Сталь. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей. Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на структуру, свойства и превращения в сталях.
Чугуны. Свойства и назначение чугунов. Влияние примесей и скорости охлаждения на структуру серого чугуна. Белый, ковкий чугун и высокопрочный чугуны. Маркировка чугунов.
Контрольные вопросы
1. Что такое сталь и чугун?
2. Что такое феррит, аустенит, перлит, цементит и ледебурит?
3. Каковы структура и свойства технического железа, стали и белого чугуна?
4. В каких условиях выделяется первичный, вторичный и третичный цементит?
5. В чем отличие серого чугуна от белого?
6. Какова структура серого и высокопрочного чугуна?
7. Строение, свойства и назначение ковкого чугуна.
1.5. Термическая обработка стали
Превращения в стали при нагреве. Перегрев и пережог.
Превращения переохлажденного аустенита. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита. Перлитное превращение. Мартенситное превращение и его особенности. Строение и свойства мартенсита.. Превращения при нагреве закаленной стали.
Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.
Контрольные вопросы
1. Как образуется аустенит при нагреве стали?
2. Что такое перегрев и пережог стали?
3. В чем различие между перлитом, сорбитом и трооститом?
4. Что такое мартенсит, в чем сущность и особенности мартенситного превращения?
5. Что такое критическая скорость закалки?
6. В чем сущность превращений, происходящих при отпуске?
7. Приведите определения основных процессов термической обработки: отжига, нормализации, закалки и отпуска.
8. Как влияет температура отпуска на основные свойства стали?
1.6. Химико-термическая обработка стали
Физические основы химико-термической обработки.
Назначение цементации. Свойства цементованного слоя. Азотирование стали. Стали для азотирования. Области применения азотирования. Диффузионная металлизация.
Контрольные вопросы
1. В чем заключаются физические основы химико-термической обработки?
2. Назначение цементации и ее режим.
3. Каковы свойства цементированных и азотированных изделий?
4. Чем вызвано повышение твердости азотированной поверхности?
5. Какие стали используют для цементации и азотирования?
1.7. Конструкционные и инструментальные стали
Общие требования по выбору материалов.
Классификация и маркировка конструкционных сталей
Классификация и маркировка инструментальных сталей.
Контрольные вопросы
1. Укажите химический состав сталей марок: 40, 20Х, 30ХГСА, 18Х2Н4ВА, А20, 16Г2АФ, Г13, 60Г, 50ХФА, ШХ15, 9ХС, 5ХНМ, Р6М5.
2. Каковы общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам?
3. На какие группы делятся конструкционные стали?
4. Приведите примеры углеродистых и легированных сталей, используемых для режущего инструмента.
1.9. Цветные металлы и сплавы
Медь и ее свойства. Применение меди. Медные сплавы. Латуни, их свойства, маркировка и применение. Бронзы. Состав и свойства бронз. Маркировка и область применения.
Алюминий и его сплавы. Применение алюминия. Алюминиевые сплавы. Деформируемые алюминиевые сплавы. Термическая обработка алюминиевых сплавов. Дуралюмин. Литейные алюминиевые сплавы.
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются медные сплавы?
2. Какие сплавы относятся к латуням?
3. Какие сплавы относятся к бронзам? Их маркировка и состав?
4. Укажите строение, свойства и назначение различных бронз.
5. Свойства и применение алюминия.
6. Как классифицируются алюминиевые сплавы?
7. Какие цветные сплавы упрочняются путем термической обработки?
8. В чем сущность процесса старения?
Раздел II. Неметаллические материалы
2.1. Полимерные материалы
Классификация полимерных материалов. Свойства и области применения полимерных материалов. Пластические массы и их состав. Резина и ее состав.
Контрольные вопросы
1. Что лежит в основе классификации полимеров?
2. Что такое пластмасса?
3. Для чего вводят в пластмассы отвердители?
4. Приведите примеры пластмасс
5. Укажите область применения пластмасс.
6. В чем преимущества пластмасс по сравнению с металлическими материалами? Каковы их недостатки?
2.2. Неорганические материалы
Керамика. Классификация. Виды конструкционной керамики.
Неорганические стекла. Строение, получение и свойства стекол.
Контрольные вопросы
1. Особенности технической керамики как конструкционного материала.
2. Области применения керамики.
3. Какие материалы относятся к минеральным стеклам, каково их строение?
Раздел III. Композиционные материалы
Цель создания композиционных материалов. Понятие композиционного материала. Матрица и наполнитель (армирующий компонент). Свойства композиционных материалов.
Контрольные вопросы
1. Особенности композитов и их отличие от сплавов и других материалов.
2. Области применения композитов.
3. Свойства композиционных материалов?
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Технология конструкционных материалов рассматривает способы производства таких материалов, а также заготовок и деталей из них.
Раздел I. Металлургическое производство
Для производства черных металлов и сплавов используют промышленные руды, флюсы, топливо и огнеупорные материалы. Прочитайте о железных рудах, применяемых при выплавке чугуна; о материалах, используемых в качестве флюсов при производстве чугуна и стали; о топливе (кокс, мазут, природный газ).
Изучите устройство доменной печи и принцип ее работы, уясните реакции горения топлива, процессы восстановления железа, кремния, марганца, фосфора и серы из оксидов и других соединений, процессы образования чугуна и шлака и выпуска их из доменной печи.
Уясните, что сущностью процесса производства стали является снижение содержания углерода и примесей, имеющихся в передельном чугуне, и перевод их в шлаки и газы в процессе плавки. Ознакомьтесь с устройством и принципом работы мартеновских печей, современных кислородных конвертеров, электрических печей.
1.1. Структура металлургического производства и его продукция. Исходные материалы для производства металлов и сплавов.
1.2. Производство чугуна. Исходные материалы доменного производства и их подготовка к плавке. Основные физико-химические процессы получения чугуна в современных доменных печах. Продукция доменного производства.
1.3. Производство стали. Исходные материалы для выплавки стали. Основные физико-химические процессы получения стали. Производство стали в мартеновских печах, кислородных конвертерах, электропечах. Способы разливки стали. Сравнительная оценка способов выплавки и качества стали.
Раздел II. Литейное производство
Продукция литейного производства – заготовки деталей, называемые отливками. Отливки получают, заливая расплавленный металл в литейную форму, рабочая полость которой имеет очертания будущей отливки. После затвердевания и охлаждения отливку извлекают из формы. При этом разовую литейную форму разрушают, а форму многократного использования разбирают на части для повторного применения.
Качество отливок во многом определяется литейными свойствами сплавов: жидкотекучестью, усадкой, склонность к трещинообразованию, газопоглощению и ликвации. Изучите основные литейные свойства сплавов. Уясните, к каким дефектам приводят низкие литейные свойства. Какие меры применяют для предупреждения образования этих дефектов?
Наиболее распространенным и наименее точным является способ литья в песчано-глинистые формы. Изучите способы изготовления форм вручную и методы машинной формовки. Обратите внимание на изготовление литейных стержней.
Отливки с высокой точностью геометрических размеров и качеством поверхности получают специальными методами литья. Рассмотрите схемы изготовления отливок в оболочковых формах, по выплавляемым моделям, литьем в кокиль, под давлением и центробежным литьем.
2.1. Общая характеристика литейного производства. Физические основы производства отливок. Литейные свойства сплавов.
2.2. Изготовление отливок в песчано-глинистых формах. Формовочные и стержневые смеси. Литниковые системы. Способы изготовления литейных форм и стержней.
2.3. Изготовление отливок специальными способами литья. Изготовление отливок в оболочковых формах, литьем по выплавляемым моделям, в кокилях, литьем под давлением, центробежным литьем. непрерывным литьем.
Раздел III. Обработка металлов давлением
Обработка давлением основана на способности металлов пластически деформироваться под действием внешних сил. Рассмотрите механизм пластической деформации металлов. Уясните, что в зависимости от температуры, при которой происходит процесс деформирования, различают деформацию холодную и горячую. При холодной деформации происходит наклеп (упрочнение), а при горячей – рекристаллизация и разупрочнение. Нагрев металла перед обработкой давлением приводит к повышению пластичности и уменьшению сопротивления деформированию.
Изучите процессы получения машиностроительных профилей: прокатку, прессование, волочение. Инструмент для прокатки – гладкие и калиброванные валки, оборудование – прокатные станы, которые классифицируются по количеству валков, по расположению рабочих клетей и по назначению. Прессование выполняют с помощью инструмента – матрицы на специализированных гидравлических прессах. Волочение осуществляют, протягивая заготовку сквозь сужающееся отверстие в инструменте – волоку.