А. Я. Шатов канд техн наук, доц

Вид материалаРабочая программа

Содержание


190702 – «Организация и безопасность движения»
Общие указания по дисциплине
Общие методические указания к выполнению
Рабочая программа
Часть i. материаловедение
Методические указания
Теория сплавов
Методические указания
Коэффициенты относительной стоимость легирующих элементов (за единицу стоимости принята стоимость железа)
Коэффициент относительной стоимости
Заданий на контрольную работу №1
Часть ii.технология конструкционных материалов
Задания на контрольную работу № 2
Список рекомендуемой литературы
Подобный материал:



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


Брянский государственный технический университет



Утверждаю

Ректор университета

___________________А.В. Лагерев

«___»______________2010г.


МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ


Рабочая программа и методические указания к выполнению контрольных работ №1 и №2 для заочной формы обучения специальностей: 140501 - «Двигатели внутреннего сгорания», 190601 - «Автомобили и автомобильное хозяйство»,

190702 – «Организация и безопасность движения»,

220301 – «Автоматизация технологических процессов»,

190205 - «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».


Брянск 2010


УДК 621. 940. 020. 7

Рабочая программа и методические указания к выполнению контрольных работ №1 и №2 для заочной формы обучения специальностей: 140501 - «Двигатели внутреннего сгорания», 190601 - «Автомобили и автомобильное хозяйство», 190702 – «Организация и безопасность движения», 220301 – «Автоматизация технологических процессов», 190205 - «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование». – Брянск: БГТУ, 2010. – 44 с.


Разработали:

А.Я. Шатов

канд. техн. наук, доц.,

В.П. Мельников

канд. техн. наук, доц.


Рекомендовано кафедрой «Технологий металлов и металловедение» БГТУ (протокол № 7 от 25.12.2010)


ПРЕДИСЛОВИЕ


Развитие современного машиностроения в значительной степени определяется правильностью выбора конструкционного мате­риала, технологии изготовления заготовки детали и технологичес­кого процесса упрочняющей обработки. Правильно выбранный материал, технология изготовления и технологический процесс упрочняющей обработки определяют не только качество и надежность производи­мого изделия, но и обеспечивают экономию материальных, энергети­ческих и трудовых затрат.

Знание базовых вопросов материаловедения и технологии конструкционных материалов позволяет глубже понимать поведение материалов в разных условиях технологической обработки и эксплу­атации, открывая соответствующие возможности для рационального целенаправленного выбора материалов, технологий и упрочняющих обработок, обеспечивающих заданные эксплуатационные свойства из­делию.

Дисциплина "Материаловедение и технология конструкционных материалов состоит из двух частей:

- часть I - Материаловедение;

- часть II- Технология конструкционных материалов.

Материаловедение, как наука, занимается изучением связей

между химическим составом и строением, между упрочняющей обработ­кой и строением, химическим составом и свойствами; знакомит с основными факторами, позволяющими формировать структуру, со свойствами и назначением промышленных материалов.

Материаловедение включает следующие разделы:

Введение.

1. Строение металлов.

2. Теория сплавов.

3. Пластическая деформация, возврат и рекристаллизация.

4. Железоуглеродистые сплавы.

5. Основы термической обработки (теория и технология).

6. Поверхностные методы упрочнения.

7. Конструкционные стали и сплавы.

8. Инструментальные стали и сплавы.

9. Сплавы цветных металлов.

10. Неметаллические материалы.

11. Экономическая эффективность применения различных материалов.

Технология конструкционных материалов рассматривает вопро­сы формообразования заготовок и готовых деталей различными спо­собами. Она включает следующие разделы:

1. Металлургия черных и цветных металлов и сплавов.

2. литейное производство (производство заготовок литьем).

3. Производство заготовок с применением обработки давлением.

4. Производство заготовок с применением сварки.

5. Изготовление деталей резанием.

6. Производство деталей из неметаллических конструкцион­ных материалов.

7. Экономическая целесообразность производства заготовок и готовых деталей тем или иным способом.

Настоящие методические указания включают: рабочую программу, задания на контрольные работы №1 и №2; методические указания по работе с учебной литературой, по выполнению и оформлению контрольных работ; списки рекомендуемой литературы; тематику обзорных лекций и тем лабораторных работ.


ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ


Приступая к изучению дисциплины, студенты должны иметь учебную литературу, методические указания и задания для выпол­нения контрольной работы.

Как работать с учебной литературой:

Для начала ознакомьтесь с введением, бегло просмотрите учебник (учебное пособие), чтобы составить о нем первое впечат­ление. Затем приступайте к вдумчивой, детальной, последователь­ной проработке каждого раздела.

Читать следует в строгой последовательности, указанной в рабочей программе. Прочитанный материал рекомендуем воспроиз­водить по памяти. Не следует смущаться, если не все становится понятным сразу. Читайте повторно. Читая, старайтесь

не только запоминать содержание изучаемого материала, но и составлять краткий конспект, в который вносите основные положения изучае­мого раздела, сопровождая их при необходимости графическими иллюстрациями. На полях конспекта отмечайте вопросы, по которым хотели бы получить консультации у преподавателя. Не следует пе­реходить к работе над последующими разделами, не изучив предыду­щие. Старайтесь постоянно перечитывать конспект.

Помните, личный опыт вырабатывает навыки и умение работать с учебной литературой.

Наш опыт показывает, что наиболее трудными разделами дис­циплины являются разделы, посвященные теории сплавов и вопросам термической обработки. Освоению материала способствует и выпол­нение контрольных работ.


Общие методические указания к выполнению

контрольного задания


Задания включают вопросы и задачи по основным разделам курса.

Не следует приступать к выполнению контрольной работы №1, не проработав соответствующего материала по учебнику. Не пользуйтесь устаревшей литературой, в которой могут содержаться ошибочные или устаревшие понятия термины и обозначения.

Выполнять работы необходимо по варианту, номер которого совпадает с суммой двух последних цифр номера зачетной книжки. (например: две последние цифры номера 35, следовательно, номер варианта 3 + 5 = 8).

Вариант контрольной работы выбирать по последней цифре зачетки. Если номер зачетки оканчивается двумя нулями, студент выполняет в обоих случаях 10 вариант.

Титульный лист работы оформляется в соответствии с установленными требованиями и должен включать наименование контрольной работы (см. титульный лист методических указаний), Ф.И.О. студента, вариант задания, его №, учебный шифр (номер зачетной книжки), дату отсылки (подачи) работы в университет, свой адрес, подпись. После титульного листа идет страница с перечислением вопросов задания.

Текстовую часть работы обязательно выполнять в компьютерном варианте. Рисунки, таблицы, графики, эскизы, формулы выполняются либо с применением соответствующих программных ресурсов, либо в виде копий с последующей вклейкой в текстовую часть, либо оформляются вручную с применением соответствующих чертежных приспособлений. Работа выполняется на листах формата А4.

Очередность выполнения заданий - в порядке их следования в заданном варианте. При оформлении работы обязательна ссылка на используемую литературу или образовательные ресурсы Интернета. В конце работы приведите список использованной литературы. При использовании образовательных ресурсов Интернета в списке литературы укажите соответствующие образовательные сайты, с которых взята использованная в работе информация.

Выполненная работа высылается (передается) на рецензирование. Работа, содержащая неправильные ответы, ответы не на все вопросы варианта или не своего варианта, не засчитывается. Не засчитанная работа выполняется заново. В работе с замечаниями рецензента исправления (письменные ответы) представлять на новых чистых листах в конце работы (вносить исправления в первоначальный текст работы не допускается). Исправленная работа повторно направляется на рецензирование. Зачтенная работа не возвращается студенту и выдается на экзамене для подготовки к его сдаче.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


Дисциплина изучается в III семестре. Общее число часов на изучение дисциплины - 170:

материаловедение – 85,

технология конструкционных материалов - 85,

Основной формой обучения является самостоятельная работа.

Общий объем аудиторных занятий - 26 часов.

Во 2-ом семестре: установочные лекции - б часов, выдача заданий на контрольные работы №1 и № 2.

В 3-м семестре: обзорные лекции - 8 часов, лабораторные работы - 12 часов, экзамен.

В качестве базового учебника рекомен­дуется: по материаловедению - [1, часть 1], по технологии конструкционных материалов [1, часть 2]. В этих же учебниках приведены воп­росы для самопроверки.


ЧАСТЬ I. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ


Строение металлов и затвердевание


Типы кристаллических решеток металлов и их основные харак­теристики. Элементы кристаллографии. Понятие о плоскости скольжения. Полиморфизм. Анизотропия кристаллов. Теоретическая и прак­тическая прочность. Дефекты кристаллического строения, и их влия­ние на свойства. Микроструктура. Строение границ зерен и субзерен. Диффузия и самодиффузия.

Плавление и затвердевание металлов. Кинетика и параметры кристаллизации. Величина зерен. Модифицирование.

Литература: [1, с. 11-36].


Методические указания


Обратите внимание на металлический тип связи. Выясните при­чину огромного различия между теоретической и практической (реаль­ной) прочностью металлов. Разберитесь в видах несовершенств кристаллического строения реальных металлов и особенно дислокаций, в причинах легкого перемещения дислокаций в кристаллической решет­ке и в их влиянии на механические свойства.

При изучении процесса кристаллизации необходимо уяснить за­висимость параметров кристаллизации от степени переохлаждения и их влияние на формирование структуры литого металла, возможность искусственного воздействия на строение путем модифицирования. Обратите внимание на образование дендритной структуры.


ТЕОРИЯ СПЛАВОВ


Определение терминов: сплав, компонент, фаза, твердые раст­воры, химические соединения, эвтектика и эвтектоид. Диаграммы двойных сплавов из компонентов: с их полной нераст­воримостью в твердом состоянии; с полной растворимостью; с огра­ниченной растворимостью; из компонентов, образующих устойчивые химические соединения; из компонентов, претерпевающих полиморф­ные превращения. Правила "концентрации" и "отрезков".

Ликвация, виды ликвации и методы её устранения. Связь между химическим составом, структурой и свойствами (правила Курнакова).

Литература: [1, с.37-65].


Методические указания


По виду диаграммы состояния научитесь определять характер взаимодействия компонентов в сплавах в твердом состоянии, агрегат­ные состояния любых сплавов и превращения, протекающие в них, в зависимости от химического состава и температуры (т.е. во всех областях диаграммы). При изучении диаграмм практикуйтесь в построении кривых охлаждения и нагревания с указанием на кри­вых в точках перегибов, а также между этими точками (темпера­турами) структурных составляющих и протекающих превращений. Научитесь применять правила "концентрации" и "отрезков". Выяс­ните, в чем состоит отличие эвтектического и эвтектоидного превращений, какая разница между эвтектикой и эвтектоидом.


Пластическая деформация, возврат и рекристаллизация


Пластическая деформация. Степень деформации. Механизм пластической деформации. Пластическая деформация в монокристаллах (зернах) и поликристаллического тела. Источники Франка-Рида. Влияние холодной пластической деформации на микроструктуру и свойства металлов и сплавов. Наклеп. Текстура реформации. При­чины деформационного упрочнения. Практическое применение на­клепа.

Атмосферы на дислокациях и их влияние на прочность.

Возврат 1-го и 2-го рода. Первичная, собирательная и вто­ричная рекристаллизации. Влияние температуры тепловой обработ­ки (отжига) на микроструктуру и механические свойства наклепан­ного металла и сплава. Назначение рекристаллизиционного отжига. Факторы, влияющие на температуру рекристаллизации и величину зерна после рекристаллизации. Критическая степень деформации.

Холодная и горячая пластическая деформации. Процессы, про­текающие при этих видах деформации. Различие в микроструктуре и свойствах.

Литература: [1, с. 68-86; 249-252].


Методические указания


Особое внимание уделите дислокационному механизму пласти­ческой деформации скольжением, в монокристаллах и в поликристал­лическом металле. Как в поликристаллическом металле распрост­раняется деформация от зерна к зерну. Разберитесь в причинах легкоподвижности дислокаций в кристаллической решетке, в плос­костях легчайшего скольжения. Почему сверхчистые металлы имеют меньшую прочность, чем технически чистые? Подробнее изучите причины деформационного упрочнения металлов, вклад атмосфер на дислокациях, дислокационных конфигураций, включений фаз другой природы и других препятствий в упрочнение.

Понимание процессов, происходящих при холодной пластической деформации и при нагреве деформированного металла, позволяет раз­делить пластическую деформацию (обработку давлением) на холодную и горячую.


Железоуглеродистые сплавы


Компоненты и их свойства. Диаграмма состояния железо-цемен­тит. Классификация сплавов: железо, стали, чугуны. Подразделение ста­лей и чугунов по микроструктуре.

Сталь. Влияние углерода на микроструктуру и механические свойства медленно охлажденных сталей. Влияние серы и фосфора. Харак­теристика и маркировка углеродистых сталей.

Чугун. Производство белых, обычных серых, серых модифициро­ванных, ковких и высокопрочных чугунов. Их микроструктура и форма графита. Маркировка чугунов. Влияние углерода, кремния и скорости охлаждения на структуру чугунов. Влияние структурных составляющих на механические свойства серых чугунов.

Литература: [1, с.118-134; 256-259; 281-283;144-145].


Методические указания


Студент должен уметь на память вычертить диаграмму состояния железо-цементит, запомнить, что железоуглеродистые сплавы прин­ципиально различны по микроструктуре и свойствам. Другие рекомен­дации к изучению диаграммы железо-цементит смотрите в методичес­ких указаниях к теории сплавов.

Классификация сталей и белых чугунов по микроструктуре.

При изучении чугунов сравните механические свойства серого, ковкого и высокопрочного чугунов.


Теория и технология термической обработки стали


Виды термической обработки стали. Рост зерна аустенита при нагреве, перегрев и пережог.

Изотермические превращения переохлажденного аустенита (изо­термическая диаграмма). Продукты распада переохлажденного аустени­та (перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит), их строение и свойства.

Влияние углерода на твердость мартенсита и на температуру начала и конца мартенситного превращения. Критическая скорость охлаждения (закалки) и факторы, влияющие на неё.

Превращения переохлажденного аустенита при непрерывном охлаж­дении с различными скоростями (термокинетическая диаграмма).

Отжиг первого рода. Отжиг второго рода (отжиг с фазовой пере­кристаллизацией). Полный и неполный отжиг. Изотермический отжиг. Сфероидизирующие отжиги (отжиги на зернистый цементит). Нормализа­ция стали.

Закалка стали: полная и неполная. Закалочные среды и требова­ния, предъявляемые к ним. Способы закалки: закалка при непрерыв­ном охлаждении, прерывистая, ступенчатая, изотермическая. Закали­ваемость, прокаливаемость сталей и факторы, влияющие на них. Мето­ды определения.

Отпуск закаленных сталей. Превращения при отпуске. Виды и назначение отпусков.

Влияние закалки и отпуска на механические свойства сталей. Термическое улучшение стали.

Термомеханическая обработка сталей.

Литература: [1, с.156-249 ].


Методические указания


Какое значение имеет склонность аустенитных зерен к росту в практике. Уясните разницу между перегревом и пережогом.

При изучении превращений переохлажденного аустенита в изотер­мических условиях и при непрерывном охлаждении, обратите внимание на кинематику его превращения в зависимости от температуры переох­лаждения, на, природу (строение) и механические свойства продук­тов превращения аустенита.

Уясните физическую сущность процессов, происходящих при той или иной разновидности отжига и закалки. Особое внимание обратите на режимы термических обработок (время и температуру нагрева, длительность выдержки при этой температуре, условия охлаждения) и на факторы, влияющие на них; на причины возникновения терми­ческих напряжений, деформацию деталей и на приемы, способствующие снижению их уровня.

Детально изучите процессы, протекающие в закаленных сталях при нагреве на различные температуры (начиная от комнатной) для отпуска.

Обратите внимание на сущность и особенности термомехани­ческих обработок.

Во всех случаях анализируйте влияние изучаемых процессов на на строение и механические свойства.


Поверхностные методы упрочнения


Упрочнение наклепом. Методы упрочнения.

Закалка с индукционного нагрева (закалка ТВЧ) и другие виды. Стали, применяемые для поверхностной закалки. Особенности строе­ния микроструктуры, уровень свойств.

Химико-термическая обработка (ХТО) сталей (цементация, азоти­рование и совмещение этих обработок). Термическая обработка цементуемых и азотируемых деталей. Свойства деталей после ХТО. Назначение и область применения ХТО.

Литература: [1, с.228-252].

Методические указания


В каких случаях прибегают к поверхностному упрочнению деталей?

Рассмотрите сущность и назначение поверхностного наклепа, его влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и станков. Какие методы применяются в промышленности для поверхностного на­клепа деталей?

Обратите внимание на то, что при закалке с индукционного нагрева уровень механических свойств выше, чем при закалке с печ­ного нагрева. Уясните причину этого.

При изучении основ химико-термических обработок (ХТО) разбе­ритесь в сущности процессов, в технологии проведения каждого вида XTS, применяемых режимов и типа сталей. Какими свойствами должны обладать поверхностный слой и сердцевина деталей в зависимости от условий эксплуатации для обеспечения нормальной (надежной) работы? В каких случаях прибегают к поверхностному упрочнению наклепом, закалкой ТВЧ, цементацией, азотированием.


Легированные стали и сплавы


Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние ле­гирующих элементов на превращения в сталях и их прокаливаемость.

Дефекты легированных сталей. Классификация сталей, охлажденных на воздухе, по микроструктуре и по назначению.

Литература: [1, с.259-310].


Методические указания


Хорошо усвойте принципы маркировки сталей, классификацию по углероду, содержанию вредных примесей и легирующих элементов. Научитесь по марке стали определять химический состав и особен­ности данной марки стали. Особое внимание уделите изучению влия­ния легирующих элементов на превращения при термической обработ­ке, на прокаливаемость сталей.


Инструментальные углеродистые и легированные стали и сплавы


Классификация и маркировка сталей. Требования, предъявляе­мые к инструментальным материалам. Инструментальные стали пони­женной и повышенной (сложнолегированные) прокаливаемости. Быстро­режущие стали. Твердые сплавы.

Материалы, применяемые для режущего, штампового и измеритель­ного инструмента. Стали и сплавы для инструментов холодного и го­рячего деформирования. Стали повышенной разгаростойкости. Получе­ние инструмента методом порошковой металлургии.

Литература:[1, с.349-366].


Методические указания


Рассмотрите требования, предъявляемые к инструментальным ма­териалам, их основные эксплуатационные свойства. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям и твердым сплавам. Уясните причины их высокой теплостойкости (красностойкости), обратите внимание на особенности термической обработки быстрорежущих сталей. Каким образом можно повысить теплостойкость инструментов?

Изучите особенность требований к материалам, применяемым при изготовлении инструментов, предназначенных для деформирования (обработки) металлов в холодном и горячем состоянии.

Уяснить требования к материалам для измерительных инструментов и на особенности их термической обработки.


Конструкционные углеродистые и легированные стали


Цементуемые углеродистые и легированные стали. Назначение легирования. Улучшаемые стали и цель легирования. Пружинные, шарикоподшипниковые и машиностроительные стали. Теплоустойчивые, изностойкие, коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали. Высокопрочные мартенситостареющие конструкционные стали. Антифрикционные и конструкционные порошковые материалы. Компози­ционные материалы.

Литература:[1, с.252-312; 422-431].


Методические указания


Разберитесь, стали какого типа используются при изготовле­нии деталей различного назначения, подвергающиеся цементации, улучшению, в качестве рессорно-пружинного материала. Что пони­мают под теплостойкостью, коррозионной стойкостью, жаростойкос­тью, жаропрочностью? В чем сущность ползучести? Какими фактора­ми эти свойства обеспечиваются? Уровень свойств разных металли­ческих материалов.


Цветные металлы и сплавы


Алюминий, медь, титан и их сплавы (литые, деформируемые, порошковые). Термическая обработка. Механические и технологи­ческие свойства. Подшипниковые сплавы. Области применения.

Литература:[1, с.378-401; 406-422].


Методические указания


Коротко ознакомьтесь с классификацией и основными видами цветных сплавов, с особенностями их термической обработки (за­калкой и старением), с принципами маркировки.


Неметаллические и композиционные материалы.


Полимерные материалы (термопласты, эластотермопласты, реактопласты). Свойство и область применения пластиков и реактопластов.

Композиционные материалы. Классификация. Понятие матрицы и наполнителя.

Уровень свойств. Область применения.

Литература: [1, с.434-481].


Экономическая эффективность применения

различных материалов


Сравнительные данные стоимости углеродистых, легированных сталей, цветных металлов и сплавов; сплавов, полученных методом по­рошковой металлургии. Себестоимость различных операций термической, химикотермической обработок, пластической деформации и других методов упрочнения материалов. Рациональные области применения металлических и неметаллических материалов.

Литература:[2, с.18-30; 3, с.374-375].


Методические указания


Серьезно оценивать экономическую эффективность применения тех или иных материалов, упрочняющих обработок с учетом надежности и долговечности деталей машин в эксплуатации довольно сложно, не имея соответствующей специальной подготовки. Поэтому вам предлагается освоить достаточно эффективную методику первичной оценки стоимости сплава, которые вы можете выполнить, используя полученные при изучении дисциплины знания о химических составах, строении сплавов и связанных с ними свойствах, о технологических особенностях упрочняющих обработок, а также на основании полученной оценки стоимости сплава провести качественный (сравнительный) анализ технико-экономической эффективности технологического процесса.

Самым дешевым и доступным металлическим материалом является железо, однако сортовое железо или губчатое железо является исходным материалом для производства сталей. Поэтому определяют текущую стоимость качественной низкоуглеродистой стали марок Сталь 08 или Сталь 10, которую всегда можно определить на биржах металлов через Интернет. Стоимость основных легирующих химических элементов для приготовления сплавов можно оценить через коэффициенты относительной стоимости по отношению к текущей стоимости железа, которая принята за единицу (см. табл.).


Коэффициенты относительной стоимость легирующих элементов (за единицу стоимости принята стоимость железа)


Таблица

Металл

Коэффициент относительной стоимости

Металл

Коэффициент относительной стоимости

Fe

Si

Al

Cu

Mg

Mn

Ni

Sn

1

3,5

6

7,5

8

10

17

22

Cr

Co

W

Ti

Mo

V

Nb

Ta

25

35

120

160

170

750

800

1500


Зная химический состав сплава можно легко посчитать массу каждого компонентов сплава, входящих в единицу массы сплава, например, в 1 кг или в 1 т. Определив текущую стоимость железа через стоимость качественной низкоуглеродистой стали, стоимость легирующих элементов, входящих в состав сплава, определяется с учетом коэффициентов относительной стоимости (см. табл.).

Пример. Определим ориентировочную стоимость 1 т стали 30ХГС.

Химический состав стали: 0,3%С; около 1%Cr; около 1%Mn; около 1%Si; остальное - 96,7% Fe.

Средние мировые цены в 2009 г на Сталь10 колебались в пределах 600…650 $/т. Принимаем 600$/т.

Стоимость железа в стали составит: 1х600х0,967=580,2$.

Стоимость хрома в стали составит: 25х600х0,01= 150,0$.

Стоимость марганца в стали составит: 10х600х0,01= 60,0$.

Стоимость кремния в стали составит: 3,5х600х0,01= 21,0$.

Суммарная ориентировочная стоимость стали 30ХГС составит:

580,2+150,0+60,0+21,0=811,2$.

Стоимость сортового проката из стали 30ХГС на 2009 год на российском рынке металлов составила 830…890$.


ЗАДАНИЙ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ №1


Вариант 1


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 0,40% углерода постройте кривую охлажде­ния, для сплава с 3,9% углерода - нагревания. При температуре 750°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворах.

2. Причины деформационного упрочнения металлов.

3. Способы закалки: закалка при непрерывном охлаждении, прерывистая, ступенчатая, изотермическая.

4. Винтовая пружина (растяжения, сжатия) из стали 63С2А.

5. Клапан из стали 45Х14Н14В2М мотора. Рабочая темпера­тура по 650°.


Вариант 2


1.Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 3,8% углерода, постройте кривую охлаждения, для сплава с 6,67% углерода - нагревания. При температуре 1210°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворе.

2. Пластическая деформация. Источник Франка-Рида.

3. Полная и неполная закалка углеродистых сталей.

4. Ходовой винт из стали ЗОХЗВА пары скольжения.

5. Поршень из сплава АК4 автомобильного двигателя. Рабочая температура 250°С.


Вариант 3


1 Диаграмма состояния железо-цементит».Для сплава, содержащего 0,13% углерода постройте кривую охлажде­ния, для сплава с 2,14% углерода - нагревания. При темпера­туре 750°С определите относительные количества фаз и содер­жание углерода в растворах.

2. Пластическая деформация. Под действием каких напряже­ний она возникает? Распространение пластической деформации от зерна к зерну.

3. Термическая обработка быстрорежущих сталей.

4. Рычаг из стали ЗОХМ коробки передач должен иметь по­вышенную прочность по всему сечению (НВ 250...280).

5. Игла распылителя из стали PI8 топливной аппаратуры.


Вариант 4


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 3,5% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 4,3% - нагревания. При температуре 950°С опре­делите относительные количества фаз и содержание углерода в растворе.

2. Изменение микроструктуры и механических свойств накле­панного металла в зависимости от температуры тепловой обработки (отжига).

3. Закаливаемость, прокаливаемость и их характеристики.

4. Винтовая пружина выпускного клапана из стали 50ХФА.

5. Распределительный вал из стали 45 дизеля. Поверхност­ная твердость кулачков HRC 52...62.


Вариант 5


1. Диаграмма железо-цементит. Для сплава, содержащего 5,8% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава 1,8% - нагревания. При температуре 1190°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в раство­рах.

2. Дислокационный механизм пластической деформации сколь­жением. Распространение пластической деформации от зерна к зерну.

3. Азотирование. Термическая обработка азотируемых деталей.

4. Вал из стали 40Х коробки передач.

5. Поршневой палец из стали 12ХНЗА. Поверхностная твер­дость НRС > 58, сердцевины HRC 26...40.


Вариант 6


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 3,0% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 0,1% углерода - нагревания. При температуре 740°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворах.

2. Каким способом можно восстановить пластичность холодно­катаных медных лент? Назначьте режим тепловой обработки и опишите физическую сущность происходящих процессов.

3. Выбор температуры закалки, времени нагрева и выдержки, условий охлаждения при закалке.

4. Зубчатое колесо из стали 20ХНЗА. Твердость рабочей поверхности HRC > 56, сердцевины НRC 29...35. Глубина упрочнен­ного слоя 1,0…1,4 мм.

5. Головка цилиндра из сплава АК8 автомобильного двигате­ля. Рабочая температура 250°С.


Вариант 7


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 4,3% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 5,5% углерода - нагревания. При температуре 500°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворе.

2. Пластическая деформация. Изменение механических свойств и микроструктуры в зависимости от степени холодной пластической деформации. В чем сущность и каково практическое применение наклепа?

3. Термомеханическая обработка (ВЭМО, HTMQ, ДМО).

4. Тяжелонагруженная шестерня первичного вала из стали 20Х2Н4А. Твердость рабочей поверхности НКС > 58, сердцевины HFC 30...35. Глубина упрочненного слоя 1,0...1,4 мм.

5. Карданный вал из стали 45Г2.


Вариант 8


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 5,5% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 0,8% углерода - нагревания. При температуре 450°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворе.

2. Препятствия (барьеры) для движущихся дислокаций. Атмос­феры на дислокациях. Их влияние на прочность.

3. Закалка до- и заэвтектоидных сталей.

4. Малонагруженная шестерня из стали 45. Твердость рабочей поверхности НRС >54. Глубина упрочненного слоя 2,0...3,0 мм.

5. Коленвал из стали 35ХМФА.


Вариант 9


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для спла­ва, содержащего 2,14 % углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 3,5? углерода - нагревания. При температуре 1250 °С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворах.

2. Пластическая деформация скольжением в монокристаллах (зернах). Плоскости легчайшего скольжения.

3. Отжиг. Виды отжига сталей.

4. Вал-шестерня из стали 20ХНЗА. Длина вала 1000 мм. Твер­дость рабочей поверхности шестерни HRC > 58, сердцевины HRC 30...39. Глубина упрочненного слоя 1,5... .2,0 мм.

5. Крупные тяжелонагруженные рессоры из стали 60С2Н2А.


Вариант 10


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 6,67% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 3,8% углерода - нагревания. При температуре 727°С (в конце превращения) определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворе.

2. Опишите несовершенства кристаллического строения метал­лов и их влияние на прочность.

3. Отпуск закаленных сталей. Превращения при отпуске. Виды и цели отпуска.

4. Ведущее колесо из стали 45ГФЛ трактора. Твердость рабочей поверхности НRС > 50, на глубине 8...10 мм - не менее НRС 40.

5. Плунжер из стали 25Х5М плунжерной пары топливного насоса.


Вариант 11


1. Диаграмма состояния железо—цементит. Для сплава, содержащего 0,16% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 6,0% углерода - нагревания. При температуре 760°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворах.

2. Влияние плотности дислокаций и их взаимодействий на прочность металлических материалов.

3. Термическая обработка быстрорежущих сталей.

4. Гильза цилиндра из стали 50Г. Твердость рабочей по­верхности HRC >56. Глубина упрочненного слоя 1,2…1,5 мм.

5. Выпускной клапан из стали 40XI0C2M дизеля средней мощности. Рабочая температура 500 °С.


Вариант 12


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 0,35% С постройте кривую охлаждения, для сплава с 4,3% С - нагревания. При температуре 1480°С опреде­лите относительные количества фаз и содержание углерода в растворах.

2. Возврат и рекристаллизация металлов после холодной пластической деформации.

3. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита. Механические свойства продуктов распада аустенита. Критическая скорость закалки.

4. Цилиндрическая пружина (кручения) из стали У12А.

5. Коленвал из стали 38ХНВА дизеля твердостью рабочей поверхности шеек HV> 800 (НRC >62). Диаметр шейки 150 мм.


Вариант 13


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 4,0% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 1,5% углерода - нагревания. При температуре 550°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворе.

2. Причины деформационного упрочнения металлов.

3. Нитроцементация и цианирование стали. Термическая обработка деталей, подвергающихся этим процессам.

4. Коленвал из стали 40ХФА маломощных моторов. Твердость рабочей поверхности шеек HV > 600 (HRC >54).

5. Корпус распылителя из стали 18X2H4A.


Вариант 14


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 4,3% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 0,35% углерода - нагревания. При температуре 770°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворах.

2. Объясните, с какой целью некоторые пружины и рессоры подвергают дробеструйной обработке. Опишите процессы, протека­ющие при этом.

3. Полная и неполная закалка. Факторы, определяющие микро­структуру углеродистых сталей после закалки.

4. Болт из стали Ст. 5сп должен иметь одинаковую прочность по всему сечению при твердости НВ 225...235.

5. Клапан из стали 30X13Н7C2 автомобильного мотора. Рабочая температура до 650 °С.


Вариант 15


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 4,5% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 0,16% углерода - нагревания. При температуре 1000°С определите относительные количества фаз и содержание углерода в растворе.

2. Дислокационный механизм пластической реформации сколь­жением. Деформационное упрочнение металлов и сплавов.

3. Азотирование. Термическая обработка азотируемых деталей

4. Рессоры из стали 55С2.

5. Клапан из стали 10Х12СЮ автотракторного мотора. Рабочая температура до 650°С.


Вариант 16


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 2,5 углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 0,16 углерода - кривую нагревания. При темпера­туре 1300 С определите относительные количества фаз и содер­жание углерода в растворах.

2. Холодная пластическая деформация поликристаллического металла. Её особенности. Плоскости легчайшего скольжения.

3. Закалка с индукционного нагрева (закалка ТВЧ). Её осо­бенности.

4. Ось из стали 40ХГ должна иметь повышенную прочность по всему сечению (НВ 250...280).

5. Тяжелонагруженная ступица из стали 30ХГТ муфты переключения первой передачи и заднего хода. Твердость рабо­чей поверхности HRC >58, сердцевины HRC35...45. Глубина упрочненного слоя 0,9...1,3 мм.


Вариант 17


1. Диаграмма состояния железо-цементит. Для сплава, содержащего 0% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 2,5% углерода - кривую нагревания. При температуре 911°С определите относительные количества фаз и содер­жание углерода в растворе.

2. Холодная и горячая пластическая деформация. Процессы, протекающие при этих видах деформации. Различие в микрострук­туре и свойствах.

3. Отжиг 2 рода и нормализация сталей.

4. Ролики,, шарики из стали ШХ15 подшипников качения.

5. Гильза цилиндра из стали 38ХМЮА. Твердость рабочей поверхности HRA >80 (HV>870). Глубина упрочненного слоя 0,5...0,8 мм.


Вариант 18


1. Структурная диаграмма состояния железо-Цементит. Для сплава, содержащего 0,1% углерода постройте кривую охлаждения, для сплава с 0,8% углерода - кривую нагревания. При темпера­туре 1515°С определите относительные количества фаз и со­держание углерода в растворах.

2. Как изменяются эксплуатационные характеристики дета­лей после поверхностного наклепа и почему?

3. Цементация стали. Термическая обработка цементованных деталей.

4. Ось из стали 40ХГМА должна иметь повышенную прочность по всему сечению (HRC 30...35).

5. Тяжелонагруженная ступица из стали 30ХГТ муфты включения вала отбора мощности. Твердость рабочей поверхности НRС > 58, сердцевины HRC 30...45. Глубина упрочненного слоя 0,9...1,3 мм.


Методические указания

к подготовке ответов на вопросы задания


Задание №1


1. Начертите диаграмму, объясните значение линий на диа­грамме. Укажите характер взаимодействия углерода и железа в сплавах в твердом состоянии. Опишите превращения во всех температурно-концентрационных областях диаграммы.

2. Постройте кривые охлаждения и нагревания в интервале температур от 0 до 1600 °С для заданных составов сплавов. В точках перегибов на кривых, а также между этими точками (темпе­ратурами) укажите структурный состав сплавов и протекающие при этом превращения.

3. Опишите механические свойства структурных составляющих. Постройте графики зависимостей механических свойств (НВ, σв, σ0,2, δ, Ψ, KCU) медленно охлажденных сталей от содержа­ния углерода в них и дайте объяснения этим зависимостям.

4. Укажите, как пишутся марки углеродистых сталей обыкно­венного качества, качественных, литейных и инструментальных сталей; марки серых, ковких и высокопрочных чугунов. Расшифруй­те и охарактеризуйте каждую марку сплава.


Задания №4 и №5


1. Приведите химический состав стали, сплава. Укажите к какому классу по микроструктуре и к какой группе по назначению сталь относится. Объясните, почему из указанной стали (сплава) изготовляются данные детали.

2. Выберите вид термической обработки и обоснуйте. Назначь­те режим термообработки (скорость и температуру нагрева, дли­тельность выдержки при температуре, охлаждающую среду). Опишите сущность происходящих превращений и изменения в микроструктуре материала на всех этапах нагрева и охлаждения детали. Какова окончательная микроструктура и главные свойства материала дета­лей после термообработки?

3. Опишите, с какой целью данные детали подвергаются термической обработке (повышение твердости, износостойкости, прочности при растяжении или сжатии, сопротивления изгибающим нагрузкам, задиростойкости, смятию от случайных ударов, контакт­ному и усталостному разрушению; для обеспечения минимального коробления деталей в процессе изготовления или для обеспечения стабильности формы и размеров деталей в эксплуатации).

4. При использовании легированных сталей объясните, с какой целью используется легирование (легирование одним элемен­том, комплексное легирование).


Список рекомендуемой литературы


Основная:

  1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для вузов.- 3-е изд.- К.: Машиностроение, 1990.- 528 с: илл.


Дополнительная:

  1. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов.- 6-е изд.-М,: Металлургия, 1986.- 544 с.
  2. Материаловедение: Учебник для вузов / под общ.ред. Арзомасова Б.Н.- 2-е изд.- М.: Машиностроение, 1986.- 384 с.
  3. Лахтин В.М. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов.- 4-е изд.- М.:Металлургия, 1993. - 448 с.


Дополнительная к контрольным работам:

  1. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / под. ред. Лахтина Ю.М., Рахштадта А.Г.- М.: Машиностроение, 1980. - 783 с., илл.
  2. Гольдштейн М.И. и др. Специальные стали: Учебник для вузов.- М.: Металлургия, 1985.- 408 с, илл.
  3. Юргенсон А.А. и др. Металлы быстроходных дизелей и их термическая обработка: Справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1984. - 267 с.
  4. Юргенсон А.А. Азотирование в энергомашиностроении. -Свердловск:-М.: Машгиз, 1962. - 129 с, илл.



ЧАСТЬ II.ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ


Металлургия черных и цветных металлов и сплавов


Производство чугуна в доменных печах: выплавка, продукты доменной плавки, технико-экономические пока­затели доменных печей.

Производство с т а л и: выплавка стали в конвертерах, в мартеновских и электропечах. Разливка стали. Строение и дефекты слитков из кипящей и спокойной стали. Спосо­бы повышения качества сталей: обработка синтетическими шлака­ми, вакуумирование, электрошлаковый и вакуммно-дуговой пере­плав, плавка в электронно-лучевых и плазменно-дуговых печах.

Производство цветных метал­лов: меди, алюминия, магния и титана.

Литература: [1, c, 25-58].


Методические указания


Уделите внимание основным физико-химическим процессам, протекающим при выплавке чугуна, сталей и цветных металлов. Особое внимание уделите производству стали, как самому распрос­траненному материалу в машиностроении. Проанализируйте основ­ные различия в качестве сталей, выплавленных разными способами.


Обработка заготовок деталей давлением


Влияние условий деформирования на процесс обработки металлов давлением. Классификация процессов обработки металлов давлением.

Виды обработки давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, горячая и холодная объемная штамповка. Классификация способов. Отделочные операции. Холодная штамповка из листа. Вы­сокоскоростные способы холодной штамповки. Технико-экономические показатели и критерии выбора рациональных способов обра­ботки металлов давлением.

Литература: [1, с.59-146].

Методические указания


Изучите сущность каждого способа обработки давлением и усвойте основные сведения о технологических методах формообра­зования заготовок и деталей машин пластическим деформированием в холодном и горячем состоянии. Проанализируйте и запомните требования к деталям, изготовляемым обработкой давлением, с целью повышения технологичности их изготовления, снижения тру­доемкости и т.п.; принципы конструирования деталей в зависимос­ти от способа обработки; принципы составления чертежа поковки.


Литейное производство


Классификация литых заготовок и литейных сплавов. Литейные свойства сплавов и связанные с ними дефекты.

Способы изготовления отливок (в песчаных формах, в оболоч­ковых формах, по выплавляемым моделям, в кокилях, под давлением, центробежным литьем, непрерывным и электрошлаковым литьем). Выбор рационального способа изготовления отливок. Технологич­ность конструкций литых деталей.

Литература: [1, , 147-220].


Методические указания


Подробно рассмотрите общую технологическую схему изготов­ления отливок и принципиальную сущность каждого способа литья, их технологические возможности, достоинства и недостатки. Боль­шое внимание уделите конструированию литых деталей с учетом литейных свойств сплавов и способа литья, а также выбору ра­ционального способа изготовления отливок.


Сварочное производство


Физические основы получения сварного соединения. Разделение разновидностей сварочных процессов на сварку плавлением и давле­нием. Свариваемость материалов. Классификация существующих способов сварки по состоянию металла шва в момент сварки и их технологические возможности. Дуговая (ручная и автоматичес­кая), плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазер­ная сварки, газовая сварка и термическая резка, сварка давле­нием, пайка металлов и сплавов. Дефекты сварных и паяных соединений.

Технологичность сварных конструкций (принципы рациональ­ного конструирования сварных узлов и изделий).

Нанесение износостойких и жаростойких покрытий. Способы нанесения.

Литература: [1, c, 221-294].


Методические указания


Изучите сущность и запомните схемы процессов, особенности сварки различных материалов, технико-экономические показатели, достоинства и недостатки, целесообразность того или иного вида сварки.

Проанализируйте целесообразность применения сварно-литых, штампо-сварных и листосварных изделий и узлов, как один из пу­тей повышения технологичности конструкций.


Механическая обработка заготовок деталей машин.

Обработка резанием


Основные виды работ, выполняемых на токарно-винторезных станках и типы используемых при этом инструментов. Обработка деталей на токарных станках при различной серийности производства. Обработка деталей на сверлильных и расточных станках с учетом массовости производства. Обработка заготовок на шлифо­вальных станках. Обработка деталей на зубообрабатывающих и фрезерных станках. Обработка деталей на протяжных станках.

Литература: [1, c. 295-441].


Методические указания


Ознакомьтесь с классификацией станков. Рассмотрите приме­нение станков в зависимости от серийности производства. Режи­мы резания, как их рассчитывать? Определите основное технологическое время для токарных работ.

Назовите отличительную осо­бенность станков токарной группы и для чего они служат.


Производство деталей из неметаллических

конструкционных материалов


Виды полимеров. Применение деталей из полимеров в машино­строении и быту. Изготовление деталей из резины. Виды резин и их классификация по применению.

Литература: [1, c. 456-488].


Методические указания


Ознакомиться с видами полимеров. Как из них изготовить детали. Ознакомится с видами выпускаемых резин и их примене­нием.


ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ № 2


Вариант 1


1. Механические свойства металлов.

2. Резка цветных металлов.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.1).


Вариант 2


1. Получение чугуна в доменных печах и вагранках. Область применения этих чугунов.

2. Обработка деталей на токарных станках.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.2).


Вариант 3


1. Производство стали. Способы и качество выплавляемой стали различными способами.

2. Ручная дуговая и автоматическая сварки.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.3).


Вариант 4


1. Производство алюминия.

2. Получение заготовок горячей штамповкой.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.4).


Вариант 5


1. Производство меди»

2. Обработка деталей на сверлильных и расточных станках.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.5).

Вариант 6


1. Центробежное литье.

2. Сварка в среде защитного газа.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.6).


Вариант 7


1. Холодная листовая штамповка.

2. Обработка деталей на фрезерных станках.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.7).


Вариант 8


1. Литье под давлением.

2. Плазменное напыление.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.8).


Вариант 9


1. Литье в оболочковые формы.

2. Кузнечные работы.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.9).


Вариант 10


1. Специальные виды обработки стали для улучшения структуры и механических свойств.

2. Изготовление деталей из резины.

3. Разработка технологического процесса изготовления отливки (рис.10).


Примечание. Для всех студентов обязательно разработать техноло­гический процесс изготовления отливки для серийного производ­ства согласно рисункам.


Список рекомендуемой литературы


Основная:

  1. Технология конструкционных материалов: Учеб. для студентов машиностроительных специальностей / Под общ.ред. А.М.Дальского.-5-е изд.-М.: Машиностроение, 2004, - 512 с., илл.


Дополнительная к контрольным работам

  1. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учеб. Для ВУЗов / Солнцев Ю.П., Веселов В.А., Демьянцевич В.П.; 2-е изд. – М.: МИСиС, 1996. – 578 с.
  2. Материаловедение и технология металлов: Учеб. Для Вузов / под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2000 – 638 с.
  3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / под ред. А.М, Дальского; 5-е изд., исправл. – М.: Машиностроение, 2003.
  4. Обработка резанием, металлорежущий инструмент и станки: учеб для техникумов / под реда. В.А. Гапонкина. – М.: Машиностроение, 1990. – 442 с.
  5. Композиционные материалы: Справочник / под ред. Д.М. Карпиноса. – Киев: Накова Думка, 1985. – 592 с.
  6. Давыдов С.В., Шатов А.Я. Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструк­ционных материалов. Разработка технологического процесса изготовления отливки: мето­ди­ческие указания к выполнению контрольной работы №1 для студентов заочной формы обу­че­ния. - Изд. 2-е доп. и испр. ― Брянск: БГТУ, 2009. ― 16 с.


Вариант 1





Рис. 1. Шкив

Вариант 2





Рис. 2. Ступица

Вариант 3





Рис.3. Корпус подшипника

Вариант 4





Рис. 4. Фланец

Вариант 5





Рис. 5. Ступица

Вариант 6





Рис. 6. Фланец

Вариант 7





Рис.7. Шестерня

Вариант 8




Рис. 8. Гильза

Вариант 9





Рис.9. Ступица


Вариант 10




Рис.10. Вал-шестерня


Рабочая программа и методические указания к выполнению контрольных работ №1 и №2 для заочной формы обучения специальностей: 140501 - «Двигатели внутреннего сгорания», 190601 - «Автомобили и автомобильное хозяйство», 190702 – «Организация и безопасность движения», 220301 – «Автоматизация технологических процессов», 190205 - «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование.


Андрей Яковлевич Шатов

Валентин Павлович Мельников


Научный редактор С.В. Давыдов

Редактор издательства Л.И. Афонина

Компьютерный набор М.Е. Амбросимова

Иллюстрации А.Я. Шатов


Темплан 2010 г., п……




Подписано в печать Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. офсетная печать. Усл. печ. л.1,27. Уч.- изд. л.1,27. Тираж 40 экз. Заказ . Бесплатно.




Брянский государственный технический университет.

241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7, БГТУ. 58-82-49.

Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.