугунов и их отличие от ковких.

32. Перечислите формы графита, существующие в чугунах. Отметьте влияние графита на механические свойства сплавов.

33. Продемонстрируйте, как получается в чугуне шаровидный графит. Объясните, почему такие сплавы называются высокопрочными.

34. Укажите, какие металлы и неметаллы в составе чугунов являются постоянными и дополнительными добавками. Перечислите, какие из них относятся к вредным, а какие к полезным.

35. Приведите примерный химический состав всех типов чугунов.

36. Отметьте, для каких деталей рекомендуется СЧ.

37. Перечислите области использования ВЧ.

38. Приведите принцип классификации чугунов по металлической основе.

39. Дайте определение ковкого чугуна и укажите, где он применяется.

40. Обоснуйте, в чем заключается принцип маркировки чугунов.

41. Дайте определение ферросплавов. Укажите их структуру и области употребления.

42. Назовите два основных метода производства ФС.

43. Укажите, какие ферросплавы получают углевосстановительным способом.

44. Объясните, в каких случаях применяется углевосстановительный метод производства.

45. Перечислите, какие восстановители используются при углетермическом способе получения ФС.

46. Отметьте, какие ферросплавы производят металлотермическим методом.

47. Охарактеризуйте восстановители, употребляемые при металлотермическом способе производства ФС.

48. Укажите, какие печи применяются для выплавки ферросплавов. Охарактеризуйте каждых из видов. Разберите их достоинства и недостатки.

49. Назовите шихтовые материалы, используемые в производстве ФС. Отметьте требования, которые предъявляют к ним при выплавке индивидуальных систем, например, ферротитана.

50. Охарактеризуйте металлотермический способ производства ферротитана.

51. Укажите, где и как применяют производимые ферросплавы.

52. Перечислите основные параметры магнитных свойств металлов и сплавов. Дайте их краткую характеристику.

52. Укажите, по какому признаку материалы делят на пара- и диамагнетики. Перечислите металлы, относящиеся к этим группам.

53. Дайте определение ферромагнетиков.

54. Укажите отличие магнитомягких и магнитотвердых материалов.

55. Приведите существующие магнитомягкие материалы. Отметьте их классификацию и применение.

56. Покажите, как классифицируют магнитотвердые материалы, и какие сплавы относятся к каждому из существующих классов.

57. Дайте определение пермаллоев и отметьте их особенности.

58. Приведите, какие сплавы называются альсиферами и пермендюрами.

59. Перечислите, какие сплавы железа относятся к термомагнитным.

Объясните, в чем особенности железокобальтовых сплавов.

3.1.2. Цветные металлы и их сплавы

Рассмотрение данного подраздела следует проводить, разделив металлические материалы на основные, дополнительные и вспомогательные. Основными металлическими материалами являются серебро Ag, золото Au, медь Cu, алюминий Al и титан Ti, а также их сплавы и соединения. Дополнительные и вспомогательные металлические материалы: щелочные и щелочноземельные металлы, кобальт, никель, палладий, платина, родий, иридий, рутений, осмий, марганец, технеций, рений, хром, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, цирконий, гафний, цинк, кадмий, ртуть, бор, галлий, индий, таллий, кремний, германий, олово, свинец, сурьма и висмут. При разборе металлических гомосоединений рассмотрение следует выполнять по единой схеме: нахождение в природе, способы получения, структура, свойства и применение.

При изучении важнейших сплавов цветных металлов следует проанализировать их диаграммы состояния (если они указаны в литературе). Студент должен знать системы, упрочняющиеся и неупрочняющиеся термической обработкой, подвергающиеся пластической деформации, относящиеся к литейным. Рассмотрение сплавов необходимо выполнять в следующем порядке: состав, структура, свойства и применение.

Следует также хорошо разбираться, какие из этих металлических материалов относятся к конструкционным, инструментальным и с особыми свойствами (или специального назначения).
Вопросы для самопроверки
1. Укажите области применения золота и серебра.

2. Перечислите известные и важнейшие сплавы серебра и золота. Приведите их химический состав, структуру и свойства. Отметьте сферы их использования.

3. Приведите химический состав серебряных припоев. Продемонстрируйте, какими технологическими параметрами они обладают.

4. Охарактеризуйте физико-механические свойства чистой меди. Перечислите присутствующие в ней примеси и отметьте их влияние на ее свойства.

5. Дайте определение бронзы. Охарактеризуйте из состав, структуру, свойства и применение.

6. Назовите, что такое безоловянные бронзы. Продемонстрируйте, какой химический состав они имеют, какова их структура и свойства. Отметьте их области применения.

7. Укажите, какие сплавы называют латунями. Опишите структуру латуней согласно диаграмме состояния медь-цинк. Продемонстрируйте, как технологические свойства и коррозионная стойкость сплавов зависят от концентрации в них цинка.

8. Перечислите, какие элементы периодической системы и в каком количестве могут присутствовать в латунях. Отметьте влияние каждого из них на свойства сплавов.

9. Назовите известные медно-никелевые сплавы. Укажите их состав, свойства и применение.

10. Охарактеризуйте медь как материал. Перечислите основные области её использования.

11. Перечислите характерные физико-механические свойства чистого алюминия и свяжите с ними области применения данного металла.

12. Объясните, с чем связана коррозионная стойкость алюминия в различных агрессивных средах и как это влияет на его употребление.

13. Обоснуйте, почему в алюминиевой посуде нельзя хранить щелочь.

14. Ответьте, почему в алюминиевом чайнике вода закипает быстрее.

15. Перечислите элементы периодической системы Д. И. Менделеева применяемые в качестве компонентов в алюминиевых сплавах. Как они влияют на свойства систем?

16. Охарактеризуйте в общем виде структуру и состав известных алюминиевых сплавов. Приведите их диаграммы состояния.

17. Опишите физико-механические и химические свойства деформируемых алюминиевых сплавов и укажите их области применения.

18. Охарактеризуйте кратко физико-химические и механические свойства литейных алюминиевых сплавов.

19. Охарактеризуйте спеченные алюминиевые материалы. Перечислите их сферы применения.

20. Приведите характерные физические, механические и химические свойства титана.

21. Перечислите постоянные примеси в составе титана. Объясните, какие из них наиболее опасны для металла и почему.

22. Назовите области применения чистого титана.

23. Опишите характерные свойства титановых сплавов и перечислите сферы их практического использования.

3.2. Неметаллические материалы.

Как и при рассмотрении металлических материалов, здесь необходимо вначале разобрать гомоядерные материалы: водород H₂, углерод C, кремний, азот N₂, фосфор P, мышьяк As, кислород O₂, сера S, селен Se, теллур Te, фтор F₂, хлор Cl₂, бром Br₂, йод J₂. При изучении гомосоединений анализ следует выполнять по единой схеме: нахождение в природе, состав, тип связи, способы получения, структура, свойства и применение. Далее изучаются материалы на основе гетероядерных соединений: карбидов, нитридов, сульфидов, оксидов, селенидов, теллуридов, фосфидов, стибидов, арсенидов и др. Мономерные жидкие материалы: масла и синтетические вещества: состав, получение, строение, свойства и применение. Твердые материалы: на основе органических и элементоорганических полимеров, электроизоляционные бумаги и картоны, пластические массы, каучуки и резины, смолы и материалы на их основе, лаки, эмали и клеи, компаунды, флюсы; стекло и ситаллы, слюда, асбест и материалы на их основе, керамические материалы, а также композиционные материалы. Рассмотрение гетеросоединений необходимо осуществлять следующим образом: вид соединения (природное или синтетическое, органическое или неорганическое), тип связи, состав, способы получения, структура, свойства и применение. Здесь же вкратце следует рассмотреть материалы на основе ферритов. Разобрать их характеристики, состав, свойства и применение.
Вопросы для самопроверки
1. Оцените особенности газов, жидкостей и твердых тел в отношении требований, предъявляемых к изоляции, в том числе электрической.

2. Опишите свойства термопластичных и термореактивных полимеров. Укажите их особенности.

3. Объясните, какую роль играют волокнистые материалы в создании изоляционных материалов. Приведите их виды и отличительные свойства.

4. Продемонстрируйте, что является сырьем для синтетических каучуков.

5. Перечислите свойства резин.

6. Отметьте, чем отличаются друг от друга лаки, эмали и компаунды.

7. Укажите принципы подразделения флюсов по действию на соединяемые поверхности.

8. Отметьте достоинства и недостатки минеральных масел.

9. Перечислите, для каких целей употребляются слюда, асбест и их производные.

10. Укажите области применения сегнето-, пьезо- и пироэлектриков.

11. Покажите, какие вещества относятся к полимерным материалам.

12. Охарактеризуйте композиционные материалы на основе металлов.

13. Дайте определение металлопластов и металлополимеров.

14. Отметьте преимущества использования керамики. Перечислите области её применения.

15. Приведите определение тепловой изоляции. Перечислите требования, которым должна удовлетворять любая тепловая изоляция.

16. Дайте характеристику различным битумным вяжущим материалам.

17. Перечислите и опишите свойства разнообразных мастик.

18. Охарактеризуйте рубероид и различные изолы как гидроизоляционные материалы.
Рекомендуемая литература [1, 13, 16 – 18, 21, 22, 25, 26, 30].