МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания по выполнению контрольных работ

по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

для студентов направления 131000.62 «Нефтегазовое дело»,

заочной формы обучения

\\

Составитель Г.Ф. Бабюк

Тюмень

ТюмГНГУ

Утверждено на заседании кафедры "Общетехнических дисциплин"

протокол №2 от 1 ноября 2013г.

Составитель Г.Ф. Бабюк

\\

© Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный

нефтегазовый университет", 2013 г.

Содержание

Введение.....................................................................................................
1. Цели и задачи дисциплины.......................................................................
2. Место дисциплины в структуре ООП......................................................
3. Требования к результатам освоения дисциплины..................................
3.1.Результаты освоения дисциплины.....................................................
4. Особенности изучения дисциплины........................................................
5.Тематика и требования к контрольным работам
6. Методические указания для изучения материала.................................
6.1. Материаловедение..............................................................................
6.1.1. Строение и свойства металлов.......................................................
6.1.2. Пластическая деформация. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла....................................
6.1.3. Железо и его сплавы........................................................................
6.1.4. Основы термической и химико-термической обработки стали..
6.1.5. Стали и сплавы специального назначения....................................
6.1.5.1. Примерная схема (последовательность) выбора материалов для изделий различного назначения...........................................
6.1.6. Цветные металлы и сплавы.............................................................
6.1.7. Неметаллические материалы и композиционные материалы.....
6.2. Технология конструкционных материалов......................................
6.2.1. Основы металлургического производства....................................
6.2.2. Технология литейного производства.............................................
6.2.3. Технология обработки металлов давлением.................................
6.2.4. Технология сварочного производства...........................................
6.2.4.1. Ручная дуговая сварка..................................................................
6.2.5. Электрофизические и электрохимические методы Обработки.........................................................................................
6.2.6. Изготовление деталей из порошковых, неметаллических и композиционных материалов.......................
7. Примеры решения типовых задач............................................
8. Задания для контрольных работ №1 «Материаловедение»...................
9. Задания для контрольных работ №2 «ТКМ»..........................................
Перечень рекомендуемой литературы...................................................
Перечень рекомендуемых ГОСТов.......................................................
Приложение .............................................................................................



Введение

1. Цели и задачи дисциплины:

Учебная дисциплина «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» изучает методы получения материалов, устанавливает закономерности зависимостей свойств материалов от химического состава, структуры, способов обработки и условий эксплуатации, и изучает технологические процессы машиностроительного производства изготовления из материалов заготовок, деталей и изделий.

Цель:

· изучение природы и свойств машиностроительных конструкционных материалов;

· методов изменения этих свойств с целью улучшения эксплуатационных характеристик изделий, используемых в технике;

· изучение современных и новых способов получения, обработки и переработки металлических и неметаллических материалов.

Задачи:

· вскрыть физическую сущность явлений, происходящих в МКМ при воздействии на них многочисленных технологических и эксплуатационных факторов;

· установить зависимость между составом, строением и основными свойствами материалов;

· изучить теорию и практику производства и технологической переработки МКМ, обеспечивающих высокую надежность и долговечность конструкций;

· изучить основные процессы и методы горячей и холодной обработки конструкционных материалов.



· выработать навыки выбора машиностроительных конструкционных материалов с учетом конкретных условий работы машин и агрегатов.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина «Материаловедение и ТКМ» относится к профессиональному циклу дисциплин базовой части.

Для полного усвоения данной дисциплины студенты должны знать следующие разделы ФГОС: математика, физика, химия, начертательная геометрия.

Знания по дисциплине «Материаловедение» необходимы студентам данного направления для усвоения знаний по следующим дисциплинам: электротехника, метрология, квалиметрия и стандартизация, основы технологии машиностроения, коррозия и защита от коррозии, прочностная надежность нефтегазового оборудования, трубопроводостроительные материалы, технологическая надежность газонефтепроводов.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

Методические указания для изучения материала

Материаловедение

Железо и его сплавы

Наибольшее применение в промышленности имеют сплавы железа с углеродом – стали и чугуны. Углерод оказывает решающее влияние на формирование структуры сплава.

Диаграмма состояния «Железо-цементит». На диаграмме Fe – Fe3C (см. приложение рис. 1) показаны характерные точки и линии. Линия АВСД (линия ликвидус) показывает температуру начала кристаллизации из жидкого сплава кристаллов твердой фазы. Линия АНJЕF (линия солидус) является температурной границей, ниже которой сплавы находятся только в твёрдом состоянии.

Выше линииАВСД все сплавы находятся в жидком состоянии и число степеней свободы С=К–Ф+1=2–1+1=2. Это значит, что сплавы можно нагревать и охлаждать, менять их концентрацию и они остаются жидкими в состоянии равновесия. Между линиямиАВС и АНJЕС и линиямиСDи CF сплавы двухфазны, состоят из твердой фазы и жидкости, и при этом число степеней свободы равно С = 2 - 2 + 1 = 1. Из вышеуказанного следует, что система в данных областях располагает одной степенью свободы и для сохранения ее равновесия можно менять лишь один фактор равновесия - либо температуру, либо концентрацию. Две фазы и одна степень свободы имеются также во всех других областях диаграммы, кроме аустенитной, где между линиямиNJЕ и GSE система однофазна и располагает двумя степенями свободы С = 2 - 1 + 1 = 2. На горизонтальных линияхECF и PSK система трехфазна и число степеней свободы С=2-3+1=0. На линииECF при охлаждении образуется ледебурит, на линии PSK - перлит. Нулевая степень свободы на этих линиях обуславливает строго постоянные температуры при образовании ледебурита (1147 °С) и перлита (727 °С). Из таблицы 3 видно, что две фазы и одну степень свободы имеют все кривые линии и точкиA,D, G, Q; три фазы и нулевую степень свободы - точкиP, S, E, C; в точках К и F фазовых превращений нет.

Построения кривых охлаждения (нагрева) для железоуглеродистых сплавов с применением правила фаз. Научитесь пользоваться правилом фаз и отрезков и устанавливать фазовый состав сплава.

По диаграмме железо-цементит можно построить кривые охлаждения (нагревания). Для этого точки пересечения вертикали с линиями диаграммы, обозначающий сплав определенной концентрации, переносят на систему координат температура-время и строят кривую нагревания или охлаждения этого сплава. При построении кривой кристаллизации сплава руководствуются значениями вариантности системы в каждом из температурных интервалов. При этом интервалы с нулем степеней свободы изображаются в виде горизонтального отрезка, интервалы с одной или двумя степенями свободы – в виде наклонной линии. Причем линия, соответствующая интервалу с двумя степенями свободы, вычерчивается круче, чем с одной степенью свободы. Масштаб по горизонтали произвольный. Точки пересечения с кривыми линиями диаграммы соответствуют перегибам на кривых охлаждения и нагревания, а точки пересечения с горизонтальными линиями соответствуют площадкам на тех же кривых.

Химический состав фаз любого сплава системы можно определить с помощью каноды, а их количество - по правилу рычага.

При отыскании концентрации углерода в фазах в температурных интервалах, соответствующих двухфазным областям, следует применить правило отрезков: «Чтобы определить концентрацию компонентов в фазовых составляющих сплава, нужно через заданную точку двухфазной области провести коноду. Конодой называется горизонтальный отрезок, проведенный в двухфазной области диаграммы состояния и опирающийся своими концами на фазовые границы).

В настоящее время в промышленности используется более 1500 марок сталей. Необходимо изучить классификацию углеродистых сталей по структуре, качеству и степени раскисления. По химическому составу стали, подразделяются на углеродистые и легированные. А любой стали, присутствуют постоянные (Si, Mn, S, P) и скрытые (О2, N2, Н2) примеси. По содержанию углерода стали, бывают доэвтектоидные (С<0,8%) структура «перлит + феррит», эвтектоидные (С~0,8%) структура «перлит », и заэвтектоидные (0,8< С £2,14%) структура «перлит + цемент». В зависимости от степени раскисления расплава Si, Mn и Аl стали, имеют различную степень загрязнения и называются спокойными (С.П.), полуспокойными (П.С.) и кипящими (К.П.). Наличие в стали серы и фосфора является основным критерием оценки её качества.

В соответствии с ГОСТ 380 – 88 сталь углеродистую обыкновенного качества выпускают в виде проката (листов, прутков, и т.п.) в нормализованном состоянии и в зависимости от состава и свойств поставляют по группам А, Б, В. Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б или В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Степень раскисления обозначают добавлением индексов: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс», кипящих – «кп».

Стали группы А поставляют с гарантированными механическими свойствами. Химический состав не гарантируется. Стали группы А используются в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом.

Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом. Механические свойства не гарантируются. Стали этой группы предназначены для изделий, изготовляемых с применением горячей обработки (ковки, сварки и в некоторых случаях термической обработки), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких сталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режимов горячей обработки.

Стали группы В поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Их широко применяют для изготовления сварных конструкций. Механические свойства каждой марки стали группы В соответствуют нормам для аналогичных марок стали группы А, а химический состав – нормам для тех же номеров марок группы Б. Например, сталь ВСт4сп имеет механические свойства, аналогичные стали Ст4сп, а химический состав – одинаковый со сталью БСт4сп.

Низкоуглеродистые стали номеров 1 – 4 применяют для строительных конструкций, изготавливаемых сваркой и холодной деформацией. Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большей прочностью, предназначаются для изготовления валов, шкивов, шестерен и других деталей машин.

Углеродистые качественные стали поставляются в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Маркируются двузначными цифрами 05, 10, 15, 20, …, 60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050 – 88). Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10 % С, сталь 45 – 0,45 % С и т.п. Качественные стали находят многостороннее применение в машиностроении и приборостроении, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки они обладают широким диапазоном механических и технологических свойств.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435 – 86) поставляют после отжига на зернистый перлит с гарантией на химический состав и твердость. Их производят качественными У7, У8, У9, … , У13 и высококачественными У7А, У8А, У9А, …, У13А. Буква «У» в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Инструмент из углеродистых сталей теряет твердость при нагреве свыше 250 0С. В связи с этим он пригоден для обработки сравнительно мягких материалов и при небольших скоростях резания или деформирования

Классификация и маркировка чугунов. Свойства, назначение и способы получения белых, серых ковких и высокопрочных чугунов. Серые чугуны по ГОСТ 1412 – 85 маркируются так: СЧ25, где СЧ – серый чугун, 25 – предел прочности при растяжении σв (250 МПа). Ковкие (ГОСТ 1215 – 86) и высокопрочные чугуны ГОСТ (7293 – 85) маркируются иначе: КЧ45 – 7 или ВЧ60, где КЧ – ковкий, а ВЧ – высокопрочный чугун, 45 или 60 – предел прочности при растяжении σв (450 или 600 МПа), 7 – относительное удлинение δ, %.

Обработки стали

Термическая обработка производится путем теплового воздействия на сталь с целью изменения ее структуру и свойств. При нагреве до заданной температуры, выдержке и последующем охлаждении с определенной скоростью в стали происходят изменения, которые обуславливают те или другие ее свойства. Надо внимательно изучить превращения в стали при нагреве и охлаждении, стадии этих превращений. Важное значение имеет условие изотермического превращения аустенита, а также превращений, протекающих при непрерывном охлаждении стали с различными скоростями, с образованием ряда характерных структур (перлита, сорбита, троостита, мартенсита).

При многих видах термической обработки сталь нагревают до температур соответствующих существованию аустенита. Образование аустенита при нагреве является диффузионным процессом. При температуре 7270С перлит превращается в аустенит.

При невысоких температурах нагрева зерна аустенита мелкие. В результате повышения температуры зерно аустенита растёт. Однако склонность к росту зерна неодинакова у сталей, поэтому различают стали наследственно мелкозернистые и крупнозернистые. Продолжительный нагрев стали при температурах, значительно превышающих точки Ас3 или Асm приводит к образованию крупного зерна. Такое состояние называют, перегревом стали. Нагрев еще при более высоких температурах в окислительной среде вызывает пережог стали, который сопровождается образованием окислов железа по границам зерен. Пережог – неисправимый дефект стали. Величина зерна влияет на ударную вязкость и порог хладноломкости. Определение размера зерна проводится в соответствии с ГОСТ 5639-65.

Основными видами термической обработки являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг заключается в нагреве стали выше критической точки, выдержке и последующим медленным охлаждением. В результате отжига получают структуру перлит с ферритом или цементитом, и сталь приобретает высокую пластичность и низкую твёрдость. Различают следующие виды отжига: неполный, полный, изотермический, диффузионный и рекристализационный.

Нормализация стали это процесс нагрева выше критической точки Ас3 (Асm) с последующим охлаждением на воздухе. Получаемая структура – мелкопластинчатая перлитного класса (перлит, сорбит, троостит).

Закалкой называют нагрев стали выше точка Ас3 или Ас1 и последующее быстрое охлаждение (со скоростью выше критической). При охлаждении сталь приобретает структуру мартенсит и обладает высокой твёрдостью, прочностью и износостойкостью. Закалка не является окончательным видом термической обработки. В зависимости от температуры нагрева закалка бывает полной и неполной. По условию охлаждения закалку подразделяют на непрерывную, прерывистую, ступенчатую и изотермическую. Чтобы уменьшить напряжения, вызванные закалкой, и получить нужные механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Под отпуском понимают нагрев закалённой на мартенсит стали до температуры ниже точки Ас1 (<7270С) с последующим охлаждением. В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяется на низкий (150 – 250оС), средний (300-450оС) и высокий (500-700оС). С увеличением температуры отпуска повышаются пластические свойства и снижается прочность стали.

Для грамотного назначения параметров термической обработки (температура и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения),с целью получения требуемых свойств стали, необходимо пользоваться диаграммами изотермического и термокинетического распада аустенита.

В результате закалки сталей с содержанием углерода более 0.6 % углерода, в структуре, наряду с мартенситом сохраняется и остаточный аустенит и наличие которого снижает твердость и прочность изделия. Для превращения остаточного аустенита в мартенсит сталь необходимо переохладить до более низких температур. Эту задачу выполняет процесс обработки стали холодом.

Для упрочнения длинномерных изделий в промышленности применяют термомеханическую обработку, заключающуюся в сочетании горячей пластической деформации и термической обработки.

Отливки из чугуна подвергают отжигу, нормализации, закалке с отпуском в зависимости от требований, предъявляемых к ним по структуре и твердости.

При изучении основ химико-термической обработки следует исходить из того, что процесс данного вида обработки состоит из выделения атомов насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. В большинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред. Поэтому нужно знать, наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химико-термической обработки и конечные результаты.

Примерная схема (последовательность) выбора материалов для изделий различного назначения.

1. Назначение изделия

Начинать нужно именно с назначения изделия (указывается в задании), поскольку оно сразу определяет тип материала. Все изучаемые в данном курсе материалы можно разделить по назначению на два основных типа – конструкционные, применяемые для широкого круга деталей машин, приборов, различного оборудования, и инструментальные. Инструментальными являются стали, классифицируемые по назначению инструмента, и твердые сплавы. Все остальные материалы можно считать конструкционными – это чугуны, стали (они также подразделяются на группы по назначению деталей) и сплавы цветных металлов.

Если в задании конкретизируется вид изделия, то это прямое указание на определенную группу сталей. Например, очевидно, что для фрез, метчиков, сверл нужно использовать стали для режущего инструмента, а для пружин – рессорно-пружинные стали.

Если требуется выбор материала для изделий «специфического назначения» (например, постоянных магнитов, сердечников трансформаторов, электронагревательных элементов и т.п.), то это, скорее всего, будут стали и сплавы с особыми свойствами.

Следующим важным этапом выбора материала является анализ условий работы изделия.

2. Условия работы изделия

а) Величина нагрузки и характер нагруженияопределяют требования по механическим свойствам; обычно они указаны в задании – чаще прочность (σ В или σ0,2) и твердость (HRC; НВ; НV).

Величина твердости зависит от содержания углерода в стали и вида (температуры) отпуска. Максимальной твердости 60…65 HRC соответствует низкий (≈200 °С) отпуск стали, содержащей ≥ 0,8 % С. Это инструментальные стали (для режущего, измерительного, холодноштампового инструмента) или цементованные низкоотпущенные детали (из цементуемых низкоуглеродистых сталей), поверхностный слой которых содержит такое же количество углерода.

Величина прочности (σВ) в заданиях указывается обычно для ответственных (нагруженных) деталей, изготавливаемых из качественных углеродистых и легированных сталей, обязательно упрочняемых путем закалки и отпуска. Вспомним, что окончательная структура и свойства (в частности σВ) стали зависят от температуры отпуска. Стали применяемые для разных групп однотипных изделий, проходят присущий им вид отпуска (цементуемые - низкий, улучшаемые - высокий, рессорно-пружинные - средний виды отпуска). Он формирует необходимый комплекс механических свойств. Все сведения по химическому составу, режимам термической обработки и механическим свойствам основных групп конструкционных сталей обычно приводятся в учебной литературе в виде сводных таблиц (см., приложение)поэтому, если группа сталей по назначению определена, величина σВпоможет выбрать конкретную марку (и режим термической обработки) стали.

Характер нагружениятакже является подсказкой в выборе марки стали и режима термической обработки. Динамические (ударные) нагрузки способствуют охрупчиванию материала. Поэтому соответствующие детали должны обладать повышенной ударной вязкостью и пластичностью. Известно, что эти характеристики улучшаются с уменьшением содержания углерода в стали и повышением температуры отпуска. Отсюда для таких деталей (валы, рычаги, ответственный крепеж и т.п.) должны применяться стали с содержанием углерода не выше 0,3…0,5 % после высокого отпуска.

б) Особые условия работы

В основном это температура эксплуатации изделия и химическая активность окружающей среды – они определяют требования по особым физико- механическим свойствам.

Если в задании идет речь об эксплуатации нагруженных деталей машин при t > 600°С (например, лопатки турбин), то это жаропрочные легированные стали и сплавы.

Если требуется выбор материала для инструмента, нагревающегося при работе до t ≤ 600 °С, то это могут быть штамповые стали для горячего деформирования металла (молотовые штампы, пресс-формы для литья под давлением) либо теплостойкие быстрорежущие стали и твердые сплавы на карбидной основе (рабочая t = 800…900 °С), используемые для режущего инструмента.

Для изделий, работающих в химически агрессивных средах, очевидно, нужны коррозионностойкие (нержавеющие) стали.

3. Размер (сечение) изделия

Если в задании указан диаметр изделия, то речь идет о прокаливаемости стали – способности закаливаться (приобретать мартенситную структуру) на определенную глубину. Для большинства ответственных изделий требуется сквозная прокаливаемость. В углеродистых сталях она не превышает 10...12 мм. В легированных сталях прокаливаемость тем больше, чем выше суммарное количество легирующих элементов в марке. Поэтому конкретизировать выбор марки стали данной группы логично по величине прокаливаемости (определяется критическим диаметром Dкр), сведения о которой имеются в учебной литературе .

4. Технология изготовления изделия

Если в задании указана технология изготовления изделия – литье, обработка давлением, то это служит дополнительным ориентиром выбора материала.

Основным требованием к материалу, используемому для формования изделий методами обработки давлением (особенно холодной штамповки), является его высокая пластичность. Величина пластичности сталей падает с увеличением содержания углерода, поэтому в данном случае оптимален выбор конструкционных сталей обыкновенного качества и качественных с минимальным содержанием углерода.

Литейные свойства (главным образом жидкотекучесть, заполняемость формы) тем лучше, чем уже температурный интервал кристаллизации металла. Поэтому наилучшими литейными свойствами среди железоуглеродистых сталей обладают чугуны.

5. Экономичность

Главной целью выбора материалов является обеспечение необходимого комплекса эксплуатационных свойств (что обсуждалось выше), определяющих работоспособность изделий. Однако оптимизация выбора предполагает и учет экономического фактора. Особенно это важно в условиях массового производства изделий. Экономическая целесообразность выбора зависит не только от стоимости и доступности самого материала, но также экономичности технологий изготовления и упрочнения изделий и ряда других факторов. Очевидно, что в рамках контрольной работы задача оптимизации выбора материала по экономическим показателям не может быть решена.

Цветные металлы и сплавы

Алюминий, магний и их сплавы. Обратить внимание на основные преимущества алюминиевых и магниевых сплавов, связанные с их высокой удельной прочностью. Рассмотрите классификацию алюминиевых сплавов. Разберитесь в основах теории термической обработки (старение) алюминиевых сплавов.

Следует помнить, что принятые условные обозначения химических элементов для латуней, бронз, алюминиевых и других сплавов цветных металлов отличаются от условных обозначений, принятых для сталей.

Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые (ГОСТ 4784-74), литейные (ГОСТ 2685-75) и изготовляемые способом порошковой металлургии (ГОСТ 3882-74). Деформируемые сплавы, главным образом, относятся к системе Al – Cu – Mg. Важнейшими из них являются дуралюмины. Дуралюмины маркируются буквами Д или В, например, Д1. Важнейшие литейные алюминиевые сплавы, относящиеся к системам Al – Si и Al – Si – Cu, называются силуминами. Примерами таких сплавов являются соответственно АЛ2 и АЛ5.

Медь и ее сплавы. Изучите классификацию медных сплавов и уясните маркировку, состав, структуру, свойства и области применения разных групп медных сплавов.

Латуни(сплавы меди с цинком) по ГОСТ 15527–70 и 17711–80 маркируются буквой Л, за которой следует цифра, показывающая среднее содержание меди в сплаве. Например, Л85 – латунь с содержанием меди 85 %. В марках латуней кроме цифры, показывающей содержание меди, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах других элементов. Например, ЛЦ40С – латунь, содержащая 59 % Cu, 40 % Zn, 1 % Pb (литейная) или ЛА77-2 – латунь, содержащая 77 % Cu, 2 % Al (деформируемая).

Бронзы маркируются согласно ГОСТ 5017-74 (деформируемые) и ГОСТ 613-79 (литейные): БрОФ4 – 0,25, где Бр – бронза, О – олово, Ф – фосфор, а цифры – их процентное содержание в сплаве (деформируемая). Литейные, например, БрО5Ц5С5, где О – олово, Ц – цинк, С – свинец, а цифры – их процентное содержание в сплаве, остальное – медь.

Антифрикционные сплавы. Укажите, каким должно быть строение антифрикционных сплавов в связи с предъявляемыми к ним требованиями.

Титановые сплавы маркируются по ГОСТ 19807-74, а баббиты – по ГОСТ 1320-74 и 1209-73.

Материалы

Пластические массы. В основе пластических масс лежат полимеры. При изготовлении пластмасс наиболее часто применяются различного вида синтетические полимеры-смолы. В большинстве случаев смола используется как основная часть пластмассы, а для придания ей соответствующих физико-химических свойств в состав пластмассы вводят различные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и др.

В зависимости от строения молекул и изменения свойств при нагреве пластмассы разделяются на две группы: термопластические и термореактивные.

Нужно знать, какие пластмассы относятся к первой группе, а какие ко второй, а также знать примеры, наиболее распространенных термопластов и термореактивных материалов.

Резина. Как технический материал резина отличается от других материалов высокими эластичными свойствами, что связано со свойствами основы резины – каучука. Уясните состав резины, способы получения и влияние различных добавок на ее свойства, которые обусловили их применение в различных отраслях промышленности.

Стекло. Уясните сущность стеклообразного состояния как разновидности аморфного состояния вещества. Разберитесь в изменении свойств стекла в зависимости от состава. Рассмотрите стеклокристаллические материалы (ситаллы) и их отличие от стекла минерального. Уясните причины образования кристаллической структуры – ситаллов.

Керамика. При изучении керамических материалов обратите внимание на состав и классификацию. Разберитесь в свойствах керамики, областях ее применения.

Композиционные материалы. Обратите внимание на принципиальное отличие композиционного материала, заключающееся в сочетании разнородных материалов с четкой границей раздела между ними. В связи с тем, что композит обладает свойствами, которыми не может обладать ни один из его компонентов в отдельности, такие материалы становятся весьма перспективными в различных областях новой техники. Укажите свойства композитов в зависимости от вида материала и формы, размеров и взаимного расположения наполнителя.

Ручная дуговая сварка

Электродуговой сваркой называется сварка плавлением, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги. Ручную дуговую сварку широко применяют в судостроении и судоремонте при соединении заготовок из сталей и цветных металлов благодаря ее универсальности и возможности выполнять процесс во всех пространственных положениях свариваемого шва.

Ручная дуговая сварка производится двумя способами: неплавящимся и плавящимся электродом. Второй способ, выполняемый плавящимся электродом, является основным при ручной дуговой сварке (рис. 1).

К электроду 1 и основному металлу 3 подводится постоянный или переменный ток от специального источника 10 и возбуждается электрическая сварочная дуга 6. Теплота дуги расплавляет стержень электрода и основной металл, образуется металлическая ванна 8. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя защитную газовую атмосферу 7 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 9 на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковая ванна вместе создают сварочную ванну, которая, охлаждаясь, образует сварной шов 4. Жидкий шлак, остывая, создает на поверхности сварного шва твердую шлаковую корку 5.

Рис. 1. Схема ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием

1. - стержень электрода 6 - электрическая дуга

2. - покрытие электрода 7 - газовая защитная атмосфера

3. - основной металл 8 - жидкая металлическая ванна

4. – сварной шов 9 - жидкая шлаковая ванна

5. - твердая шлаковая корка 10 - источник тока

При разработке технологического процесса ручной электродуговой сварки, прежде всего необходимо правильно выбрать тип сварного соединения, который определяют взаимным расположением свариваемых элементов и формой подготовки (разделки) их под сварку.

ГОСТ 5264-80 устанавливает следующие основные типы сварных соединений: стыковые - условное обозначение С, нахлесточные - Н, тавровые - Т и угловые -У.

Обработки

Необходимо познакомиться с электрофизическими и электрохимическими методами формообразования поверхностей деталей машин. Знать физические и химические процессы, лежащие в основе этих технологических методов. Нужно иметь в виду, что в современном машиностроении и металлообработке все шире применяются материалы, обработка которых обычными методами либо затруднена, либо вообще невозможна.

Примеры решения типовых задач

Задача 1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0° С (с применением правил фаз) для сплава, содержащего 0,8 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах при этой температуре; количественное соотношение фаз.

Решение:

Находим на оси концентраций диаграммы железо - цементит точку, определяющую состав заданного сплава – 0,8 % С и проводим вертикальную линию, которая пересекает данную диаграмму. Там где заданная линия пересекла линии диаграммы ставим точки (0-1-2-3). Рассмотрим, что будет происходить на диаграмме в заданных точках.

При охлаждении температуры от 1600°С до 1485°С понижение температуры расплава происходит равномерно. В точке 0 сплав находится в жидком (расплавленном) состоянии. При температуре 1485°С (точка 1) начинается кристаллизация аустенита из жидкости. При t=1370°С (точка 2) наблюдается окончание процесса кристаллизации. Весь расплав превращается в твердый аустенит. Закристаллизовавший аустенит равномерно охлаждается до температуры 727°С (точка S на диаграмме). При этой температуре (точка 3) на кривой охлаждения появляется горизонтальная площадка, которая соответствует перекристаллизаций аустенита в перлит (эвтектоидное превращение). Сталь, имеющая структуру перлита, называют эвтектоидной. Ниже t=727°С никаких изменений в структуре стали не наблюдается. Имеет место просто равномерное снижение температуры. Строение эвтектоидной стали при нормальной температуре пластинчатое, т.е. структура стали состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита.

Химический состав фаз любого сплава системы можно определить с помощью каноды, а их количество - по правилу рычага.

Выбираем между линиями ликвидус и солидус температуру 1425°С. Для определения химического состава фаз сплава составао,0,8% С при температуре 1425°С, проводим каноду XYZ.

Точка Xхарактеризует твердую фазу (аустенит), а точка Z- жидкую фазу. Спроектировав их на ось концентраций, получим состав фаз – Х'-состав твердой фазы, а Z'!- жидкости при температуре1425°С сплава состава Y¢.

По диаграмме состояния определяем, что жидкая фаза содержит 1,7%, а твердая 0,6% углерода и представляет собой аустенит.

Правило рычага для определения количества равновесных фаз: отрезки каноды Х- Zмежду точкой, опре­деляющей состав сплава Y и точка­ми, определяющими составы фаз (Х, Z), обратно пропорциональны коли­честву этих фаз.

Qж/QА. = Х Y/ YZ,

где: Qж - количество жидкости; QА. - количество аустенита при температуре1425°С, соответствующей точке Y.

Пусть в точкеY масса всего сплава составляет 100 г, тогда Qж/(100-Qж) = ХY/ХZ.

Подставляя значения отрезков в сплав, взятые из диаграммы состояния, можно определить количество жидкости, а затем и количество аустенита. Следует пользоваться значениями концентраций как координатами на чи


matrichnij-metod-i-teoriya-igr.html
matrichnij-portfelnij-analiz.html
    PR.RU™