Материаловедение варианты(1). Металловедение
 Скачать 24.25 Mb.
|
|
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ Строение металлов Рассмотрите типы химической связи в твердых телах, особое внимание обратите на металлический тип связи. Металлические тела характеризуются кристаллическим строением. Однако свойства реальных кристаллов определяются известными несовершенствами кристаллического строения. В связи с этим необходимо разобраться в видах несовершенств и, особенно в строении дислокаций (линейных несовершенств), причинах их легкого перемещения в кристаллической решетке и влияния на механические свойства. Термодинамические причины фазовых превращений являются одним из частных случаев общего закона природы -стремлением любой системы к состоянию с наименьшим запасом энергии (в данном случае свободной энергии). Разберитесь в теоретических основах процесса кристаллизации, состоящего из двух элементарных процессов: зарождения кристаллов и их роста, а также в определяющем влиянии на эти параметры степени переохлаждения. При изучении процесса кристаллизации необходимо иметь в виду решающее значение реальной среды в формировании структуры литого металла, а также возможность искусственного воздействия на строение путем модифицирования. Вопросы для самопроверки: 1. В чем сущность металлического, молекулярного, ионного и ковалентного типов связи? 2. Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются?3. Что такое полиморфизм?4.Что такое параметр кристаллической решетки, плотность упаковки и координационное число?5. Виды дислокаций и их строение.6. Каково строение краевых и винтовых дислокаций. Что такое вектор Бюргерса?7. Что такое анизотропия свойств кристаллов?8. Каковы термодинамические условия равновесия?9. В чем физическая сущность процесса кристаллизации?10. В чем физическая сущность процесса плавления? И. Каковы параметры процесса кристаллизации?12. Что такое степень переохлаждения?13. Какова связь между величиной зерна, скоростью зарождения, скоростью роста кристаллов и степенью переохлаждения?14. Формы кристаллов и влияние реальной среды на процесс кристаллизации. Образование дендритной структуры. Теория сплавов Необходимо отчетливо представлять строение металлов и сплавов в твердом состоянии. Уяснить, что такое твердый раствор, химическое (металлическое) соединение и механическая смесь. Нужно освоить методику построения диаграмм состояния для различных случаев взаимодействия компонентов в твердом состоянии. При изучении диаграмм состояния уметь применять правило отрезков (для определения доли каждой фазы или структурной составляющей в сплаве), правило фаз (для построения кривых нагревания и охлаждения), определять химический состав фаз. С помощью правил Курнакова Н.С. уметь установить связь между составом, строением и свойствами сплава. Вопросы для самопроверки: 1. Что такое компонент, фаза, физико-химическая система, число степеней свободы?2. Приведите объяснение твердого раствора, механической смеси, химического (металлического) соединения.3. Как строятся диаграммы состояния?4. Приведите уравнение правила фаз и объясните физический смысл числа степеней свободы.5. Объясните принцип построения кривыхнагревания и охлаждения с помощью правила фаз.6. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая образования непрерывного ряда твердых растворов.7. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая полной нерастворимости компонентов в твердом состоянии.8. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая образования эвтектики, состоящей из ограниченных твердых растворов.9.Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая образования химического соединения.10. Каким образом определяются концентрация фаз и их количественное соотношение?11. В чем различие между эвтектической и перитектической кристаллизациями?12. В чем различие между эвтектоидным и эвтектическим превращениями?13. Правила Н.С. Курнакова. Пластическая деформация и механические свойства металлов Рассмотрите физическую природу деформации и разрушения. Особое внимание уделите механизму пластической деформации, ее влиянию на микро - и субмикроструктуру, а также на плотность дислокаций. Уясните связь между основными характеристиками, строением и механическими свойствами. Разберитесь в сущности явления наклепа и его практическом использовании. Изучите основные методы исследования механических свойств металлов и физический смысл характеристик, определяемых при разных методах испытания. Вопросы для самопроверки:
Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла Необходимо знать сущность рекристаллизационных процессов: возврата первичной рекристаллизации, собирательной (вторичной) рекристаллизации, протекающих при нагреве деформированного металла. Уяснить, как при этом изменяются механические и физико-химические свойства. Вопросы для самопроверки: 1. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве?2.В чем сущность процесса возврата?3. Что такое полигонизация?4. Сущность процессов первичной и вторичной рекристаллизации.5. В чем различие между холодной и горячей пластическими деформациями?6. Как изменяются строение и свойства металла при горячей пластической деформации? Железо и его сплавы Студент обязан уметь на память вычертить диаграмму состояния железо-цементит и определить все фазы и структурные составляющие этой системы, а также строить с помощью правила фаз кривые охлаждения (или нагревания) для любого сплава; четко разбираться в классификации железоуглеродистых сплавов и усвоить, что различие между тремя классами (техническое железо, сталь, чугун) не является формальным (по содержанию углерода). Разные классы сплавовпринципиально различны по структуре и свойствам. Необходимо знать, что технические железоуглеродистые сплавы состоят не только из железа и углерода, но обязательно содержат постоянные примеси, попадающие в сплав в результате предыдущих операций при выплавке. Разберите диаграмму состояния железо-графит, которая по графическому начертанию почти не отличается от диаграммы железо-цементит, что облегчает ее запоминание. Количественные изменения в положении линий диаграммы касаются смещения эвтектической и эвтектоидной линий в точке S' и E'. Качественное изменение заключается в замене в структуре во всех случаях цементита графитом. Изучите влияние легирующих элементов на критические точки железа и стали и объясните, при каком сочетании углерода и соответствующего легирующего элемента могут быть получены легированные стали ферритного, перлитного, аустенитного и ледебуритного классов. Уясните влияние постоянных примесей на строение чугуна и разберитесь в различии металлической основы серых чугунов разных классов. Запомните механические свойства и назначение чугунов различных классов, их маркировку и применение. Обратите внимание на способы получения ковких и высокопрочных чугунов. Изучить физическую сущность процесса графитизации. Вопросы для самопроверки: 1.Что такое феррит, аустенит, перлит, цементит и ледебурит?2. Какие превращения происходят в сплавах при температурах А1, А2, A3, A4, Аст.3. Построить с помощью правила фаз кривую охлаждения для стали с 0,8% С и для чугуна с 4,3% С.4. В каких условиях выделяется первичный, вторичный и третичный цементиты?5. Как влияют легирующие элементы на положение критических точек A1, А2, А3, А4, Аст?6.Какие легирующие элементы способствуют графитизации?7. Как влияют легирующие элементы на свойства феррита и аустенита?8.Как классифицируют легированные стали по структуре в равновесном состоянии?9. Каково строение эвтектики и эвтектоида в сером и белом чугунах?10. Классификация, маркировка и применение чугунов.11. Сравните механические свойства серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Теория термической обработки стали Теория и практика термической обработки стали — главные вопросы металловедения. Термическая обработка — один из основных способов влияния на строение, а, следовательно, и на свойства сплавов. При изучении превращений переохлажденною аустенита особое внимание обратите на диаграмму изотермического распада, устанавливающую связь между температурными условиями превращения, интенсивностью распада и строением продуктов превращения. Разберитесь в механизме и особенностях перлитного, промежуточного и мартенситного превращений, происходящих соответственно в верхней, средней и нижней температурных областях. Уясните строение и свойства перлита, сорбита, троостита, бейнита, мартенсита и особенно различие и сходство одноименных структур, получаемых при распаде аустенита и отпуске закаленной стали. Изучите влияние легирующих элементов на кинетику и характер превращения аустенита в перлитной, промежуточной и мартенситной областях. Рассмотрите причины получения различных классов сталей по структуре (перлитного, мартенситного, аустенитного). Уясните влияние легирующих элементов на превращения при отпуске. Следует помнить, что легирующие элементы, как правило, затормаживают процессы превращений. Запомните практическое значение термокинетических диаграмм. Вопросы для самопроверки: 1. Механизм образования аустенита при нагреве стали.2. Каковы механизмы и температурные районы образования структур перлитного типа (перлита, сорбита, троостита и бейнита)?3. В чем различие между перлитом, сорбитом и трооститом?4. Что такое мартенсит и в чем сущность и особенности мартенситного превращения?5. Что такое критическая скорость закалки?6. От чего зависит количество остаточного аустенита?7. В чем сущность превращений, происходящих при отпуске?8. Чем отличаются структуры троостита, сорбита и перлита отпуска от одноименных структур, образующихся при распаде переохлажденного аустенита?9. Каково практическое значение термокинетических диаграмм? Технология термической обработки Уясните влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали и физическую сущность процессов отжига, нормализации, закалки и обработки холодом. При изучении технологических процессов термической обработки особое внимание обратите на разновидности режимов и их назначение. Уясните различие между закаливаемостью и прокаливаемостью стали, а также факторы, влияющие на эти характеристики. Разберитесь в сущности способа получения высокопрочных деталей — термомеханической обработке. При изучении индукционной закалки уясните связь между глубиной проникновения закаленного слоя и частотой тока. Вопросы для самопроверки: 1. Приведите определения основных процессов термической обработки: отжига, нормализации, закалки и отпуска.2. Какие вам известны разновидности процесса отжига и для чего они применяются?3. Какие вам известныразновидности закалки и в каких случаях они применяются?4.От чего зависит прокаливаемость стали и в чем ее технологическое значение?5. Для чего и как производится обработка холодом?6. Как изменяются скорость и температура нагрева изделий из легированной стали по сравнению с углеродистой?7. В чем сущность и особенности термомеханической обработки?8. Как регулируется глубина закаленного слоя при обработке токами высокой частоты?9. Каковы преимущества поверхностной индукционной закалки? Химико-термическая обработка стали и поверхностное упрочнение наклепом Процесс химико-термической обработки состоит из выделения атомарного насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. Поэтому нужно рассмотреть реакции в газовой среде при цементации или азотировании и усвоить современные представления о диффузии в металлах. Вопросы для самопроверки: 1. В чем заключаются физические основы химико-термической обработки?2. Назначение и режим термической обработки после цементации.3. Каковы свойства цементированных и азотированных изделий?4. В чем различие между диффузионным и гальваническим хромированием?5.Сущностьи назначение процесса борирования.6. Как изменяются свойства изделий при дробеструйной обработке икакова природа этих изменений?7. Как влияет поверхностное упрочнение на эксплуатационные характеристики изделий? Конструкционные стали Необходимо усвоить принципы маркировки стали, и уметь по маркировке определить состав и особенности данной стали, а также иметь общее представление о разных группах стали. Разобраться во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойства стали, особое внимание уделите технологическим особенностям термической обработки легированной стали различных групп. Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализованном состоянии, что особенно важно для машиностроителей, и по назначению), основные принципы выбора для различного назначения цементируемых, улучшаемых пружинно-рессорных, износостойких, высокопрочных, нержавеющих, жаростойких, жаропрочных и других сталей. При изучении жаропрочных сталей обратите внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температурах. Уясните сущность явления ползучести и основные характеристики жаропрочности. Каковы предельные рабочие температуры и области применения сталей различного структурного класса. В качестве примеров указать две-три марки стали каждой группы, расшифровать состав, назначить режим термической обработки и охарактеризовать структуру, свойства и область применения. Вопросы для самопроверки: 1. Как классифицируются легированные стали?2. Чем определяется выбор марки цементуемой стали для изделий различного назначения?3. Какова термическая обработка цементуемых деталей?4. Чем объясняется назначение процесса улучшения для конструкционной стали?5. Термическая обработка улучшаемых сталей.6. Какие требованияпредъявляются к рессорно-пружинным сталям, как они классифицируются но прочностным свойствам?7. Приведите примеры марок стали для рессор и пружин, работающих в различных условиях.8. Термическая обработка рессорно-пружинной стали.9. Какие вы знаете износостойкие стали?10. Каковы особенности мартенсито-стареющих сталей?11. Приведите примеры марок высокопрочной стали, назначьте режим термической обработки.12. Каковы требования, предъявляемые к нержавеющим сталям?13. Укажите марки хромистых нержавеющих сталей, их состав, термическую обработку, свойства и назначения.14. Каковы требования, предъявляемые к жаростойким сталям?15. Каковы требования, предъявляемые к жаропрочным сталям?16. Какими способами можно повысить жаропрочность стали? Объясните природу упрочнения.17. Приведите примеры жаропрочных сталей перлитного, мартенситного и аустенитного классов. Укажите их состав, обработку, свойства и области применения.18. Каковы особенности и области применения металлокерамических сплавов? Инструментальные стали Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от применения инструмента и в связи с этим рассмотрите основные эксплуатационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните причины их высокой красностойкости и особенности термической обработки. При изучении штамповых сталей необходимо различать условия работы штампов для деформирования в холодном' состоянии и штампов для деформирования в горячем состоянии. Студент обязан уметь выбрать марку стали для инструмента различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки, объяснить сущностьпроисходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства. Вопросы для самопроверки: 1. Как классифицируются инструментальные стали?2.Приведите примеры углеродистых и легированных сталей, используемых для режущего инструмента. Укажите их состав, режим термической обработки, структуру и свойства.3.Укажите и расшифруйте основные марки быстрорежущей стали.4. Какова термическая обработка быстрорежущей стали?5. Как подразделяются штамповые стали? Требования, предъявляемые к штамповым сталям для деформирования металла в холодном состоянии и к сталям — для деформирования металла в горячем состоянии.6. Какие стали применяются для штампов холодной штамповки? Укажите их состав, термическую обработку, структуру и свойства.7. Какие требования предъявляются к сталям для измерительного инструмента? Укажите марки стали, их состав, термическую обработку, структуру и свойства.8. Что представляют собой твердые сплавы? Каковы их свойства и преимущества? Укажите марки твердых сплавов, их состав и назначение. Специальные сплавы В этом разделе изучаются стали и сплавы, обладающие особыми физическими свойствами: магнитные, с особыми свойствами теплового расширения и электрического сопротивления, а также сплавы новой техники на основе титана, никеля, кобальта и тугоплавких металлов. Необходимо знать требования, предъявляемые к каждой группе сплавов, и их назначение. В качестве примеров укажите две-три марки стали или сплава данной группы, расшифруйте их состав, определите режим термической обработки собъяснением происходящих структурных превращений, охарактеризуйте получаемую структуру и свойства. Вопросы для самопроверки: 1. Как классифицируются магнитные стали и сплавы? Требования, предъявляемые к магнитомягким материалам, и требования, предъявляемые к магнитотвердым материалам.2. Какие вы знаете магнитомягкие стали и сплавы? Укажите их состав, свойства и назначение.3. Какие вы знаете магнитотвердые материалы? Укажите их состав, термическую обработку, свойства и назначение.4. Какие требования предъявляются к сплавам с высоким электросопротивлением? Приведите примеры таких сплавов с указанием их состава, структуры, свойств и области применения.5. Приведите примеры сплавов с особенностями теплового расширения - их состав, свойства и назначение.6. Какие вы знаете сплавы с заданными упругими свойствами? Приведите их состав, свойства и назначение.7. Каковы особенности титановых сплавов и области их применения?8. Какой термической обработке подвергают сплавы на основе титана?9. Приведите примеры сплавов на основе титана. Укажите их состав, обработку, свойства и области применения.10. То же о сплавах на основе никеля.11. То же о сплавах на основе кобальта.12. То же о сплавах на основе тугоплавких металлов. |