Материаловедение
Методические указания и контрольное задание для
студентов-заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности:
15.02.01- «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)»
г.Октябрьский-2016г
Одобрено Составлено в соответствии
На заседании предметной комиссии с требованиями ФГОС СПО
ОПД Октябрьского нефтяного колледжа к уровню подготовки выпускников
Председатель _____________________ специальности 15.02.01
Янцевич О.В. Зам.директора по учебной работе
«_____» _______________2016г _______________Хайдарова Т.Н
.
«____»__________2016г.
Составитель: Урманова Л.Ф. – преподаватель ОНК
1.ВВЕДЕНИЕ
Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников по специальности 15.02.01- «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» разработаны в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта ФГОС СПО, утверждёнными 24декабря 2009 года (регистрационный № 661). Уровень подготовки специалистов – базовый.
Учебная дисциплина "Материаловедение" является общепрофессиональ-
ной, устанавливающей базовые знания для получения профессиональных
знаний и умений.
Общие и профессиональные компетенции для специальности
15.02.01- «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)»
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей
профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые
методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их
эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных
ситуациях и нести за них ответственность.
ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации,
необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач,
профессионального и личностного развития.
ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии
в профессиональной деятельности.
ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с
коллегами, руководством, потребителями.
ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды
(подчиненных), результат выполнения заданий.
ПК 1.1. Руководить работами, связанными с применением
грузоподъёмных механизмов, при монтаже и ремонте промышленного
оборудования.
ПК 1.2. Проводить контроль работ по монтажу и ремонту
промышленного оборудования с использованием контрольно-
измерительных приборов.
ПК 1.3. Участвовать в пусконаладочных работах и испытаниях
промышленного оборудования после ремонта и монтажа.
ПК 1.4. Выбирать методы восстановления деталей и участвовать
в процессе их изготовления.
ПК 1.5. Составлять документацию для проведения работ по монтажу
и ремонту промышленного оборудования.
ПК 2.1. Выбирать эксплуатационно-смазочные материалы при
обслуживании оборудования.
ПК 2.2. Выбирать методы регулировки и наладки промышленного
оборудования в зависимости от внешних факторов. 3
ПК 2.3. Участвовать в работах по устранению недостатков,
выявленных в процессе эксплуатации промышленного оборудования.
ПК 2.4. Составлять документацию для проведения работ
по эксплуатации промышленного оборудования.
ПК 3.1. Участвовать в планировании работы структурного
подразделения.
ПК 3.2. Участвовать в организации работы структурного подразделения.
ПК 3.3. Участвовать в руководстве работой структурного подразделения.
ПК 3.4. Участвовать в анализе процесса и результатов работы
подразделения, оценке экономической эффективности производственной
деятельности.
В результате изучения учебной дисциплины
студент должен:
иметь представление:
о взаимосвязи учебной дисциплины «Материаловедение» с другими общепрофессионалъными и специальными дисциплинами; о прикладном характере учебной дисциплины в рамках специальности; о новейших достижениях и перспективах развития в области материаловедения
знать: строение и свойства материалов, методы их исследования; классификацию материалов, металлов и сплавов; области применения материалов; методы воздействия на структуру и свойства материалов;
уметь: выбирать материалы для конструкций по их назначению и
условиям эксплуатации; проводить исследования, и испытания материалов; работать с нормативными документами для выбора материалов с целью обеспечения требуемых характеристик изделий.
Учебная дисциплина «Материаловедение» базируется на знаниях и умениях, полученных при изучении дисциплин «Химия», «Физика», «Инженерная графика» и д.р. В ней рассматриваются: структура, строение и свойства материалов, области применения материалов, содержания работы нормативных документов для выбора материалов
Примерная программа рассчитана на 80 часов (из них 12 часов лабораторных и практических занятий) для базового уровня профессионального образования.
2. ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
| Наименование разделов и тем | Количество аудиторных часов при очной форме обучения | |
| Всего | В том числе лабораторные занятия | |
| Введение | ||
| Раздел 1. Физико-химические закономерности формирования структуры материалов | ||
| Тема 1.1. Строение и свойства материалов | ||
| Тема 1.2. Формирование структуры литых материалов | ||
| Тема 1.3. Диаграммы состояния металлов и сплавов | ||
| Тема 1.4. Формирование структуры деформированных Металлов и сплавов | ||
| Тема 1.5. Термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов | ||
| Раздел 2. Материалы, применяемые в машино- и приборостроении | ||
| Тема 2.1. Конструкционные материалы | ||
| Тема 2.2. Материалы с особыми технологическими свойствами | ||
| Тема 2.3. Износостойкие материалы | ||
| Тема 2.4. Материалы с высокими упругими свойствами | ||
| Тема 2.5. Материалы с малой плотностью | ||
| Тема 2.6. Материалы с высокой удельной прочностью | ||
| Тема 2.7. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды | ||
| Тема 2.8. Неметаллические материалы | ||
| Раздел 3. Материалы с особыми физическими свойствами | ||
| Тема 3.1. Материалы с особыми магнитными свойствами |
| Тема 3.2. Материалы с особыми тепловыми свойствами | ||
| Тема 3.3. Материалы с особыми электрическими свойствами | ||
| Раздел 4. Инструментальные материалы | ||
| Тема 4.1. Материалы для режущих и измерительных материалов | ||
| Тема 4.2. Стали для инструментов обработки металлов давлением | ||
| Раздел 5. Порошковые и композиционные материалы | ||
| Тема 5.1. Порошковые материалы | ||
| Тема 5.2. Композиционные материалы | ||
| Всего по дисциплине |
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Значение и содержание учебной дисциплины «Материаловедение» и связь ее с другими дисциплинами общепрофессионального и специального циклов дисциплин. Значение материаловедения в решении важнейших технических проблем. Новейшие достижения и перспективы развития в области материаловедения.
Литература: (2) стр.. 5...6
Методические указания
Особое внимание обратите на перспективу развития металлургической и металлообрабатывающей промышленности, экономической эффективности от внедрения новых прогрессивных методов получения и обработки конструкционных материалов, а также улучшения качества и разработку новых конструкционных материалов. Уясните, какое значение имеет увеличение выпуска материалов высокого качества, автоматизация и интенсификация производственных процессов.
Вопросы для самоконтроля
1. Значение работ отечественных ученых в создании науки о конструкционных материалах, их получении и обработке
2. Значение применения новых прогрессивных методов обработки конструкционных материалов для улучшения качества деталей, повышения эксплуатационной надежности и долговечности машин, приборов и аппаратов.
Раздел 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫМАТЕРИАЛОВ
Тема 1.1 Строение и свойства материалов
Студент должен:
знать: о дефектах кристаллического строения; о фазовом составе
сталей и сплавов; кристаллическое строение металлов; типы кристаллических решеток; особенности структуры; методы исследования строения металлов; характерныесвойства материалов и методы их испытаний
уметь: определять свойства материалов.
Элементы кристаллографии: кристаллическая решетка, анизотропия; влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов; фазовый состав сплавов;
диффузия в металлах и сплавах; жидкие кристаллы; структура полимеров, стекла, керамики, древесины: строение и свойства.
Лабораторная работа №1
Литература: (1) стр. 4...14, 24...29, (2) стр. 7...24, 95... 101
Методические указания
Металловедение — это наука, которая является основой для экономически эффективного выбора материала и способов его обработки.
Все свойства материалов зависят от его внутреннего строения. Выбор материала для деталей машин, приборов, аппаратов зависит от его свойств и условий работы детали. Правильно выбранные материалы для деталей и способы их обработки обеспечивают надежность и долговечность работы машин и приборов и уменьшение их себестоимости.
Выпишите в конспект и запомните, что свойства реальных металлов отличаются от идеальных, так как: 1) все реальные металлы являются поликристаллами; 2) в кристаллическом строении имеется ряд дефектов (несовершенств). Разберите, какие виды несовершенств бывают в кристаллическом строении, а также на каких свойствах и как это отражается.
Вопросы для самоконтроля
1. Задачи металловедения как науки.
2. Чем объясняется, что свойства реальных кристаллических тел отличаются от идеальных?
Тема 1.2. Формирование структуры литых материалов
Студент должен:
знать: сущность процессов кристаллизации металлов и сплавов;
особенности строения слитков; сущность процесса получения монокристаллов; свойства аморфных материалов.
Кристаллизация металлов и сплавов. Форма кристаллов и строение слитков. Получение монокристаллов. Аморфное состояние материалов.
Литература: (I) стр. 14... 18, (2) стр. 24...37, 81...86
Методические указания
Разберите сущность и цель термического анализа, который используется при построении диаграмм состояния и изучения сплавов, так как дает возможность определить критические точки, т.е. температуры, при которых в сплавах происходят какие- либо превращения. Выпишите в конспект, что называется критической точкой. Вычертите в конспекте кривую охлаждения чистого железа, укажите на ней критические точки и запишите, какое превращение происходит в каждой критической точке.
Вопросы для самоконтроля
1. Как влияет скорость охлаждения на степень переохлаждения при кристаллизации чистых металлов?
2. Что называется критической точкой?
3. Какие кристаллические решетки имеет железо? При каких температурах изменяется кристаллическая решетка?
Тема 1.3 Диаграммы состояния металлов и сплавов
Студент должен:
знать: классификацию сплавов и основные определения; диаграммы
состояния сплавов; понятие о ликвации; диаграмму состояния Fe-Fe}C (железо-цементит), ее критические точки; классификацию железоуглеродистых сталей и сплавов.
Понятие о сплавах. Классификация и структура металлов и сплавов. Основные равновесные диаграммы состояния двойных сплавов. Физические и механические свойства сплавов в равновесном состоянии.
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей.
Литература: (1) стр. 29...38, 80...91, (2) стр. 51...65, 118...131
Методические указания
Диаграммы состояния показывают состояние сплава данных компонентов при любой концентрации и при любой температуре. Запомните, что диаграммы строят при медленном охлаждении, поэтому структуры на диаграмме соответствуют равновесному состоянию. Разберите критические точки сплавов как температуры фазовых превращений и структуры, образующиеся после каждого превращения.
Разбирая диаграмму состояния сплавов, компоненты которых в твердом состоянии не растворяются друг в друге (свинец - сурьма, олово цинк), нужно прежде всего четко разобрать, что собой представляет эвтектика. Она образует в результате того, что компоненты друг в друге не растворяются, и представляет собой очень тонкую механическую смесь фаз. Так как обе фазы кристаллизуются одновременно, при одной и той же температуре, отдельные кристаллы не успевают вырастило значительных размеров и кристаллы обеих фаз представляют настолько мелкую механическую смесь, что их практически разделить нельзя. Поэтому эвтектика обладает специфическими, только ей присущими свойствами, которые резко отличаются от свойств входящих в нее компонентов. Обратите внимание на то, что температура окончательного затвердевания сплавов, образующих эвтектику, от состава сплавов не зависит, и на диаграмме образования эвтектики характеризуется горизонтальной линий.
Перед изучением диаграммы состояния сплавов, обладающих неограниченной растворимостью как в жидком, так и в твердом состоянии,
Физические, механические и технические свойства сплавов зависят от его структуры. Поэтому нужно обязательно разобрать зависимость между диаграммами состояния сплавов и его свойствами, установленную Н. С. Курнаковым и А.А.Бочваром (диаграммы состав - свойства). Зная эту зависимость, можно на научной основе разрабатывать новые материалы и выбирать способы изготовления изделий из разных сплавов.
Приступать к изучению диаграммы состояния железо - углерод можно только после того, как рассмотрены простые (двойные) диаграммы состояния. Повторите также аллотропические превращения железа. Эта диаграмма должна быть хорошо усвоена, так как иначе невозможно понять сущность и различные виды термической обработки. Нужно как следует разобрать все превращения, протекающие и железоуглеродистых сплавах при медленном охлаждении и получающиеся при этом структуры, особое внимание обращая на превращения в твердом состоянии.
Запомните, что в результате вторичной кристаллизации по линии GS при охлаждении начинается превращение аустенита в феррит в связи с аллотропическим превращением гамма-железа в альфа-железо. Каждая точка линии GS показывает содержание углерода в аустените при данной температуре (согласно правилу отрезков). Критические точки, образующие линии GS, принято обозначать при нагреве AcJ, а при охлаждении Аг3. По линии ES при охлаждении из аустенита начинает выделяться вторичный цементит в связи с уменьшением растворимости углерода в гамма - железе при понижении температуры. Цементит содержит 6,67% углерода, поэтому в остающемся аустените количество углерода уменьшается. Каждая точка линии ES показывает содержание углерода в аустените при данной температуре. Критические точки, образующие линию ES,принято обозначать Am. По линии PSK происходит окончательный распад аустенита на перлит во всех сплавах системы. Из аустенита образуется мелкая механическая смесь - эвтектоид, так как в разновесном состоянии гамма - железо при температуре ниже 727 °С существовать не может, а альфа - железо практически углерод не растворяет (точка Р). Критические точки, при образующие линию PSK при нагреве обозначают АС), а при охлаждении Аг1.
|
И эвтектика, и эвтектоид образуются в том случае, если вещества друг в друге не растворяются твердом состоянии.
Изучая чугунную часть диаграммы, запомните, что ледебурит является характерным признаком белых чугунов. Содержание углерода может быть одинаковым и у белых, и у серых чугунов, отличаются они состоянием углерода. В серых чугунах графит имеет форму пластинок, металлическая основа может быть перлитной или ферритной.
Вопросы для самоконтроля
1. Объясните принцип построения диаграмм состояния.
2. В каких сплавах образуется эвтектика и что она собой представляет?
3. Что называется твердым раствором? Какие твердые растворы могут быть в сплавах?
4. Почему в сплавах с ограниченной растворимостью происходят превращения в твердом состоянии?
5. Какое практическое значение имеют диаграммы состав - свойства?
6. Пользуясь диаграммой железо цементит, постройте кривую охлаждения сплава, содержащего 1,3% углерода, и укажите превращения, протекающие в сплаве при медленном охлаждении из расплавленного состояния до комнатной температуры.
7. Какая сталь называется эвтектоидной, до - и заэвтектоидной?
8. Пользуясь диаграммой железо - цементит, укажите структуру стали, содержащей 0,5% углерода, при 10ОО, 800 и 650 °С.
9. Какая разница между эвтектикой и эвтектоидом? Из каких фаз они состоят е железоуглеродистых сплавах?
Тема 1.4. Формирование структуры деформированных металлов и сплавов
Студент должен:
знать: особенности пластической деформациимоно- и поликристаллов
диаграмму растяжения металлов; явления возврата и рекристаллизации.
Пластическая деформация моно- и поликристаллов. Диаграмма растяжения металлов. Пластическая деформация поликристаллических металлов. Деформирование двухфазных сплавов. Свойства пластически деформированных металлов.
Возврат и рекристаллизация.
Литература: (1) стр. 14... 18, (2) стр. 24...37, 81...86
Методические указания
При изучении каждого метода определения свойств металлов в конспект нужно выписывать его достоинства, недостатки и область применения.
Нужно совершенно точно знать обозначение и единицы измерений различных свойств материалов, установленные ГОСТом.
При изучении испытания на растяжение вычертите в конспекте диаграммы растяжения для пластичных и хрупких материалов и укажите характерные точки на них. Нужно знать, какие характеристики прочности и пластичности определяются при испытании на растяжении. Выпишите в конспект все формулировки (пределов упругости, пропорциональности, физического и условного предела текучести, предела прочности).
Способы определения твердости не требуют изготовления специальных образцов, просты в выполнении и производительны. Выпишите в конспект область применения каждого способа, его достоинства и недостатки. Зная числа твердости по Бринеллю, можно приблизительно определить и прочность материала, так как их единицы одинаковые, а у мягких материалов чем больше твердость, тем больше и прочность. Однако обязательно нужно иметь в виду, что прочность и твердость - это не одно и тоже.
Определение ударной вязкости особенно важно для материалов, которые идут на изготовление деталей, работающих с ударными нагрузками, потому что металлы с одинаковой пластичностью могут иметь разную вязкость. Выпишите в конспект факторы, которые влияют на ударную вязкость, практически не влияя на другие свойства (величина зерна, количество фосфора в стали и др.).
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите характеристики пластичности, прочности и вязкости материалов.
2. Какие характеристики пластичности определяются при испытании на растяжение?
3. Укажите характерные точки на диаграмме растяжения.
4. Что называется твердостью?
Тема 1.5 Термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов
Студент должен:
иметь представление:
о перспективах развития термической и химико-термической обработки материалов; о возможных дефектах материалов при термической и химико- термической обработке материалов;
знать: основные виды и процессы термической и химико-термической
обработки материалов и ставов; влияние термической и химико- термической обработки на структуру и свойства материалов и сплавов; основное оборудование для термической и химико- технической обработки;
уметь: обосновывать выбранный режим термической обработки;
проводить термическую обработку сталей и сплавов.
Определение и классификация основных видов химико-термической обработки металлов и сплавов. Цементация стали. Азотирование стали. Ионное (плазменное) азотирование и цементация. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами.
Лабораторная работа №2
Литература: 1, с. 91... 123, 133... 134: 2 с. 156...227
Методические указания
Современная техника предъявляет всевозрастающие требования к механическим свойствам металлов, которые в значительной степени можно улучшить путем термической и химию - термической обработки. Увеличение прочности деталей во многих случаях разрешает уменьшить их габариты и массу, что дает огромную экономию металла.
Изучение этой темы начните с процессов, протекающих при охлаждении аустенита с различной скоростью. Разберите диаграмму распада аустенита и изотермического распада аустенита при непрерывном охлаждении (С - образные кривые), а также структуры, получающиеся при разной скорости охлаждения аустенита. Запомните, что перлит, сорбит и троостит- это двухфазные структуры, представляющие собой ферритно - цементитную смесь различной степени дисперсности (размельченное), они имеют пластинчатое строение.
При большой скорости охлаждения диффузия углерода не успевает произойти, происходит только аллотропическое превращение железа, поэтому из аустенита получается однофазная структура - мартенсит, который представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в альфа - железе, он имеет игольчатое строение. Запомните, что чем больше скорость охлаждения аустенита, тем тверже получающиеся структуры. Нужно знать, какая температура называется мартенситной точкой. В углеродистых сталях начало мартенситного превращения происходит при температуре около 200°С.
Только после усвоения влияния скорости охлаждения на получающиеся структуры и свойства стали переходите к изучению различных видов термической обработки.
Любая термическая обработка состоит из нагрева до заданной температуры, выдержки и охлаждения с заданной скоростью, поэтому термическую обработку обычно выражают графически в координатах температура — время. В зависимости от температуры нагрева и скорости охлаждения различают следующие основные виды термической обработки: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск. Нужно знать цель и сущность каждого вида термической обработки, практику его проведения, а главное — какую структуру и свойства приобретает сталь в результате проведения каждого вида термической обработки.
Закалка-один из наиболее важных видов термической обработки. При изучении закалки прежде всего отметьте, как выбирается температура нагрева в зависимости от содержания углерода в стали. Нужно знать, что для доэвтектоидной стали всегда дают полную закалку, так как при неполной закалке остаётся феррит, который образует мягкие участки, а для заэвтектоидной стали можно давать неполную закалку, так как остающийся цементит твердость не снижает. Нужно знать охлаждающие среды и требования к ним. Следует иметь в виду, что при чрезмерном увеличении скорости охлаждения получаются большие внутренние напряжения, коробления и могут быть трещины. Поэтому, если мартенсит можно получить при охлаждении в масле, не нужно деталь охлаждать в воде. Запишите, что называется прокаливаемостью стали и как на нее влияет критическая скорость закалки. Разберите основные методы закалки, применяемые на практике, и в каких случаях какой метод целесообразно применять.
В сталях, у которых мартенситная точка лежит ниже 0°С, после закалки может остаться большое количество остаточного аустенита. Для таких сталей, например легированных инструментальных или для постоянных магнитов, для уменьшения количества остаточного аустенита после закалки производят обработку холодом, то есть охлаждение ниже 0°С, разработанную А. Г1. Гуляевым.
В результате закалки в деталях всегда возникают внутренние напряжения в связи с резким охлаждением и фазовыми превращениями. Для уменьшения напряжений, повышения вязкости, иногда для снижения твердости после закалки всегда следует отпуск. Большей частью отпуск является окончательной термической обработкой, которая определяет конечную структуру, а значит, и свойства деталей. Сделайте график зависимости механических свойств стали в зависимости от температуры отпуска. Нужно хорошо знать температуры при различных видах отпуска, какая получается структура после каждого вида отпуска, и для каких деталей обычно применяется низкий, средний и высокий отпуск. Наилучшим сочетанием между прочностью и вязкостью обладает сорбит отпуска, поэтому термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением стали.
Детали, которые должны иметь твердость только на поверхности, подвергаются поверхностной закалке. В результате поверхностной закалки увеличивается также общая прочность деталей, так как увеличивается предел усталости.
При изучении процессов химико—термической обработки нужно обращать внимание на температуру процесса, химический состав стали (особенно на процентное содержание углерода) для данного вида химико - термической обработки и на необходимость термической обработки после того или иного вида химико—термической обработки. Каждый вид химико—термической обработки имеет свою область применения, определенные достоинства и недостатки. Рассматривать их нужно именно с этой точки зрения и выписывать это в конспект.
|
Достоинства азотирования—твердость не снижается при повторных нагревах до 500—600°С и увеличивается сопротивление коррозии в неэлектролитах. Но азотирование процесс очень дорогой непроизводительный, поэтому применять его следует только в тех случаях, когда никакая другая обработка не обеспечивает нужных свойств, например ддя деталей, которые подвергаются истиранию и работают в условиях коррозии, или для деталей, которые подвергаются истиранию и во время работы могут периодически нагреваться до 500—600°С.
При изучении цианирования обратите внимание на свойства цианированного I слоя в зависимости от температуры, при которой производится цианирование, и на область применения низко, средне и высокотемпературного цианирования. Высокотемпературное цианирование обычно производится в газовой среде. Этот процесс называется нитроцементацией.
Нужно иметь представление о диффузионной металлизации хромом, алюминием и другими элементами, понимать принципиальное отличие диффузионного насыщения поверхности металлами от гальванических покрытий, а главное - назначение каждого метода.
Вопросы для самоконтроля
1. Влияние скорости охлаждения на продукты распада аустенита.
2. Какая скорость охлаждения называется критической скоростью закалки?
3. Какая температура называется мартенситной точкой?
4. Какая разница между мартенситной и перлитной точкой?
5. Какое практическое значение имеет термическая обработка для уменыггени размеров и массы деталей машин и механизмов, экономии металла?
6. Чем отличается процесс нормализации от отжига?
7. Как влияет критическая скорость закалки на выбор охлаждающей среды при закалке?
8. Какая структура получается в стали после ступенчатой и после изотермической закалки?
9. Зачем после закалки производится отпуск стали?
10. Перечислите основные виды отпуска.
Раздел 2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МАШИНО- И ПРИБОРОСТРОЕНИИ
Тема 2.1 Конструкционные материалы
Студент должен:
знать: общие требования, предъявляемые к конструкционным
15
материалам; классификацию конструкционных материалов; технические характеристики конструкционных материалов; методы повышения конструктивной прочности; маркировку и область применения сталей; принцип выбора сталей для конкретных условий работы.
Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам. Методы повышения конструктивной прочности материалов и их технические характеристики, критерии прочности, надежности, долговечности, экономической целесообразности и т. д. Классификация конструкционных материалов и их технические характеристики. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей. Углеродистые стали: обыкновенного качества и качественные стали. Легированные стали.
Литература: 1, с. 135...138; 2, с. 131...144, 256...281, 313...348
Методические указания
Разберите маркировку стали по ГОСТу. Выпишите в конспект несколько марок строительной, конструкционной и инструментальной сталей обыкновенного качества, качественной и высококачественной и укажите их состав, свойства и область применения. Нужно знать влияние углерода и основных примесей на свойства углеродистой стали. Запомните, что вредное влияние фосфора проявляется при работе деталей из сталей, сера же главным образом затрудняет горячую обработку давлением, на работу деталей она практически не влияет, так как детали из углеродистых сталей при высоких температурах не работают. Основное внимание обратите на требования, которые предъявляются к конструкционным и инструментальным сталям. Запомните, что в конструкционных сталях содержание углерода не превышает 0,65%, так как при большем содержании углерода детали становятся хрупкими.
В инструментальных сталях, наоборот, содержание углерода должно превышать 0,7 %, так как инструмент в первую очередь должен быть твердым (кроме штампов, деформирующих металл в горячем состоянии).
Добавка к стали небольшого количества (до 1 - 2%) недорогих легирующих элементов (кремния, марганца,-хрома и некоторых других) незначительно удорожает сталь, но разрешает уменьшить размеры, увеличить долговечность и надежность деталей и машин и инструмента, так как у легированных сталей повышенная прочность, что в конечном итоге снижает расход металла и дает экономический эффект.
Разберите классификацию легированных сталей по различным признакам и маркировку. Нужно уметь правильно определить по марке стали ее химический состав и примерное назначение. Выпишите в конспект несколько марок легированных сталей, расшифруйте их состав, укажите назначение.
Изучая конструкционные и инструментальные стали, нужно отчетливо себе представлять цель легирования, преимущества легированных сталей перед углеродистыми. Основная цель легирования конструкционных сталей увеличение их прокаливаемости. Сталь должна обеспечить прокаливаемость в рабочем сечении детали, то есть в том сечении, на которое действуют нагрузки. Обычно чем больше действующие нагрузки и чем больше рабочее сечение детали, тем более легированна сталь. Запишите в конспекте, что, как правило, стали, содержащие до 0,25% углерода подвергаются цементации или нитроцементации с последующей закалкой и низким отпуском. Их так и называют — цементуемые. Они идут на детали, которые работают с ударными нагрузками и подвергаются истиранию. Детали из сталей, содержащих 0,35-0,50% углерода и подвергающиеся действию больших нагрузок, подвергаются улучшению, то есть закалке и высокому отпуску. Называются они улучшаемые. Если такие детали подвергаются так же истиранию, то дается поверхностное упрочнение (чаще всего закалка токами высокой частоты).
Вопросы для самоконтроля
1. Какое содержание углерода может быть в стали теоретически и практически?
2. Какие основные примеси и в каком количестве входят в углеродистые стали?
3. Какая разница в свойствах, при одинаковом содержании углерода, между сталью обыкновенного качества, качественной и высококачественной?
4. Как делится углеродистая сталь по назначению?
5. Почему сера и фосфор считаются вредными примесями?
6. Как влияют легирующие элементы на прокаливаемость стали?
7. Сущность явления отпускной хрупкости в легированных сталях.
8. Почему детали из легированных сталей могут иметь меньшие размеры?
9. Расшифруйте марки сталей 18ХГТ, 37XH3А, 4Х5В2ФС, укажите их термическую обработку и область применения.
10. Выберите марки стали для рессоры, калибра—пробки, штампа, деформирующего металл в горячем