МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Методические указания
к выполнению семестровой работы
РПК «Политехник»
Волгоград
УДК 536.02
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ: Методические указания к выполнению семестровой работы / Сост. Е. Ф. Уткин, Н. В. Дворецкая, О. М. Ладыгина; ВолгГТУ, Волгоград, 2007. - 17 с.
Цель методических указаний оказать помощь студентам в изучении курса «Материаловедение» и в выполнении семестровой работы.
Содержат задания для выполнения семестровой работы, примеры выполнения и оформления.
Методические указания рассчитаны на студентов очной, очно-заочной формы обучения.
Ил. 3. Табл. 5. Библиограф.: 3 назв.
Рецензент О. И. Пушкарев
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета
ã Волгоградский
государственный
технический
университет, 2007
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
При выполнении семестровой работы студенту необходимо руководствоваться следующим:
1. К выполнению следует приступать после изучения всего материала, предусмотренного программой.
2. Семестровая работа выполняется на ксероксных листах формата А4, оставляются поля следующих размеров: верхнее - 2,0 см, нижнее - 2,0 см, левое - 2,5 см, правое - 1,5 см. Если работа выполняется с помощью ЭВМ текст должен быть набран в текстовом редакторе Word, шрифт Times New Roman, кегель 14, полуторный интервал. На титульном листе приводятся сведения по следующему образцу:
Федеральное агентство по образованию
ВПИ (филиал) ВолгГТУ
Кафедра ВТО
Семестровая работа
по дисциплине «Материаловедение»
Вариант 1
выполнил студент группы ВТС-231: Иванов Иван Иванович
проверил к.т.н., доцент: Семёнов Сергей Всеволодович
3. Номер варианта - порядковый номер в списке группы.
4. Семестровая работа включает 5 заданий.
5. Условия заданий переписываются полностью без сокращений. Работа выполняется четко, ясно, с помощью чертежных принадлежностей.
6. Семестровая работа зачитывается после устранения всех ошибок.
7. Студент должен быть готов во время зачета семестровой работы дать пояснения по существу выполнения работы.
ЗАДАНИЕ №1.
Дать характеристику механическому свойству, указав условное обозначение, единицу измерения, определение, значение. Вариант выбрать из таблицы 1.
Таблица 1
Варианты
| № | Свойство | № | Свойство |
| 1(21) | Предел упругости | 11(31) | Ударная вязкость |
| 2(22) | Предел пропорциональности | 12(32) | Хладноломкость |
| 3(23) | Относительное удлинение | 13(33) | Предел выносливости |
| 4(24) | Относительное сужение | 14(34) | Усталость |
| 5(25) | Предел текучести | 15(35) | Долговечность |
| 6(26) | Предел прочности | 16(36) | Механические свойства, определяемые при динамических испытаниях |
| 7(27) | Твердость по Бринеллю | 17(37) | Трещиностойкость |
| 8(28) | Твердость по Роквеллу | 18(38) | Механические свойства при переменных нагрузках |
| 9(29) | Твердость по Виккерсу | 19(39) | Износостойкость |
| 10(30) | Микротвердость | 20(40) | Живучесть |
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ №1
Магнитная восприимчивость – km.
Все материалы, помещенные во внешнее магнитное поле, намагничиваются. Намагничивание связано с наличием у составляющих материал атомов микроскопических магнитных моментов. Макроскопической характеристикой намагничивания материалов служит величина намагниченности М, равная суммарному магнитному моменту атомов единицы объема. Установлена связь намагниченности М с напряженностью Н внешнего магнитного поля:
М=km×Н;
где km – безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый магнитной восприимчивостью материала.
В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все материалы подразделяются на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.
Диамагнетики – материалы, которые намагничиваются противоположно приложенному полю и ослабляют его, т.е. имеют km<0 (от 10-4 до 10-7).
Парамагнетики – материалы, которые имеют km>0 (от 10-2 до 10-5) и слабо намагничиваются внешним полем.
Ферромагнетики – материалы, которые характеризуются большим значением магнитной восприимчивости km>>1, они сильно намагничиваются.
ЗАДАНИЕ №2
Описать принцип маркировки сплавов, указать их назначение, привести примеры. Вариант выбрать из таблицы 2.
Таблица 2
Варианты
| № | Данные |
| 1(21) | Углеродистых сталей обыкновенного качества |
| 2(22) | Углеродистых качественных сталей |
| 3(23) | Инструментальных сталей |
| 4(24) | Легированных сталей |
| 5(25) | Быстрорежущих сталей |
| 6(26) | Автоматных сталей |
| 7(27) | Шарикоподшипниковых сталей |
| 8(28) | Серых чугунов |
| 9(29) | Высокопрочных чугунов |
| 10(30) | Ковких чугунов |
| 11(31) | Бронз |
Продолжение табл. 2
| № | Данные |
| 12(32) | Латуней |
| 13(33) | Алюминиевых литейных сплавов |
| 14(34) | Антифрикционных сплавов |
| 15(35) | Металлокерамических твердых сплавов |
| 16(36) | Алюминиевых деформируемых сплавов |
| 17(37) | Жаропрочные сплавы |
| 18(38) | Медных сплавов |
| 19(39) | Титановых сплавов |
| 20(40) | Чугунов |
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ №2
Алюминий
В промышленности, в зависимости от требований, применяют алюминий высокой чистоты, содержащий от 99,995% до 99,95% Al и технической чистоты 99,85 – 99,0% Al.
Маркируется буквой А, за которой следует число, соответствующее содержанию алюминия сверх 99%.
Например: в алюминии высокой чистоты А995 содержится 99, 995% Al, остальное примеси; в алюминии технической частоты А5 – 99,5% Al, остальное примеси. Основными примесями, загрязняющими алюминий, являются железо и кремний.
ЗАДАНИЕ №3
Дать полную характеристику стали или сплаву: химический состав, свойства, термообработка, применение. Вариант выбрать из таблицы 3.
Таблица 3
Варианты
| № | Данные | № | Данные | № | Данные | № | Данные |
| 1(21) | Ст3сп | 6(26) | 09Г2 | 11(31) | 30ХГС | 16(36) | 15Х25Т |
| 2(22) | 08кп | 7(27) | 15ХСНД | 12(32) | А12 | 17(37) | 20Х17Н2 |
| 3(23) | 15кп | 8(28) | 25ХГТ | 13(33) | Сталь65 | 18(38) | 12Х18Н10Т |
| 4(24) | Сталь45 | 9(29) | 18Х2Н4МА | 14(34) | 60С2Н2А | 19(39) | 12Х2МФСР |
| 5(25) | У8 | 10(30) | 40Х | 15(35) | ШХ15 | 20(40) | 15Х11МФ |
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ №3
Г
Относится к рессорно-пружинным сталям. Работа пружин, рессор и тому подобных деталей характеризуется тем, что в них используют только упругие свойства стали. Большая суммарная величина упругой деформации пружины (рессоры и т.д.) определяется ее конструкцией – числом и диаметром витков, длиной пружины. Поскольку возникновение пластической деформации в пружинах не допускается, то от материала подобных изделий не требуется высокой пластичности. Главное требование состоит в том, чтобы сталь имела высокий предел упругости (текучести).
Пружины, рессоры и подобные им детали изготовляют из конструкционных сталей с повышенным содержанием углерода – приблизительно в пределах 0,5 – 0,07 %С, часто с добавками марганца и кремния.
Химический состав стали 60Г:
C – 0,57 – 0,65%; Si – 0,17 – 0,37%; Mn – 0,7 – 1,0%; Cr – не более 0,25%; Ni – не более 0,25%.
Свойства стали 60Г:
Модуль нормальной упругости Е – 21093 кг/мм2;
Модуль сдвига после закалки и отпуска G – 8367 кг/мм2;
Предел прочности sВ нагартованной стали – 75 – 120 кг/мм2;
Предел прочности sВ стали после низкого отжига £ 65 кГ/мм2;
Пластичность после низкого отжига d ³ 20%;
Температура начала ковки Тнач=1200 0С;
Температура конца ковки Ткон=800 0С;
Прокаливаемость в масле ~ 20 мм;
Склонность к отпускной хрупкости > 1 %;
Коррозионная стойкость низкая;
Для сварных конструкций не применяется.
Режим термообработки стали 60Г:
Закалка: Т 0С ~850 – 8600; Охлаждение в масле; Отпуск: Т 0С ~ 4600.
Применение стали 60Г:
Сталь применяется для изготовления плоских и круглых пружин, рессор, пружинных колец, шайб Гровера и других деталей пружинного типа, от которых требуются высокие упругие свойства и повышенное сопротивление износу (в автомобилестроении – пружина буксирного прибора и плунжера толкателя).
ЗАДАНИЕ №4.
Найти ответы на вопросы по темам «Термическая обработка» и «Химико-термическая обработка». Вариант выбрать из таблицы 4.
Таблица 4
Варианты
| № | Данные |
| 1(21) | Чем отличается кинетика превращения ферритно-карбидной структуры в аустенит при изотермической выдержке и непрерывном нагреве? Когда температура аустенитизации и величина зерна будут больше при медленном или быстром нагреве? Чем отличается химико-термическая обработка от термической обработки стали? |
| 2(22) | Перечислите этапы превращения ферритно-карбидной структуры в аустенит при нагреве. Насыщение железа проводится при температуре 1000°С в течение 6ч углеродом и хромом. В каком случае будет больше |
Продолжение табл. 4
| № | Данные |
| толщина слоя и почему? | |
| 3(23) | Как получить в стали мелкое зерно аустенита? Что понимают под термином «эффективная толщина слоя»? |
| 4(24) | Чем отличается механизм перлитного превращения от промежуточного и мартенситного? В каких случаях применяют цементацию, нитроцементацию и азотирование? |
| 5(25) | Чем отличается по структуре и свойствам перлит от сорбита и троостита? Как получить эти структуры? Какое строение (структуру) имеет цементованный и азотированный слой? Увяжите строение слоя с диаграммой состояния Fe—Fe3C и Fe—N. |
| 6(26) | Какое строение (реечное или пластинчатое) имеет мартенсит в стали с температурой мартенситных точек Мн=200°С, а Мк=-50°С? Укажите преимущества газовой цементации перед цементацией в твердом карбюризаторе. |
| 7(27) | Сколько остаточного аустенита в стали с 0,3% С и 1,0% С? Как освободиться от остаточного аустенита? Нужно получить диффузионный слой толщиной 1,5мм и твердостью 60 HRC. Какой процесс обеспечит эти требования? Опишите технологию принятого процесса. |
| 8(28) | Что определяет устойчивость переохлажденного аустенита? Перечислите факторы, влияющие на критическую скорость закалки. При каких температурах проводится процесс цементации? Почему? |
| 9(29) | Как влияют легирующие элементы на диаграмму изотермического распада аустенита? Дать качественную и количественную характеристику. Какая термическая обработка и зачем проводится после цементации и нитроцементации? |
| 10(30) | Как получить структуру бейнит и мартенсит в углеродистой стали с 0,45% С? Какова структура цементованного слоя после термической обработки? |
| 11(31) | Чем объясняется высокая твердость мартенсита? Каково основное преимущество эндотермической атмосферы для цементации (нитроцементации)? |
| 12(32) | В чем заключается различие между изотермической и термокинетической диаграммами распада переохлажденного аустенита? |
Окончание табл. 4
| № | Данные |
| В каких случаях следует пользоваться каждой из этих диаграмм? Когда будут больше толщина и твердость азотированного слоя после азотирования при 520°С 24ч или при 6000С 24ч? | |
| 13(33) | Опишите фазовый состав стали после завершения первого превращения при отпуске. Чем отличается химико-термическая обработка от термической обработки стали? |
| 14(34) | Перечислите основные процессы, происходящие при первом, втором и третьем превращениях при отпуске. Как влияют на отпуск легирующие элементы? Насыщение железа проводится при температуре 1000°С в течение 6ч углеродом и хромом. В каком случае будет больше толщина слоя и почему? |
| 15(35) | Почему при низких температурах отпуска (до 200°С) сохраняются высокие твердость и прочность (sв)? Что понимают под термином «эффективная толщина слоя»? |
| 16(36) | Какие причины вызывают необратимую и обратимую отпускную хрупкость? В каких случаях применяют цементацию, нитроцементацию и азотирование? |
| 17(37) | Опишите процесс термомеханической обработки стали. Как происходит процесс диффузионной металлизации? |
| 18(38) | Как изменяются величина зерна и характер структуры после полного отжига? Укажите преимущества газовой цементации перед цементацией в твердом карбюризаторе. |
| 19(39) | Каким требованиям должны отвечать закалочные жидкости? Какие применяют жидкости для закалки, каковы их достоинства и недостатки? Нужно получить диффузионный слой толщиной 1,5 мм и твердостью 60 HRC. Какой процесс обеспечит эти требования? Опишите технологию принятого процесса. |
| 20(40) | Как влияет температура аустенизации на устойчивость переохлажденного аустенита, закаливаемость и прокаливаемость стали? При каких температурах проводится процесс цементации? Почему? |