Пояснительная записка
Учебным планом по дисциплине «Материаловедение» предусмотрено выполнение одной обязательной контрольной работой. Контрольная работа выполняется в соответствии с программой, утвержденной предметной (цикловой) комиссией.
Контрольная работа имеет 10 вариантов. Номер варианта контрольной работы должен соответствовать последней цифре шифра студента. Если номер шифра оканчивается нулем, следует выполнять 10 вариант.
Методические указания к выполнению контрольной работы.
Задания к контрольной работе составлено в 10 вариантах. Студент должен выполнить работу по варианту, соответствующему последней цифре вашего шифра. Перед выполнением контрольной работы необходимо внимательно рассмотреть программу курса, изучить указанные темы, после чего выполнить контрольную работу.
При выполнении контрольной работы следует соблюдать следующие требования:
1. Работа, выполненная по другому варианту, возвращается без проверки.
2. Каждый вариант представлен двумя теоретическими вопросами на разные темы.
3. Ответы на вопросы должны быть краткими, четкими, но в тоже время полными, аргументированными.
4. Каждый вариант представлен двумя теоретическими вопросами на разные темы.
5. Контрольная работа выполняется в печатном виде на листах формата А-4, шрифт Times New Roman, размер 14 (минимум 4 листа).
6. На титульный лист наклеивается адресный бланк (выдается к каждому контрольному заданию на ЗФО).
7. Работа должна быть выполнена грамотно и аккуратно, в виде связного оригинального текста; сокращение слов не допускается (кроме общепринятых сокращений).
8. Оформляя работу, необходимо пронумеровать страницы, отвести поля шириной 2 см для замечаний рецензента, привести четкую формулировку вопроса в соответствии с вариантом и план ответа на него. Затем приступать непосредственно к изложению ответа. Текст ответа можно дополнять рисунками, схемами, диаграммами, графиками и таблицами, исполненными в любой технике, но четко и аккуратно. Между ответами необходимо оставить несколько строчек для того, чтобы преподаватель имел возможность записать свои замечания.
9. В конце работы следует указать список использованной литературы. Приветствуется использование различных справочных материалов по теме контрольной работы, статей из периодической печати, информационных и интернет источников.
10. В завершении работы необходимо проставить дату ее выполнения и свою подпись.
11. При получении отрецензированной работы студент должен выполнить все указания рецензента. Работа над ошибками, дополнения к ответам, сделанные согласно рецензии выполняются в этой же контрольной работе на отдельных листах.
12. Контрольная работа с оценкой «не зачтено» выполняется студентом повторно и высылается в техникум на проверку вместе с не зачтенной работой.
Образец выполнения контрольной работы:
Задание 1:
Легированные стали. Краткое описание, маркировка, свойства.
Ответ:
Легирующие элементы – химические элементы, специально вводимые в сталь для изменения строения и получения заданных свойств. Улучшают механические, физические и химические свойства основного материала.
Стали, в которые добавляют легирующие элементы, называются легированными.
Легированные стали обозначают буквами и цифрами. Первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, следующие за ними буквы русского алфавита указывают на легирующие элементы, входящие в состав данной стали.
Если легирующего элемента содержится меньше 1%, то цифра после буквы не ставится. Например, марка стали 12ХН3, в составе которой находится 0,12% углерода, около 1% хрома и 3% никеля.
Легирующие элементы обозначают следующими буквами: X - хром, Н - никель, Д - медь, Г -марганец, С - кремний, В - вольфрам, К - кобальт, П - фосфор, Т - титан, Ф - ванадий, М -молибден, Ю – алюминий, Р - бор.
Примеры: 30ХГС, 18Х2Н4В, 25ХГТ, Если в конце марки стоит буква А, то это значит, что сталь относится к группе высококачественных, содержащих минимальное количество вредных примесей - серы и фосфора.
Высоколегированные стали с особыми свойствами выделены в отдельные группы и обозначаются буквой в начале марки, например:
Ж -хромистые нержавеющие,
Я - хромоникелевые нержавеющие,
Р - быстрорежущие,
Ш - шарикоподшипниковые,
Е - магнитные.
Так, марка ШХ15 обозначает хромистую шарикоподшипниковую сталь.
Хром (Cr)
Является основным легирующим элементом (0,8…14)%.
Хром увеличивает стойкость стали к коррозии и износу. Сталь считается нержавеющей, если содержание хрома в ней больше или равно 14%. Способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей — (0…-100)oС.
Дополнительные легирующие элементы:
Азот(N)
Азот применяется в сталях в качестве заменителя углерода и никеля. Он значительно повышает коррозионную стойкость стали.
Ванадий (V)
Ванадий улучшает такие свойства стали, как твёрдость и прочность, а также значительно повышает её износостойкость. Ванадий присутствует в инструментальных и быстрорежущих сталях.
Вольфрам (W)
Вольфрам является металлом с самой высокой температурой плавления. Он используется во многих отраслях. Вольфрам, наравне с молибденом, является обязательным элементом для быстрорежущих сталей. Помимо устойчивости к высокой температуре, наличие вольфрама в стали, улучшает такие свойства, как износостойкость и твёрдость.
Кобальт (Co)
В небольшом количестве кобальт присутствует твёрдых сплавах и быстрорежущих сталях. Он увеличивает твердость и прочность стали.
Кремний (Si)
В небольших количествах кремний не оказывает серьезного влияния на свойства стали. Однако, при повышении содержания кремния, повышаются упругость и коррозионная стойкость.
Марганец (Mn)
Марганец увеличивает твердость и устойчивость стали к износу. Однако его содержание в больших количествах повышает хрупкость.
Молибден (Mo)
Молибден представляет собой легирующую добавку, которая повышает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах. Также он делает состав стали более равномерным. Молибден является обязательным элементом в быстрорежущих сталях.
Никель (Ni)
Никель, так же как и азот повышает коррозионную стойкость стали. Кроме того, он незначительно повышает прочность.
Ниобий (Nb)
Ниобий является достаточно редкой легирующей добавкой. Он повышает износостойкость и коррозионную стойкость стали.
Сера (S)
Сера достаточно вредный элемент. Она понижает коррозионную стойкость стали и её механические свойства. По этим причинам содержание серы в сталях обычно ничтожно мало, однако сера может быть специально добавлена в сталь для того, чтобы, повысить её обрабатываемость.
Титан (Ti)
Обычно титан добавляют в сталь для повышения прочности, стойкости к коррозии и температурам. Также он способствует измельчению зерна и улучшает обрабатываемость.
Углерод(C)
Углерод является одним из основных элементов, которые определяют свойства стали. От количества углерода в стали зависят её твёрдость и прочность. Также он положительно влияет на стойкость (сохранность) режущей кромки, устойчивость к износу и истиранию. Из отрицательных сторон высокого содержания углерода стоит отметить повышение склонности стали к коррозии.
Фосфор (P)
Фосфор, так же, как и сера, является вредной примесью. Он снижает механические свойства стали и повышает её хрупкость. По возможности, фосфор стараются полностью удалять из стали.
Добавка свинца, кальция – улучшает обрабатываемость резанием.
Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.
Задание 2:
Плавка стали в индукционных печах. Устройство печи, за счет чего идет плавка, преимущества и недостатки данного способа.
Ответ:
Выплавка стали в индукционных печах
Выплавку стали в индукционных печах применяют в черной металлургии значительно реже, чем в дуговых, и используют обычно печи без железного сердечника. Печь состоит из металлического кожуха, футерованного огнеупорным кирпичом. Внутри находится индуктор в виде катушки (из медной трубки, охлаждаемой водой), которая служит первичной обмоткой, окружающей огнеупорный тигель, где находится плавящийся металл. Печь имеет сливной желоб, механизм наклона и сверху закрывается крышкой.
Схема индукционной печи для выплавки стали:
1- тигельиз огнеупорных материалов;
2- водоохлаждаемый индуктор;
3- желоб для выпуска плавки;
4- сталеразливочный ковш;
5- металл;
6- вихревые токи.
Сущность процесса заключается в следующем: при пропускании тока через индуктор в металле, находящемся в тигле, индуктируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Шихтовые материалы загружают сверху. Для выпуска плавки печи наклоняют в сторону сливного желоба. Так как в индукционных печах теплота возникает в металле, шлак в них нагревается только через металл. Вместимость современных индукционных печей достигает в отдельных случаях 15 т.
Плавку проводят методом переплава, используя отходы соответствующих легированных сталей или чистый по сере и фосфору углеродистый скрап и ферросплавы. В конце периода плавления на металл загружают флюс, необходимый для образования шлакового покрова. В кислых печах в качестве флюса используют бой стекла и другие материалы, богатые SiO2. В основных печах применяют известь и плавиковый шпат. Шлаковый покров защищает металл от окисления и насыщения газами атмосферы, уменьшает потери тепла.
Крупные печи могут работать на переменном токе с промышленной частотой 50 периодов; для более мелких необходимы генераторы, работающие на частоте 500—2500 периодов в секунду. Выплавка стали из чугуна в индукционных печах распространения не получила, так как окисление и рафинирование с помощью шлака в них почти невозможно. Эти печи с успехом используют для переплавки чистых легированных сталей, так как высокая температура, возможность работы в вакууме и отсутствие науглероживания металла электродами дают возможность получить в них стали с малым содержанием углерода и различные сложные сплавы, к которым предъявляются повышенные требования.
Преимущества плавки в индукционных печах: очень высокое качество получаемой стали, возможность выплавлять любые марки стали, включая высоколегированные, тугоплавкие и жаропрочные. Электрические печи обеспечивают минимальный угар железа по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами и, что особенно важно, минимальное окисление дорогостоящих легирующих присадок благодаря нейтральной атмосфере в печи. Следует отметить удобство регулирования температурного режима и легкость обслуживания этих печей.
Недостатком выплавки стали в индукционных печах является потребность в большом количестве электроэнергии и высокая стоимость передела, так как на 1 т стали при твердой завалке расходуют 600—950 кВт-ч электроэнергии. Поэтому электрические печи пока применяют главным образом для получения высоколегированных и других дорогих сортов стали, предназначенных для ответственных изделий.
Контрольная работа №1
Вариант 1
1. Производство чугуна. Исходные материалы и продукты доменного производства.
2. Диаграмма состояния железо – цементит. Дать определение и перечислить однофазные и двухфазные структурные составляющие. Дать определение стали и чугуна.
Вариант 2
1. Производство стали в мартеновских печах. Устройство печи. Назовите 2 разновидности процесса в зависимости от используемого сырья, в чем их суть?
2. Термическая обработка стали. Отпуск и старение. С какой целью проводятся. Описание процессов. Виды отпуска.
Вариант 3
1. Производство стали в кислородном конверторе. Устройство конвертора, суть процесса, преимущества и недостатки данного способа.
2. Термическая обработки стали. Закалка. С какой целью проводится. Описание процесса. Закалочные среды (табл.). Способы закалки. Дефекты.
Вариант 4
1. Производство стали в электро-дуговых печах. Устройство печи, за счет чего идет плавка, преимущества и недостатки данного способа.
2. Серый чугун. Ковкий чугун. Высокопрочный чугун. Получение, форма графита, маркировка. Чем отличаются от белого?
Вариант 5
1. Способы разливки стали в изложницы. Непрерывная разливка стали. Описание процессов, преимущества и недостатки каждого.
2. Пластмассы. Состав и классификация. Чем отличаются термопластические пластмассы от термореактивных? Приведите примеры тех и других, состав, область применения.
Вариант 6
1. Термическая обработки стали. Отжиг и нормализация. Что из себя представляют, с какой целью проводятся. Виды отжига. Дефекты.
2. Конструкционные стали. Определение, виды, свойства, назначение каждого вида.
Вариант 7
1. Опишите виды химико-термической обработки стали. Задачи обработки. Суть процессов, как осуществляются.
2. Инструментальные стали. Определение, виды, свойства, назначение каждого вида.
Вариант 8
1. Композиционные материалы. Определение, краткое описание, состав, задачи матрицы, задачи наполнителя. Области применения. Классификация по виду армирующего материала. Примеры дисперсно-упрочненных композитов.
2. Кристаллизация металлов. Определение, суть процесса, график скорости кристаллизации в зависимости от степени переохлаждения (рис.), строение слитка (рис.).
Вариант 9
1. Алюминиевые сплавы. Деформируемые и литейные. Примеры, область применения, маркировка.
2. Общие сведения о сварке. Сущность электродуговой сварки, способы сварки. Газовая сварка и резка, виды и сущность процесса.
Вариант 10
1. Медные сплавы. Латунь, бронза. Определение, классификация, маркировка с примерами.
2. Основы теории сплавов. Перечислите и опишите типы соединений при кристаллизации. Как строят диаграммы состояния. Назвать 2 основные линии (температуры) диаграммы. Что такое эвтектика?
Литература
1. Адаскин А.М. Металловедение (металлообработка). Москва «ПрофОбрИздат», 2002 г.
2. Никифоров М.В. Технология металлов и конструкционные материалы. С.-Петербург «Политехника», 2008г.
3. Кузьмин Б.А. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы, М.: «Высшая школа», 2011г.