ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тихоокеанский государственный университет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

С.В. Шалобанов

"_"2008г

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

по кафедре «Литейное производство и технология металлов»

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Утверждена научно-методическим советом университета для направлений подготовки (специальностей) в области машиностроения, проектирования и эксплуатации машин и оборудования, экономики и управления в промышленности.

Специальности:

101200 «Двигатели внутреннего сгорания» (ДВС) 120100 «Технология машиностроения» (ТМ) 120200 «Металлорежущие станки и инструменты» (МСК) 120900 «Проектирование технологических комплексов» (ПТК) 170400 «Машины и оборудование лесного комплекса» (МЛК) 170900 «Подьемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование (СДМ) 060800 «Экономика и управление в промышленности) (ЭП) Хабаровск 2008г Программа разработана в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины, и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом образовательных программ и стандартов профессионального образования, а также, с учетом особенностей региона и условий организации учебного процесса Тихоокеанского государственного университета.

Программу составил Бомко Н.Ф. к.т.н., доцент, кафедра ЛП и ТМ Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры Протокол № от «_» _ 200_г Заведующий кафедрой ЛПиТМ Ри Хосен «_» 200_г Программа рассмотрена и утверждена на заседании НМС университета и рекомендована к изданию Протокол № от «_» _ 200_г Председатель НМС ТОГУ по блоку ОПД _ Фейгин А.В.

«_» 200_г Директор ИИТ _ Воронин В.В.

«_» 200_г

1 ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

1.1 Цель и задачи изучаемой дисциплины Цель изучения: формирование у студента на основе современных научных представлений системы знаний о составе, структуре, технологических и эксплуатационных свойствах конструкционных материалов и методах их упрочнения для наиболее эффективного использования материалов в технике.

Основные задачи дисциплины: изучение зависимости между составом, строением и свойствами материалов; изучение физической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации; изучение теории и практики различных способов упрочнения материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин, инструмента и других изделий; изучение основных групп металлических и неметаллических материалов, их свойств и области применения; овладение методами исследований и контроля структуры и свойств металлов и сплавов; изучение принципов рационального выбора конструкционных материалов для конкретных изделий и конкретных условий эксплуатации.

1.2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения данной дисциплины студент должен знать:

- строение реальных металлов и сплавов, взаимосвязь между их составом, структурой, механическими и эксплуатационными свойствами;

- основы теории сплавов и фазовых превращений;

- свойства, назначение, маркировку сталей и чугунов, цветных сплавов, неметаллических и других конструкционных материалов;

- способы обеспечения и повышения надежности и долговечности деталей машин путем их упрочнения термической, химико-термической, поверхностной (закалка ТВЧ, наклеп) и другими видами обработки;

должен уметь:

- правильно выбирать материалы для изготовления изделий, работающих в заданных конкретных условиях;

- назначать необходимый способ упрочняющей обработки, а также оптимальные режимы для изменения свойства деталей в желаемом направлении;

- указывать параметры, обеспечивающие необходимую работоспособность деталей (твердость, прочность, глубину диффузионных слоев, прокаливаемость и др.);

- проводить простейший металлографический анализ, измерять твердость материалов, проводить операции закалки и отпуска сталей.

должен иметь представление о тенденциях совершенствования современных и перспективах создания новых конструкционных материалов и методов их упрочнения.

1.3 Объем дисциплины и виды учебной работы Вид итогового контроля по семестрам Самостоятельная работа

2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1 Тематический план лекционных занятий Тема 1 Введение. Предмет и методы материаловедения.

Конструкционные материалы как объект изучения. Взаимосвязь между составом, структурой и свойствами материалов. Методы исследования состава, структуры, свойств. Тенденции и перспективы развития науки о материалах.

Металлы и сплавы как основные современные конструкционные материалы.

Механические свойства металлов (прочность, твердость, пластичность, вязкость) и методы их определения. Количественная оценка прочности и пластичности при испытаниях на растяжение. Методы определения твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу. Количественная оценка вязкости металлов и сплавов при испытаниях на ударный изгиб образцов с надрезом. Длительная прочность и усталостная прочность металлов, методы их определения.

Тема 2. Атомно-кристаллическая структура металлов. Дефекты структуры.

Природа связей между атомами в твердых телах. Металлический тип связи.

Поликристалличность металлов. Элементы кристаллографии: кристаллическая решетка, элементарная ячейка, типичные элементарные ячейки металлов, базис ячейки, плотность упаковки, индексы Миллера для направлений и плоскостей, полиморфизм, анизотропия, системы легкого скольжения в кристаллах.

Дефекты структуры в реальных кристаллах: точечные дефекты (вакансии, межузельные и примесные атомы), линейные дефекты (дислокации краевые и винтовые), поверхностные дефекты (границы зерен и блоков). Влияние дефектов на механические свойства, диффузионные процессы и фазовые превращения в металлах.

Тема 3 Первичная кристаллизация металлов.

Термодинамические условия кристаллизации. Равновесная температура кристаллизации, степень переохлаждения. Термограммы кристаллизации чистых металлов. Образование и рост зародышей. Критический размер зародыша. Дендритное строение растущих кристаллов. Ликвационные процессы при кристаллизации сплавов и металлов с примесями; ликвация зональная и дендритная. Получение сверхчистых металлов методом зонной плавки. Строение слитка. Текстура кристаллизации. Методы получения мелкозернистой структуры, модифицирование сплавов.

Тема 4 Деформация и разрушение металлов. Наклеп и рекристаллизация.

Упругая и пластическая деформация. Механизм деформации. Вязкое и хрупкое разрушение. Влияние условий нагружения (температуры, среды, скорости нагружения, вида напряженного состояния) на способность металла к пластической деформации и характер разрушения. Особенности усталостного разрушения. Определение характера разрушения по строению излома.

Влияние холодной пластической деформации и последующего нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Деформационное упрочнение (наклеп) металла в результате холодной пластической деформации. Текстура и анизотропия свойств деформированного металла. Процессы при нагреве деформированного металла: возврат (отдых), полигонизация, рекристаллизация (первичная и вторичная); термодинамические предпосылки и механизм этих процессов, их влияние на структуру и свойства металла. «Холодная» и «горячая» пластическая деформация.

Тема 5 Фазовый состав и диаграммы состояния металлических сплавов.

Понятия сплава, компонента, фазы, структурной составляющей. Фазы в металлических сплавах: расплав, кристаллы чистых компонентов, твердые растворы на базе одного из компонентов, химические соединения, твердые растворы на базе химических соединений.

Равновесное состояние сплава. Методы построения диаграмм равновесного состояния. Диаграммы состояния сплавов с образованием механической смеси чистых компонентов (ДС 1-ого рода), с образованием непрерывного ряда твердых растворов (ДС 2-ого рода), с образованием ограниченных твердых растворов по эвтектической или перитектической реакции (ДС 3-его рода), с образованием устойчивых химических соединений (ДС 4-ого рода), с полиморфным превращением компонентов. Правило фаз Гиббса и правило отрезков, их применение при анализе диаграмм состояния. Связь между видом диаграммы состояния и физическими, механическими и технологическими свойствами сплавов. Твердорастворное упрочнение сплавов при образовании твердых растворов и дисперсионное упрочнение при выпадении вторичных фаз.

Тема 6 Диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.

Диаграмма состояния «железо-цементит» (метастабильное состояние железоуглеродистых сплавов). Фазы и структурные составляющие сплавов.

Буквенные обозначения и координаты узловых точек диаграммы. Физический смысл основных линий диаграммы. Структурообразование в сплавах с различным содержанием углерода в процессе охлаждения соответствующих расплавов до комнатной температуры. Диаграмма состояния «железо-графит»

(стабильное или равновесное состояние). Изменение положения узловых точек диаграммы и особенности структурообразования в системе «железо-графит».

Тема 7 Углеродистые стали. Чугуны.

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Равновесная структура углеродистых сталей. Классификация углеродистых сталей по структуре, степени раскисления, назначению и состоянию поставки. Стали обычного и повышенного качества. Маркировка основных групп углеродистых сталей.

Классификация чугунов по положению на диаграмме состояния и физическому состоянию избыточного (нерастворенного в железе) углерода.

Термодинамические и кинетические условия образования графита, влияние на процесс графитизации чугуна «третьих» компонентов. Влияние графита и структуры металлической основы на свойства чугунов. Состав, структура, свойства, и области применения серых чугунов. Модифицирование чугуна.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом и вермикулярным графитом.

Ковкие чугуны. Маркировка чугунов.

Тема 8. Термическая обработка стали и сплавов.

Термическая обработка как технологический процесс. Графическое изображение режима термообработки в координатах «температура - время».

Критические точки сталей, их учет при назначении режимов термообработки.

Основные виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск (старение). Влияние отжига на термодинамическое состояние и механические свойства стали. Задачи, решаемые нормализацией сталей.

Упрочняющая закалка стали (закалка на мартенсит), «истинная» закалка стали (закалка на аустенит). Отпуск (старение) закаленной стали. Цели отпуска и его влияние на механические свойства стали.

Тема 9. Фазовые превращения при термообработке сталей.

Аустенитное превращение: термодинамические условия, механизм, кинетика. Проблема укрупнения аустенитного зерна при перегреве.

Наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые стали.

Перегрев и пережег. Аустенизация при печном и скоростном нагреве.

Перлитное превращение: термодинамика, механизм, кинетика. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита для эвтектоидной, доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей. Структура и свойства продуктов распада в зависимости от степени переохлаждения. Диаграмма анизотермического превращения аустенита при непрерывном охлаждении с различной скоростью.

Мартенситное и бейнитное превращения. Особенности мартенситного превращения, свойства мартенсита. Остаточный аустенит. Промежуточное (бейнитное) превращение.

Превращения при отпуске закаленной стали. Термодинамическая неустойчивость закалочных структур. Дилатометрическая кривая при отпуске эвтектоидной стали. Доминирующие процессы на разных этапах отпуска.

Промежуточные и конечные продукты распада закалочных структур, изменение свойств стали в зависимости от температуры отпуска.

Тема 10. Методы поверхностного упрочнения стали.

Поверхностная пластическая деформация. Поверхностная закалка при индукционном и газопламенном нагреве. Химико-термическая обработка стали Элементарные процессы при химико-термической обработке стали.

Формирование диффузионного слоя при образовании твердых растворов и химических соединений Цементация в твердом и газообразном карбюризаторах. Термическая обработка после цементации. Азотирование, нитроцементация, цианирование, диффузионная металлизация.

Тема 11. Основы легирования сталей.

Цели, достигаемые легированием сталей. Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа, превращения в сталях при термообработке, свойства феррита и аустенита. Карбиды и другие фазы в легированной стали.

Структурные классы легированных сталей. Классификация и маркировка легированных сталей.

Тема 12. Конструкционные стали.

Цементируемые, улучшаемые, рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые стали. Выбор стали в зависимости от назначения и условий эксплуатации изделия. Типовые режимы упрочняющей термообработки конструкционных сталей.

Тема 13. Инструментальные стали и сплавы.

Стали для режущих и измерительных инструментов, их термическая обработка. Штамповые стали для штампов холодного и горячего деформирования. Термическая обработка штамповых сталей.

Металлокерамические твердые сплавы.

Тема 14. Стали и сплавы с особыми свойствами.

Коррозия и методы защиты от нее. Нержавеющие стали. Износостойкие стали. Влияние высоких температур на свойства сталей. Ползучесть, окалиностойкость. Жаропрочные и жаростойкие стали. Магнитные и электротехнические стали и сплавы.

Тема 15. Алюминиевые и магниевые сплавы.

Классификация сплавов по их технологическим свойствам. Деформируемые и литейные сплавы. Маркировка, химический состав, структура, свойства и области применения сплавов. Термическая обработка алюминиевых и сплавов.

Структурные превращения при отжиге, закалке и старении сплавов.

Тема 16. Титановые, медные и антифрикционные сплавы.

Характер легирования, структура и свойства титановых сплавов.

Термическая обработка сплавов. Сплавы на основе меди, их классификация и маркировка. Антифрикционные сплавы. Припои на основе легкоплавких металлов Тема 17. Неметаллические и композиционные материалы.

Основные группы неметаллических материалов. Виды химической связи в неметаллических материалах. Полимерные материалы. Термопластичные полимеры, их разновидности и свойства, области применения.

Термореактивные полимеры, их характеристики. Старение полимеров.

Пластмассы, их составы, свойства. Пластмассы с порошковыми, волокнистыми и листовыми наполнителями. Поропласты и пенопласты. Резина. Стекла органические и неорганические. Ситаллы. Керамические материалы.

Получение порошковых материалов, их преимущества и недостатки.

Конструкционные, инструментальные порошковые материалы, материалы со специальными свойствами. Области применения порошковых материалов.

Принципы получения композиционных материалов. Композиционные материалы с металлическими и полимерными матрицами. Их преимущества и недостатки. Области применения. Основные виды композиционных материалов: стеклопластики, углепластики, боропластики, и другие.

Л ЛР Л ЛР

1 Введение. Предмет и методы материаловедения * *** * * 2 Атомно-кристаллическая структура металлов. * * * Дефекты структуры рекристаллизация металлических сплавов 9 Фазовые превращения при термообработке сталей * * 16 Титановые, медные и антифрикционные сплавы * * * 17 Неметаллические и композиционные материалы * * 2.2 Лабораторный практикум Рекомендуемый перечень лабораторных работ 1.Исследование строения металлических сплавов методами макроскопического анализа.

2.Методы измерения твердости металлических материалов.

3.Растровый электронный микроскоп и его применение для исследования материалов.

4.Установление неизвестного вещества с помощью рентгеноструктурного анализа.

5.Первичная кристаллизация.

6.Влияние холодной пластической деформации и температуры нагрева на строение и свойства металла.

7.Построение и анализ диаграмм состояния двойных сплавов.

8.Микроструктурный анализ углеродистых сталей в равновесном состоянии.

9.Микроструктурный анализ чугунов.

10.Определение критических точек стали методом пробных закалок.

11.Термическая обработка стали (отжиг, нормализация).

12.Термическая обработка сталей (закалка).

13.Отпуск закаленной стали.

14.Прокаливаемость стали.

15.Химико-термическая обработка стали и сплавов.

16.Микроструктурный анализ и термическая обработка инструментальных сталей.

17.Микроструктурный анализ цветных сплавов.

18.Термическая обработка алюминиевых сплавов.

Таблица 3. Взаимосвязь лабораторного практикума и лекционного курса.

п/п содержания Наименование лабораторной работы 1 1 Исследование строения металлических сплавов методами 2 1 1 Методы измерения твердости металлических материалов.

3 1 Растровый электронный микроскоп и его применение для 4 2 Установление неизвестного вещества с помощью 6 4 Влияние холодной пластической деформации и 7 6 6 Построение и анализ диаграмм состояния двойных 8 7 7 Микроструктурный анализ углеродистых сталей в 10 Определение критических точек стали методом пробных 11 8 Термическая обработка стали (отжиг, нормализация) 12 8 8 Термическая обработка стали (закалка) 15 10 10 Химико-термическая обработка стали и сплавов 16 13 13 Микроструктурный анализ и термическая обработка 17 16 Микроструктурный анализ цветных сплавов 18 15 Термическая обработка алюминиевых сплавов

3 КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Входной контроль. Контроль остаточных знаний студентов проводится на первой лабораторной работе в форме устного опроса в пределах перечня вопросов входного контроля.

Текущий контроль. Проводится по результатам выполнения практических занятий и лабораторных работ.

Выходной контроль. Проводится в форме экзамена (зачета) Экзаменационный билет содержит три вопроса, один из которых относится к структуре и свойствам чистых металлов и теории сплавов, второй вопрос касается теории и практики термообработки и третий вопрос состоит в описании одного конкретного вида конструкционных материалов.

3.1 Вопросы входного контроля 1.Общие свойства металлов.

2.Характерные признаки металлов.

3.Назовите простейшие виды деформации. Что называется упругой и пластической деформацией?

4.Кристаллические и аморфные тела.

5.Ближний и дальний порядок расположения атомов.

6.Кристаллическая решетка.

7.Планетарная модель атома.

8.Диффузия.

9.Агрегатное строение вещества 10.Символы химических элементов 11.Жидкие и твердые растворы.

12.Газы и их разновидности, состав воздуха.

13.Измерение температуры с помощью термопары.

14.Коррозия металлов.

15.Понятие о плавлении металлов, температура плавления.

16.Затвердевание веществ, понятие о кристаллизации.

17.Условия работы деталей машин и механизмов: подшипников, зубчатых колес, крестовин, рессор и пружин и др.

18.Условия работы наиболее распространенных инструментов: резцов, сверл, разверток, фрез и др.

19.Признаки качества изделия, методы его повышения.

20.Нагрев тела и его охлаждение, скорость нагрева и охлаждения.

3.2. Текущий контроль Вопросы текущего контроля приведены в методических указаниях к лабораторным работам.

3.3. Вопросы выходного контроля (вопросы экзаменационных билетов) 1.Предмет и методы материаловедения.

2.Основные механические свойства металлов. Испытания на растяжение.

3.Основные механические свойства металлов Испытания на ударный изгиб образцов с надрезом.

4.Основные механические свойства металлов Метод определения твердости по Бринеллю.

5.Основные механические свойства металлов. Метод определения твердости по Роквеллу.

6.Атомно-кристаллическая структура металлов. Дефекты кристаллической структуры.

7.Кристаллизация металлов.

8.Деформация и разрушение металлов.

9.Наклеп и рекристаллизация.

10.Фазы и диаграммы состояния (ДС) металлических систем.

11.ДС бинарного сплава с полным отсутствием взаимной растворимости компонентов в твердом состояниии (ДС 1-ого рода).

12.ДС бинарного сплава с неограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях (ДС 2-ого рода).

13.ДС бинарного сплава с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (ДС 3-его рода с эвтектическим превращением).

14.ДС бинарного сплава с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (ДС 3-его рода с перитектическим превращением).

15.ДС сплавов, образующих химические соединения (ДС 4-ого рода).

16.ДС сплавов с полиморфным превращением компонентов в твердом состоянии.

17.ДС сплавов «железо-углерод».

18.Углеродистые стали.

19.Чугуны.

20.Термическая обработка (ТО): общие положения, виды и назначение различных видов ТО.

21.Теория ТО сталей: аустенитное превращение.

22.Теория ТО сталей: перлитное превращение.

23.Теория ТО сталей: мартенситное превращение.

24.Теория ТО сталей: бейнитное превращение.

25Теория ТО сталей: превращения при отпуске.

26.Закаливаемость и прокаливаемость.

27.Методы поверхностного упрочнения: ППД, закалка с нагревом ТВЧ, химико-термическая обработка (ХТО).

28.ХТО: цементация.

29.ХТО: азотирование.

30.ХТО: нитроцементация, цианирование.

31.Легированные стали (ЛС): классификация и маркировка.

32.ЛС: формы существования легирующих элементов (ЛЭ) в сталях, карбидная фаза в ЛС, влияние ЛЭ на ферритную фазу.

33.ЛС: влияние ЛЭ на полиморфизм железа и положение важнейших точек диаграммы состояния системы «железо-углерод».

34.ЛС: влияние ЛЭ на превращения при нагреве сталей.

35.ЛС: влияние ЛЭ на превращения при закалке и отпуске сталей.

36.Цементуемые стали.

37.Улучшаемые стали.

38.Рессорно-пружинные стали.

39.Шарикоподшипниковые стали.

40.Износоустойчивые стали.

41.Углеродистые инструментальные стали.

42.Низколегированные инструментальные стали.

43.Быстрорежущие стали.

44.Твердые металлокерамические сплавы.

45.Штамповые стали холодного деформирования.

46.Штамповые стали горячего деформирования.

47.Коррозионностойкие стали (хромистые).

48.Коррозионностойкие стали (хромоникелевые, сложнолегированные).

49.Теплоустойчивые и жаропрочные стали и сплавы.

50.Титановые сплавы.

51.Медные сплавы.

52.Алюминиевые сплавы.

52.Магниевые сплавы.

53.Подшипниковые сплавы (баббиты) 54.Порошковые и композиционные материалы.

55.Неметаллические материалы.

4 КОНТРОЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВЗАОЧНИКОВ

Контроль самостоятельной работы студентов заочников проводится по результатам выполнения контрольных работ. Задания на выполнение контрольных работ приведены в учебном пособии по п.5.3.1.

Номера вариантов контрольных заданий доводятся до сведения студентов на установочной лекции.

5 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1 Список основной литературы 1.Материаловедение: Учебник для вузов /Под общ. ред. Б.Н.Арзамасова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана,2002. – 648с.

2.Материаловедение и технология металлов: Учебник для вузов /Г.П.Фетисов и др. – М.: Высшая школа, 2001. – 638с.

5.2 Список дополнительной литературы 1.Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов /6-е изд., перераб. и доп.

– М.: Металлургия, 1986. – 544с.

2.Ржевская С.В. Материаловедение: Учебник для вузов /2-е изд., стер. – М.:

Изд-во МГГУ, 2000. – 304с.

3.Лахтин Ю.М. и др. Материаловедение: Учебник для вузов /3-е изд.

перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528с.

4.Солнцев Ю.П. и др. Материаловедение: Учебник для вузов /3-е изд.

перераб. и доп. – СП6.: ХИМИЗДАТ, 2004. – 736с.

5.3 Учебно-методические указания, рекомендации, пособия 1.Ри Хосен и др. Материаловедение. Учеб. пособие. /Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2004. – 88с.

2.Практикум по материаловедению и технологии конструкционных материалов. Сборник методических указаний к лабораторным работам и практическим занятиям. /Под ред. В.А.Оськина, В.Н.Байкаловой. - М.: КолосС, 2007. - 318с.

3.Ри Хосен и др. Металловедение и термическая обработка сплавов различного назначения: Сборник методических указаний к лабораторным работам. /Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2003. – 140с.

4.Установление неизвестного вещества с помощью рентгеноструктурного анализа. Методические указания к лабораторной работе. ХПИ, 1990г.

5.Влияние холодной пластической деформации и температуры нагрева на строение и свойства металла. Методические указания к лабораторной работе.

ХПИ, 1984г.

6.Определение критических точек стали методом пробных закалок.

Методические указания к лабораторной работе. Рукопись, 2007г.

6 МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

Для выполнения лабораторных работ и их оформления студенты используют имеющиеся в лабораториях кафедры ЛПиТМ наборы образцов материалов, компьютеры, микроскопы, твердомеры, муфельные печи, шлифовальнополировальные станки, специальную оснастку и другое учебное лабораторное оборудование и приборы.

Студенты, проявляющие склонность к научным исследованиям, могут допускаться к работе на сложных современных установках физических методов исследования (рентгеновский дифрактометр, сканирующий и просвечивающий электронные микроскопы, рентгенофлюоресцентный анализатор и т.д.), которые также имеются на кафедре.

7 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ

ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для успешного усвоения материала данной дисциплины студент должен иметь подготовку по ряду естественно - научных дисциплин, таких как физика, химия, высшая математика. Некоторые разделы данного курса требуют привлечения знаний из соответствующих разделов общепрофессиональных дисциплин - сопромата, инженерной графики и т.д. Так из курса физики востребован раздел «молекулярная физика и термодинамика». Из курса высшей математики используются элементы дифференциального и интегрального исчисления. Из курса химии используются сведения о типах связи в твердых телах, правиле фаз Гиббса и теории коррозии металлов. Сопромат дает необходимые сведения о видах напряженного состояния, основных механических свойствах металлов и методах их определения. Из курса инженерной графики используются правила пространственного изображения и построения проекций деталей и т.д.

В свою очередь курс материаловедения дает базовые знания, необходимые при изучении других общепрофессиональных и специальных дисциплин, таких как «Технология конструкционных материалов», «Основы производства и обработки металлов» и т.д.

Указанные обстоятельства определяют место данной дисциплины в системе подготовки специалиста и должны находить соответствующее отражение в очередности изучения предметов по учебному плану.

Преподавание дисциплины рекомендуется вести в направлении от общего к частному, т.е. изучению конкретных материалов и конкретных технологий должно предшествовать изучение общих законов и закономерностей. В этом случае можно рассчитывать, что полученные знания будут не простым набором заученных разрозненных фактов, а целостной системой знаний.

Лабораторные работы должны быть направлены на конкретизацию и закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях и при изучении методических указаний, а также, на приобретение навыков работы с научным и технологическим оборудованием и приборами.

Задания для самостоятельной работы следует формулировать так, чтобы у студентов вырабатывались навыки действительно самостоятельного, творческого подхода к решению учебных и производственных задач.

В полном объеме данная программа рассчитана на 68час. аудиторных занятий. В рабочих программах для конкретных направлений (специальностей) отдельные разделы программы могут быть сокращены в зависимости от объема часов, отводимых на дисциплину по учебному плану.

8 СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Адсорбция — одна из стадий процесса химико-термической обработки, при которой происходит сцепление активных атомов насыщающего элемента с обрабатываемой поверхностью.

Азотирование — вид химико-термической обработки, при котором происходит процесс насыщения поверхностного слоя стали атомарным азотом при нагреве в соответствующей среде.

Анизотропия — неодинаковость механических и физических свойств твердого тела в зависимости от кристаллографических направлений.

Аустенит — твердый раствор внедрения атомов углерода в -железо, имеющий гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку, растворимость углерода в которой достигает 2,14%. А. немагнитен, имеет твердость 200 НВ при пластичности =50%, хорошо упрочняется наклепом.

Баббиты — антифрикционные сплавы на оловянной или свинцовой основе, названные в честь И. Баббита, предложившего в 1839г. сплав для заливки подшипников скольжения. Б. построены по схеме Шарли: вязкая основа с мелкими твердыми включениями.

Бейнит — структура, полученная в результате как диффузионного, так и бездиффузионного превращения. Б. состоит из -твердого раствора (феррита), несколько пересыщенного углеродом, и частиц карбидов.

Бориды — химические соединения металлов с бором, обладающие высокой твердостью. Например, микротвердость борида FeB составляет 20000 МПа, а борида Fe2B - 16500МПа.

заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали атомарным бором при нагреве в соответствующей среде. Образующийся слой боридов толщиной 0,1...0,2мм имеет высокую твердость, износо- и окалиностойкость, коррозионную стойкость.

Бронза — сплавы меди с различными элементами, в числе которых совместно с другими элементами может быть и цинк.

Вакансия — точечный дефект кристаллической решетки, при :отором в узлах решетки отсутствуют атомы.

Вещества аморфные — вещества с хаотическим расположением атомов в твердом и жидком состоянии. При нагреве В.а. размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем постепенно переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении.

упорядоченным расположением атомов (ионов) в пространстве. При нагреве сохраняют кристаллическое строение до температуры плавления, при которой изотермически происходит процесс перехода в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении.

Винипласт — жесткий полимерный материал на основе поливинилхлорида с наполнителем и стабилизатором.

Вкладыш — сменная деталь подшипника скольжения, на которую опирается цапфа вращающегося вала.

Возврат — процесс, происходящий при нагреве холоднодеформированного металла, сопровождающийся частичным восстановлением механических и физических свойств без изменения микроструктуры деформированного металла.

Восстановление (оксидов железа, кремния, марганца и др.) — физикохимический процесс получения металлов из их оксидов при помощи восстановителя — вещества, способного соединяться с кислородом, входящим в состав оксидов.

В. косвенное — восстановление оксидов газами.

В. прямое — восстановление оксидов твердым углеродом.

сопротивляться действию циклических нагрузок.

Вырубка — разделительная операция обработки металлов давлением для полного отделения заготовки или детали от листового [и профильного материала по замкнутому контуру.

Высечка — разделительная операция обработки металлов давлением для отделения небольшой части металла по краю листовой готовки.

Вязкость — свойство твердых тел необратимо поглощать энергию при пластическом деформировании.

В. ударная — свойство, определяющее склонность металлов к хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Ударную вязкость оценивают по отношению работы, затраченной на ударный излом образца, к площади поперечного сечения образца в месте надреза. Обозначают KCU, KCV, КСТ.

Единица измерения: дж/м2.

Гомогенизация — см. Отжиг диффузионный.

Графит — кристаллическая модификация углерода с гексагональной решеткой; имеет низкую твердость (3 НВ) и прочность; температура плавления 3500 °С.

Графитизация — процесс образования графита в сплавах железа с углеродом, который может происходить как из жидкой фазы, так из твердой фазы. Для ускорения процесса графитизации в сплавы вводят специальные компоненты — графитизаторы.

Графитопласт — антифрикционная пластмасса с наполнителем в виде графита.

Дегазация — удаление газов и летучих примесей из расплавленного металла.

Дендрит — древовидная форма зерна, образующаяся при первичной кристаллизации сплава.

Дефекты кристаллического строения: линейные — см. Дислокации;

Д. поверхностные — несовершенства, размер которых мал только в одном направлении. К ним относятся границы между зернами, границы двойников;

Д. точечные — несовершенства, размеры которых близки к межатомному расстоянию. К ним относятся вакансии, межузельные атомы, примесные атомы.

Деформация (от лат. deformation — искажение) — изменение формы или размеров тела (либо его части) в результате воздействий, вызывающих изменение относительного положения частиц данного тела. Простейшие виды Д.: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб.

Д. горячая — происходит при температурах выше температуры рекристаллизации, при которой в деформированном металле идут процессы рекристаллизации и металл не упрочняется.

Д. остаточная — деформация, не исчезающая после устранения воздействия, вызвавшего ее.

Д. пластическая — остаточная деформация, образовавшаяся в результате воздействия силовых факторов, при которой не наступает макроскопических нарушений в материале. Д. п. — одно из важнейших свойств материалов, обеспечивающее возможность изготовления из них изделий (например, при обработке давлением, ковке).

Д. упругая — после прекращения действия внешних сил форма, свойства и структура металла восстанавливаются.

Д. холодная — происходит при температурах ниже температуры рекристаллизации, характеризуется изменением формы, упрочнением металла и изменением физико-химических-и механических свойств.

Деформирование — воздействие на изделие или материал, приводящее к деформации.

Д. пластическое — воздействие на изделие или материал, приводящее к пластической деформации.

Д. поверхностное пластическое — обработка металлов давлением, при которой пластически деформируется только поверхностный слой.

Диаграмма состояния — графическое изображение равновесного фазового состояния сплавов в координатах температура — химический состав.

Диаметр критический — диаметр прокаливающейся насквозь заготовки, в которой при закалке полумартенситная структура образуется в центре.

Дислокации (от англ. dislokation — смещение, сдвиг) — линейные дефекты, длина которых на несколько порядков больше ширины. Плотность и расположение Д. значительно влияют на механические и другие свойства металлов и сплавов. Основные виды Д.: винтовые и краевые.

Диффузия — перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные параметры кристаллической решетки.

Долговечность — свойство изделия или устройства сохранять работоспособность до состояния, при котором дальнейшая его эксплуатация должна быть прекращена.

Дуралюмины — сплавы на основе алюминия, легированные медью, магнием, марганцем и другими элементами, подвергаемые упрочняющей термической обработке.

Жаропрочность — способность материала при высоких температурах сопротивляться пластической деформации и разрушению.

Жаростойкость — способность металлов и сплавов сопротивляться окислению и газовой коррозии при высоких температурах.

Железо — химический элемент с порядковым номером 26 в периодической системе Д. И. Менделеева; металл; температура плавления 1539°С, плотность 7,78т/м3; существует в четырех аллотропических формах: Fe, Fе, Fe, Fe.

Ж. техническое — низкоутлеродистый сплав, содержащий до Железографит — пористый антифрикционный металлокерами-4еский материал на основе железа с добавками до 7 % графита.

Жесткость — способность тела или конструкции сопротивляться деформированию.

Жидкотекучесть — способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии воспроизводить очертания отливки при заполнении полости литейной формы.

Закаливаемость — способность сплавов образовывать неравновесную пересыщенную структуру при охлаждении со скоростью выше критической.

3. сталей — способность приобретать повышенную твердость за счет образования при закалке мартенситной структуры.

Закалка — вид термической обработки, при которой в сплавах образуется неравновесная пересыщенная структура.

З. сталей — процесс термической обработки, в результате которого исходная структура при нагреве и выдержке полностью или частично превращается в аустенит, а при охлаждении претерпевает мартенситное превращение.

З. с. газопламенная — скоростной нагрев поверхности обеспечивается пламенем мощной газовой горелки.

З. с. изотермическая — охлаждение проводят в ваннах с расплавом солей, имеющих температуру на 50...100°С выше температуры начала мартенситного превращения. В результате выдержки аустенит переохлажденный превращается в бейнит.

З. с. индукционная — поверхностная закалка токами высокой частоты (ТВЧ); деталь помещают в индуктор, через который пропускают переменный ток, возникает электромагнитное поле, в поверхностном слое наводятся вихревые токи или токи Фуко, что обеспечивает его быстрый нагрев и получение мелкозернистого аустенита, а при охлаждении — дисперсного мартенсита.

З. с. непрерывная — охлаждение проводят в воде, или масле, или специальных охладителях со скоростью больше критической.

З. с. прерывистая (в двух средах) — охлаждение проводят сначала в воде до температуры около 350°С, а затем в масле. Такая закалка позволяет уменьшить внутренние напряжения, деформацию и коробление.

З. с. с самоотпуском — закалка с охлаждением в воде части изделия и последующим нагревом ее за счет теплоты той части изделия, которая не погружалась в воду.

3. с. ступенчатая — охлаждение проводят в расплаве солей с температурой на 50... 100°С выше температуры начала мартенситного превращения для снижения температуры аустенита переохлажденного, затем на воздухе.

Запас прочности — отношение предельной (разрушающей) нагрузки или напряжения к действительной (расчетной) нагрузке или напряжению.

Затылование — процесс образования задней поверхности зуба фрезы по некоторой кривой (обычно по спирали Архимеда) для получения задних углов при заточке по передней поверхности.

Зерно — часть структуры металла или сплава, имеющая определенное направление формирования кристаллической решетки, различное в рядом расположенных зернах. Металлы имеют зернистое строение.

Зоны Гинье — Престона — микроскопические объемы с резко повышенной концентрацией растворенного компонента в твердом растворе. Гинье во Франции и Престон в Англии впервые обнаружили такие образования в дуралюмине в 1938г.

Зоны слитка стали — зоны, образующиеся в результате направленного отвода теплоты в процессе кристаллизации: тонкий слой мелких равноосных зерен на поверхности, столбчатые или дендритные зерна в средней части и равноосные зерна в центре слитка.

Изложница — емкость для разливки жидкого металла или сплава.

Излом — естественное или искусственное разрушение металла ли сплава с образованием поверхностей раздела.

И. вязкий — характерный для пластичных материалов тип излома, при котором разрушение происходит по зерну. Имеет волокнистое строение.

И. усталостный — тип излома, возникающий в результате действия циклических нагрузок. Имеет элементы хрупкого и вязкого изломов.

И. хрупкий — тип излома, при котором разрушение происходит по границам зерен, имеет зернистое строение.

Износ — удаление части материала с поверхности в результате абразивного, химического, электролитического или других воздействий.

Износостойкость — сопротивление материалов или изделий износу, оценивающееся длительностью работы до предельного износа.

Изотропия — одинаковость свойств по разным направлениям объема материала, характерная для аморфных тел. Реальные металлы обладают свойством квазиизотропии (ложной изотропии), ) обусловленным зернистым строением.

Индентор (наконечник) — рабочая часть твердомера, внедряемая в поверхность образца и формирующая отпечаток, по размеру которого определяют твердость.

Карбиды — химические соединения металлов с углеродом. Например, Fe3C, TiC, WC, Cr3C7.

Кермет — оксидно-карбидное соединение из оксида алюминия и 30...40% карбидов вольфрама и молибдена или молибдена и хрома и тугоплавких связок.

Компонент — составная часть сплава. Компонентом может быть химический элемент (металл или неметалл) или устойчивое химическое соединение.

Концентратор напряжений — место изменения формы детали, в котором скачком возрастают напряжения.

Коррозия — самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

Красноломкость — охрупчивание сталей выше 1000°С при горячей обработке давлением из-за повышенного содержания серы, приводящего к образованию легкоплавкой (988°С) и хрупкой сернистой эвтектики (FeS + Fe), располагающейся по границам зерен.

Красностойкость — см. Теплостойкость.

Кристаллизация — процесс образования кристаллической структуры. К.

состоит из зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов на этих центрах.

К. вторичная — происходит в твердом состоянии и сопровождается изменением типа кристаллической решетки.

К. первичная — происходит при переходе из жидкого состояния в твердое.

Кристаллит (зерно) — кристалл неправильной формы, грани которого не соответствуют кристаллографическим плоскостям кристаллической решетки.

Латуни — сплавы меди с цинком (до 45%), в которые можно добавлять другие легирующие элементы.

Легирование — введение в металл или сплав химических элементов с целью придания определенных физико-химических или механических свойств (коррозионной стойкости, прочности, упругости, электросопротивления и др.).

Ледебурит (эвтектика) — структура, состоящая из аустенита и цементита. Согласно диаграмме состояния Fe — Fe3C образуется в точке С при температуре 1147°С и концентрации 4,3% углерода. Структура названа в честь ученого Ледебура.

Ликвация — химическая неоднородность сплава, возникающая при кристаллизации в интервале температур между линиями ликвидуса и солидуса.

Ликвация возникает в кристаллах (внутрикристаллическая), а также по высоте и зонам слитка (зональная).

Линия ликвидуса (от лат. liqvidus — жидкий) — линия на диаграмме состояния сплавов, соответствующая началу кристаллизации при охлаждении.

Выше Л.л. сплавы находятся в жидком состоянии.

Л. ограниченной растворимости — линия на диаграмме состояния сплавов, показывающая изменение концентрации одного компонента в кристаллической решетке другого компонента.

Л. солидуса (от лат. solidus — твердый) — линия на диаграмме состояния сплавов, соответствующая концу кристаллизации при охлаждении. Ниже Л.с.

сплавы находятся в твердом состоянии.

Макроструктура — строение металлов и сплавов, изучаемое на образцах (шлифах) невооруженным глазом или с помощью лупы при увеличении до 30 раз.

Макрошлиф — образец с плоской шлифованной поверхностью, подвергнутый травлению для выявления макроструктуры.

Мартенсит — структура, представляющая собой пересыщенный твердый раствор внедрения, образующийся в результате кооперативного (сдвигового) смещения атомов в кристаллической решетке на расстояния, не превышающие межатомных; в сталях — это пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в ОЦК-железо, имеющий высокую твердость и прочность.

Микроструктура — внутреннее строение металлов и сплавов, изучаемое на шлифах при помощи оптических металлографических микроскопов с увеличением от 50 до 1500 раз.

Микрошлиф — образец с плоской полированной поверхностью, подвергнутый травлению для выявления микроструктуры.

Модификаторы — вещества, образующие дополнительные центры кристаллизации и измельчающие структуру или образующие центры кристаллизации для фазы, которую желательно получить в структуре.

Монокристалл — кристалл, имеющий единственное направление роста кристаллической решетки и состоящий из одного зерна.

Наклеп — физическое упрочнение металлов и сплавов при пластической деформации за счет частичного изменения структуры и свойств при температуре ниже температуры рекристаллизации. Н. снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел прочности, предел текучести и твердость.

Нитриды — химические соединения металлов с азотом.

Нитроцементация — процесс одновременного диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом и углеродом..

Нормализация — термическая обработка стали с нагревом до аустенитного состояния и охлаждением на воздухе.

Обрабатываемость резанием — технологическое свойство материала, определяющее его способность подвергаться резанию. О. р. характеризуется стойкостью режущего инструмента, скоростью резания, мощностью, требуемой для резания, шероховатостью обработанной поверхности и другими показателями.

Отбел — образование структуры белого чугуна в отливке из серого чугуна;

Отжиг — термическая обработка с нагревом до определенных температур, длительной выдержкой и медленным охлаждением для получения устойчивого структурного состояния сплава.

О. диффузионный (гомогенизация) — отжиг с высокотемпературным нагревом для выравнивания химической неоднородности сплавов. Проводят в течение 18...24ч при температуре 1000...1100°С.

О. изотермический — состоит в нагреве легированной стали до температуры полного отжига, подстуживании до температуры ниже точки А и последующей изотермической выдержки (3...6ч) до полного распада аустенита.

О. неполный — нагрев производится до температур несколько выше точки А1 Применяют для доэвтектоидных сталей с целью улучшения обрабатываемости резанием. В заэвтектоид-ных сталях обеспечивает получение зернистого перлита.

О. полный — заключается в нагреве доэвтектоидных сталей на 30...50°С выше температуры точки А3 предназначен для снятия внутренних напряжений, уменьшения твердости и получения структуры, близкой к равновесной.

О. рекристаллизационный — нагрев холоднодеформированного сплава до температур выше температуры рекристаллизации для снятия наклепа.

Отпуск — термическая обработка с нагревом закаленной стали до температуры ниже температур фазовых превращений с целью повышения пластичности и вязкости, уменьшения остаточных напряжений и получения специальной структуры и свойств.

О. высокий — отпуск с нагревом до температур 550...680°С для полного снятия внутренних напряжений и получения наивысшей ударной вязкости стали. Получаемая структура — сорбит отпуска.

О. низкий — отпуск с нагревом до температур ниже 250°С для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости стали без снижения ее твердости. Получаемая структура — мартенсит отпуска.

О. средний— отпуск с нагревом до температур 300...500°С для получения наилучших сочетаний упругих свойств стали. Получаемая структура — троостит отпуска.

Параметр (кристаллической решетки) — расстояние между соседними атомными плоскостями в кристаллической решетке.

Перегрев — дефект горячей обработки деталей, заключающийся в росте зерен, вызванном высокой температурой нагрева и длительной выдержкой при этой температуре.

Пережог — неисправимый дефект горячей обработки деталей»

заключающийся в значительном росте зерен аустенита с окислением их границ.

Перлит — структура стали в виде механической смеси феррита и цементита, получающейся в результате эвтектоидного распада аустенита.

П. зернистый — состоит из зерен феррита и цементита.

П. пластинчатый — состоит из пластинок феррита и цементита Пермаллои — магнитомягкие сплавы на основе железа с никелем и кобальтом, обладающие высокой магнитной проницаемостью.

Пластичность — способность материала деформироваться под действием внешних нагрузок, не разрушаясь, и сохранять измененную форму после прекращения действия усилий.

Плоскость скольжения — кристаллографическая плоскость с наиболее плотной упаковкой атомов, где сопротивление сдвигу наименьшее.

Полирование — метод отделочной обработки поверхностей деталей с помощью особо мелкозернистой абразивной (полировальной) пасты, нанесенной на эластичный полировальный круг, изготовляемый из войлока, кожи, парусины. В качестве абразива применяют порошки оксида хрома, карбида кремния и др.

Порог хладноломкости — температура, соответствующая переходу металла от вязкого разрушения к хрупкому.

Правило Гиббса (правило фаз) — математическая форма выражения общих закономерностей существования устойчивых фаз системы, отвечающих условиям равновесия; устанавливает зависимость между числом степеней свободы (Q), числом компонентов (К), числом внешних факторов (П) и числом фаз (Ф):

Правило Курнакова — устанавливает связь между свойствами двойных сплавов (механическими, физическими и технологическими) и типом их диаграмм состояния.

Предел выносливости — максимальное напряжение при симметричном или несимметричном цикле нагружения, не вызывающее разрушение образца.

Предел ползучести — напряжение, которое за конкретный промежуток времени при данной температуре вызывает заданное удлинение, например 1% Предел прочности — напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца (В, МПа).

Предел текучести условный — напряжение, соответствующее остаточному удлинению образца 0,2 % от начальной (02, МПа).

Прочность — способность материалов сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок.

Пуансон — инструмент для обработки металлов давлением. Применяют пуансоны для пробивки, вырубки, гибки, отбортовки, вытяжки и др.

Работоспособность — состояние изделия, при котором в данный момент времени его основные параметры находятся в пределах, установленных техническими требованиями.

Развертка — многолезвийный режущий инструмент для чистовой (и точной) обработки отверстий после их предварительной обработки (получения) сверлом, зенкером или расточным резцом. Р. имеет 6... 12 зубьев, что придает ей при работе более высокую устойчивость в отверстии и повышенную по сравнению со сверлом жесткость. Р. могут быть машинными (применяют на станках) и ручными (при слесарных работах).

Разгаростойкость — сопротивление материала термической усталости, т. е. способность выдерживать многократные нагревы и охлаждения под нагрузкой без образования поверхностных трещин.

Разрушение — заключительная стадия деформирования материалов, процесс разделения твердого тела на части под действием нагрузки. Может сопровождаться термическими, радиационными, коррозионными и другими воздействиями.

Разупрочнение — уменьшение прочности материала под действием внешних или внутренних факторов.

Раскисление металла — проводят в два этапа: в период кипения путем прекращения подачи руды в печь (вследствие чего раскисление происходит за счет углерода, содержащегося в металле) и подачи в ванну раскислителей — ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное Р. стали проводят в ковше при выпуске ее из печи.

Раковина усадочная — полость или впадина, образованные при усадке металла отливки из-за отсутствия подпитки жидким металлом.

Растворы твердые — фазы переменного состава, в которых сохраняется кристаллическая решетка одного компонента, а атомы другого компонента располагаются в его решетке, образуя твердые растворы внедрения или замещения.

Р. т. внедрения — атомы одного компонента внедряются в кристаллическую решетку другого компонента.

Р. т. замещения — атомы одного компонента замещают в кристаллической решетке атомы другого компонента.

Р. т. с неограниченной растворимостью — кристаллические решетки компонентов однотипны и близки по параметрам, и атомы одного компонента могут неограниченно размещаться в кристаллической решетке другого.

Р. т. с ограниченной растворимостью — кристаллические решетки компонентов значительно различаются по параметрам, и атомы одного компонента ограниченно внедряются в кристаллическую решетку другого.

Рекристаллизация металла — процесс зарождения и роста новых зерен в объеме деформированного металла, которые чаще всего приобретают равноосную форму.

Релаксация — расслабление, снятие напряжений.

Решетка кристаллическая — воображаемая пространственная сетка с ионами (атомами) в узлах, изображающая закономерное расположение атомов в кристалле. Используют для описания атомно-кристаллической структуры. Для металлов наиболее характерны кристаллические решетки трех типов: объемно-центрированная кубическая (ОЦК), гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гранецентрированная гексагональная тотноупакованная (ГПУ).

Самоотпуск — процесс отпуска, происходящий за счет тепла, оставшегося в изделии после закалки.

Сверхпластичность — способность металла в определенных условиях получать значительную пластическую деформацию (=1О2...1О3%) при малом сопротивлении (1...10МПа). Необходимое условие проявления сверхпластичности — наличие ультрамелкого зерна (размером до 15 мкм) и деформирование при температурах выше 0,5 Тпл с низкими скоростями.

заключающийся в насыщении поверхностного слоя кремнием для придания высокой кислотоупорности в соляной, серной и азотной кислотах.

Применяют для деталей, используемых в химической и нефтяной промышленности.

Силумины — литейные сплавы на основе алюминия с высоким содержанием кремния (более 5%), обладающие высокой коррозионной стойкостью.

Скорость закалки критическая — минимальная скорость охлаждения, необходимая для превращения аустенита в мартенсит.

Смесь механическая — структура, состоящая из раздельно кристаллизующихся компонентов.

Сорбит — структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, представляющая собой смесь феррита и цементита средней степени дисперсности. С. закалки имеет пластинчатое строение, С. отпуска — зернистое строение.

Сормайт — группа твердых литых высокоуглеродистых и высоколегированных (хромом, никелем, кремнием и марганцем) сплавов для наплавки на изнашивающиеся поверхности деталей и инструментов.

Спекание — процесс получения металлических изделий путем нагрева предварительно спрессованных заготовок из порошковых сплавов.

Сплавы — вещества, полученные сплавлением или спеканием металлов с металлами, или неметаллами, или химическими соединениями; обладают металлическими свойствами.

С. порошковые — материалы, получаемые методом прессования и спекания порошков металлов и неметаллов без расплавления или с частичным расплавлением наиболее легкоплавкой составляющей.

Стали — сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 до 2,14% С.

С. быстрорежущие — высоколегированные инструментальные стали, содержащие вольфрам, молибден, ванадий, хром, обладающие высокой теплостойкостью и твердостью.

С. жаропрочные — легированные стали, способные работать под нагрузкой при температурах выше 450°С в течение определенного времени.

Критерием жаропрочности является предел ползучести.

С. жаростойкие (окалиностойкие) — стали, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности (образования окалины) во время работы при повышенных температурах в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

С. инструментальные — стали, предназначенные для изготовления режущего и штампового инструмента. Их делят на углеродистые (У7…У12) и легированные.

С. кипящие — стали, раскисленные в процессе кристаллизации (в слитке) марганцем и почти не содержащие кремния (менее 0,05%).

С. коррозионно-стойкие (нержавеющие) — устойчивые против химической и электрохимической коррозии стали, содержащие от 13% хрома и других легирующих элементов.

С. легированные — стали, в состав которых вводят легирующие элементы (никель, хром, кремний, марганец, вольфрам, молибден, титан, бор и др.) с целью получения определенных свойств. По содержанию легирующих элементов различают низко- (до 5%), средне- (5...10%) и высоколегированные (более 10%С).

С. ПНП (пластичность, наведенная превращением) — см. Трипстали.

С. полуспокойные — стали, раскисленные в ходе плавки марганцем и в конце плавки алюминием.

С. спокойные — стали, раскисленные в ходе плавки марганцем, кремнием и алюминием. По качеству выше кипящей и полуспокойной.

С. теплоустойчивые — стали, способные противостоять циклическому температурному воздействию без разрушения.

Старение — изменение свойств материала во времени.

С. деформационное — происходит после пластического деформирования сплавов при температурах ниже температуры рекристаллизации и приводит к их охрупчиванию.

С. дисперсионное — см. Твердение дисперсионное.

С. естественное — происходит при нормальных температурах и приводит к повышению твердости и прочности сплавов.

С. искусственное (термическое) — протекает при повышенных температурах и приводит к повышению твердости и прочности сплавов.

Степень деформации критическая — превышение которой при пластической деформации приводит к образованию трещин, шелушению поверхностного слоя или разрушению материала.

Структура — строение металла, определяемое формой, размерами и характером взаимного расположения фаз.

С. Видманштеттова — структура, получаемая при направленном охлаждении крупнозернистого аустенита доэвтектоидных сталей, в результате чего образуется феррит в форме пластин или игл; характеризуется низкой пластичностью.

С. неравновесная — образуется в результате ускоренного охлаждения и характеризуется большим запасом свободной энергии.

С. равновесная — устойчивая структура, обладающая наименьшим запасом свободной энергии.

С. строчечная — возникает при обработке металлов давлением, характеризуется направленным расположением кристаллов вдоль течения металла.

Сфероидизация — образование фаз сферической формы в процессе первичной или вторичной кристаллизации металла, или модифицирования, или термической обработки.

Твердение дисперсионное — образование мелкодисперсных упрочняющих фаз в результате распада перенасыщенного твердого раствора, полученного закалкой.

Твердость — свойство материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при внедрении в него другого, более твердого тела.

Т. по Бринеллю (НВ) — отношение нагрузки Р, действующей на индентор (шарик), к площади полученного отпечатка F(HВ=P/F).

Т. по Виккерсу (HV) — отношение нагрузки, действующей на индентор (четырехгранная алмазная пирамида), к площади полученного отпечатка.

Т. по Роквеллу (HRB, HRC, HRA) — оценивают по глубине, внедрения индентора (шарик, алмазный конус) и выражают в условных единицах.

Текстура деформации — закономерная ориентация кристаллитов относительно внешних деформационных сил при обработке металлов давлением.

Температура кристаллизации — температура, при которой происходит зарождение новых фаз в жидком (первичная) или твердом (вторичная) состоянии.

Т. к. равновесная — температура, при которой свободные энергии исходной и образующихся фаз одинаковые.

Т. к. фактическая — температура, соответствующая определенной степени переохлаждения (скорости охлаждения).

Теплоемкость — количество теплоты, заключенное в единице объема материала.

Теплопроводность — свойство материала проводить (пропускать) определенное количество теплоты в единицу времени.

Теплостойкость — способность материала сохранять исходные свойства при высоких температурах.

Термоциклирование — технологический процесс, заключающийся в многократном повторе циклов нагрева и охлаждения металла с целью изменения его структуры и свойств.

Томпак — простая латунь, содержащая до 10% цинка.

Точки критические — характерные точки на термических кривых, соответствующие определенным фазовым превращениям, протекающим с выделением или поглощением теплоты.

Трещина горячая — разрыв или надрыв тела отливки усадочного происхождения, возникающий в интервале кристаллизации сплава;

Трещина холодная — разрыв или надрыв тела отливки после затвердевания в результате неравномерного охлаждения и возникающих внутренних напряжений;

Трещиностойкость — свойство материала сопротивляться развитию трещин при механических и других воздействиях. Критерий Т. материала — критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской деформации в вершине образца.

Трипстали — высоколегированные стали аустенитного класса, имеющие высокую прочность и пластичность, в которых после деформационного упрочнения точка мартенситного превращения Мк находится при отрицательной температуре, а точка Мн (начало образования мартенсита деформации) — при температурах выше комнатной. При растяжении аустенит в местах пластической деформации превращается в мартенсит. В этих местах сталь упрочняется, а деформации сосредоточиваются в соседних объемах аустенита. В результате данных процессов повышается пластичность сплава (=100...150%).

Троостит — ферритно-цементитная смесь с характерной темной структурой и твердостью более 40HRC.

Т. закалки — образуется в результате закалки и имеет пластинчатое строение с расстоянием между пластинами цементита порядка 0,1...0,15мкм.

Т. отпуска — образуется в результате закалки и последующего среднего отпуска. В нем цементит находится в виде мелких пластинок, что обеспечивает высокую упругость.

Углерод — неметаллический элемент периодической системы. В обычных условиях существует в виде графита или его метастабильной модификации — алмаза. Растворим в железе в жидком и твердом состояниях, может быть в связанном состоянии — в виде химического соединения Fe3C, а в высокоуглеродистых сплавах — в виде графита.

Удлинение относительное (, %) — пластическая деформация, предшествующая разрушению. Определяют как отношение изменения длины образца до и после разрушения к его начальной длине. Это характеристика пластичности материала.

Улучшение — термическая обработка, состоящая из закалки и последующего высокого отпуска. У. повышает пластичность и особенно ударную вязкость.

Упрочнение (поверхностное) — изменение физических свойств поверхности металла с целью повышения его твердости и износостойкости.

У. деформационное — возникает в результате холодной пластической деформации — наклепа (нагартовки).

У. карбидное (дисперсионное)— возникает в результате образования мелкодисперсных частиц химического соединения легирующего элемента (титан, хром, вольфрам и др.) и углерода.

У. твердорастворное – возникает в результате искажения кристаллической структуры металла при образовании твердого раствора.

Упругость — свойство тела восстанавливать свою форму и объем или только объем после прекращения действия внешних сил или других причин, вызывающих деформацию тела.

Усадка — литейное свойство металлов уменьшать объем и линейные размеры при затвердевании и охлаждении.

У. линейная — разность линейных размеров литейной формы, заполненной жидким металлом, и отливки после охлаждения, отнесенная к линейному размеру литейной формы.

У. объемная — разность между объемом полости формы и объемом отливки после ее полного охлаждения, отнесенная к объему полости формы.

Усталость — процесс постепенного накопления напряжений в материале при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию микротрещин и разрушению.

Фаза — однородная по химическому составу, структуре и свойствам часть системы, отделенная от других частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую изменяются состав, строение и свойства сплава.

Феррит — ограниченный твердый раствор внедрения атомов углерода в ОЦК-железо. При температуре 727°С в феррите растворяется 0,02% С, при 0°С — 0,002% С. Механические свойства: 80НВ, в=250МПа, =40%.

Ферромагнетик.

Ферромагнетики — материалы, имеющие малую коэрцитивную силу, высокую магнитную проницаемость и высокую индукцию насыщения (способность легко намагничиваться).

Флокены — очень тонкие трещины овальной или линзообразной формы, представляющие собой в изломе пятна (хлопья). Служат концентраторами напряжений, а при сварке вызывают образование холодных трещин.

Хладоломкость — свойство металлов, характеризующееся уменьшением пластичности при низких температурах. X. оценивают по значению ударной вязкости.

Хрупкость отпускная — снижение ударной вязкости при отпуске некоторых легированных сталей.

X. о. I рода — снижение ударной вязкости после отпуска в интервале 250...350°С.

X. о. II рода — снижение ударной вязкости после отпуска в интервале 500...600°С и замедленного охлождения.

Цементация (науглероживание) — химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве в соответствующей среде, называемой карбюризатором.

Цементит — химическое соединение железа и углерода — карбид железа (Fe3C), содержащее 6,67% С и имеющее высокую твердость (800 НВ), но хрупкое.

Центр кристаллизации — дискретная точка жидкой фазы, которая при определенных условиях вырастает в кристалл. Различают самопроизвольные и искусственные Ц. к.

Цианирование — химико-термическая обработка, заключающаяся в одновременном диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода и азота в цианистых солях. Различают высоко- (750...950°С) и низкотемпературное (520...700°С) Чеканка — способ обработки для упрочнения поверхностного слоя давлением или для устранения при ремонте небольших поверхностных дефектов, осуществляемый ударами.

Число степеней свободы — число независимых переменных факторов, которые можно изменять, не нарушая равновесия системы.

Штамп — технологическая оснастка, посредством которой заготовка приобретает форму и (или) размеры, соответствующие поверхности или контуру рабочих элементов штампа.

Ш. объемная — штамповка, при которой заготовкой служит мерная часть круглого, квадратного или прямоугольного проката.

Ш. холодная — штамповка без нагрева заготовки.

кристаллизующихся фаз.

Эльбор — синтетический материал на основе кубического нитрида бора, обладающий высокой твердостью, теплостойкостью, высоким модулем упругости, низким коэффициентом линейного расширения, химической устойчивостью к кислотам, щелочам, инертностью к железу.

Энергия системы свободная — составляющая внутренней энергии, которая в изотермических условиях может быть превращена в работу. Внутренняя энергия складывается из энергии движения молекул, атомов, электронов, внутриядерной энергии, энергии упругих искажений кристаллической решетки и других видов энергии. Движущие силы процессов фазовых превращений обусловлены стремлением системы к состоянию с наименьшим запасом свободной энергии.

Ячейка элементарная — наименьший объем кристалла, дающий представление об атомно-кристаллической структуре металла.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тихоокеанский государственный университет

СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Аббревиатура специальности Рабочая программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями государственных образовательных стандартов и утвержденной программой дисциплины Рабочую программу составил _ Бомко Н.Ф.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Протокол № _ от «» _ 200 г Заведующий кафедрой ЛПиТМ _ Ри Хосен Одобрено Учебно-методической комиссией Одобрено Учебно-методической комиссией Одобрено Учебно-методической комиссией Согласовано Согласовано Согласовано

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИОННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ И

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Дефекты структуры Наклеп и рекристаллизация металлических сплавов методами макроскопического анализа для исследования материалов рентгеноструктурного анализа температуры нагрева на строение и свойства металла равновесном состоянии 10 Термическая обработка стали (отжиг, нормализация) 2 2 2 2 инструментальных сталей

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Практич. занятия КП, КР, РГР, РФ лектор _ Бомко Н.Ф.

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Практич. занятия КП, КР, РГР, РФ лектор _ Бомко Н.Ф.

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Практич. занятия КП, КР, РГР, РФ лектор _ Бомко Н.Ф.

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Практич. занятия КП, КР, РГР, РФ лектор _ Бомко Н.Ф.

Контрольные тесты по дисциплине «Материаловедение»

1. Что такое макроанализ?

а) определение свойств металла невооруженным глазом, без применения технических средств;

б) определение строения материала невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях (до 30 раз);

невооруженным глазом;

г) нет правильных ответов.

2. Что такое темплет?

а) образец, подготовленный для макроанализа;

б) макрошлиф, изготовленный в поперечном сечении детали;

в) деталь, подвергаемая изучению ее строения невооруженным глазом;

г) нет правильных ответов.

3. Ликвация … а) образуется в процессе затвердевания металла вне зоны прибыльной части слитка;

б) явление в сплавах, характеризующееся повышенным содержанием примесей в сплаве;

в) химическая неоднородность сплава;

г) сильное окисление основного металла из-за неправильного режима литья.

4. Вредной примесью в сталях является:

а) углерод, алюминий;

б) сера;

в) фосфор;

г) никель.

5. Что позволяет выявить метод Баумана:

а) склонность сталей растворять в себе вредные химические соединения;

б) продукты реакции сероводорода H2S с бромистым серебром Ag2S;

в) влияние количества серосодержащих соединений MnS и FeS на свойства сталей;

г) характер распределения серы по сечению детали.

алюминия Al?

а) катализатором;

12. Что является преимуществом метода д) нет правильных ответов.

измерения твердости по Роквеллу относительно метода измерения 17. На какие группы делят твердые тела:

а) возможность измерения твердости б) тяжелые, легкие и сверхлегкие;

только твердых материалов, что приводит в) кристаллические и аморфные;

к упрощению настройки прибора; г) обыкновенные и повышенной б) возможность измерения твердости твердости;

мягких и твердых материалов и сплавов; д) нет правильных ответов.

в) высокая производительность г) возможность измерения твердости кристаллическое строение?

металла на готовых изделиях; а) низкой температурой плавления;

д) отсутствие предварительного б) при нагреве остаются твердыми до 13. В каком из перечисленных методов состояние;

измерения твердости значение в) высокой температурой кристаллизации;

твердости определяется по величине г) размягчаются в небольшом поверхности отпечатка сферической температурном интервале, сначала а) Роквелла с алмазным конусом в жидкое состояние;

качестве индентора и общей нагрузкой 60 д) нет правильных ответов.

кгс;

б) Роквелла со стальным шариковым 19. Верно ли утверждение: «Все металлы г) Роквелла с алмазным конусом в а) да;

качестве индентора и общей нагрузкой б) нет.

150 кгс;

д) нет правильных ответов. 20. Что такое металл?

14. Каково содержание углерода в стали машиностроении при изготовлении 15. Что происходит с твердостью сталей прочность, плотность и износостойкость, при увеличении в них содержания хорошую свариваемость, ковкость;

г) пропадает;

д) нет правильных ответов. 21. Сложные вещества, образуемые 16. В каком интервале лежит твердость элементами металлов, с примесью 22. Что такое компонент сплава? д) около 0,8 %.

а) вещество, являющееся его основой;

б) химический элемент, образующий 29. Формула уравнения правила фаз:

в) материал, добавляемый в расплав в б) c=k+f-1;

г) простое вещество, образующее его; г) k=c-f+1.

д) нет правильных ответов.

строения является вакансия? а) доэвтектоидная;

г) поверхностным.

кристаллического строения относится а) 0,8 – 1,2 %;

г) поверхностным;

25. Неодинаковость физических свойств на:

среды в различных направлениях а) точечные, поверхностные, объемные;

в) полиморфизмом;

д) нет правильных ответов. а) точечным дефектом;

26. Какая сталь имеет ферритно- в) объемным дефектом;

а) доэвтектоидная;

27. Какую структуру имеют эвтектоидные г) поверхностным дефектом.

а) ферритно-перлитную; 34. Назначение модификаторов:

28. Какова концентрация углерода у в) увеличение скорости охлаждения б) 0,02 – 0,8 %;