Каталог :: Металлургия

Шпора: Шпоры по материаловедению

     ВОПРОС 1. Цели и задачи дисциплины. Схема маш. Процесса.
Цель дисциплины – методы изучения св-в мат-ов, сравнение мат., выбор для
различных конструкций.
Выбор мат – пр-во мат – пр-во загот – пр. дет. – сборка узлов – сборка машин-
конт.
Сущ. 3 критерия выбора мат-ов. Этим занимается конструкторское бюро.
Сущ. 3 метода заготовки.
1) Литьё; 2) Обработка давлением; 3) Сварочное пр-во.
Виды пр-ва деталей:
1) Электроиозионные; 2) Лучевая; 3) Ультразвуковая; 4) Аозерная; 5)
Электрохимические.
Тех. Св-ва показ. Отношение мат-ов к различным технол. Про-ва.
1) Литейные св.; 2) Ковкость; 3) Свариваемость; 4) Обр. резанием; 5) др. виды
обработки.
     ВОПРОС 2. Основные км, применяемые в машиностроении. Перспективы развития их пр.
Км – это мат применяемые в машиностроении, для пр-ва деталей машин. Они
делятся на металлические и не металлические.
1) сталь – основной км. Мех св-ва – прочность, хор обраб, пластичность,
недорогая, около 800 млн в год в России.
2) чугун – 350-400 млн. в России
3) Алюминий – в виде сплавов. Россия 1 место по пр-ву.
4) Медь – коррозийная стойкость.
5) титановые сплавы – жаростойкие.
Речь идёт о: совершенстве технологий, повышение качества металлов, более
полное использование мет.
     ВОПРОС 3. Физические и химические св-ва км.
     Физические св-ва: Показыв отношение мат-ов к различным природным
явлениям. Плотность, электропроводность, теплопроводность, термоэлектронная
эмиссия.
     Химические св-ва: Показ отношение мат-ов к различным хим процессам –
коррозии, друг к другу, к сферам.
     ВОПРОС 4. Механические и технологич св-ва км.
     Механические св-ва: показ отношение мат-ов к различным мех воздействиям.
По ним рассчитыв конструкции:
1) Прочность; 2) предел текучести; 3) предел пропорциональности; 4) ударная
вязкость.
     Технологические св-ва: показ отношение мет-ов к различным технологиям обработки.
1) Литейные св-ва – как мат-л относится к литью
2) Ковкость 0 отнош-е м-ов к диф-ям под давлением
3) Свариваемость
4) Обработка резанием
5) отношение к физико-хим методам обработки
     ВОПРОС 5. Критерии выбора км.
1) Эксплуатационный – учит. В каких усл-ях будет работать данная машина.
Оценивают физ св-ва, хим св-ва, мех св-ва.
2) Технологический – технологичность, как они будут обрабатываться;
3) Экономический – медные сплавы в 8 раз дороже стали, Ni – 25 раз, титан –
80 раз, родий – 45000 раз.
     ВОПРОС 6. Кр. строение мет и сплав.
Все металлы кр тела, состоящие из кр-ов. В каждом отд кр атомы имеют строгое
положение и обр пространственную решётку
     Для мет. хар 3 вида решёток:
1) Объёмно-центрированно кубическая (Fe, W, молибден).
2) Гране-центрированно кубическая (Al, Pb, Ni, Au, Ag, Pl).
3) Гексогонально плотноупакованная (кобальт, кадмий).
Св-ва металлов зависят от типа решёток.
Параметры решёток:
1) Период решётки – расстояние между атомами в узлах.
2) Координационное число – кол-во атомов, нах на наим расст от взятого тела.
3) Базис – кол-во атомов приходящ на 1я.
Чем больше 2 и 3 тем больше атомов нах в ячейке и это плотноупак реш.
Металлы с ОЦК и ГЦК более Тв.
     ВОПРОС 7. Реальное строение металлов. Основные деф стр и их влияние на св-ва.
Все дефекты делятся на 3 гр.
1) Точечные; 2) Линейные; 3) Плоскостные.
     ВОПРОС 8. Способы исслед строения и св-в км.
1) Макроанализ – пр-я на изломах и на макротрещинах; 2) микроанализ – анализ
м-ов с пом-ю микроскопов. Имеется шкала сколько мы видим включений и какая
бальность, чем больше вкл, тем больше баллов;
3) Электронная микроскопия – исследование тонкой стружки с помощью Эл
микроскопа;
4) Рентгеноскопия – лучи попадают на металл, отр-я на пл-ть и улавливаются
приборами..
Исследование св-в:
1) Испытание на растяжение и сжатие;
2) Определение Тв.
3) Определение вязкости.
     ВОПРОС 11. Железо-углеродистые сплавы (стали и чугуны). Компоненты,
структурные составляющие.
Fe-Fe3C
Эти сплавы наз-я «чёрными металлами» и представляют собой стали и чугуны.
Сталь – сплав железа с углеродом 0-2,14%. Исходные компоненты Fe-Fe3C.
1) Железо – металл, при комнатной т имеет решётку ОЦК, плотность 7,8гр.
Тпл=1539, имеет полиморфные превращения.
2) Углерод – не металл, плотность 3,5гр, Тпл=3500, в природе в виде: графит,
уголь, алмаз.
Может обр сл виды сплавов:
1) Тв раствор;
2) Хим соединения;
3) Может быть в виде отд фаз;
4) Входит в состав мех смесей.
СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ:
1) Феррит – Тв раствор внедрения углерода в железе альфа. Макс раствор 0,02%-
при 727гр. Очень мягкий НВ=80.
2) Аустенит – ТВ. Раствор внедрения углерода в железе гамма, с огр раствор
2,14 при 1147гр., 0,8 при 727гр, НВ=160-180.
3) Цементит – хим. Соединение железа и углерода, НВ=800. может быть
первичный, вторичный, третичный
4) Ледебурит – мех смесь мелкодисперсная 500НВ.
5) Перлит – мех смесь феррита и цементита втор, углерода 08, при 727гр,
перлит эвтектоид, НВ=200.
     ВОПРОС 13. Классификация сталей по структуре и назначению.
     По структуре:
1) доэвтектоидные (углерод 0-0,8) в этой структуре наход. Феррит и перлит. Чем
< С, тем >перлита, сталь прочнее.
2) эвтектоидные (С=0,8). У них в структуре один перлит, стали прочные.
3) заявтектоидные (С 0,8-2,14). У них в структуре нах П и Ц втор, стали очень
твёрдые, менее вязки и пластичны.
     По назначению:
     1) строительные (С 0,8-2,14) эти стали достаточно прочные, хорошо
прокатываются, свариваются.
2) Машиностроительные (С 0,3-0,8). У них больше перлита, поэтому они более
ТВ, чем строительные, хотя сокр вязкость и пластичность.
3) Инструментальные (С от 0,7-1,3). Это высокоуглер стали, очень ТВ., не
пластичные.
4) Литейные стали – сплавы идут на стальные отливки. С=0,035.
малоуглеродистые стали.
     ВОПРОС 14. Классификация сталей по способу про-ва и качеству.
     По способу пр-ва:
1) Кислый способ;
2) Основной способ – нераскислённая сталь кп, спокойная СП, если после марки
нет букв, то это спокойная сталь, если не полностью раскислённая, то пс.
     По качеству:
В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали
подразделяют на:
     Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07%
фосфора. Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3
группы:
1.         сталь группы А поставляется потребителям по механическим
свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
2.         сталь группы Б - по химическому составу;
3.         сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами
и химическим составом.
     1. Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
     2.Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.
     3. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
     ВОПРОС 15. Классификация чугунов по структуре и виду нахождения углерода.
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода.
Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В
зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:
     Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в
виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью
находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные
свойства сплава, чугуны подразделяют на:
1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;
2) высокопрочные - шаровидный графит;
3) ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами,
соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв 
при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ"
(ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ
1215-85).
СЧ10 - серый чугун с пределомпрочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного
чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим
образом: АЧ - антифрикционный чугун:
С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер
сплава согласно ГОСТу 1585-79.
     ВОПРОС 16. Легированные стали. Легирующие элементы. Маркировка л/с.
Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном
машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном
машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других
видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных
металлоконструкций.
Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не
превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к
легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).
Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали,
а в машиностроении - легированные стали.
Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные
цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в
сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент.
Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к
высококачественным, на что указывает в конце марки буква ІАІ.
     

Строительные низколегированные стали

Низко легированными называют стали, содержащие не более 0.22% С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: до 1.8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и другие. К этим сталям относятся стали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки. Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются. Для изготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС (s0.2=360МПа, sв=520МПа). Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины. Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое. ВОПРОС 17. Виды и краткая хар-ка ТО сталей. Отжиг сталей. Существует несколько разновидностей отжига, из них для кон­струкционных сталей наибольшее при­менение находит перекристаллиза­ционный отжиг, а для инструмен­тальных сталей - сфероидизирующий отжиг. Характерный структурный дефект стальных отливок - крупнозернистость. При ускоренном охлаждении крупно­зернистого аустенита создаются усло­вия для образования видманштеттовой структуры. При ее образовании выполняется принцип размерного и струк­турного соответствия, в результате чего кристаллы доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относи­тельно кристаллической решетки аустенита и имеют форму пластин. Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному отжигу, чаще всего подвергают кон­струкционные стали после горячей обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от от­жига в основном условиями охлажде­ния; после нагрева до температуры на 50-70 °С выше температуры Ас3 сталь охлаждают на спокойном воздухе. Нормализация - более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того, норма­лизация, обеспечивая полную перекри­сталлизацию структуры, приводит к по­лучению более высокой прочности ста­ли, так как при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах. После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные структурные отличия. При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидный феррит при прохождении температурно­го интервала Аr3 – Аr1 выделяется на границах зерен аустенита; поэтому кри­сталлы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокруг зерен аустенита — ферритную сетку. Закалка сталей. В большинстве слу­чаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной твердости структуры, полу­ченные В зависимости от температуры нагре­ва закалку называют полной и непол­ной. При полной закалке сталь перево­дят в однофазное аустенитное состоя­ние, т. е. нагревают выше критических температур. Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + (30— 50 С). Такая температура обеспечивает получе­ние при нагреве мелкозернистого аусте­нита и, соответственно, после охлаж­дения - мелкокристаллического мартен­сита. Недогрев до температуры Ас3, приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочно­сти обеспечивает повышенную пластич­ность закаленной стали. / Заэвтектоидные стали подвергают не­полной закалке. Оптимальная темпера­тура нагрева углеродистых и низколеги­рованных сталей- температура Ас1 + (30-50°С). После закалки заэвтсктоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита Отпуск закаленных сталей. Нагрев за­каленных сталей до температур, не пре­вышающих А1, называют отпуском. В результате закалки чаще всего по­лучают структуру мартенсита с неко­торым количеством остаточного аусте­нита, иногда-структуру сорбита, тростита или бейнита. Рассмотрим измене­ния структуры мартенситно-аустенитной стали при отпуске. При отпуске происходит несколько процессов. Основной — распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превра­щение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристалли­ческого строения -твердого раствора и остаточные напряжения. Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три пре­вращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита — его увеличение. ВОПРОС 18. Химико-термическая обработка сталей. Это обработка, связанная с нагревом и одновременно насыщением пов-ти др элементами, т.е. нагрев идёт в специальных средах и элемент этих сред вкрапываются в металл. Т.е. в основе ХТО лежит диффузионные процессы. Диффузия идёт тем полнее, чем выше темп на пов-ти сред, чем больше концентрация диф-го элемента, чем больше длительность пр-са, чем больше давление. Обычно длительность пр-ва достигает нескольких часов Т=600-1000. глубина слоя нанос-го э-та 0,1мм. Диф Эл-та могут обр-ть твёрдые р-ры, корбиды, нитриды, бориды. 1) Цементация – насыщение углеродом. Чем>С, тем твердее и прочнее сталь. Цем-я позволяет осущить в дальнейшем пов-ую закалку, производиться при 920-950гр. Газовая цементация в среде, сод-й окиси углерода в прир газе. Глубина цем-го слоя 1,2мм. Выдерживается 10-12ч. 2) Азотирование – насыщение азотом. Азот, диф-я в сталь, даёт нитриды железа, а они износостойкие, твёрдые, корозийностойкие. В среде азотсодержащей слой 0,3-0,5мм. 3) Нитроцементация – насыщение углеродом и азотом, при 840-860гр. 4) Оксидирование – насыщение кислородом. Обр-я мелкодисперсные оксиды 600гр толщина до 1мм. Повышается коррозийная стойкость, износостойкость. 5) Барирование – насыщение бором. Даёт бариды – это очень ТВ. И износостойкие в-ва, поэтому барируются металлические коеструкции. 6) Алитирование – насыщение алюминием, 800гр. Идёт нас-е ал, повыш жаростойкость, ковкость, корозостойкость. ВОПРОС 19. Способы защиты металлов и сплавов от коррозии. 1) Покрытие поверхности лаком, краской, эмалью. Изолирование металла от внешней среды. 2) создание сплавов с антикоррозийными св-ми. Введением в состав стали до 12% хрома – нержавейка. 3) Протекторная защита и электрозащита. Сущность такой защиты в том, что конструкцию соединяют с протектором – более активным металлом, чем исходный. 4) Изменение состава среды – замедление коррозии вводят в электролит. ВОПРОС 20. Медные и алюминиевые сплавы, их хар-ка, маркировка, области применения. Медь и её сплавы. Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78): После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к - катодная, б – бес кислородная, р - раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается. МООк - технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра. МЗ - технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99,5%меди и серебра. Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни. Бронзы- это сплавы меди с оловом (4 - 33% Sn хотя бывают без оловянные бронзы), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой и фосфором. Алюминий и его сплавы. Алюминий - легкий металл, обладающий высокими тепло- и электропроводностью, стойкий к коррозии. В зависимости от степени частоты первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой (А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.). Алюминий маркируют буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква "Е" обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния. А999 - алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al; А5 - алюминий технической чистоты в котором 99,5% алюминия. Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. К деформируемым алюминиевым сплавам не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и AL- Mg:Aмц; АмцС; Амг1; АМг4,5; Амг6. Аббревиатура включает в себя начальные буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего элемента в процентах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюны, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим.состава. Дуралюмины маркируются буквой "Д" и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8.