Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение ВПО “Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия” (СибАДИ)
Кафедра “Конструкционные материалы и специальные технологии”
Материаловедение
Методические указанаия, задания к контрольным работам, перечень лабораторных работ, список рекомендуемой литературы
для студентов дневного и заочного обучения
Составители: Ю.К. Корзунин, В.П. Расщупкин
Омск, 2009 г.
УДК 621.1 ББК 34.47
Рецензент канд. техн. наук, доцент. Гарибян Г.С.
Работаодобренаметодическойкомиссиейфакультета“Автомобильный транспорт” в качестве методических указаний по изучению курса “Материаловедение” для студентов специальностей 050501; 140501; 140607; 190201; 190205; 190601; 190603; 190701; 220301; 220501; 270102; 270105; 270113; 270201.
Материаловедение. Методические указанаия, задания к контрольным работам, перечень лабораторных работ, список рекомендуемой литературы для студентов дневного и заочного обучения / Сост.: Ю.К. Корзунин, В.П. Расщупкин. - Омск: СибАДИ, 2009. - 32 с.
В методических указаниях даны рекомендации по изучению основных разделов дисциплины “Материаловедение”. Приведены 50 вариантов заданий для самостоятельного выполнения и список рекомендуемой литературы.
Библиогр.: 5 назв.
©Составители: Ю.К. Корзунин, В.П. Расщупкин
©СибАДИ, 2009
ВВЕДЕНИЕ
Выпуск разнообразных современных машиностроительных конструкций, специальных приборов, машин и аппаратуры невозможны без производства традиционных и изыскания новых материалов, как металлических, так и неметаллических.
Материаловедение является одной из первых инженерных дисциплин, основы которой широко используются при курсовом и дипломном проектировании, а также в практической деятельности инженера любой специальности.
Прогресс в промышленности тесно связан с созданием и освоением новых, наиболее экономичных материалов, обладающих самыми разнообразными механическими и физико-химическими свойствами.
Причтении лекций и при выполнении лабораторных работпредусматривается использование электронной версии учебника по изучаемой дисциплине
вкомпьютерном классе.
Впособии учтены рекомендации учебно-методического управления по высшему образованию.
1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ОСНОВНЫХ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1.МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
1.1.1.СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
Металловедение как наука о свойствах металлов и сплавов. Типы связей втвердыхтелах.Атомно-кристаллическоестроениеметаллов.Процесскрис- таллизации.
Рассмотрите типы связей в твердых телах, основное внимание обратите на особый тип металлической связи, который обуславливает отличительные свойства металлов: высокую электропроводность и теплопроводность, высокую пластичность и металлический блеск. Металлические тела характеризуются кристаллическим строением.
Однако свойства реальных кристаллов определяются известными несовершенствами кристаллического строения. В связи с этим необходимо разобраться в видах несовершенств, особенно в строении дислокаций, причинах их легкого перемещения в кристаллической решетке и их влиянии на механические свойства.
Термодинамические причины фазовых превращений являются одним из частных случаев общего закона природы - стремления любой системы к состоянию с наименьшим запасом энергии (в данном случае - свободной энергии). Уясните теоретические основы процесса кристаллизации, состоящего из двух элементарных процессов - зарождения и роста кристаллов; их влияние
3
на эти параметры степени переохлаждения. В процессе кристаллизации при формировании структуры литого металла решающее значение имеет реальная среда, а также возможность воздействия на строение сплава путем модифицирования.
1.1.2. ТЕОРИЯ СПЛАВОВ
Сплавы, виды взаимодействия компонентов в твердом состоянии. Диаграммы состояния для случаев полной нерастворимости, неограниченной и ограниченной растворимости компонентов в твердом виде, а также для случая образования устойчивого химического соединения.
Необходимоотчетливопредставлятьстроениеметалловисплавоввтвердом состоянии. Обратите внимание на понятия «твердый раствор», «химическое соединение», «фаза», «структура». Наглядное представление о состоянии любого сплава в зависимости от его состава и температуры дают диаграммы состояния. Нужно усвоить общую методику построения диаграмм состояния для различных случаев взаимодействия компонентов.
При изучении диаграмм состояния нужно уметь применять правило отрезков (для определения доли каждой фазы или структурной составляющей в сплаве), правило фаз (для построения кривых охлаждения), определять химическийсоставфаз.СпомощьюправилКурнакованужноуметьустанавливатьсвязь между составом, строением и свойствами сплава.
1.1.3. ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Напряжения и деформация. Механические свойства: твердость и характеристики, определяемые при растяжении, ударная вязкость и сопротивление усталости.
Рассмотрите физическую природу деформации и разрушения. Внимание уделите механизму пластической деформации, ее влиянию на микро- и субмикроструктуру, а также на плотность дислокаций. Уясните связь между строением и механическими свойствами. Разберитесь в сущности явления наклепа и его практическом использовании.
Изучите основные методы оценки механических свойств металлов и физический смысл характеристик, определяемых при различных методах испытаний. Обратите внимание, что свойства, оцененные на гладких образцах, не совпадают со свойствами готового изделия. Это обусловлено наличием в реальных деталях концентраторов напряжений (отверстия, канавки и т. д.}, а также различием в характере напряженного состояния образца и детали. Отсюда вытекает важность испытаний образцов с надрезами, позволяющих приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации материала и получить результаты, характеризующие его реальную конструкционную прочность.
4
1.1.4. ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА
Необходимо знать сущность рекристаллизационных процессов: возврата, первичной рекристаллизации, собирательной рекристаллизации, протекающих при нагреве деформированного металла. Уясните, как при этом изменяются механические свойства и размер зерна. Установите влияние состава сплава и степени пластической деформации на протекание рекристаллизационных процессов. Научитесь выбирать режим рекристаллизационного отжига. Уясните его практическое значение, различие между холодной и горячей пластическими деформациями.
1.1.5. ЖЕЛЕЗО И ЕГО СПЛАВЫ
Диаграмма железо-цементит. Классификация железоуглеродистых сплавов. Фазы, образуемые легирующими элементами в сплавах на основе железа. Структурные классы легированных сталей. Чугуны.
Научитесьвычерчиватьдиаграммусостоянияжелезо-цементитиопреде- лятьвсефазыиструктурныесоставляющиеэтойсистемы.Спомощьюправила фаз постройте кривые охлаждения конкретных сплавов, укажите, какие протекают превращения и какая сформируется структура. Разберитесь в классификации железоуглеродистых сплавов и усвойте различие между тремя классами этих сплавов: техническое железо, сталь, чугун. Это различие не только количественное (по содержанию углерода); разные классы сплавов отличаются по структуре и свойствам.
Изучите влияние легирующих элементов на критические точки железа и сталей и объясните, при каком состоянии углерода и легирующего элемента могут быть получены легированные стали ферритного, перлитного, аустенитного и ледебуритного классов.
Уяснитепринципиальноеразличиебелыхиграфитизированныхчугунов. Изучите физическую сущность процессов графитизации. Оцените влияние примесей на строение чугунов и разберитесь с их структурой. Запомните основные механические свойства и назначение чугунов, а также их маркировку. Обратите внимание на способы получения ковких и высокопрочных чугунов.
1.1.6. ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Превращения в стали при нагреве. Изотермическое превращение переохлажденного аустенита. Превращение переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении. Мартенситное превращение и его особенности. Превращения при отпуске закаленной стали.
Теория и практика термической обработки стали - главные вопросы металловедения. Термическая обработка - один из основных способов влияния на строение, а следовательно, и на свойства сплавов.
5