ВОПРОС 1. Цели и задачи дисциплины. Схема маш. Процесса.
Цель дисциплины – методы изучения св-вмат-ов, сравнение мат., выбор для различныхконструкций.
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) Обработкадавлением; 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 вмашиностроении, для пр-ва деталей машин. Они делятся на металлические и неметаллические.
1) сталь – основной км. Мех св-ва – прочность, хор обраб,пластичность, недорогая, около 800 млн в год вРоссии.
2) чугун – 350-400 млн. вРоссии
3) Алюминий – в виде сплавов.Россия 1 место по пр-ву.
4) Медь – коррозийнаястойкость.
5) титановые сплавы –жаростойкие.
Речь идёт о: совершенстветехнологий, повышение качества металлов, более полное использование мет.
ВОПРОС 3. Физические и химические св-вакм.
Физические св-ва: Показывотношение мат-ов к различным природным явлениям.Плотность, электропроводность, теплопроводность, термоэлектронная эмиссия.
Химические св-ва: Показотношение мат-ов к различным химпроцессам – коррозии, друг к другу, к сферам.
ВОПРОС 4. Механические и технологичсв-ва км.
Механические св-ва:показотношение мат-ов к различным мех воздействиям. По нимрассчитыв конструкции:
1) Прочность; 2) пределтекучести; 3) предел пропорциональности; 4) ударная вязкость.
Технологические св-ва: показотношение 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. Вкаких усл-ях будет работать данная машина. Оценивают физ св-ва, химсв-ва, мех св-ва.
2) Технологический –технологичность, как они будут обрабатываться;
3) Экономический – медныесплавы в 8 раз дороже стали, Ni– 25 раз, титан – 80 раз, родий – 45000 раз.
ВОПРОС 6. Кр. строение мет исплав.
Все металлы кр тела, состоящие из кр-ов. Вкаждом отд кр атомы имеютстрогое положение и обр пространственную решётку
Для мет. хар 3 вида решёток:
1) Объёмно-центрированнокубическая (Fe, W, молибден).
2) Гране-центрированнокубическая (Al, Pb, Ni, Au, Ag, Pl).
3) Гексогональноплотноупакованная (кобальт, кадмий).
Св-ва металловзависят от типа решёток.
Параметры решёток:
1) Период решётки – расстояниемежду 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 исследстроения и св-в км.
1) Макроанализ– пр-я на изломах и на макротрещинах; 2) микроанализ– анализ м-ов с пом-юмикроскопов. Имеется шкала сколько мы видим включений и какая бальность, чем больше вкл, тембольше баллов;
3) Электронная микроскопия –исследование тонкой стружки с помощью Эл микроскопа;
4) Рентгеноскопия – лучипопадают на металл, отр-я на пл-тьи улавливаются приборами..
Исследование св-в:
1) Испытание на растяжение исжатие;
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 суглеродом 0-2,14%. Исходные компоненты Fe-Fe3C.
1) Железо – металл, при комнатной т имеетрешётку 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 видысплавов:
1) Тв раствор;
2) Хим соединения;
3) Может быть в виде отдфаз;
4) Входит в состав мех смесей.
СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ:
1) Феррит – Тв раствор внедрения углерода в железе альфа. Макс раствор0,02%- при 727гр. Очень мягкий НВ=80.
2) Аустенит – ТВ. Растворвнедрения углерода в железе гамма, с огр раствор 2,14при 1147гр., 0,8 при 727гр, НВ=160-180.
3) Цементит – хим. Соединениежелеза и углерода, НВ=800. может быть первичный, вторичный, третичный
4) Ледебурит – мех смесьмелкодисперсная 500НВ.
5) Перлит – мех смесь ферритаи цементита втор, углерода 08, при 727гр, перлит эвтектоид,НВ=200.
ВОПРОС 13. Классификация сталей по структуре иназначению.
По структуре:
1) доэвтектоидные(углерод 0-0,8) в этой структуре наход. Феррит иперлит. Чем 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, сталиочень твёрдые, менее вязки и пластичны.
По назначению:
1) строительные (С 0,8-2,14) эти стали достаточно прочные,хорошо прокатываются, свариваются.
2) Машиностроительные (С0,3-0,8). У них больше перлита, поэтому они более ТВ, чем строительные, хотя сокр вязкость и пластичность.
3) Инструментальные (С от0,7-1,3). Это высокоуглер стали, очень ТВ., непластичные.
4) Литейные стали – сплавыидут 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 неполностью раскислённая, то пс.
По качеству:
Взависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяютна:
Сталиобыкновенного качества, содержание до0.06% серы и до 0,07% фосфора. Сталь обыкновенного качества подразделяется ещеи по поставкам на 3 группы:
1. сталь группы Апоставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметьповышенное 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 видунахождения углерода.
Чугунаминазывают сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Онисодержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости отсостояния углерода в чугуне, различают:
Белыйчугун,в котором весь углероднаходится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод взначительной степени или полностью находится в свободном состоянии в видеграфита, 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,
соответствующимиминимальному значению временного сопротивления δвпри растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами «СЧ» (ГОСТ 1412-85),высокопрочный — «ВЧ» (ГОСТ 7293-85), ковкий — «КЧ» (ГОСТ1215-85).
СЧ10 — серый чугун с пределомпрочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 — высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 — ковкий чугун с δврастяжением примерно 350 МПа.
Дляработы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугунаАЧС-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 номерсплава согласно ГОСТу 1585-79.
ВОПРОС 16. Легированные стали. Легирующие элементы.Маркировка л/с.
Легированныестали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, вавтомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшейстепени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Этостали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.
Стали,в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% — к легированным, иболее 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).
Наиболееширокое применение в строительстве получили низколегированные стали, а вмашиностроении — легированные стали.
Легированныеконструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимыев начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента,буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4Асодержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Niи относится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква ІАІ.Строительныенизколегированные стали
Низколегированными называют стали, содержащие не более 0.22% С и сравнительнонебольшое количество недефицитных легирующих элементов: до 1.8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и другие.
Кэтим сталям относятся стали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП имногие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют встроительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном бездополнительной термической обработки. Низколегированные низкоуглеродистые сталихорошо свариваются.
Дляизготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС (s0.2=360МПа,sв=520МПа).
Дляизготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют низкоуглеродистые(0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно бытьслишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемостьповерхностного слоя и сердцевины.
Хромистыестали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы,цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению суглеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторойменьшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое.
ВОПРОС 17. Виды и краткая хар-ка ТО сталей.
Отжигсталей.Существует несколько разновидностей отжига, из них для конструкционных сталейнаибольшее применение находит перекристаллизационныйотжиг, а для инструментальных сталей- сфероидизирующийотжиг.
Характерный структурный дефект стальных отливок- крупнозернистость.
При ускоренном охлаждениикрупнозернистого аустенита создаются условия для образования видманштеттовой структуры. При ее образованиивыполняется принцип размерного и структурного соответствия, в результате чегокристаллы доэвтектоидного феррита ориентированнопрорастают относительно кристаллической решетки аустенита и имеют формупластин.
Нормализациясталей.Нормализации, так же как и перекристаллизационномуотжигу, чаще всего подвергают конструкционные стали после горячей
обработки давлением и фасонного литья. Нормализацияотличается от отжига в основном условиями охлаждения; после нагрева дотемпературы на 50-70 °С выше температуры Ас3сталь охлаждают на спокойном воздухе.
Нормализация-более экономичная термическая операция,чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Крометого, нормализация, обеспечивая полную перекристаллизацию структуры, приводитк получению более высокой прочности стали, так как при ускорении охлажденияраспад аустенита происходит при более низких температурах.
После нормализации углеродистых и низколегированных сталей,так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однакоимеются и существенные структурные отличия.При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидныйферрит при прохождении температурного интервала Аr3–Аr1 выделяется на границах зерен аустенита;поэтому кристаллы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокругзерен аустенита— ферритную сетку.
Закалка сталей.В большинстве случаев при закалкежелательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, припоследующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичностьстали. При равной твердости структуры, полученные
В зависимости от температуры нагрева закалку называют полнойи неполной. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критическихтемператур.
Доэвтектоидныестали, какправило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 +(30— 50 С). Такая температура обеспечивает получение при нагревемелкозернистого аустенита и, соответственно, после охлаждения- мелкокристаллического мартенсита. Недогрев до температуры Ас3, приводит к сохранению вструктуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что принекотором уменьшении прочности обеспечивает повышенную пластичностьзакаленной стали. /Заэвтектоидные сталиподвергают неполной закалке. Оптимальная температура нагрева углеродистых инизколегированных сталей- температура Ас1+ (30-50°С).
После закалки заэвтсктоидная стальприобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита
Отпуск закаленных сталей.Нагрев закаленныхсталей до температур, не превышающих А1,называют отпуском.
В результате закалки чаще всего получают структурумартенсита с некоторым количеством остаточного аустенита, иногда-структурусорбита, тростита или бейнита.Рассмотрим изменения структуры мартенситно-аустенитнойстали при отпуске.
Приотпуске происходит несколько процессов. Основной—распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того,распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение икоагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения
Фазовые превращения приотпуске принято разделять на три превращения в зависимости от измененияудельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызываютуменьшение объема, а распад аустенита—его увеличение.
ВОПРОС 18. Химико-термическая обработка сталей.
Это обработка, связанная снагревом и одновременно насыщением пов-ти др элементами, т.е. нагрев идёт в специальных средах иэлемент этих сред вкрапываются в металл. Т.е. воснове ХТО лежит диффузионные процессы. Диффузия идёт тем полнее, чем выше темпна пов-ти сред, чем больше концентрация диф-го элемента, чем больше длительность пр-са, чем больше давление. Обычно длительность пр-вадостигает 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-уюзакалку, 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 азотсодержащейслой 0,3-0,5мм.
3) Нитроцементация– насыщение углеродом и азотом, при 840-860гр.
4) Оксидирование – насыщениекислородом. Обр-я мелкодисперсные оксиды 600гртолщина до 1мм. Повышается коррозийная стойкость, износостойкость.
5) Барирование– насыщение бором. Даёт бариды – это очень ТВ. Иизносостойкие в-ва, поэтому барируютсяметаллические коеструкции.
6) Алитирование – насыщениеалюминием, 800гр. Идёт нас-е ал, повышжаростойкость, ковкость, корозостойкость.
ВОПРОС 19. Способы защиты металлов и сплавов от коррозии.
1) Покрытие поверхностилаком, краской, эмалью. Изолирование металла от внешней среды.
2) создание сплавов сантикоррозийными св-ми. Введением в состав стали до12% хрома – нержавейка.
3) Протекторная защита иэлектрозащита. Сущность такой защиты в том, что конструкцию соединяют спротектором – 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 пластичностьюи коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ859-78):
После обозначения марки указывают способ изготовлениямеди: к — катодная, б – бес кислородная, р — раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.
МООк — технически чистая катодная медь, содержащая не менее99,99% меди и серебра.
МЗ — технически чистая медь огневого рафинирования, содержитне менее 99,5%меди и серебра.
Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни. Бронзы-это сплавы меди с оловом (4 — 33% Snхотя бывают без оловянные бронзы), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой и фосфором.
Алюминий и егосплавы.
Алюминий - легкий металл, обладающий высокими тепло- и электропроводностью, стойкий к коррозии. Взависимости от степени частоты первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бываетособой (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 содержаниежелеза 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 сплавыразделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые иупрочняемые термической обработкой.
Деформируемыеалюминиевые сплавы хорошо обрабатываютсяпрокаткой, ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. Кдеформируемым алюминиевым сплавам не упрочняемым термообработкой, относятсясплавы системы Al-Mnи AL-Mg:Aмц; АмцС;Амг1; АМг4,5; Амг6. Аббревиатура включает в себя начальные буквы, входящие в составсплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего элемента впроцентах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термическойобработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mgс добавкаминекоторых элементов (дуралюны, ковочные сплавы), атакже высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим.состава. Дуралюминымаркируются буквой «Д» и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18,АК4, АК8.