Пластическая деформация и рекристаллизация

Стр 1 из 7Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

КАФЕДРА «ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТА МАШИН»

Факультет непрерывного профессионального образования

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Составитель: А.Г.Ипатов

2013 г

Методическое указание составлено на основе Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, утвержденного приказом МО РФ по направлению подготовки бакалавров по направлению «Агроинженерия» «___»___________

Методическое указание рассмотрено и рекомендовано к изданию кафедрой «Ремонт машин и технология конструкционных материалов» ИжГСХА, протокол №___от_________20 г.

Рекомендован к изданию методической комиссией ФЭЭ ИжГСХА, протокол №___ от _________20 г.

Рецензент:

Харанжевский Е.В. – к.т.н., доцент кафедры «Общая физика» ГБОУ ВПО Удмуртский ГУ

Составители:

Ипатов А.Г. – к.т.н, доцент кафедры «Эксплуатация и ремонт машин»

Ответственный за выпуск - зав. кафедрой «Эксплуатация и ремонт машин» к.т.н. доцент Широбоков В.И.

Методическое указание по материаловедению и технологии конструкционных материалов: Методическое указание/Состав. А.Г. Ипатов Ижевск: ИжГСХА, 2013г.

В методическом указании приводятся методические сведения, ориентирующие студентов на изучение дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов». Методическое указание рассчитано для студентов 1 курса заочного отделения инженерных факультетов по направлению бакалавриата 110800 «Агроинженерия».

Содержание

Раздел I 5

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.. 5

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА.. 5

Раздел 2. 8

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ СОДЕРЖАНИЯ МОДУЛЕЙ КУРСА.. 8

2.1 МОДУЛЬ 1 - МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.. 8

2.1.1 Строение и свойства металлов и сплавов. 9

2.1.1.1 Общие сведения о металлах. 9

2.1.1.2 Способы получения металлов. 10

2.1.1.1 Пластическая деформация и рекристаллизация. 12

1.1.1.4 Основы теории сплавов. 12

2.1.2 Железоуглеродистые сплавы.. 14

2.1.2.1 Диаграмма состояния системы железо-цементит. 14

2.1.2.2 Углеродистые стали. 15

2.1.2.2 Чугуны.. 15

2.1.2.2 Легированные стали. 15

2.1.2 Термическая обработка стали. 16

2.1.3.1 Основы теории термической обработки стали. 16

2.1.3.1 Технология термической обработки стали. 17

2.1.3.1 Основы химико-термической обработки. 18

2.1.4 Материалы, применяемые в автомобилях, тракторах и сельскохозяйственных машинах. 18

2.1.4.1 Конструкционные стали и сплавы.. 18

2.1.4.2 Инструментальные стали и твердые сплавы.. 19

2.1.4.3. Стали и сплавы с особыми физико-химическими свойствами. 20

2.1.4.4 Цветные металлы и сплавы.. 21

2.1.4.4 Порошковые (металлокерамические) сплавы.. 21

2.1.4.4 Неметаллические материалы.. 22

2.2 МОДУЛЬ 2 - ГОРЯЧАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ.. 22

Введение. 22

2.2.1 Литейное производство. 23

2.2.1 Обработка металлов давлением.. 24

2.2.3 Сварка металлов. 26

2.2 МОДУЛЬ 3 - ОБРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ.. 30

МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ.. 31

2.2.1 Цель и задачи темы.. 31

2.3.2 Процесс резания и его основные элементы.. 31

2.3.3 Физические основы процесса резания металлов. 32

2.3.3 Металлорежущие станки. 33

2.3.3.1 Основные механизмы металлорежущих станков. 33

2.3.3.1 Эксплуатация металлорежущих станков. 34

2.3.3.1 Токарная обработка. 35

2.3.4.4 Сверление, зенкерование, развертывание. 36

2.3.4.5 Фрезерование. 38

2.3.4.6 Строгание, долбление и протягивание. 39

2.3.4.7 Зубонарезание. 40

2.3.4.8 Резьбонарезание. 41

2.3.4.8 Шлифование и методы доводки поверхностей. 42

2.3.4.8 Специальные методы обработки материалов. 43

ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.. 46

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ. 46

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ.. 47

Раздел I

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

Приступая к изучению данной дисциплины, необходимо иметь учебную литературу и настоящие методические указания.

Рекомендуется освоение материала курса совмещать с практическим изучением каждого раздела на соответствующих производственных предприятиях. Это осуществляется путем ознакомления с технологическими процессами, конструкцией и работой применяемых машин и оборудования (печи, молоты, станки и т.д.). Практическое ознакомление с производственными процессами и оборудованием намного облегчает изучение материала по учебным пособиям, закрепляет полученные знания, способствует успешному выполнению лабораторных работ во время лабораторно-экзаменационной сессии.

После изучения каждой темы необходимо ответить на вопросы для самопроверки. Когда будут изучены все темы соответствующего раздела, следует в письменном виде ответить на вопросы контрольных работ. Порядок выполнения контрольных работ изложен в конце методических указаний.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА

Цель изучения дисциплины - познание природы и свойств материалов, а также методов их упрочнения, горячей обработки и обработки резанием для наиболее эффективного использования в технике. Задачи дисциплины заключаются в раскрытии физической сущности явлений, происходящих в материалах под воздействием на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации и их влияние на свойства материалов. Установить зависимость между составом, строением и свойствами материалов. Изучить теорию и практику термической, химико-термической обработки и других способов упрочнения материалов. Изучить влияния технологических методов получения и обработки заготовок на качество деталей, для последующего обоснованного выбора материала, формы изделия и способа его изготовления с учетом требований технологичности.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

Руководствуясь методическими указаниями, в межсессионный период студент-заочник самостоятельно изучает дисциплину «Материаловедение и технология конструкционных материалов» по рекомендуемым учебникам, которые он может получить в библиотеке образовательного учреждения. После изучения каждой темы рекомендуется устно ответить на вопросы для самопроверки, приведенные в конце каждой темы в методических указаниях.

Для контроля усвоения изученного материала учебным планом предусматривается выполнение трех контрольных работ: одна на первом курсе в первом семестре и две на первом курсе во втором семестре, выполняемых до начала лабораторно-экзаменационной сессии (ЛЭС). На ЛЭС студенты первого курса 1 семестра занимаются 22 ч (14 ч лекций и 8 ч лабораторных занятий), во втором семестре 10 ч (10 ч лабораторных).

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Гуляев А. П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986.

2. Лахтин Ю. М. Леонтьева В. П. Материаловедение. М.: Машиностроение.1990.

3. Мозберг Р. К. Материаловедение. М.: Высш т.к.. 1991

4. Дриц. М. Е.. Москалева М. А. Технология конструкционных: материалов и материаловедение. М.: Высш. шк„ 1990.

5. Практикум по технологии конструкционных материалов и Мате- рналоведению/С. С. Некрасов, Г. К. Потапов, А. М. Пономаренко и Др.: Иод общ ред. С. С. Некрасова. М.- Агропромиздат, 1991

6. Технология конструкционных материалов/А. М. Дальский. И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др.: Под общ. ред. А. М Дальского. М.: Машиностроение, 1985.

7. Кондратьев Е. Т. Технология конструкционных материалов и ма- териаловедение. М.- Колос, 1983.

8. Справочник сварщика/Ю. А Денисов, Г. И. Кочена. Ю. А. Маслов Под общ ред. В В Степанова -М.: Машиностроение, 1982.

9. Некрасов С. С Обработка материалов резанием М: ВО агропромиздат, 1988.

Раздел 2

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ СОДЕРЖАНИЯ МОДУЛЕЙ КУРСА

МОДУЛЬ 1 - МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Введение

Материаловедение — наука, изучающая строение и свойства материалов и устанавливающая связь между составом, строением и свойствами, а также разрабатывающая пути воздействия на их свойства с полью получения необходимых эксплуатационных характеристик.

Большой вклад в развитие этой пауки сделали паши отечественные ученые и производственники: М. В. Ломоносов, П. П. Аносов, Д. К. Менделеев, Д. К. Чернов, А. М. Бутлеров, Н. С. Курнаков, С. Б. Лебедев, Г. В. Курдюмов, А. Д. Байков, А. М. Бочвар и их последователи. Вспомните из школьной программы, почитайте рекомендуемую литературу и уясните конкретные вклады наших ученых в развитии науки материаловедения. На примере техники нашего хозяйства составьте список материалов, из которых изготовлены детали машин, а также конструкции. Оглянитесь вокруг себя, остановитесь на мгновение, проанализируйте материалы, из которых изготовлены окружающие вас привычные и необходимые предметы, здания, сооружения. Инженеру нужно знать свойства материалов, прежде чем назначить конкретный материал для конкретной детали. От чего зависят свойства материала? От его строения. Как получить такое строение материала? Как получить исходный материал? Из чего? Как изготовить деталь, конструкцию, отвечающий требованиям эксплуатации? На эти и многие другие вопросы отвечает наука, у подножия изучения которой вы стоите. Интересно? Если да, то в путь!

2.1.1 Строение и свойства металлов и сплавов

Общие сведения о металлах

Прежде всего, нужно уяснить, что такое металл, какими основными свойствами обладают металлы и чем эти свойства обусловлены. Ознакомиться и разобраться с классификацией металлов. Уяснить атомно-кристаллическое строение металлов, отличие их строения от строения неметаллов. Узнать основные типы кристаллических решеток. Здесь нужно разобраться, почему металлы, имеющие однотипные кристаллические решетки, обладают неодинаковыми свойствами. Характеристики кристаллических решеток — параметры, координационное число, плотность упаковки. Ознакомиться с основными типами связей, встречающимися в твердых телах и в металлах в частности. Уяснить отличие строения «реальных» кристаллов от «идеальных». При этом необходимо понять, что металлы, используемые в практике, тела поликристаллические, состоят из множества мелких кристаллов - зерен, в которых имеется большое количество точечных, линейных и поверхностных дефектов (вакансий, дислокаций). Уясните их появление в кристаллах и влияние на свойства металлов, обратив особое внимание на роль дислокаций при пластической деформации. Познакомьтесь с явлением анизотропии свойств в кристаллах и возможности получения этого явления у поликристаллического металла. Разберитесь с явлением аллотропии металлов и в его использовании для получения нужных эксплуатационных свойств металлов.

При рассмотрении вопросов плавления и кристаллизации металлов нужно разобраться в термодинамических основах фазовых превращений. Следует уяснить, что стремление к наименьшему запасу свободной энергии, которое обусловливает плавление и кристаллизацию металла, является частным случаем общего закона природы. Этим же объясняется наличие при разных температурах в одних и тех же металлах разных типов кристаллических решеток.

Разобраться в механизмах процесса кристаллизации чистых металлов, влиянии примесей на этот процесс, образовании зерен, дендритов, образовании и строении слитка.

Уяснить, какими параметрами характеризуются механические, технологические, физические и химические свойства металлов и основные методы их определения.

Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие строения металлов от неметаллов?

2. Чем отличается строение «реального» кристалла металла от «идеального»?

3. Какими основными механическими, технологическими, физическими и химическими свойствами обладают металлы?

4. Какое условие необходимо для протекания процесса кристаллизации?

5. Как получить мелкое зерно в литом металле?

6. Что такое полиморфное превращение и от чего оно зависит?

Способы получения металлов

По материалу, из которого изготовлялись орудия труда, называли века: каменный век, бронзовый век, железный век. Наш век называют по-разному: космический, ядерный и т. д. Но основным элементом, входящим в материалы, из которых изготовляют современные орудия труда, детали машины и конструкции является железо.

Железо, как и многие другие металлы, в чистом виде для изготовления деталей, конструкций не используются из-за низких механических и др. свойств, Используются сплавы металлов. Основными сплавами железа являются сталь и чугун. В России выплавляется в год около 60 млн т чугуна и 90 млн т стали.

При рассмотрении вопросов получения чугуна обратите внимание па исходные материалы доменного процесса, процесса восстановления железа в доменной печи, формирование чугуна. Рассмотрите продукты доменного производства — передельный и литейный чугуны, ферросплавы, шлак, доменный газ и их применение в народном хозяйстве. Обратите внимание па основные технико-экономические показатели доменного процесса.

Изучая производство стали, уясните отличие химического состава ее от чугуна и. в связи с этим, основные физико-химические процессы, происходящие в сталеплавильных агрегатах. Разберитесь в устройстве и работе кислородного конвертора, мартеновской и электрической печей. Обратите внимание на разновидность этих процессов в зависимости от футеровки печей и состава шихты.

Рассмотрите и уясните вопросы, связанные с раскислением стали получением при этом спокойной, полуспокойной и кипящей стали, различие свойств стали, строения слитков и применения.

Изучите другие разновидности методов получения металлов: обработка синтетическим шлаком, вакуумирование, электрошлаковый переплав. На примере Старооскольского электрометаллургического комбината разберите прямое восстановление железа из руд, минуя доменное производство чугуна и перспективы его развития.

Разберитесь в схемах производства меди, алюминия, титана.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается сущность технологии получения чугуна в доменных печах?

2. В чем заключается сущность технологии получения стали и кислородном конверторе, мартеновской и электрической печах?

3. Для каких целей проводится раскисление стали, сущность, разновидности?

Пластическая деформация и рекристаллизация

Сначала уясните понятие деформация, за счет чего она возникает, ее разновидности (упругая и пластическая), ее физическую природу. Рассмотрите роль дислокаций в пластической деформации. Разновидности пластической деформации (холодная и горячая) в зависимости от температуры рекристаллизации. Разберитесь, какими явлениями сопровождаются эти разновидности пластической деформации, как при этом изменяются свойства металлов. Уясните явления наклепа, возврата, рекристаллизации, изменение скорости рекристаллизации с изменением температуры. При этом важно понять, за счет чего происходит упрочнение при холодной пластической деформации, как можно изменять степень упрочнения практически, каким образом снять полученное упрочнение.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается сущность пластической деформации?

2. Чем отличается холодная пластическая деформация от горячей?

3. Что такое наклеп, возврат, рекристаллизация?

4. Когда будет крупнее рекристаллизованное зерно: после деформации на 25% или на 75%?

5. Происходит ли процесс рекристаллизации после деформации со степенью ниже критической?

Основы теории сплавов

При изучении этой важной темы нужно сначала разобраться с понятиями: система, компонент, фаза, структура, сплав.

Сплавы можно получать различными способами: металлургическим - из расплавов и спеканием порошков, гальваническим и др. При этом свойства сплавов будут зависеть от того, в какие взаимодействия вступают при сплавлении компоненты, образующие сплав при кристаллизации: 1) элементы не растворяются друг в друге и не образуют химическое соединение, а при кристаллизации образуются кристаллические решетки сплавляемых чистых металлов, например система сплавов Рb—Sb; 2) элементы растворяются частично или полностью друг в друге — образуется кристаллическая решетка твердого раствора — решетка одного металла, в которой часть атомов замещена атомами другого металла (Сu—Ni) или атомы другого элемента (чаще неметалла) внедряются, размещаются между атомами первого — твердый раствор внедрения (Fе—С); 3) элементы, образующие сплав, при кристаллизации образуют совершенно новую решетку, более сложную, химического соединения, где на определенное количество атомов одного элемента приходится постоянное число атомов другого элемента (цементит Fe₃С).

Изменение строения сплавов конкретной системы в зависимости от температуры, т. е. сплавов, образованных одними и теми же элементами, но с разной их концентрацией принято анализировать на диаграммах состояния сплавов. Диаграммы состояния строятся экспериментальным путем с помощью термического анализа. Уясните методику его проведения. Для анализа сплавов используют правило фаз (закон Гиббса), которое позволяет понять многие особенности фазовых превращений, происходящих в реальных системах. Вторым важным правилом, которым нужно научиться пользоваться при анализе диаграмм состояния, является правило отрезков.

Для того чтобы разобраться с более сложной и важной диаграммой Fе—Fе3С, уясните основные типы диаграмм: 1) отсутствие растворимости компонентов в твердом состоянии; 2) растворимость в твердом состоянии; 3) образование химических соединении И. С. Курников установил связь между диаграммами состояния и свойствами сплавов. Уясните эту связь.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое система, компонент, фаза, структура, сплав?

2. В чем заключается термический метод построения диаграмм сплавов?

3. Что такое эвтектика? Опишите процесс кристаллизации эвтектики.

2.1.2 Железоуглеродистые сплавы

Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 288; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!