Шпора: Шпоры по материаловедению

Шпора: Шпоры по материаловедению

ВОПРОС 1. Цели и задачи дисциплины. Схема маш. Процесса.

Цель дисциплины – методы изучения св-в мат-ов, сравнение мат., выбор для

различных конструкций.

Выбор мат – пр-во мат – пр-во загот – пр. дет. – сборка узлов – сборка машин-

конт.

Сущ. 3 критерия выбора мат-ов. Этим занимается конструкторское бюро.

Сущ. 3 метода заготовки.

1) Литьё; 2) Обработка давлением; 3) Сварочное пр-во.

Виды пр-ва деталей:

1) Электроиозионные; 2) Лучевая; 3) Ультразвуковая; 4) Аозерная; 5)

Электрохимические.

Тех. Св-ва показ. Отношение мат-ов к различным технол. Про-ва.

1) Литейные св.; 2) Ковкость; 3) Свариваемость; 4) Обр. резанием; 5) др. виды

обработки.

ВОПРОС 2. Основные км, применяемые в машиностроении. Перспективы развития их пр.

Км – это мат применяемые в машиностроении, для пр-ва деталей машин. Они

делятся на металлические и не металлические.

1) сталь – основной км. Мех св-ва – прочность, хор обраб, пластичность,

недорогая, около 800 млн в год в России.

2) чугун – 350-400 млн. в России

3) Алюминий – в виде сплавов. Россия 1 место по пр-ву.

4) Медь – коррозийная стойкость.

5) титановые сплавы – жаростойкие.

Речь идёт о: совершенстве технологий, повышение качества металлов, более

полное использование мет.

ВОПРОС 3. Физические и химические св-ва км.

Физические св-ва: Показыв отношение мат-ов к различным природным

явлениям. Плотность, электропроводность, теплопроводность, термоэлектронная

эмиссия.

Химические св-ва: Показ отношение мат-ов к различным хим процессам –

коррозии, друг к другу, к сферам.

ВОПРОС 4. Механические и технологич св-ва км.

Механические св-ва: показ отношение мат-ов к различным мех воздействиям.

По ним рассчитыв конструкции:

1) Прочность; 2) предел текучести; 3) предел пропорциональности; 4) ударная

вязкость.

Технологические св-ва: показ отношение мет-ов к различным технологиям обработки.

1) Литейные св-ва – как мат-л относится к литью

2) Ковкость 0 отнош-е м-ов к диф-ям под давлением

3) Свариваемость

4) Обработка резанием

5) отношение к физико-хим методам обработки

ВОПРОС 5. Критерии выбора км.

1) Эксплуатационный – учит. В каких усл-ях будет работать данная машина.

Оценивают физ св-ва, хим св-ва, мех св-ва.

2) Технологический – технологичность, как они будут обрабатываться;

3) Экономический – медные сплавы в 8 раз дороже стали, Ni – 25 раз, титан –

80 раз, родий – 45000 раз.

ВОПРОС 6. Кр. строение мет и сплав.

Все металлы кр тела, состоящие из кр-ов. В каждом отд кр атомы имеют строгое

положение и обр пространственную решётку

Для мет. хар 3 вида решёток:

1) Объёмно-центрированно кубическая (Fe, W, молибден).

2) Гране-центрированно кубическая (Al, Pb, Ni, Au, Ag, Pl).

3) Гексогонально плотноупакованная (кобальт, кадмий).

Св-ва металлов зависят от типа решёток.

Параметры решёток:

1) Период решётки – расстояние между атомами в узлах.

2) Координационное число – кол-во атомов, нах на наим расст от взятого тела.

3) Базис – кол-во атомов приходящ на 1я.

Чем больше 2 и 3 тем больше атомов нах в ячейке и это плотноупак реш.

Металлы с ОЦК и ГЦК более Тв.

ВОПРОС 7. Реальное строение металлов. Основные деф стр и их влияние на св-ва.

Все дефекты делятся на 3 гр.

1) Точечные; 2) Линейные; 3) Плоскостные.

ВОПРОС 8. Способы исслед строения и св-в км.

1) Макроанализ – пр-я на изломах и на макротрещинах; 2) микроанализ – анализ

м-ов с пом-ю микроскопов. Имеется шкала сколько мы видим включений и какая

бальность, чем больше вкл, тем больше баллов;

3) Электронная микроскопия – исследование тонкой стружки с помощью Эл

микроскопа;

4) Рентгеноскопия – лучи попадают на металл, отр-я на пл-ть и улавливаются

приборами..

Исследование св-в:

1) Испытание на растяжение и сжатие;

2) Определение Тв.

3) Определение вязкости.

ВОПРОС 11. Железо-углеродистые сплавы (стали и чугуны). Компоненты,

структурные составляющие.

Fe-Fe3C

Эти сплавы наз-я «чёрными металлами» и представляют собой стали и чугуны.

Сталь – сплав железа с углеродом 0-2,14%. Исходные компоненты Fe-Fe3C.

1) Железо – металл, при комнатной т имеет решётку ОЦК, плотность 7,8гр.

Тпл=1539, имеет полиморфные превращения.

2) Углерод – не металл, плотность 3,5гр, Тпл=3500, в природе в виде: графит,

уголь, алмаз.

Может обр сл виды сплавов:

1) Тв раствор;

2) Хим соединения;

3) Может быть в виде отд фаз;

4) Входит в состав мех смесей.

СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ:

1) Феррит – Тв раствор внедрения углерода в железе альфа. Макс раствор 0,02%-

при 727гр. Очень мягкий НВ=80.

2) Аустенит – ТВ. Раствор внедрения углерода в железе гамма, с огр раствор

2,14 при 1147гр., 0,8 при 727гр, НВ=160-180.

3) Цементит – хим. Соединение железа и углерода, НВ=800. может быть

первичный, вторичный, третичный

4) Ледебурит – мех смесь мелкодисперсная 500НВ.

5) Перлит – мех смесь феррита и цементита втор, углерода 08, при 727гр,

перлит эвтектоид, НВ=200.

ВОПРОС 13. Классификация сталей по структуре и назначению.

По структуре:

1) доэвтектоидные (углерод 0-0,8) в этой структуре наход. Феррит и перлит. Чем

< С, тем >перлита, сталь прочнее.

2) эвтектоидные (С=0,8). У них в структуре один перлит, стали прочные.

3) заявтектоидные (С 0,8-2,14). У них в структуре нах П и Ц втор, стали очень

твёрдые, менее вязки и пластичны.

По назначению:

1) строительные (С 0,8-2,14) эти стали достаточно прочные, хорошо

прокатываются, свариваются.

2) Машиностроительные (С 0,3-0,8). У них больше перлита, поэтому они более

ТВ, чем строительные, хотя сокр вязкость и пластичность.

3) Инструментальные (С от 0,7-1,3). Это высокоуглер стали, очень ТВ., не

пластичные.

4) Литейные стали – сплавы идут на стальные отливки. С=0,035.

малоуглеродистые стали.

ВОПРОС 14. Классификация сталей по способу про-ва и качеству.

По способу пр-ва:

1) Кислый способ;

2) Основной способ – нераскислённая сталь кп, спокойная СП, если после марки

нет букв, то это спокойная сталь, если не полностью раскислённая, то пс.

По качеству:

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали

подразделяют на:

Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07%

фосфора. Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3

группы:

1. сталь группы А поставляется потребителям по механическим

свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

2. сталь группы Б - по химическому составу;

3. сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами

и химическим составом.

1. Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

2.Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.

3. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

ВОПРОС 15. Классификация чугунов по структуре и виду нахождения углерода.

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода.

Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В

зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:

Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в

виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью

находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные

свойства сплава, чугуны подразделяют на:

1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;

2) высокопрочные - шаровидный графит;

3) ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами,

соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв

при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ"

(ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ

1215-85).

СЧ10 - серый чугун с пределомпрочности при растяжении 100 МПа;

ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;

КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного

чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим

образом: АЧ - антифрикционный чугун:

С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер

сплава согласно ГОСТу 1585-79.

ВОПРОС 16. Легированные стали. Легирующие элементы. Маркировка л/с.

Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном

машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном

машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других

видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных

металлоконструкций.

Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не

превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к

легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).

Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали,

а в машиностроении - легированные стали.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные

цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в

сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент.

Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к

высококачественным, на что указывает в конце марки буква ІАІ.

Строительные низколегированные стали

Низко легированными называют стали, содержащие не более 0.22% С и

сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: до 1.8%

Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и другие.

К этим сталям относятся стали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП

и многие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют в

строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без

дополнительной термической обработки. Низколегированные низкоуглеродистые

стали хорошо свариваются.

Для изготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС (s0.2=360МПа,

sв=520МПа).

Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют

низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в

сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую

прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.

Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий

простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по

сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при

некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в

цементируемом слое.

ВОПРОС 17. Виды и краткая хар-ка ТО сталей.

Отжиг сталей. Существует несколько разновидностей отжига, из них для

кон­струкционных сталей наибольшее при­менение находит

перекристаллиза­ционный отжиг, а для инструмен­тальных сталей -

сфероидизирующий отжиг.

Характерный структурный дефект стальных отливок - крупнозернистость.

При ускоренном охлаждении крупно­зернистого аустенита создаются усло­вия для

образования видманштеттовой структуры. При ее образовании выполняется

принцип размерного и струк­турного соответствия, в результате чего кристаллы

доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относи­тельно кристаллической

решетки аустенита и имеют форму пластин.

Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному

отжигу, чаще всего подвергают кон­струкционные стали после горячей

обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от от­жига в

основном условиями охлажде­ния; после нагрева до температуры на 50-70 °С выше

температуры Ас3 сталь охлаждают на спокойном воздухе.

Нормализация - более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как

меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того, норма­лизация,

обеспечивая полную перекри­сталлизацию структуры, приводит к по­лучению более

высокой прочности ста­ли, так как при ускорении охлаждения распад аустенита

происходит при более низких температурах.

После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после

отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные

структурные отличия. При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации,

доэвтектоидный феррит при прохождении температурно­го интервала Аr3 – Аr1

выделяется на границах зерен аустенита; поэтому кри­сталлы феррита образуют

сплошные или разорванные оболочки вокруг зерен аустенита — ферритную сетку.

Закалка сталей. В большинстве слу­чаев при закалке желательно получить

структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске

которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной

твердости структуры, полу­ченные

В зависимости от температуры нагре­ва закалку называют полной и непол­ной.

При полной закалке сталь перево­дят в однофазное аустенитное состоя­ние, т.

е. нагревают выше критических температур.

Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом

оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + (30— 50

С). Такая температура обеспечивает получе­ние при нагреве мелкозернистого

аусте­нита и, соответственно, после охлаж­дения - мелкокристаллического

мартен­сита. Недогрев до температуры Ас3, приводит к сохранению в структуре

кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочно­сти

обеспечивает повышенную пластич­ность закаленной стали. /

Заэвтектоидные стали подвергают не­полной закалке. Оптимальная темпера­тура

нагрева углеродистых и низколеги­рованных сталей- температура Ас1 + (30-50°С).

После закалки заэвтсктоидная сталь приобретает структуру, состоящую из

мартенсита и цементита

Отпуск закаленных сталей. Нагрев за­каленных сталей до температур, не

пре­вышающих А1, называют отпуском.

В результате закалки чаще всего по­лучают структуру мартенсита с неко­торым

количеством остаточного аусте­нита, иногда-структуру сорбита, тростита или

бейнита. Рассмотрим измене­ния структуры мартенситно-аустенитной стали при

При отпуске происходит несколько процессов. Основной — распад

мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того,

распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превра­щение и

коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристалли­ческого строения

-твердого раствора и остаточные напряжения.

Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три пре­вращения в

зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и

карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита — его

увеличение.

ВОПРОС 18. Химико-термическая обработка сталей.

Это обработка, связанная с нагревом и одновременно насыщением пов-ти др

элементами, т.е. нагрев идёт в специальных средах и элемент этих сред

вкрапываются в металл. Т.е. в основе ХТО лежит диффузионные процессы.

Диффузия идёт тем полнее, чем выше темп на пов-ти сред, чем больше

концентрация диф-го элемента, чем больше длительность пр-са, чем больше

давление. Обычно длительность пр-ва достигает нескольких часов Т=600-1000.

глубина слоя нанос-го э-та 0,1мм. Диф Эл-та могут обр-ть твёрдые р-ры,

корбиды, нитриды, бориды.

1) Цементация – насыщение углеродом. Чем>С, тем твердее и прочнее

сталь. Цем-я позволяет осущить в дальнейшем пов-ую закалку, производиться при

920-950гр. Газовая цементация в среде, сод-й окиси углерода в прир газе.

Глубина цем-го слоя 1,2мм. Выдерживается 10-12ч.

2) Азотирование – насыщение азотом. Азот, диф-я в сталь, даёт нитриды

железа, а они износостойкие, твёрдые, корозийностойкие. В среде азотсодержащей

слой 0,3-0,5мм.

3) Нитроцементация – насыщение углеродом и азотом, при 840-860гр.

4) Оксидирование – насыщение кислородом. Обр-я мелкодисперсные оксиды 600гр

толщина до 1мм. Повышается коррозийная стойкость, износостойкость.

5) Барирование – насыщение бором. Даёт бариды – это очень ТВ. И износостойкие

в-ва, поэтому барируются металлические коеструкции.

6) Алитирование – насыщение алюминием, 800гр. Идёт нас-е ал, повыш

жаростойкость, ковкость, корозостойкость.

ВОПРОС 19. Способы защиты металлов и сплавов от коррозии.

1) Покрытие поверхности лаком, краской, эмалью. Изолирование металла от

внешней среды.

2) создание сплавов с антикоррозийными св-ми. Введением в состав стали до 12%

хрома – нержавейка.

3) Протекторная защита и электрозащита. Сущность такой защиты в том, что

конструкцию соединяют с протектором – более активным металлом, чем исходный.

4) Изменение состава среды – замедление коррозии вводят в электролит.

ВОПРОС 20. Медные и алюминиевые сплавы, их хар-ка, маркировка, области

Медь и её сплавы.

Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной

стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой

теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78):

После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к - катодная, б –

бес кислородная, р - раскисленная. Медь огневого рафинирования не

обозначается.

МООк - технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и

серебра.

МЗ - технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее

99,5%меди и серебра.

Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни. Бронзы- это сплавы меди с оловом

(4 - 33% Sn хотя бывают без оловянные бронзы), свинцом (до 30% Pb), алюминием

(5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой и фосфором.

Алюминий и его сплавы.

Алюминий - легкий металл, обладающий высокими тепло- и

электропроводностью, стойкий к коррозии. В зависимости от степени частоты

первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой

(А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.). Алюминий маркируют

буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква "Е"

обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния.

А999 - алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al;

А5 - алюминий технической чистоты в котором 99,5% алюминия. Алюминиевые

сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не

упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой,

штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. К деформируемым алюминиевым

сплавам не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и AL-

Mg:Aмц; АмцС; Амг1; АМг4,5; Амг6. Аббревиатура включает в себя начальные

буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание

легирующего элемента в процентах. К деформируемым алюминиевым сплавам,

упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с

добавками некоторых элементов (дуралюны, ковочные сплавы), а также

высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим.состава. Дуралюмины

маркируются буквой "Д" и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4,

АК8.