Билет 1. 1.значения и задачи материаловедения

1.значения и задачи материаловедения.

Используемые в технике металлы принято подразделять на две основные группы — черные и цветные. К черным металлам относят железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы). Остальные металлы и их сплавы составляют группу цветных. В общемировом производстве металлов свыше 90% приходятся на железо и его сплавы. Это объясняется ценными физическими и механическими свойствами черных металлов, а также и тем, что железные руды широко распространены в природе, а производство чугуна и стали сравнительно дешево и просто.Наряду с черными металлами важное значение в технике имеют цветные металлы. Это объясняется рядом важных физико-химических свойств, которыми не обладают черные металлы. Наиболее широко используют в самолетостроении, радиотехнике, электронике и в других отраслях промышленности медь, алюминий, магний, никель, титан, вольфрам, а также бериллий, германий и другие цветные металлы.Пластмассы и другие неметаллические материалы используют в конструкциях машин и механизмов взамен металлов и сплавов. Такие материалы позволяют повысить сроки службы деталей и узлов машин и установок, снизить массу конструкций, сэкономить дефицитные цветные металлы и сплавы, снизить стоимость и трудоемкость обработки.Рациональный выбор материалов и совершенствование технологических процессов их обработки обеспечивают надежность конструкций, снижают себестоимость и повышают производительность труда. Прикладную науку о строении и свойствах технических материалов, основной задачей которой является установление связи между составом, структурой и свойствами, называют материаловедением.

2.превращеня в стали при нагреве.

Нагрев стали при термической обработке используют для получения аустенита. Структура доэвтектоидной стали при нагреве ее до критической точки Ас, состоит из зерен перлита и феррита. В точке Ас, происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве отточки Ас, до Ас3 избыточный феррит растворяется в аустените, и в точке Ас3 (линия GS) превращения заканчиваются. Выше точки Ас3 структура стали состоит из аустенита.

Таким же образом происходят превращения при нагреве заэвтектоидной стали, но с той лишь разницей, что при дальнейшем повышении температуры отточки Ас, до точки Аст в аустените начинает растворяться избыточный цементит (вторичный). Выше точки Аст (линия SE) структура состоит только из аустенита. Вновь образовавшийся аустенит неоднороден даже в объёме одного зерна. В тех местах, где раньше были пластинки цементита, содержание углерода значительно больше, чем в тех местах, где находились пластинки феррита.

3. Алюминий - легкий металл серебристо-белого цвета с высокой электро- и теплопроводностью; плотность его 2700кг/м\ температура плавле-; ния в зависимости от чистоты колеблется в пределах 660-667°С. В ото-' жженном состоянии алюминий имеет малую прочность (ав=80-100-МПа^низкую твердость (НВ 20-40), но обладает высокой пластичностью (8=35-40%).Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо поддается резанию. Имеет высокую стойкость против атмосферной коррозии и в пресной воде. На воздухе алюминий быстро окисляется, покрываясь тонкой плотной пленкой окиси, которая не пропускает кислород в толщу металла, что и обеспечивает его защиту от коррозии. Деформируемые алюминиевые сплавы. Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, фасонных профилей, проволоки и различных деталей штамповкой, прессованием, ковкой.

Деформируемые сплавы разделяют на сплавы, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Деформируемые сплавы, подвергаемые механической и термической обработке, имеют буквенные обозначения, указывающие на характер обработки.Термически не упрочняемые сплавы АМr3M,AMr3H - это сплавы алюминия с марганцем (Амц) и алюминия с магнием и марганцем (Амг). Они обладают умеренной прочностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и пластичностью.Термически упрочняемые сплавы Д16А,Т приобретают высокие механические свойства и хорошую сопротивляемость коррозии только в результате термической обработки. Наиболее распространены сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем (дюралюмины) и алюминия с медью, магнием, марганцем и цинком (сплавы высокой прочности).

билет 2.

2. Превращения в стали при охлаждении. Аустенит является устойчивым только при температуре выше 727°С (точка Аг,). При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния (ниже точки Аг,),аустенит становится неустойчивым - начинается его превращение. Такое превращение может начаться только лишь при некотором переохлаждении аустенита. На диаграмме изотермического превращения в зависимости от степени переохлаждения различают три температурные области превращения: перлитную, бейнитную и мартенситную. В точке а начинается перлитное превращение. Диффузионный распад аустенита продолжается до точки b (пересечение горизонтали 700°С с кривой II), где происходит превращение аустенита в перлит. Перлитом называют механическую смесь кристаллов феррита и цементита; сорбитом - более мелкую (дисперсную), чем перлит, механическую смесь феррита и цементита. При охлаждении образца до 500°С, аустенит превращается в троостит. Троостит представляет собой очень тонкую смесь феррита и цементита; Мартенситное превращение При резком переохлаждении угле-родне успевает выделиться изтвердого раствора (аустенита) в виде частичек цементита, В этом случае происходит только перестройка решетки у-же-леза в решетку а-железа. Атомы углерода остаются в решетке ос-железа (мартенсите) и поэтому сильно ее искажают.Такую искаженную кристаллическую решетку называют тетрагональной. Бейнитное (промежуточное) превращение при изотермической выдержке углеродистых сталей происходит в интервале температур ~500-250°С с образованием структуры, называемой бейнитом. Бейнит представляет собой двухфазную смесь кристаллов феррита и цементита. Это превращение характеризуется сочетанием как перлитного (диффузионного), так и мартенситного (бездиффузионного) превращения.

3. Алюминий - легкий металл серебристо-белого цвета с высокой электро- и теплопроводностью; плотность его 2700кг/м\ температура плавле-; ния в зависимости от чистоты колеблется в пределах 660-667°С. В ото-' жженном состоянии алюминий имеет малую прочность (ав=80-100-МПа^низкую твердость (НВ 20-40), но обладает высокой пластичностью (8=35-40%).Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо поддается резанию. Имеет высокую стойкость против атмосферной коррозии и в пресной воде. На воздухе алюминий быстро окисляется, покрываясь тонкой плотной пленкой окиси, которая не пропускает кислород в толщу металла, что и обеспечивает его защиту от коррозии. Литейные алюминиевые сплавы. предназначены для изготовления фасонных отливок. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюминий с магнием (АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.).Алюминиевые литейные сплавы маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава. Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. Силумины обладают высокими механическими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью,лебрлУ-шой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость.Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа дитья и вида термической обработки. Важное значение при литье имеет скорость охлаждения затвердевающей отливки и скорость охлаждения ее при закалке. В общем случае увеличение скорости отвода тепла вызывает повышение прочностных свойств.

билет 3.

1.качество мтер. и меоды. Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.Твердость металла определяют способами Бринелля, Роквелла и Виккерса.

Способ Бринелля в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой стальной закаленный шарик.За меру твердости НВ принимают отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка диаметром d и глубиной t, который образуется при вдавливании силой Р шарика диаметра D.Числовое значение твердости определяют так: измеряют диаметр отпечатка с помощью оптической лупы (с делениями) и по полученному значению находят в таблице соответствующее число твердости.

Для ТВ. м-ов применяют способ Роквелла. В образец вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм.Значение твердости определяют по глубине отпечатка h и отсчитывают по циферблату индикатора, установленному на приборе. Во всех случаях предварительная нагрузка Р0 равна 100 Н.При испытании металлов с высокой твердостью применяют алмазный конус и общую нагрузку Р==Р(>-ЬР|— 1500 Н. Твердость отсчитывают по шкале "С" и обозначают HRC.

способом Виккерса в качестве вдавливаемого в материал наконечника используют четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136°. При испытаниях применяют нагрузки от 50 до 1000 Н.Числовое значение твердости определяют так: замеряют длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки и с помощью микроскопа и по полученному среднему арифметическому значению длины диагонали находят в таблице соответствующее число твердости. Пример обозначения твердости по Виккерсу - HV 500.

2. Цементация - процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя углеродом при нагреве в соответствующей среде. Цементация придает поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повышает предел выносливости при изгибе и кручении. Цементируют детали, работающие в условиях трения, при больших давлениях и циклических нагрузках - шестерни, поршневые пальцы, распределительные валы и др.Для цементации используют низкоуглеродистые стали (0,1-0,3% С), т.е. стали марок 10, 15, 20, А12, А20, СтЗ, 15Х, 25ХГМ и др. При цементации деталь нагревают без доступа воздуха до 930-950°С в науглероживающей среде (твердой, жидкой или газообразной), выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов, а затем медленно охлаждают. После этого ее подвергают нормализации, закалке и отпуску.

3. Получение меди и ее сплавов. В настоящее время медь получают из сул ь-фидныхруд, содержащих медный колчедан (CuFeS2).сначала обжигают для снижения содержания серы, а затем плавят на медный штейн. Медные штейны переплавляют в медеплавильном конвертере с продувкой воздухом и получают черновую медь, Черновую медь рафинируют для удаления примесей. Чистую медь применяют для электротехнических целей и поставляют в виде полуфабрикатов — проволоки, прутков, лент, листов, полос и труб. Различают три группы медных сплавов: латуни, бронзы, сплавы меди с никелем.Латуни. ЛатуНями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. Сплав обозначают начальной буквой Л — латунь. Затем следуют первые буквы основных элементов образующих сплавов: Ц — цинк, О олово, Мц- марганец, Ж-железо, Ф-фосфор, Б-бериллий и т.д. Цяфры, следующие за буквами, указывают на количество легирующего элемента в процентах. Например, ЛАЖМц66-6-3-2 алюминиевожелезомарганцо-вистая латунь, содержащая 66% меди, 6% алюминия, 3% железа, и 2% марганца, остальное — цинк.деформируемые латуни выпускают в виде простых латуней, например Л90 (томпак), Л80 (полутомпак), и сложных латуней, например ЛАЖ60-1-1, ЛС63-3 и др. Латуни поставляют в виде полуфабрикатов - проволоки, прутков, лент, полос, листов, труб и других видов прокатных и прессованных изделий. Латуни широко применяют в общем и химическом машиностроении.