Тема 1.2 Формирование структуры литых материалов

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ ОП.04 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

Для студентов заочной формы обучения

основной профессиональной образовательной программы (ОПОП)

по специальностям СПО 15.02.08 «Технология машиностроения»

15.02.12 «Монтаж, техническое обслуживание и ремонт промышленного оборудования (по отраслям)»

 

2017

 

Методические рекомендации предназначены для изучения дисциплины ОП.04 «Материаловедение», необходимых для формирования общих и профессиональных компетенций будущих специалистов специальности 15.08.02 «Технология машиностроения», 15.02.12 «Монтаж, техническое обслуживание и ремонт промышленного оборудования (по отраслям)».

В методических рекомендациях приведены варианты заданий для выполнения контрольной работы, задания к дифференцированному зачету

 

Организация-разработчик: государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Симский механический техникум»

 

Разработчик:

Данилова А.Н., Степанова И.Г, преподаватели ГБПОУ СМТ

 

Рассмотрены и одобрены на заседании цикловой комиссии профессиональных дисциплин

 

 

Протокол № 1 от 31.08.2017 

Председатель ЦК:______________________/И.Г. Степанова/

 

 

 

 

                                                                                                                           

РАЗДЕЛ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ

Тема 1.1 Введение. Строение  и свойства материалов

Материаловедение как наука о взаимосвязи строения, состава и свойств материалов. Роль материалов в современной технике. Работа отечественных и зарубежных ученых в области материаловедения. Элементы кристаллографии: кристаллическая решетка, анизотропия, полиморфизм; дефекты кристаллического строения; методы исследования строения металлов; структура неметаллических материалов (полимеры, стекло, керамика).

Основные свойства металлов: физические, химические, технологические; механические свойства металлов; методы определения механических свойств: прочности, твердости, пластичности, вязкости.

При рассмотрении свойств металлов особое внимание необходимо уделить механическим свойствам. Необходимо уяснить понятия прочность, пластичность, твердость, вязкость, усталость. Численные характеристики механических свойств можно получить при испытании металлов и сплавов. При испытании стандартных образцов на растяжение можно определить такие механические характеристики, как σ_В, σ_Т, δ и ψ, необходимые при расчетах на прочность конструкций, деталей и узлов машин и механизмов. К динамическим испытаниям относится и метод измерения вязкости. Определение твердости можно вести по методу Бринелля, Роквелла или Виккерса.

 

При изучении раздела необходимо разобраться в строении кристаллических и аморфных тел, в форме элементарных ячеек пространственных решеток металлов; понять, чем объясняется анизотропия свойств кристаллов, в чем физический смысл полиморфных превращений, каково практическое значение полиморфизма, связанное с изменением свойств металла.

Уясните отличия реаль­ного строения кристаллической решетки от идеального, ли­шенного структурных несовершенств. Разберите дефекты, встречающиеся в металлах и сплавах (точечные, линейные, плоские, объемные).

Литература: [1], с.14-4; [6], с.5-24., с.74-82; [6], с.88-94.

Вопросы для самопроверки:

1. Каковы особенности кристаллического строения по сравнению с аморфным?

2. Перечислите основные виды кристаллических решеток.

3.Что такое анизотропия свойств металлов и в чем ее физическая сущность?

4. Какую кристаллическую решетку имеет Feα?

5.Что такое полиморфизм?

6. В чем отличие кристаллического строения реальных металлов от идеального строения кристаллической решетки?

7. Какие виды дефектов существуют?

8. Назовите точечные дефекты, в каком случае они могут возникнуть?

9. Какие дефекты относят к линейным?

10. Что называют прочностью металлов и сплавов?

11. Что называют пластичностью металлов исплавов?

12. Какие показатели характеризуют прочность металла, пластичность?

13. Как называется прибор для определения вязкости?

14. Как обозначается вязкость?

15. В каких единицах измеряется вязкость?

16. В чем суть испытаний на твердость?

17. Как обозначается твердость по методу Бринелля?

18. Какие металлы испытывают методом Бринелля?

 

Тема 1.2 Формирование структуры литых материалов.

Кристаллизация металлов и сплавов. Форма кристаллов и строение слитков. Получение монокристаллов. Аморфное состояние материалов.

 

При изучении процессов формирования структуры литых материалов необходимо разобраться в сущности процессов кристаллизации металлов и сплавов. Нуж­но иметь в виду, что образование дендритной структуры при кристаллизации является следствием неравномерности роста кристалла в разных направлениях. Зарисуйте и разберите строение металлического слитка.

Литература: [1], с.42-54; [6], с.27-48.

Вопросы для самопроверки:

1. Как образуются центры кристаллизации в металлах?

2. Каковы особенности кристаллизации сплавов?

3. Какова зависимость между строением и свойствами сплава?

4.Что такое модифицирование?

5. Какое строение имеет слиток?

6. Какое строение имеет корковая зона слитка?

7. Почему образуются вытянутые столбчатые кристаллы?

8.Чем обусловлено образование крупных равноосных зерен в середине слитка?

 

Тема 1.3 Диаграммы состояния металлов и сплавов

Определение терминов: сплав, компонент, фаза. Сплав твердый раствор. Основные равновесные диаграммы двойных сплавов. Физические и механические свойства сплавов в равновесном состоянии. Диаграмма состояния «Железо-цементит»: компоненты, фазы, структурные составляющие сталей и чугунов, их характеристика, условия образования и свойства. Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей.

Перед тем, как приступить к изучению диаграмм состояния разберитесь в понятиях «компонент», «фаза», «структурная составляющая», «сплав». Диаграммы состояния показывают состояние сплава данных компонентов при любой концентрации и при любой температуре. Оценка количества фаз в двухфазной области производится в соответствии с правилом отрезков (рычага). Главное внимание уделите процессам, протекающим при нагреве и охлаждении. При изучении диаграмм состояния следует усвоить основные их типы: с образованием механической смеси; с неограниченной растворимостью компонентов, с образованием химического соединения.

Следует также четко определить условия образования не­однородности химического состава сплава (ликвации) в пре­делах слитка и одного кристаллита, уяснить практическое значение этого явления.                                                                                                                                                             

Необходимо изучить и уметь вычертить диаграмму состо­яний «железо—цементит»; знать состав, строение и условия образования различных фаз и структурных составляющих; понимать, в чем структурное различие между сталью и чугуном. В конспекте вычертите диаграмму состояния «железо- цементит», разберите и выпишите, чем характерны все критические точки и линии диаграммы. Запомните, что по линии GS при охлаждении начинается превращение аустенита в феррит в связи с полиморфным превращением Feγ в Feα. Так как в феррите максимально растворяется 0,02% углерода (точка Р), то в аустените количество углерода увеличивается. Каждая точка линии GS показывает содержание углерода в аустените при данной температуре (см. правило отрезков). Критические точки, образующие линию GS принято обозначать при нагреве А_с3, а при охлаждении А_r3. По линии ES при охлаждении из аустенита начинает выделяться цементит вторичный вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените при понижении температуры. Цементит содержит 6,67%С, 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 А_cm. По линии PSK происходит окончательный распад аустенита на перлит во всех сплавах системы. Критические точки, образующие линию PSK, при нагреве обозначают А_с1, а при охлаждении A_r1. Равновесными структурами железоуглеродистых сплавов являются: аустенит, феррит, перлит, цементит, ледебурит. Запомните разницу между эвтектикой и эвтектоидом: и то и другое механическая смесь, но эвтектика-продукт первичной кристаллизации двух или нескольких фаз из жидкого раствора, а эвтектоид- продукт вторичной кристаллизации, он образуется при распаде твердого раствора. Хорошо разберитесь в процессах, ротекающих при нагреве и охлаждении сплавов с различной концентрацией углерода. Изучая часть диаграммы с образованием чугуна, уясните для себя, какие чугуны называются белыми.

Литература: [1], с.54-73, 108-119; [6], с.48-73, 121-156.

 Вопросы для самопроверки:

1.Что называется твердым раствором?

2. Нарисуйте схемы твердых растворов замещения и внедрения.

3. По диаграмме состояния сплавов медь-никель укажите какие превращения происходят в сплаве, содержащем 80% никеля при охлаждении из расплавленного состояния до комнатной температуры.

4. Какие сплавы называют сталями?

5. Какие сплавы называют чугунами?

6. Какие стали называются заэвтектоидными?

7. Какую структуру имеют доэвтектоидные стали?

8. Каково содержание углерода в эвтектоидной стали?