Методические указания по изучению дисциплин

2.1. Металловедение

Необходимо уяснить, что свойства металлов определяются их структурой. Четко представлять принципиальную разницу в строении кристаллических и аморфных тел; разобраться в форме элементарных ячеек пространственных решеток металлов; понять, чем объясняется анизотропия свойств кристаллов, в чем физический смысл аллотропических превращений, каково практическое значение аллотропии, связанное с изменением свойств металла.

Важно знать, что реальное строение кристаллической решетки существенно отличается от идеального, лишенного структурных несовершенств.

Более или менее правильное расположение атомов встречается лишь в отдельных частях реальных кристаллов, а также в монокристаллах. Различные несовершенства строения решетки: линейные искажения (дислокации), пустые места (вакансии), включения чужеродных атомов примесей (точечные нарушения), а также их перемещения, скопления — в значительной мере определяют уровень прочности металла. Это влияние неоднозначно, а именно: при некоторой концентрации несовершенств прочность минимальна. Уменьшая количество несовершенств, можно добиться приближения к идеальному строению кристалла и, соответственно, к теоретической максимальной прочности. Путем тонкой очистки металла от примесей способами химического разложения, электрошлакового переплава, зонной плавки, вакуумирования, путем сокращения числа дислокаций и вакансий удалось добиться прочности кристаллов железа до 15 000 МПа. Повышения прочности можно добиться и увеличением количества несовершенств, применяя наклеп, закалку, легирование. Однако уровень повышения прочности при этом ниже, чем при уменьшении количества несовершенств.

Знание физической сущности механических свойств металлов и сплавов и их числовых значений, а также методов их определения исключительно важно для инженера. Студентам следует понять явление усталости металлов, так как оно является одной из основных причин выхода из строя железнодорожных изделий: осей, рельсов, пружин, рам тележек.

При изучении процессов расплавления и кристаллизации металлов необходимо уяснить причины, приводящие к фазовым превращениям: стремление к наименьшему запасу свободной энергии, образование центров кристаллизации. Нужно иметь в виду, что образование дендритной структуры при кристаллизации является следствием неравномерности роста кристалла в разных направлениях. При построении кривых охлаждения следует разобраться в физическом смысле температурных остановок, выражаемых площадками и перегибами на кривых, и дать определение критической точки.

Взаимодействие компонентов в твердом состоянии определяет структуру, а значит и свойства сплава. Поэтому важно выяснить условия, при которых оно происходит. Химическое соединение обладает особой, отличной от компонентов кристаллической решеткой. Зная механические свойства отдельных фаз и структурных составляющих сплава, например: большую пластичность чистых металлов и повышенную хрупкость механических смесей и, особенно, химических соединений, можно предопределить поведение сплава в том или ином состоянии. Нужно уметь анализировать диаграмму состояний, пользуясь правилом фаз и правилом отрезков. При этом необходимо уметь определять процентное соотношение фаз и структурных составляющих для данного состояния сплава (температура, химический состав). Важно ответить на вопрос о разнице между эвтектическим и эвтектоидным превращениями.

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 техническим железом, сталью и чугуном; четко представлять, как именно влияет углерод и нормальные (постоянные) примеси Si и Mn на свойства сталей, в чем состоит вредное влияние Р и S, определяющее явления хладноломкости и красноломкости стали. Знать, какие требования предъявляются к сталям обычного и повышенного качества, и знать маркировку сталей в соответствии с ГОСТами.

Изучая маркировку сталей, необходимо помнить, что в зависимости от способа раскисления может быть получена сталь различного качества. Она соответственно обозначается: сп – спокойная, пс – полуспокойная, кп – кипящая.

Химический состав и механические свойства сталей определяют по ГОСТам, например: для углеродистых сталей обыкновенного качества – по ГОСТ 380-71, для углеродистых качественных сталей – по ГОСТ 1050-74, для углеродистых инструментальных сталей – по ГОСТ 1435-74, для легированных сталей – по ГОСТ 801-78, 14959-79, 4543-71, 5950-73, 19265-73 и др.

При ответах на вопросы, касающиеся марок сплавов, необходимо на основании ГОСТов указать принципы их классификации и привести необходимые примеры.

При изучении процесса графитизации важно уяснить, каково влияние формы графита на механические и эксплуатационные свойства чугуна, каково влияние Si, Mn, S, Р и модифицирующих элементов на процесс графитизации и форму графита.

Серые чугуны по ГОСТ 1412-79 маркируются так: СЧ25, где СЧ – серый чугун, 25– предел прочности при растяжении (250 МПа). Известно, что 4 раст = 2 изг = сж, т. е. чугун лучше работает при сжатии. Ковкие (ГОСТ 1215-79) и высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-79) маркируются иначе: КЧ15-7 или ВЧ60-2, где КЧ – ковкий, ВЧ – высокопрочный чугун, 45 или 60 – предел прочности при растяжении (450 или 600 МПа), 7 или 2 – относительное удлинение , %.

Необходимо понять связь между характером нагружения, характером напряженного состояния (видом напряжений – касательных и нормальных) и характером разрушения. Знать, что поведение одного и того же сплава в образце при простом нагружении, например: при растяжении или изгибе, и в детали при сложном нагружении, например: при одновременном действии изгиба и кручения, различно.

Полезно графически представить влияние скорости нагружения, температуры и напряжения на характер разрушения (хрупкое или вязкое); усвоить, что пластическая деформация приводит к увеличению числа дислокаций, изменению тонкой структуры и, соответственно, к изменению свойств сплавов.

При рассмотрении рекристаллизационных процессов следует четко определить три стадии (возврат, первичную и собирательную рекристаллизацию), связав изменения микроструктуры с изменением свойств по стадиям, в том числе и графически.

Необходимо отметить практическое значение температуры «порога» рекристаллизации в технологии обработки металлов. Важно оценить конструкционную прочность деталей машин в связи с характером нагружения и наличием концентраторов напряжений: надрезов, рисок, выточек.

Термическая обработка – один из главных способов влияния на строение, а, следовательно, и на свойства сплавов. Вопросы термической обработки стали и чугуна можно понять, лишь зная структурные превращения, происходящие, при нагреве и охлаждении железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода.

Необходимо вспомнить, какие превращения претерпевают феррит, перлит и ледебурит при нагреве и какое влияние оказывает скорость охлаждения на превращения аустенита. Вопросы охлаждения аустенита лучше разобрать, используя диаграмму изотермического распада аустенита, и на ее основе уяснить, при какой скорости охлаждения образуется перлит, сорбит, троостит и мартенсит, что называется критической скоростью закалки, в чем различие между мартенситом и приведенными выше структурами.

Следует иметь в виду, что чем ниже содержание углерода в стали, тем больше критическая скорость закалки, вследствие чего низкоуглеродистые стали (менее 0,3 % С) в практических условиях не принимают закалку на мартенсит.

Нужно усвоить, что при образовании мартенсита кристаллическая решетка перестраивается из гранецентрированной в объемноцентрированную, но вследствие того, что углерод не успевает выделиться, а остается в пересыщенном твердом растворе в объемноцентрированной решетке, она искажается и приобретает тетрагональность.

Процесс образования мартенсита бездиффузионный, так как низкая температура процесса препятствует диффузии углерода из ферритных зерен. Образование мартенсита происходит между температурами начала М_и и конца М_к мартенситного превращения тем полнее, чем ниже температура в этом интервале. Интервал мартенситного превращения при увеличении содержания углерода смещается в область более низких температур. Часть аустенита, находясь между образовавшимися пластинами мартенсита в состоянии всестороннего сжатия, не превращается в мартенсит. Этот остаточный аустенит снижает твердость стали. Поэтому для уменьшения количества остаточного аустенита некоторые стали необходимо охлаждать до отрицательных температур. Такая обработка называется обработкой холодом. Иногда ее проводят дополнительно сразу после закалки.

Рассмотреть структурные превращения, происходящие при отпуске стали, а также проследить за изменением свойств закаленной стали в результате низкого, среднего и высокого отпуска. Важно понять, почему уменьшается искаженность (тетрагональность) мартенсита, какие условия необходимы для перехода остаточного аустенита в мартенсит и для его распада на феррито-цементитную смесь.

Под улучшением стали понимают закалку на мартенсит с последующим высоким отпуском. Следует усвоить, какие стали подвергают улучшению.

При рассмотрении вопросов термической обработки чугуна нужно изучить процесс графитизирующего отжига, который применяется для получения ковкого чугуна. Ознакомиться с превращениями в структуре и изменениями свойств, которые происходят при термической обработке железнодорожных деталей из углеродистой и легированной сталей.

Поверхностная прочность деталей может быть повышена непосредственно термической обработкой, химико-термической обработкой и методами пластической деформации поверхности. Отличать, какие стали относятся к улучшаемым, а какие – к цементируемым. От этого зависит, какому способу упрочнения можно подвергнуть деталь, изготовленную из той или иной марки стали.

При изучении различных способов поверхностной закалки особое внимание нужно уделить высокочастотной закалке. Изучение различных видов химико-термической обработки надлежит начать с цементации в твердой, газовой и жидкой средах (карбюризаторах). После этого легче понять и другие процессы, так как принцип всех видов химико-термической обработки один и тот же: получение насыщающего вещества в атомарной форме, захват этих атомов поверхностью металла и диффузия их внутрь металла. Необходимо уяснить назначение отдельных процессов и свойств, приобретаемых поверхностью изделий: износоустойчивость, усталостную прочность, коррозиеустойчивость. При изучении упрочнения деталей нужно обратить внимание на примеры из области железнодорожного транспорта.

Рассматривая влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей, необходимо изучить особенности вновь появляющихся фаз: легированного феррита, легированного аустенита и специальных карбидов. Нужно иметь в виду, что принципы термической обработки для легированных сталей остаются неизменными, однако положение критических точек меняется, и, соответственно, меняются структуры стали в равновесном состоянии, критические скорости закалки, глубина прокаливаемости. Изменяются необходимые температуры нагрева для различных видов термической обработки. Надо помнить, что разные легирующие элементы и разная степень легирования придают сталям различную структуру и свойства.

Необходимо ознакомиться с литыми и порошковыми твердыми сплавами, применяемыми как для наплавки изнашивающихся деталей машин, так и для напайки пластинок на кромки режущего инструмента. Особое внимание нужно обратить на красностойкость и твердость этих сплавов.

Следует изучить технологию производства порошковых материалов, которая позволяет получать разнообразные изделия с весьма ценными свойствами при минимальных затратах. Необходимо знать основные виды изделий порошковой металлургии, их свойства и область использования.

Следует уяснить, почему чистые цветные металлы применяются ограниченно, а сплавы на основе меди, алюминия и титана – более широко.

Важно ознакомиться с диаграммами состояний сплавов: медь – цинк (латунь), медь – олово (оловянистая бронза), алюминий – кремний (силумины), алюминий – цинк и алюминий – медь (дюралюмины). Это позволит выяснить взаимозависимость структуры и свойств тех или иных промышленных сплавов. Необходимо понять, почему изделия из этих сплавов получают как методами пластической деформации при обработке давлением, так и литьем. Следует изучить маркировку сплавов меди и алюминия, знать области их применения на железнодорожном транспорте и уметь привести конкретные примеры.

По ГОСТ 859–78 медь маркируется так: М00, М0, Ml, М2, МЗ в зависимости от содержания примесей; латуни (ГОСТ 1552–70 и 17711–80) – Л63 (простые), ЛЖМц 59-1-1 (сложные), где Л – латунь, Ж – железо, Мц – марганец, 63 или 59 – содержание меди, 1 – содержание железа и марганца, остальное – цинк.

Бронзы маркируются иначе (ГОСТ 5017–74 – на деформируемые и ГОСТ 613–79 – на литейные): БрОФ4–0,25, где Бр – бронза, О – олово, Ф – фосфор, цифры – их процентное содержание. Литейная бронза – БрО5Ц5С5, где О, Ц, С – олово, цинк, свинец, а цифры – их процентное содержание, остальное – медь. Если чистый алюминий маркируется А0, А5 (процент примесей) в литом состоянии или АД0, АД1 – после деформации, то сплавы алюминия маркируются так: деформируемые (ГОСТ 4784–74) – АМц (с марганцем), АМг2 (марганец и магний – 2%), Д16 (марганец, магний, медь), В95 (то же и хром, цинк), АК6 (то же и кремний); литейные (ГОСТ 2685–75) – АЛ2 – силумины, АЛ 19 (с медью, титаном) и др.

Особое внимание нужно обратить на теорию старения деформируемых алюминиевых сплавов, изучив превращения в структуре и изменения свойств при термической обработке – закалке и последующем искусственном старении, разобраться в физической сущности упрочнения при старении (когерентность кристаллических решеток твердого раствора и образующегося химического соединения).

Необходимо ознакомиться со структурой и свойствами подшипниковых сплавов – баббитов, обратив внимание на применяющийся в подвижном составе кальциевый баббит.

Следует обратить внимание на особые преимущества титана и его сплавов – высокую удельную прочность и исключительную коррозионную стойкость.

2.2. Неметаллические материалы

Среди неметаллических материалов очень важны синтетические полимерные материалы. К ним относятся различные пластмассы, пленки, волокна, резины, клеи и лакокрасочные материалы. При изучении их структуры необходимо обратить внимание на форму элементарных звеньев и расположение химических связей и звеньев макромолекул.

Важно четко представлять, что полимер – химическое вещество специфического строения, а полимерный материал – технический продукт, изготовленный из полимера или на его основе.

Полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, эластичном и текучем, причем состояние полимера обусловлено его структурой и температурой.

Свойства полимеров зависят от их химического состава (карбоцепные, гетероцепные, элементоорганические), а также от количественного соотношения атомов в молекуле и их сочетания. Например, замена водорода углеводородным радикалом приводит к увеличению эластичности и морозостойкости и снижению прочности, твердости и теплостойкости.

Необходимо помнить, что ни одна отрасль техники не обходится без применения синтетических полимерных материалов. Следует усвоить принципы классификации синтетических смол и пластмасс в зависимости от реакции получения полимера, назначения и его структуры, а также от физико-механических свойств (модуля упругости).

Важно уметь оценивать эксплуатационные свойства пластмасс, так как в ряде случаев они с успехом заменяют другие, в том числе металлические, материалы, а часто являются и незаменимыми. Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ), например, превышает по удельной прочности сталь, титан и дюралюминий; политетрафторэтилен (фторопласт, или тефлон) обладает высокими диэлектрическими свойствами, а ретинакс – высокими фрикционными свойствами и т. д.

Следует обратить внимание на новые способы получения, полимерных материалов (радиационная полимеризация, получение ионообменных смол – ионитов, металлопластов, ориентация молекул).

Необходимо выявить роль защитных покрытий металлических и неметаллических изделий, изучить классификацию покрытий, технические требования к ним и определить технико-экономическую эффективность их применения как средства борьбы с коррозией металлов на железнодорожном транспорте. Важно знать, где и почему на железнодорожном транспорте применяются полимерные материалы, и в чем состоит технико-экономическая эффективность их применения.

3. ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Номера заданий студент должен выбрать в соответствии с данными, приведенными в табл. 1.

Таблица 1

№ варианта (две последние цифры шифра)	Задания к контрольным работам
А	В	С
20, 40, 60, 80, 100	1, 31, 61,	21, 51, 81,	101, 131, 161
19, 39, 59, 79, 99	2, 32, 62,	22, 52, 82,	102, 132, 162
18, 38, 58, 78, 98	3, 33, 63,	23, 53, 83	103, 133, 163,
17, 37, 57, 77, 97	4, 34, 64,	24, 54, 84,	104, 134, 164
16, 36, 56, 76, 96	5, 35, 65,	25, 55, 85,	105, 135, 165
15, 35, 55, 75, 95	6, 36, 66	26, 56, 86,	106, 136, 166,
14, 34, 54, 74, 94	7, 37, 67	27, 57, 87,	107, 137, 167,
13, 33, 53, 73, 93	8, 38, 68,	28, 58, 78,	108, 138, 168,
12, 32, 52, 72, 92	9, 39, 69,	29, 59, 89,	109, 139, 169,
11, 31, 51, 71, 91	10, 40, 70,	30, 60, 90	110, 140, 170,
10, 30, 50, 70, 90	11, 41, 71,	91, 121, 151	111, 141, 171,
9, 29, 49, 69, 89	12, 42, 72,	92, 122, 152,	112, 142, 172,
8, 28, 48, 68, 88	13, 43, 73,	93, 123, 153,	113, 143, 173,
7, 27, 47, 67, 87	14, 44, 74	94, 124, 154,	114, 154, 174,
6, 26, 46, 66, 86	15, 45, 75,	95, 125, 155,	115, 145, 175,
5, 25, 45, 65, 85	16, 46, 76,	96, 126, 156,	116, 146, 176,
4, 24, 44, 64, 84	17, 47, 77,	97, 127, 157,	117, 147, 177,
3, 23, 43, 63, 83	18, 48, 78,	98, 128, 158,	118, 148, 179,
2, 22, 42, 62, 82	19, 49, 79,	99, 129, 159,	119, 149, 179,
1, 21, 41, 61, 81	20, 50, 80,	100, 130, 160,	120, 150, 180

1. Изложите принципы современной классификации металлов. Охарактеризуйте признаки, по которым металлы относят к той или иной группе. Приведите примеры их применения.

2. Опишите процесс первичной кристаллизации металлов. Как определяют критический размер зародыша? Приведите схему роста грани кристалла.

3. В чем отличие кипящей стали от спокойной? Когда и какую из них рекомендуется применять?

4. Приведите схему изменения микроструктуры стали в результате пластической деформации. В чем практическое значение анизотропии механических свойств?

5. Изобразите схематически различные формы графита в сером чугуне. Как влияет форма графитных включений на механические свойства чугуна?

6. Опишите способы определения критических точек в стали (термический анализ). В чем практическое значение определения критических точек?

7. Что представляет собой микроструктура металлов? Как она определяется и в чем ее практическое значение? Приведите примеры.

8. Что такое элементарная кристаллическая ячейка в металле? Дайте характеристику типов пространственных кристаллических решеток металлов. Каково их значение?

9. Каковы особенности жидкого состояния металлов? Приведите условия образования и роста зародышей кристаллов.

10. Что представляет собой субмикроструктура металлов? В чем практическое значение размера зерна?

11. Какую роль в процессе кристаллизации металлов играет число центров и скорость роста кристаллов? Приведите схему процесса кристаллизации.

12. Какие типы кристаллических решеток характерны для металлов? Опишите их.

13. Постройте кривую охлаждения железа и поясните значение критических точек. В чем сущность полиморфных превращений в железе?

14. Напишите о несовершенствах строения реальных кристаллов. Опишите способы упрочнения наклепом.

15. Приведите схему строения дендрита. Объясните явление дендритной (внутрикристаллитной) ликвации. В чем его практическое значение?

16. Приведите схему строения стального слитка. В чем сущность ликвации по плотности и физической неоднородности? Каково их практическое значение?

17. Какие виды взаимодействия компонентов в сплаве существуют? Приведите условия их образования.

18. Приведите диаграмму состояний сплавов, образующих ограниченные твердые растворы. В чем заключается принцип построения диаграммы состояний?

19. С помощью кривых охлаждения постройте диаграмму состояний сплавов, не образующих твердых растворов, и на ее примере поясните правило фаз.

20. С помощью кривых охлаждения постройте диаграмму состояний сплавов, образующих твердые растворы с неограниченной растворимостью, и на ее примере объясните правило отрезков.

21. Приведите характеристику фаз и структурных составляющих диаграммы состояний железо–цементит. В чем практическое значение этой диаграммы?

22. В чем сущность полиморфных превращений в железе с точки зрения их практического значения для термической обработки стали?

23. Что такое вторичная кристаллизация в стали? В чем ее практическое значение? Приведите примеры.

24. Какова связь между строением сплавов, видом диаграммы состояний и свойствами этих сплавов? Приведите конкретные примеры, отметив практическое значение закона Н. С. Курнакова.

25. Какие нормальные примеси и почему влияют на свойства сталей? Объясните явления красноломкости и хладноломкости стали.

26. Каково влияние углерода и кремния на образование структуры чугуна? Приведите примеры применения серого чугуна на железнодорожном транспорте.

27. Как влияют газы (азот, кислород, водород) и неметаллические включения на структуру и свойства стали? Приведите примеры.

28. Как классифицируются по ГОСТам конструкционные углеродистые стали? Где на железнодорожном транспорте они применяются?

29. Дайте характеристику инструментальных углеродистых сталей. Как они маркируются по ГОСТу? Приведите примеры их использования.

30. Как определяются характеристики основных механических свойств металлов: прочности, пластичности, ударной вязкости? Приведите необходимые расчетные схемы и формулы.

31. Каковы способы измерения твердости металлов? Приведите необходимые схемы и формулы. В чем практическое значение определения твердости?

32. Напишите об усталости металлов. Как определяется предел выносливости? Какие меры применяются для повышения выносливости металлов? Приведите примеры из области железнодорожного транспорта.

33. Напишите об особых физических свойствах сталей и сплавов.

34. В чем сущность модифицирования чугуна с пластинчатым и шаровидным графитом? Как изменяются при этом структура и свойства чугуна? Приведите примеры.

35. Напишите о сущности превращения аустенита в перлит при непрерывном охлаждении стали. Когда это превращение важно практически?

36. Приведите характеристику этапов термической обработки стали: нагрева, выдержки, охлаждения. Какие факторы влияют на их выбор и почему?

37. Как и с какой целью осуществляется азотирование и цианирование стали? Какие детали подвергаются цианированию?

38. В чем сущность превращения перлита в аустенит при нагреве эвтектоидной стали? В чем практическое значение этого превращения?

39. В каких случаях и с какой целью применяют термическую обработку чугуна? В чем ее практическое значение? Приведите примеры.

40. Напишите о термомеханической обработке стали. В чем ее практическое значение?

41. Каковы причины, вызывающие термические и структурные напряжения при закалке стали на мартенсит? В чем их практическое значение?

42. Что такое нормализация и гомогенизация стали? В чем их практическое значение?

43. Приведите диаграмму изотермического распада аустенита эвтектоидной стали. В чем ее практическое значение?

44. На диаграмме изотермического распада аустенита постройте график изотермической закалки эвтектоидной стали. В чем преимущества изотермической закалки перед закалкой на мартенсит?

45. Приведите диаграмму изотермического распада аустенита для до- и заэвтектоидной стали. Каково влияние углерода и легирующих элементов на положение кривых начала и конца распада аустенита? В чем практическое значение этого влияния?

46. В чем сущность мартенситного превращения? Что такое обработка холодом? В чем ее практическое значение?

47. Что такое мартенсит и как он образуется в стали? Каково влияние углерода и легирующих элементов на положение мартенситных точек?

48. На диаграмме изотермического распада аустенита покажите критическую скорость закалки. От чего она зависит и в чем ее практическое значение?

49. От каких факторов зависит окисление и обезуглероживание поверхности стали при нагреве? Опишите меры защиты от этих явлений, дайте характеристику защитных сред.

50. Опишите изменения в структуре стали при полном отжиге. Приведите примеры отжига деталей подвижного состава.

51. Объясните, какие изменения происходят в структуре стали при неполном отжиге. Приведите примеры отжига.

52. Как правильно выбрать температуру закалки на мартенсит для до- и заэвтектоидной углеродистой сталей? Опишите превращения, происходящие в структуре при закалке.

53. В чем сущность закаливаемости и прокаливаемости стали? Как определяется прокаливаемость и в чем ее практическое значение?

54. С какой целью и как осуществляется поверхностная закалка стали? Опишите превращения, происходящие в поверхностном слое. Приведите примеры.

55. Опишите превращения, происходящие при отпуске углеродистой стали, закаленной на мартенсит. В чем практическое значение отпуска? Приведите примеры.

56. Объясните явление рекристаллизации деформированного металла при нагреве. Приведите схему изменения структуры и свойств металла в процессе рекристаллизации.

57. Как изменяются строение и механические свойства металлов в процессе пластической деформации? Что такое возврат (отдых) и каково его практическое значение?

58. В чем сущность и каковы принципы химико-термической обработки стали? Какие стали и какие детали подвижного состава и машин целесообразно подвергать химико-термической обработке и почему?

59. Объясните, какие превращения происходят в структуре стали при цементации и нитроцементации. В чем практическое значение цементации? Какие детали подвергают этой обработке?

60. Как осуществляется термодиффузионное насыщение поверхности стали металлами: хромом, кремнием, алюминием, бором? В чем его практическое значение? Какие детали подвижного состава целесообразно подвергать этой обработке?

61–90. По диаграмме состояний железо–цементит опишите, какие структурные и фазовые превращения будут происходить при медленном охлаждении из жидкого состояния сплава с заданным содержанием углерода. Охарактеризуйте этот сплав и определите для него при заданной температуре количество, состав фаз и процентное соотношение, используя данные, приведенные в табл. 2.

91. Как классифицируют легированные стали по химическому составу? Перечислите принципы маркировки легированных сталей, применяемых на железнодорожном транспорте.

92. Опишите классификацию легированных сталей по назначению. Приведите примеры применения их по каждой группе на подвижном составе и в пути.

93. Напишите о порошковых материалах. Как их получают и где применяют? Приведите примеры.

94. Опишите принципы классификации легированных сталей по структуре в отожженном состоянии. Приведите примеры использования этих сталей на подвижном составе.

95. Как классифицируются легированные стали по структуре в нормализованном состоянии? Приведите примеры использования этих сталей.

Таблица 2

Исходные данные для вопросов 61–90

№ вопроса	Количество углерода, %	Температура, 0С	№ вопроса	Количество углерода, %	Температура,0С	№ вопроса	Количество углерода, %	Температура,0С
	3,8			2.8			1,2
	3.7			2.7			1,1
	3,6			2,6			1,0
	3,5			2.5			0,9
	3,4			2,4			0,7
	3,3			2,3			0,6
	3,2			1,6			0,5
	3,1			1.5			0,4
	3,0			1,4			0,3
	2,9			1,3			0,2

96. Какие легирующие элементы являются карбидообразующими? Где применяют стали, содержащие карбиды, и почему? Приведите примеры.

97. Каково влияние легирующих элементов на основные превращения в стали: распад аустенита, мартенситное превращение, превращение при отпуске? В чем практическое значение этого влияния?

98. В чем сущность отпускной хрупкости стали? Чем она вызывается и какое практическое значение имеет?

99. С какой целью и в каком количестве вводят в сталь титан, ванадий, бор, медь? Приведите примеры сталей, легированных этими элементами.

100.Какие требования предъявляются к конструкционным легированным сталям? Приведите их классификацию и маркировку. Где и почему эти стали применяют на подвижном составе?

101.Напишите о рессорно-пружинных легированных сталях, в том числе о применяемых на подвижном составе. Каковы их состав, структура, термическая обработка, свойства?

102.Какие конструкционные легированные стали относят к группе цементуемых? Каковы состав, структура, свойства сталей? Приведите примеры.

103.Какие легированные стали применяют для измерительного инструмента? Приведите конкретные примеры, опишите состав и свойства.

104.Опишите улучшаемые конструкционные легированные стали. Каковы состав, структура, свойства сталей?

105.Напишите о низколегированных конструкционных сталях. Приведите примеры их применения на подвижном составе.

106.Опишите углеродистые конструкционные стали для отливок. Приведите конкретные примеры их применения на подвижном составе.

107.Какие требования предъявляют к шарикоподшипниковым сталям? Приведите примеры их использования на подвижном составе.

108.Каковы состав, структура, термическая обработка, свойства износостойкой аустенитной стали, применяемой в стрелочных переводах? В чем ее преимущества?

109.Какие виды коррозии металлов известны? Какие нержавеющие конструкционные стали применяются в промышленности и на транспорте?

110.Какие требования предъявляют к жаропрочным конструкционным сталям? Каковы состав, структура, термическая обработка сталей, применяемых в газотурбинных установках локомотивов?

111.Какие требования предъявляют к инструментальным легированным сталям? Каковы состав, структура, термическая обработка, свойства быстрорежущей стали?

112.Приведите схему закалки и отпуска быстрорежущей стали, включая обработку холодом. Обоснуйте эту термическую обработку изменениями в структуре стали.

113.Перечислите требования к сталям для измерительного инструмента. Каковы состав, структура, термическая обработка, свойства этих сталей?

114.Какие стали применяют при изготовлении штампов для холодной деформации? В чем особенности термической обработки этих сталей?

115.Перечислите требования, предъявляемые к сталям при изготовлении штампов для горячей деформации. Каким образом удается выполнить эти требования?

116.Напишите о технологии получения, составе, структуре, свойствах металлокерамических твердых сплавов. Где и почему они применяются?

117.Объясните причины сохранения высокой красностойкости металлокерамических твердых сплавов при резании металлов. Приведите примеры их применения.

118.Напишите о сталях, обладающих особыми свойствами. Приведите примеры использования этих сталей в деталях дизеля тепловоза.

119.Опишите магнитомягкие и магнитотвердые стали и сплавы. Где и почему они применяются в локомотивах?

120.Какие виды термической обработки чугуна существуют? Какие изменения происходят в структуре чугуна при отжиге с целью графитизации?

121–150. Выберите режим термической обработки детали из стали указанной марки для получения заданных свойств и обоснуйте его. На основе диаграммы состояний железо–цементит и построенного графика термической обработки напишите о превращениях в структуре стали, используя данные табл. 3.

Таблица 3

Исходные данные для вопросов 121–150

№ вопроса	Деталь	Марка стали	Свойства	№ вопроса	Деталь	Марка стали	Свойства
	Зубило Матрица Сверло Метчик Зенкер Напильник Резец Метчик Надфиль Плашка Протяжка Развертка Резец Сверло Резец	У7 У8 У9 У10 У11 У12 У13 Х Х05 9ХС ХВГ ХГ ХВ5 Р6М5 Р12	HRC58 HRC60 HRC62 HRC63 HRC64 HRC65 HRC62 HRC62 HRC65 HRC60 HRC65 HRC62 HRC64 HRC63 HRC64		Резец Шестерня Валик Ось Валик Болт Червяк Шестерня Пружина Рессора Шарик Палец Клапан Штамп Коромысло	Р18 50ХНМА 40Х 55С2 60С2ХА60СГ ШХ15 12ХН3 Х10С2М 5ХНТ	HRC65 HRC60 HB5500 HB2500 HRC40 HB2500 HRC60 HRC58 HRC43 HRC44 HRC40 HRC61 HRC60 HB4000 HB4000

151.Из перечисленных сплавов: Г13Л, Б16, Р9, БрАЖ9-4, ВК6 – выберите материал для изготовления литой антифрикционной втулки и для заливки подшипника. Расшифруйте марки этих сплавов. Приведите примеры других сплавов с антифрикционными свойствами.

152.Дайте характеристику меди и ее сплавов. Укажите область их применения в промышленности. Расшифруйте марки следующих сплавов: БрОЦС5-5, БрАЖ9-2, Л96, ЛМцС58-2-1,5. Поясните, какая разница в методах обработки латуней Л96 и ЛМцС58-2-1,5.

153.Для изготовления деталей выбран сплав Д1. Определите химический состав сплава. Опишите, каким видам термической обработки он подвергается. В чем сущность процесса старения?

154.Дайте характеристику алюминия и его сплавов. Укажите область их применения в промышленности. Что такое силумин и дюралюминий (состав, свойства, назначение)?

155.Расшифруйте марки перечисленных сплавов: Р18, 13Л, Т15К6, 5ХНТ, ВК15. Из этих сплавов выберите получаемые методами порошковой металлургии. Опишите технологический процесс их получения, свойства и назначение.

156.Расшифруйте марки сплавов ВК2 и Т5КЮ. Укажите их свойства и назначение. Опишите принцип изготовления изделий методом порошковой металлургии. Перечислите этапы и условия проведения технологического процесса.

157.Напишите о титане и сплавах на его основе. Где их применяют? Каковы перспективы применения титановых сплавов на подвижном составе?

158.Расскажите о баббитах на оловянной, свинцовой и цинковой основах, их применении на железнодорожном транспорте.

159.Опишите получение изделий методом порошковой металлургии (кроме инструмента). Приведите примеры.

160.Перечислите основные виды лакокрасочных материалов. Какие требования к ним предъявляются? Приведите примеры.

161.Приведите схемы различных структур звеньев макромолекул. Каково их влияние на свойства полимера?

162.Укажите, из каких составных частей состоит пластмасса, и объясните их назначение. Приведите конкретные примеры применения пластмасс на железнодорожном транспорте.

163.Приведите классификацию пластмасс в зависимости от реакции получения полимеров и от их физико-механических свойств.

164.Каково влияние вида и формы наполнителя на свойства пластмасс?

165.Перечислите основные технологические методы изготовления изделий из пластмасс, используемых на железнодорожном транспорте, и дайте их краткую характеристику.

166.Каковы возможности и назначение синтетических защитных покрытий подвижного состава, сооружений и устройств железнодорожного транспорта? Приведите состав применяемых покрытий и опишите технологию их нанесения.

167.Напишите о составе, структуре и физико-механических свойствах стекловолокнистого анизотропного материала.

168.Опишите технологию склеивания и перечислите типы и марки синтетических клеев в зависимости от основы (полимера). Приведите примеры использования синтетических клеев при ремонте подвижного состава.

169.Охарактеризуйте синтетические каучуки по составу исходных продуктов и свойствам. Приведите примеры использования резин на железнодорожном транспорте.

170.Напишите о получении, свойствах и применении пластмасс с листовым наполнителем.

171.Напишите о получении, свойствах и применении фторопласта.

172.Объясните, в чем сущность процессов полимеризации и поликонденсации. Приведите примеры.

173.Напишите о получении, свойствах и применении пластмасс с порошковым наполнителем.

174.Напишите о получении, свойствах и применении резин специального назначения: маслобензостойких и пр.

175.Напишите о свойствах, изготовлении и применении стеклопластиков на железнодорожном транспорте.

176.Напишите о составе, свойствах (преимуществах и недостатках) и применении фрикционных полимерных материалов, сравнив их с металлическими материалами.

177.Какие материалы на основе полимеров применяются на железнодорожном транспорте в качестве антифрикционных? Приведите конкретные примеры, укажите преимущества и недостатки.

178.Опишите процесс получения резины. Перечислите ее свойства. Приведите примеры применения резины на железнодорожном транспорте.

179.Опишите методику определения экономической эффективности внедрения в производство новых материалов и упрочняющей термической обработки с учетом долговечности деталей.

180.Каковы методы получения и свойства пенопластов и поропластов? Приведите примеры их применения на железнодорожном транспорте.