- •Кристаллизация металлов. Термодинамические основы фазовых превращений. Механизм и закономерности кристаллизации металлов.
- •Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов. Характеристика.
- •Стали для измерительного инструмента.
- •Факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Величина зерна. Условия получения мелкозернистой структуры. Строение металлического слитка.
- •Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов. Полиморфизм железа. Эвтектическое и эвтектоидное превращение.
- •Легированные инструментальные стали.
- •Влияние дефектов, на свойства металлов. Напряжения I, II и III рода.
- •Структуры железоуглеродистых сплавов. «Чугунный» участок диаграммы железо-цементит.
- •Требования к инструментальным сталям и сплавам. Стали для режущего инструмента. Углеродистые инструментальные стали.
- •Строение реальных кристаллов. Виды дефектов.
- •Структуры железоуглеродистых сплавов. «Стальной» участок диаграммы железо-цементит.
- •Быстрорежущие стали, их термообработка, свойства, применение.
- •Полиморфные и магнитные превращения в металлах.
- •Серые чугун. Строение, свойства, маркировка и применение
- •Цинк, олово, свинец и их сплавы.
- •1.Полиморфные и магнитные превращения в металлах.
- •2.Влияние углерода и примесей на свойства сталей.
- •3. Штамповые стали для горячего и холодного деформирования металлов. Примеры
- •1.Понятие об изотропии и анизотропии.
- •2.Назначение легирующих элементов. Распределение легирующих элементов в стали.
- •3. Твердые сплавы. Строение, свойства, марки, применение.
- •1.Типы химических связей в кристаллах.
- •2.Классификация и маркировка сталей.
- •3. Нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали.
- •1.Понятие о сплавах. Фаза, компонент, система, правила фаз. Характер взаимодействия компонентов.
- •2.Чугуны. Диаграмма состояния железо – графит. Процесс графитизации.
- •3.Шарикоподшипниковые стали. Автоматные стали. Стали для изделий, работающих при низких температурах
- •1.Кристаллическое строение металлов. Типы решеток.
- •2. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов. Влияние состава чугуна на процесс графитизации. Влияние графита на свойства.
- •3. Понятие жаропрочности и жаростойкости. Ползучесть металлов. Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы. Классификация Билет 11
- •Вопрос 1:.Методы исследования металлов: структурные и физические
- •Вопрос2:
- •Вопрос3:
- •Билет 12
- •Вопрос 1:
- •Вопрос 2:
- •Вопрос 3:
- •Билет 13
- •Вопрос1:
- •Вопрос2:
- •Вопрос3:
- •Билет14
- •Вопрос1:
- •Вопрос2:
- •Вопрос3:
- •Билет15
- •Вопрос1:
- •Вопрос2:
- •Вопрос3:
- •1.Конструкционная прочность материалов
- •Основы теории термической обработки.
- •1.. Диаграмма состояния железо-цементит.
1.Конструкционная прочность материалов
В результате испытаний получают характеристики:
силовые (предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности, предел выносливости);
деформационные (относительное удлинение, относительное сужение);
энергетические (ударная вязкость).
Все они характеризуют общую прочность материала независимо от назначения, конструкции и условий эксплуатации. Высокое качество детали может быть достигнуто только при учете всех особенностей, которые имеют место в процессе работы детали, и которые определяют ее конструкционную прочность.
Конструкционная прочность – комплекс прочностных свойств, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия, обеспечивают длительную и надежную работу материала в условиях эксплуатации.
На конструкционную прочность влияют следующие факторы:
конструкционные особенности детали (форма и размеры);
механизмы различных видов разрушения детали;
состояние материала в поверхностном слое детали;
процессы, происходящие в поверхностном слое детали, приводящие к отказам при работе.
Необходимым условием создания качественных конструкций при экономном использовании материала является учет дополнительных критериев, влияющих на конструкционную прочность. Этими критериями являются надежность и долговечность.
Надежность – свойство изделий, выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого времени или сопротивление материала хрупкому разрушению.
Развитие хрупкого разрушения происходит при низких температурах, при наличии трещин, при повышенных остаточных напряжениях, а также при развитии усталостных процессов и коррозии.
Критериями, определяющими надежность, являются температурные пороги хладоломкости, сопротивление распространению трещин, ударная вязкость, характеристики пластичности, живучесть.
Долговечность – способность детали сохранять работоспособность до определенного состояния.
Долговечность определяется усталостью металла, процессами износа, коррозии и другими, которые вызывают постепенное разрушение и не влекут аварийных последствий, то есть условиями работы.
Критериями, определяющими долговечность, являются усталостная прочность, износостойкость, сопротивление коррозии, контактная прочность.
Общими принципами выбора критериев для оценки конструкционной прочности являются:
аналогия вида напряженного состояния в испытываемых образцах и изделиях;
аналогия условий испытания образцов и условий эксплуатации (температура, среда, порядок нагружения;
аналогия характера разрушения и вида излома в образце и изделии.
Особенности деформации поликристаллических тел.
Рассмотрим холодную пластическую деформацию поликристалла. Пластическая деформация металлов и сплавов как тел поликристаллических, имеет некоторые особенности по сравнению с пластической деформацией монокристалла.
Деформация поликристаллического тела складывается из деформации отдельных зерен и деформации в приграничных объемах. Отдельные зерна деформируются скольжением и двойникованием, однако взаимная связь зерен и их множественность в поликристалле вносят свои особенности в механизм деформации.
Плоскости скольжения зерен произвольно ориентированны в пространстве, поэтому под влиянием внешних сил напряжения в плоскостях скольжения отдельных зерен будут различны. Деформация начинается в отдельных зернах, в плоскостях скольжения которых возникают максимальные касательные напряжения. Соседние зерна будут разворачиваться и постепенно вовлекаться в процесс деформации. Деформация приводит к изменению формы зерен: зерна получают форму, вытянутую в направлении наиболее интенсивного течения металла (поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации).
Металл приобретает волокнистое строение. Волокна с вытянутыми вдоль них неметаллическими включениями являются причиной неодинаковости свойств вдоль и поперек волокон. Одновременно с изменением формы зерен в процессе пластической деформации происходит изменение ориентировки в пространстве их кристаллической решетки.
Когда кристаллические решетки большинства зерен получают одинаковую ориентировку, возникает текстура деформации.
2.Цементуемые стали.
К ним относятся стали с содержанием углерода от 0.1 до 0.25%. Эти стали подвергают цементации с последующей закалкой и низким отпуском при температуре порядка 150-200 градусов Цельсия. В зависимости от габаритов детали для их изготовления могут использоваться сталь 10–сталь 25 или лигидов. Однако основным показателем, который отличает цементуемые стали от других является содержание углерода. После цементной и термической обработки твердость цементованного слоя составляет около 58–62HRC.
После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.
Способы цементации:
в твёрдом карбюризаторе
в газовом карбюризаторе
3.Виды термической обработки металлов.
Свойства сплава зависят от его структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства является термическая обработка.
Основы термической обработки разработал Чернов Д.К.. В дальнейшем они развивались в работах Бочвара А.А., Курдюмова Г.В., Гуляева А.П.
Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств
Различают следующие виды термической обработки:
1. Отжиг 1 рода – возможен для любых металлов и сплавов.
Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии.
Нагрев, при отжиге первого рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью устраняет химическую неоднородность, уменьшает внутреннее напряжения.
Основное значение имеет температура нагрева и время выдержки. Характерным является медленное охлаждение
Разновидностями отжига первого рода являются:
диффузионный;
рекристаллизационный;
отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.
2. Отжиг II рода – отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении.
Проводится для сплавов, в которых имеются полиморфные или эвтектоидные превращения, а также переменная растворимость компонентов в твердом состоянии.
Проводят отжиг второго рода с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке. В результате отжига измельчается зерно, повышаются пластичность и вязкость, снижаются прочность и твердость, улучшается обрабатываемость резанием.
Характеризуется нагревом до температур выше критических и очень медленным охлаждением, как правило, вместе с печью.
3. Закалка – проводится для сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении, с целью повышение твердости и прочности путем образования неравновесных структур (сорбит, троостит, мартенсит).
Характеризуется нагревом до температур выше критических и высокими скоростями охлаждения
4. Отпуск – проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей.