[ Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Председатель приёмной комиссии
_Е.А. Ваганов 31 января 2014 г.
ПРОГРАММА
вступительного испытания в магистратуру в форме письменного экзамена Направление 22.04.02 «Металлургия»Магистерская программа 22.04.02.01 «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов»
Красноярск Содержание программы (по дисциплине «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов») Раздел 1 ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
1.1 СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Характеристика металлического состояния с точки зрения атомного кристаллического строения вещества. Типы химической связи.Методы исследования в материаловедении: металлография и электронная микроскопия, рентгеноструктурный, микрорентгеноспектральный анализ, фрактография и дефектоскопия и другие физические методы.
Требования, предъявляемые к металлическим и неметаллическим материалам. Физические, химические и эксплуатационные свойства материалов.
Механические свойства материалов. Критерии прочности, пластичности, вязкости, твердости и методики их определения.
1.2 КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И ИХ ФАЗОВЫЕ
ПРЕВРАЩЕНИЯ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ
Фазовые превращения 1 и 2 рода в металлах. Строение твердых и жидких металлов. Плавление и кристаллизация чистых металлов, кривые охлаждения. Зависимость объемной энергии Гиббса жидкой и твердой фаз в системе от температуры, и степени переохлаждения.Гомогенная кристаллизация. Зарождение кристаллов. Понятие критического зародыша. Кристаллизационные параметры Таммана. Понятие о зерне и дендритной ячейке литого металла. Гетерогенная кристаллизация.
Модифицирование. Строение и структура слитка. Факторы, определяющие форму и размер литого зерна.
Механизмы роста кристаллов при кристаллизации чистых металлов.
Формы металлических кристаллов. Дендритный рост, направления дендритного роста. Роль дефектов кристаллического строения в формировании растущего кристалла.
Фазовые превращения в твердом состоянии. Полиморфизм металлов (аллотропическое превращение). Общие закономерности развития фазовых превращений в твердом состоянии. Диффузионный и бездиффузионный механизмы развития фазового превращения в твердом состоянии. Форма кристаллов, образующихся при фазовом превращении в твердом состоянии.
Изменение структуры и свойств металлов при холодной и горячей деформации. Структура и свойства металлов при нагреве, после холодной обработке давлением. Возврат, рекристаллизация.
1.3 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ДВОЙНЫХ
И ТРОЙНЫХ СИСТЕМАХ
Фазы в металлических системах и системах металлов и неметаллов.Виды твердых растворов. Условия образования непрерывных твердых растворов. Упорядоченные твердые растворы. Промежуточные фазы.
Понятие о диаграммах фазового равновесия. Применение правила фаз Гиббса к анализу диаграмм состояния системы. Правило коноды. Правило рычага.
Диаграммы состояния с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состоянии. Кристаллизация твердых растворов. Особенности диффузионных процессов в фазах системы при кристаллизации твердых растворов. Фазовые превращения в сплавах.
Диаграммы состояния эвтектического типа. Двухкомпонентные системы без растворимости (практически) в твердом состоянии. Механизмы эвтектической кристаллизации. Кристаллизация и фазовые превращения в твердом состоянии в системах эвтектического типа с ограниченной растворимостью в твердом состоянии. Нормальная и аномальная эвтектика.
Вырожденная эвтектика.
Диаграммы состояния систем перитектического типа. Механизмы перитектической кристаллизации. Кристаллизация и формирования структуры сплавов.
Диаграммы фазового равновесия в системах с конгруэнтно плавящимися промежуточными фазами переменного и постоянного состава.
Перитектическая кристаллизация в системах с образованием инконгруэнтно плавящейся промежуточной фазой. Формирование структур сплавов при кристаллизации и охлаждении в твердом состоянии. Перитектоидное превращение и образование промежуточной фазы в твердом состоянии.
Диаграммы фазового равновесия с расслоением жидких растворов.
Диаграммы состояние систем с монотектическим равновесием и с синтектическим равновесием. Фазовые превращения, структура сплавов.
Диаграммы состояния систем на основе полиморфных компонентов.
Диаграмма состояния системы с эвтектоидным равновесием. Фазовые превращения и структура сплавов.
Диаграммы фазового равновесия в трехкомпонентных системах.
Концентрационный треугольник. Политермические и изотермические сечения диаграмм состояния.
1.4 ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ ОТ СОСТАВА СПЛАВОВ.
НЕРАВНОВЕСНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Зависимость свойств от их состава и структурного состояния.Неравновесная кристаллизация. Влияние скорости охлаждения при затвердевании на структуру сплавов. Дендритная ликвация. Диффузионные процессы при неравновесной кристаллизации. Неравновесный солидус в системах с непрерывными твердыми растворами и эвтектического типа.
2.1 СТАЛИ, СПЛАВЫ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД.
МАРКИРОВКА, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Строение и свойства чистого железа. Полиморфные превращения железа. Метастабильное и стабильное равновесие в системе железо-углерод.Диаграмма состояния железо-цементит и железо-графит. Фазы и структурные составляющие, их строение и свойства.
Фазовые и структурные превращения в техническом железе, малоуглеродистых сталях, и доэвтектоидных, эвтектоидных, заэвтектоидных сталях при кристаллизации и охлаждении в твердом состоянии.
Сплавы системы железо-углерод: техническое железо, стали, чугуны.
Классификация сталей по качеству, химическому составу, применению, способу обработки. Влияние углерода, легирующих элементов, примесей на свойства сталей.
2.2 ЧУГУНЫ, СПЛАВЫ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД.
МАРКИРОВКА, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Высокоуглеродистые сплавы системы железо-углерод. Фазовые и структурные превращения в белых чугунах Эвтектическая кристаллизации в системе железо-цементит.Диаграмма состояния системы железо-графит. Чугуны общего назначения, литейные и механические свойства, химический состав. Серые чугуны. Получение структуры серых чугунов на ферритной, ферритоперлитной и перлитной основе в зависимости от химического состава и условий охлаждения. Чугун с пластинчатым графитом для отливок, ГОСТ 1412-85. Модифицирование чугуна.
Высокопрочные чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. Ковкие чугуны. Чугуны специального назначения, легированные чугуны.
Химический состав, структура, свойства чугунов. Чугун с вермикулярным графитом для отливок, ГОСТ 28394-79. Чугун с шаровидным графитом для отливок, ГОСТ 7293-85.
Отливки из ковкого чугуна, ГОСТ 1215-79. Легированный чугун для отливок со специальными свойствами, ГОСТ 7769-82.
Раздел 3 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
3.1 ТЯЖЕЛЫЕ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ,
МАРКИРОВКА, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И
ИХ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Структура и свойства меди. Диаграммы состояния систем: Cu-О2, CuPb, Cu-S, Cu-Bi, Cu-P. Влияние примесей на структуру и свойства меди.Маркировка, свойства, применение меди, ГОСТ 859-2001.
Латуни двойные и специальные. Диаграмма состояния медь-цинк.
Структура однофазных и двухфазных латуней.
Влияние легирующих элементов на структуру и свойства латуней.
Коэффициенты Гийе. Латуни двойные и многокомпонентные. Сплавы медноцинковые, обрабатываемые давлением, ГОСТ 15527-70. Сплавы медноцинковые литейные, ГОСТ 17711-93. Маркировка, свойства, применение латуней.
Оловянные бронзы. Диаграмма состояния медь-олово. Структура, свойства, применение литейных и деформируемых оловянных бронз. Бронзы оловянные, обрабатываемые давлением, ГОСТ 5017-74. Бронзы оловянные литейные, ГОСТ 613-79.
Бронзы безоловянные. Диаграммы состояния систем: Cu-Al, Cu-Pb, Cu-Be, Cu-Mn. Влияние легирующих элементов на свойства меди. Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением, ГОСТ 18175-78. Бронзы безоловянные литейные, ГОСТ 493-79.
Структура, свойства и применение литейных и деформируемых безоловянных бронз. Структура, свойства и применение медно-никелевых сплавов. Сплавы медно-никелевые, ГОСТ 492-73. Термическая обработка медных сплавов.
Никель и никелевые сплавы, ГОСТ 492-73. Сплавы с особыми свойствами, ГОСТ 10994-74. Жаропрочные и жаростойкие сплавы, ГОСТ 5632-72. Структура и свойства никелевых сплавов. Термическая обработка никелевых сплавов.
3.2 ЛЕГКИЕ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ. МАРКИРОВКА,
СТРУКТУРА СВОЙСТВА И ИХ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Структура и свойства алюминия. Влияния примесей на свойства алюминия. Алюминий первичный, ГОСТ 11069-2001. Литейные и деформированные сплавы на основе алюминия. Маркировка свойства и применение сплавов, ГОСТ1583-93, ГОСТ4784-97.Литейные алюминиевые сплавы системы Al-Si. Структура двойных и легированных магнием и медью силуминов. Влияние примесей, условий охлаждения и модифицирования на структуру и свойства силуминов.
Применение сплавов. Термическая обработка силуминов.
Литейные алюминиевые сплавы системы алюминий-медь и алюминиймагний. Формирование структуры сплавов в равновесном и неравновесном состоянии. Свойства, применение и термическая обработка сплавов.
Деформируемые термически неупрочняемые алюминиевые сплавы.
Влияние легирующих элементов на технологические и механические свойства сплавов. Фазовые и структурные составляющие в сплавах.
Свойства, применение и термическая обработка сплавов.
14. Деформируемые термически упрочняемые алюминиевые сплавы.
Влияние легирующих элементов на технологические и механические свойства сплавов. Фазовые и структурные составляющие в сплавах.
Свойства, применение и термическая обработка сплавов.
15. Магний и его сплавы. Фазовый состав, структура, применение литейных и деформируемых магниевых сплавов. Литейные магниевые сплавы, ГОСТ 2856-79, деформируемые магниевые сплавы, ГОСТ 14957-76.
16. Структура и свойства титана. Полиморфное превращение в титане и его сплавах. Влияние примесей, легирующих элементов- и стабилизаторов на структуру и свойства титана.
17. Титановые сплавы Структура титановых сплавов в литом, горячедеформируемом и отожженном состоянии. Деформируемые титановые сплавы, ГОСТ 19807-97, литейные титановые сплавы. Свойства, применение и термическая обработка сплавов.
3.3 АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ. ПОРОШКОВЫЕ И
КОМПОЗИЦИОННЫЕ, СПЛАВЫ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И
ПРИМЕНЕНИЕ
Сплавы на основе олова и свинца. Диаграммы состояния: Sn-Sb, Pb-Sb.Структура и свойства антифрикционных сплавов, баббиты оловянные и свинцовые, ГОСТ 1320-74. Цинковые сплавы. Структура и свойства.
Использование сплавов тяжелых металлов в качестве подшипников и припоев.
Композиционные и порошковые материалы. Классификация, типы композиционных и порошковых материалов. Способы получение материалов. Структура, свойства, применение композиционных и порошковых материалов.
Раздел 4 ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
Содержание и значение термической обработки. Краткий исторический обзор развития теории и практики термической обработки.Значение работ П.П. Аносова и Д.К. Чернова - основоположников учения о природе стали и условиях ее термической обработки. Развитие зарубежной и отечественной науки о черных и цветных металлах, сплавах и их термической обработке.
Применение термической обработки в отечественной промышленности;
значение термической обработки в решении вопроса о снижении веса и увеличения долговечности деталей машин и механизмов. Основные термины и определения. ГОСТ 18295-72. Классификация видов термической обработки.
4.1. СОБСТВЕННО ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Виды отжига. Цели отжига 1 рода. Отжиг, уменьшающий напряжения.Определение, решаемые задачи. Остаточные напряжения и деформации.
Понятие напряжений 1 рода. Влияние знака и величины остаточных внутренних напряжений на работоспособность деталей машин. Влияние остаточных напряжений на стабильность размеров изделий. Напряжения от неоднородной деформации. Термические и структурные напряжения.
Классификация напряжений по видам операций, при которых они возникают.
Напряжения в стальных и чугунных отливках и сварных конструкциях, их происхождение, снятие отжигом. Механизмы снятия напряжений при отжиге: диффузионный и сдвиговый. Соотношение величины внутренних остаточных напряжений и значений критического сопротивления сдвигу.
Кинетика уменьшения напряжений. Снятие упругих напряжений, как сопутствующий процесс при различных видах термической обработки.
Режимы отжига, уменьшающего напряжения промышленных изделий.
Отжиг крупногабаритных конструкций. Вибрационная и ультразвуковая обработка, уменьшающая напряжения. Термоциклическая обработка для снятия остаточных напряжений.
Отжиг - гомогенизация. Основное определение. Цели отжига гомогенизации. Понятие дендритной ликвации, причины образования.
Характеристика неоднородного по химическому составу твердого раствора, образовавшегося при неравновесной кристаллизации в системе компонентов с неограниченной растворимостью в твердом и жидком состоянии. Влияние последствий неравновесной кристаллизации на структуру и свойства слитков и отливок из черных и цветных металлов. Виды структурных дефектов литого металлического сплава в связи с диаграммой состояния системы.
Пути устранения последствий неравновесной кристаллизации.
Понятие отжига - гомогенизации, как диффузионного процесса.
Диффузия в неоднородной системе. Частные решения диффузионных законов в регулярной неоднородной системе. Зависимость коэффициента диффузии от температуры. Технологические параметры отжига гомогенизации: температура и время. Роль скорости нагрева и скорости охлаждения в технологии гомогенизационного отжига. Пути сокращения длительности отжига - гомогенизации. Особенности структурных изменений при отжиге сплавов, содержащих в структуре неравновесные структурные составляющие.
Режимы отжига - гомогенизации реальных промышленных сплавов.
Особенности технологии и протекающих превращений в связи с влиянием сопутствующих процессов. Отжиг - гомогенизация сталей, алюминиевых, магниевых, медных, титановых сплавов. Особенности отжига слитков и отливок.
Отжиг - гомогенизация при температурах выше неравновесного солидуса.
Основные особенности, условия применимости, закономерности развивающихся процессов, режимы.
Отжиг - рекристаллизация. Цели. Характеристика структурного состояния металла, предшествующего рекристаллизационному отжигу.
Основные структурные механизмы пластической деформации: скольжение, незакономерный поворот кристаллической решетки, двойникование. Понятие деформационного упрочнения при скольжении. Три стадии деформационного упрочнения. Дислокационные реакции в деформируемом материале, конечные структуры металла после деформации с различными степенями. Свойства пластически деформированного металла.
Причины двойникования. Две стадии двойникования. Схема двойникового зародыша, рост двойника. Понятие двойникующей дислокации. Вклад различных механизмов деформации в изменение структуры и тонкого кристаллического строения деформированного металла.
Текстура деформации. Волокнистость, строчечность. Анизотропия свойств деформированного металла.
Процессы, протекающие при нагреве деформированного металла.
Понятие процессов возврата. Механизмы отдыха, полигонизации и рекристаллизации “на месте”.
Процессы рекристаллизации. Понятие первичной рекристаллизации.
Зарождение зародышевых высокоугловых границ и их миграция.
Особенности первичной рекристаллизации после деформации с критической степенью. Механизмы собирательной и вторичной рекристаллизации.
Основные закономерности рекристаллизации. Влияние технологических параметров отжига и предшествующей деформации на положение порога рекристаллизации и интенсивность процессов. Величина рекристаллизованного зерна. Пространственные диаграммы рекристаллизации 1,2 и 3 типа. Изменение свойств металлов при отжиге рекристаллизации. Текстура рекристаллизации. Анизотропия свойств рекристаллизованного металла. ГОСТ 21073.0-75 - 21073.4-75 на величину зерна.
Отжиг - рекристаллизация промышленных сплавов на основе железа, алюминия, меди, никеля, титана. Особенности процесса, режимы.
Отжиг, увеличивающий зерно. Режимы отжига трансформаторной стали.
Получение специальной “стапельной” структуры вольфрамовой проволоки для спиралей ламп накаливания. Применение отжига для получения монокристаллов.
Основное определение отжига второго рода. Возможность осуществления отжига второго рода в связи с диаграммой состояния системы. Фазовая перекристаллизация: частичная и полная. Основные закономерности фазовой перекристаллизации. Движущие силы фазовой перекристаллизации.
Роль поверхностной и упругой энергии. Понятие критического зародыша.
Перенагрев и переохлаждение при фазовой перекристаллизации. Основные кристаллизационные параметры. Кинетика фазовой перекристаллизации.
Диаграммы изотермического и термокинетического типа при нагреве и охлаждении. Роль энергетических параметров фазовой перекристаллизации и процессов диффузии.
Образование аустенита при нагреве стали. Механизм и кинетика превращения феррито-цементитной структуры в аустенит. Особенности превращения для доэвтектоидной и заэвтектоидной стали. Превращения при непрерывном нагреве. Влияние скорости нагрева. Особенности механизма и кинетики образования аустенита при высокоскоростном нагреве.
Величина зерна аустенита при нагреве стали. Влияние хим. состава стали на величину зерна. Понятие наследственно-крупнозернистой и наследственно-мелкозернистой стали. Влияние величины зерна на свойства стали. Стандартные шкалы микроструктур по ГОСТ 5639-82.
Превращения в стали при медленном охлаждении. Механизм перлитного превращения, формирование структуры перлита.
Кинетика перлитного превращения. Диаграмма изотермического превращения аустенита. Влияние степени переохлаждения и скорости охлаждения на строение перлита. Основные характеристики дисперсности феррито-цементитных структур.Понятия структур зернистого перлита, пластинчатого перлита, сорбита, троостита. Условия их образования, структура и свойства сталей с такими структурами.
Особенности фазовых превращений при охлаждении доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей. Влияние скорости охлаждения и степени переохлаждения на структурное состояние избыточной фазы. Понятие квазиэвтектоида. Влияние хим. состава стали, размера зерна и степени гомогенности аустенита на кинетику фазового превращения.
Технология отжига второго рода. Назначение, режимы, влияние на механические свойства и структуру стали, а также обрабатываемость стали резанием. Полный отжиг, нормализация, одинарная термическая обработка;
изотермический отжиг и одинарная изотермическая обработка, патентирование. Неполный отжиг доэвтектоидной и заэвтектоидной стали.
Процессы сфероидизации. Сфероидизирующий отжиг.
Виды фазовой перекристаллизации чугунов. Теория графитизации цементита. Влияние состава чугуна на структуру и способность к графитизации. Технология отжига на ковкий чугун: основной режим и особенности его для получения чугуна с перлитной, феррито-перлитной основой и др. Структура и свойства ковкого чугуна. Способы сокращения длительности отжига на ковкий чугун. Технические условия на ковкий чугун по ГОСТ 1215-79.
Графитизированная сталь. Модифицированный серый чугун.
Нормализация чугуна.
Особенности фазовой перекристаллизации цветных сплавов. Применение отжига второго рода к цветным сплавам.
Закалка. Основное определение. Связь понятия закалки с диаграммой состояния системы. Понятие полной и неполной закалки. Закалка без полиморфного превращения и закалка на мартенсит. Основные технологические параметры закалки: температура, время выдержки, скорость охлаждения. Связь определения закалки с диаграммой изотермического превращения переохлажденной высокотемпературоной фазы. Понятие критической скорости закалки.
Изменение механических свойств при закалке без полиморфного превращения. Закалка промышленных цветных сплавов. Классификация алюминиевых сплавов по способности к упрочнению при термообработке.
Особенности закалки дуралюминов, авиалей, жаропрочных и высокрпрочных деформируемых сплавов, литейных алюминиевых сплавов. Особенности режимов закалки магниевых, медных, никелевых сплавов.
Закалка с полиморфным превращением (закалка на мартенсит).
Основные понятия.Термодинамика мартенситного превращения. Связь с диаграммой изотермического превращения переохлажденного аустенита.
Определение мартенситного превращения, как фазового превращения особого типа. Особенности мартенситного превращения. Кинетика мартенситного превращения.
Механизм мартенситного превращения. Перестройка кристаллической решетки и деформационные явления - составные части мартенситного превращения. Основная и дополнительная деформация мартенситного превращения. Структура и строение мартенсита. Причины упрочнения стали при закалке на мартенсит. Понятие закаливаемости. Влияние содержания углерода и легирующих элементов на закаливаемость стали.
Технология закалки стали. Основные технологические параметры закалки стали. Определение температуры нагрева под закалку углеродистой доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей. Перегрев при нагреве под закалку. Влияние легирования на температуру нагрева под закалку.
Недогрев при закалке. Неполная закалка стали. Влияние скорости нагрева на температуру закалки. Длительность выдержки. Условия выбора скорости нагрева и длительности выдержки при закалке. Виды нагревающих сред.
Ступенчатый нагрев под закалку.
Охлаждение при закалке. Выбор скорости охлаждения при закалке.
Охлаждающие среды, их виды, характеристика. Внутренние напряжения при закалке. Коробление и деформация при закалке. Явление сверхпластичности (термокинетической пластичности) в момент протекания фазового (мартенситного) превращения. Способы борьбы с короблением и образованием трещин. Принципы бездеформационной закалки.
Способы закалки стали: непрерывная, прерывистая, ступенчатая, изотермическая. Механизм бейнитного превращения. Структура и свойства стали после ступенчатой и изотермической закалки. Закалка с подстуживанием, закалка с обработкой холодом, закалка с самоотпуском, сорбитизация. Термообработка рельс и ходовых колес.
Понятие прокаливаемости. Характеристики прокаливаемости: глубина закаленного слоя, полоса прокаливаемости, критический диаметр, идеальный критический диаметр. Номограмма Блантера. Способы определения прокаливаемости. Способы регулирования прокаливаемости. Применение сталей повышенной прокаливаемости и сталей регламентированной прокаливаемости.
Поверхностная закалка стали. Виды, применение. Особенности фазовых превращений при высокоскоростном непрерывном нагреве под закалку.
Диаграммы преимущественных режимов закалки. Закалка с нагревом токами высокой частоты. Основы индукционного нагрева. Влияние технологических параметров на глубину закаленного слоя. Способы закалки т.в.ч.: одновременный, поочередный, непрерывно-последовательный, поочередно-последовательный и др. Преимущества и недостатки закалки с нагревом т.в.ч. Закалка пламенем газовой горелки. Закалка в электролите, применение ультразвука для повышения качества закаленных изделий в электролите. Закалка с контактным нагревом. Лазерная поверхностная высококонцентрированных источников энергии для поверхностной закалки.
Отпуск и старение. Основные положения и определения. Теоретические основы отпуска и старения. Теория распада пересыщенных твердых растворов. Стадии распада: образование микронеоднородностей в объеме пересыщенного твердого раствора, появление зон, зарождение метастабильных и стабильных фаз, рост частиц выделяющейся фазы, коагуляция. Механизмы процессов.
Особенности прерывистого и непрерывного распада пересыщенного твердого раствора. Определение состояния коллоидного равновесия в процессе распада. Изменения свойств при распаде пересыщенных твердых растворов. Классификация операций старения. Естественное и искусственное старение. Старение зонное и фазовое, неполное упрочняющее и полное старение, старение стабилизирующее, разупрочняющее. Кинетика старения.
Влияние состава сплава, строения фаз на упрочнение сплавов при старении.
Отпуск углеродистой стали. Виды отпуска: низкий, средний, высокий.
Улучшение. Процессы, протекающие при отпуске стали: распад мартенсита, распад и превращение остаточного аустенита, карбидное превращение, коагуляция карбидов. Изменение механических свойств при отпуске стали.
Особенности изменения свойств при отпуске высокоуглеродистых сталей, легированных и высоколегированных сталей, отпуск на дисперсионное твердение. Механизмы процессов. Изменение ударной вязкости при отпуске сталей. Понятие отпускной хрупкостипервого и второго рода. Механизмы, объясняющие отпускную хрупкость. Меры предупреждения и устранения отпускной хрупкости.
Особенности старения деформируемых и литейных алюминиевых, магниевых, медных и никелевых сплавов. Режимы, особенности изменения структуры и свойств сплавов при закалке и старении сплавов.
Особенности термообработки титановых сплавов. Фазовый состав титановых сплавов после закалки в зависимости от состава сплавов.
Строение мартенситных фаз, особенности их образования. Превращения при отпуске титановых сплавов. Структура и свойства титановых сплавов после упрочняющих видов термической обработки.
4.2. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Основные закономерности химико-термической обработки. Цели химикотермической обработки. Взаимодействие поверхности обрабатываемого изделия с внешней средой и процессы насыщения. Этапы процесса насыщения: превращения в химически активной внешней среде, адсорбция, диффузия. Особенности формирования структуры диффузионного слоя при химико-термической обработке. Роль диаграммы состояния системы взаимодействующих компонентов. Общие требования к ХТО по ГОСТ 19995-74.
Насыщение неметаллами. Цементация стали. Закономерности влияния температуры, длительности процессови содержания в стали углерода и легирующих элементов на результаты цементации. Стали для цементации.
Сущность и химизм цементации стали в твердом карбюризаторе, газовой и жидкой среде. Термическая обработка стали после цементации. Структура и свойства цементованной стали. Применение термоциклической обработки при цементации и после нее.
Азотирование стали. Диаграмма состояния системы железо - азот.
Химизм процесса азотирования. Антикоррозионное азотирование стали.
Азотирование легированной стали в целях поверхностного упрочнения.
Влияние легирующих элементов на результаты азотирования. Стали для азотирования. Режимы азотирования. Структура и свойства азотированных сталей. Термическая обработка азотируемых изделий. Ионное азотирование стали и чугуна.
Углеродоазотирование и азотонауглероживание (цианирование и нитроцементация) стали. Сущность и химизм совместного насыщения азотом и углеродом в цианистых ваннах и газовой среде. Структура и свойства машиностроительных сталей после азотонауглероживания.
Углеродоазотирование высоколегированных сталей в различных средах.
Структура и свойства быстрорежущей стали после углеродоазотирования.
Сульфоцианирование стали. Цели. Структура и свойства стали после совместного насыщения материала тремя компонентами. Режимы и среды для сульфоцианирования. Способы борирования стали.
Насыщение металлами. Алитирование, хромирование, силицирование стали. Цели, условия ведения этих процессов. Структура и свойства слоев.
Сведения о новых методах поверхностного насыщения стали бериллием, титаном, ванидием, вольфрамом, хромом, а также хромом и углеродом одновременно и др. Структура и свойства слоев, образующихся при насыщении. Новые подходы к организации насыщения металлами в газовых средах циркуляционными методами.
Основные сведения о разработанных методах химико-термической обработки меди, титана, молибдена, никеля, вольфрама, ниобия и др.
металлов и сплавов на их основе.
4.3. ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Классификация видов деформационно-термической обработки.Механико-термическая обработка (МТО), термомеханическая обработка (ТМО) сталей и цветных металлов. Теоретические основы и технология МТО. Разновидности МТО: дорекристаллизационная МТО (ДМТО), высокотемпературная МТО (ВМТО), низкотемпературная МТО (НМТО).
Структура и свойства металлов и сплавов после МТО, ее назначение.
Технология ТМО: высокотемпературной ТМО (ВТМО), низкотемпературной ТМО (НТМО). Теоретические основы упрочнения при ТМО, структура и свойства стали после ТМО.
Термомеханическая обработка сплавов, не закаливающихся на мартенсит:
алюминиевых, медных и других цветных металлов.
4.4. МИКРОДЕФОРМАЦИОННОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Основные понятия микродеформационнотермической обработки металлов и сплавов. Основные виды такой обработки: термоциклическая обработка и ультразвуковая (термоультразвуковая) обработка.Сведения о термомагнитной и термомеханикомагнитной обработке.
Понятие о термоциклической обработке (ТЦО). Структурные превращения при термоциклировании в системах с переменной ограниченной растворимостью твердых растворов, с полиморфным превращением твердых растворов и эвтектоидным превращением.
Технология термоциклической обработки цветных сплавов, доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталей и чугуна.
Термоциклическая обработка в сочетании с химико-термической обработкой, ТЦО для уменьшения остаточных внутренних напряжений.
Основные сведения об ультразвуке и ультразвуковой обработке. Влияние ультразвука на жидкости и твердые тела. Классификация видов ультразвуковой и термоультразвуковой обработки.
Закалка в ультразвуковом поле. Химико-термическая обработка в озвучиваемой активной среде. Собственно ультразвуковая обработка.
Предварительная ультразвуковая обработка. Влияние ультразвука на процессы нормализации, отпуска и старения, на насыщение при химикотермической обработке.
Раздел 5 ТЕПЛОФИЗИКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
МЕТАЛЛОВ
Термодинамические основы тепловых процессов при термической обработке. Первый закон термодинамики. Второй закон термодинамики.Теплообмен при термической обработке. Теплопередача излучением.
Конвективный теплообмен.
Теплофизические и физико-механические свойства металлов и сплавов.
Теплоемкость. Плотность материала. Теплопроводность Теплопроводность сталей и сплавов. Влияние состава стали и термической обработки. Влияние температуры. Расчеты по химическому составу температуропроводности и уравнение температуропроводности. Решение уравнения теплопроводности.
Программа «ТЕПЛО». Назначение программы. Математическая модель программы. Структура программы "TEPLO". Подготовка и ввод исходных данных. Особенности ввода данных в программе "TPL-2".
Расчетные блоки программы. Определение исходного температурного поля. Расчеты теплообмена на поверхности. Расчеты температурного поля.
Вывод результатов расчетов. Окончание расчетов. Пути совершенствования программы "TEPLO". Особенности теплообмена в вакууме. Нагрев и охлаждение в атмосфере высокомолекулярных газов. Нагрев и охлаждение в кипящем слое. Закалочное охлаждение в водных растворах полимеров.
Охлаждение тонких изделий при закалке в штампах.
Программа «САДКА». Назначение программы. Физические представления и математические модели нагрева изделий в садках.
Особенности ввода исходных данных и вывода результатов.
Программа для расчета уровня внутренних напряжений. Понятие температурного градиента. Тепловое расширение металлов и сплавов и термические напряжения. Структурные напряжения. Общие сведения о построении программ "ost1" и "TPL-3". Структурное построение программы для определения внутренних напряжений.
Применение теплофизических расчетов для анализа превращений, протекающих в сталях и сплавах при охлаждении. Программа "Сталь" и ее применение для анализа превращений в сталях при охлаждении.
Программная модель номограммы Блантера для определения прокаливаемости. Построение программного обеспечения расчетов прокаливаемости "BLANTER" Роль курса теории термической обработки в формировании специалиста в области металловедения и термической обработки металлов. Роль инженераметалловеда, термиста в новых условиях конкурентного развития промышленного производства, способного выжить за счет неуклонного наращивания качества, надежности, долговечности выпускаемой продукции, что оказывается возможным лишь на основе высочайшей технологии металлообработки и высококачественных материалов, гарантией чему являются специалисты нашего профиля.
Новейшие научные достижения в области теории и технологии термической обработки металлов за последний календарный период.
Список основной литературы 1. Лившиц, Б.Г. Металлография [Текст] / Б.Г. Лившиц - М.:
Металлургия, 1990.-236с.
2. Новиков, И.И. Металловедение, термообработка и рентгенография [Текст] / И.И. Новиков, Г.Б. Строганов, А.И. Новиков - М.: МИСиС, 1994.с.
3. Биронт, В.С. Материаловедение. Железоуглеродистые сплавы [Текст] / В.С Биронт – Красноярск: ГАЦМиЗ, 2002.-128 с.
4. Колачев, Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов [Текст] / Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.И. Ливанов - М.:
МИСиС, 2001.- 416с.
5. Биронт В.С. Материаловедение. Формирование структуры в сплавах двухкомпонентных систем [Текст] / В.С Биронт, Т.А. Орелкина, В.Ю.
Гурская, В.И. Аникина– Красноярск: ГАЦМиЗ., 2006. -96 с.
6. Биронт, В.С. Материаловедение. Конструкционные материалы [Текст] / В.С. Биронт – Красноярск: ГАЦМиЗ, 2003.-156с.
7. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение [Текст] / Б.Н. Арзамасов, В.И.
Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжков - М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.с.
8. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов - М.:
Металлургия, 1986. – 480 с.
9. Биронт В.С. Теория термической обработки. Отжиг: Учебное пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск: 1997. – 208 с.
10. Биронт В.С. Теория термической обработки. Закалка, старение, отпуск: Учебное пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск, 1998. – 172 с.
11. Биронт В.С. Теория термической обработки. Комбинированные методы: Учебное пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск, 2000. – 140 с.
12. Биронт В.С. Теория термической обработки. Теплофизические основы и расчеты: Учебное пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск: 2001. – 132 с.
Список дополнительной литературы 1. Мальцев, М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов [Текст] / - М.: Металлургия, 1970.-367с.
2. Лахтин, Ю.М. Материаловедение [Текст] / Ю.М. Лахтин - М:
Машиностроение,1993.-448с.
Колачев Б.А., Габидуллин Р.М., Пигузов Ю.В. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов- М.: Металлургия, 1980.-280 с.
Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов-М.:
Металлургия, 1978.-565 с.
Металловедение и термическая обработка металлов. Справочник под ред. Бернштейна М.Л. и Рахштадта А.Г. - М.: Металлургия, т.1, 1961, т.2, 1962, т.1,2,3, 1984 г.
6. Биронт В.С. Применение ультразвука при термической обработке металлов.- М.: Металлургия,1977. – 168 с.
7. Биронт В.С. Основы теории и технологии термоциклической обработки металлов и сплавов. Красноярск : КПИ,КИЦМ, 1984. – 76 с.
8. Металловедение и термическая обработка металлов. Периодический журнал.
9. Реферативный журнал “Металлургия”, раздел “Металловедение и термическая обработка металлов”. Периодический журнал издательства ВИНИТИ.
1. Понятия фазовых переходов первого и второго рода.
2. Ближний и дальний порядок в расположении атомов.
3. Основные закономерности кристаллизации металлов и сплавов.
4. Формы роста кристаллов при затвердевании, условия роста дендритной формы кристаллов.
5. Модифицирование металлов и сплавов.
6. Дефекты слитков и отливок.
7. Аллотропическое (полиморфное) превращение.
8. Понятия: система, диаграмма состояния, компоненты, фазы, структурные составляющие. Фазы в системах.
9. Основные правила металлографии: правило фаз Гиббса, правила коноды, рычага.
10. Диаграмма, механизмы кристаллизации твердых растворов.
11. Эвтектическая система. Диаграмма, механизмы эвтектической кристаллизации. Эвтектика, как структурная составляющая.
12. Перитектическая система. Диаграмма, механизмы перитектической кристаллизации.
13. Системы с химическими соединениями и промежуточными фазами.
Соответствующие диаграммы. Фазовый состав сплавов, формирование структуры сплавов.
14. Диаграммы монотектического, синтектического, метатектического типа.
Особенности фазового состава и формирования структур сплавов в системах.
15. Диаграммы состояния систем с превращениями в твердом состоянии.
16. Владение диаграммой железо- углерод.
17. Классификация машиностроительных материалов, в т.ч. черных и цветных металлов и сплавов по маркам, свойствам, применению, по качеству, способам производства и др.
18. Классификация видов термической обработки металлов и сплавов.
19. Отжиг металлов и сплавов.
20. Отжиг первого рода: отжиг уменьшающий напряжения, рекристаллизационные виды отжига, гомогенизационный отжиг, отжиг, увеличивающий зерно.
21. Отжиг второго рода – отжиги сталей и чугунов.
22. Фазовая перекристаллизация в системе железо-углерод. Механизмы аустенитного и перлитного превращений.
23. Кинетика превращении в сталях при охлаждении. С-образная диаграмма.
24. Структура стали после отжига.
25. Закалка без полиморфного превращения.
26. Теория распада пересыщенных твердых растворов. Теоретические основы старения.
27. Старение алюминиевых сплавов.
28. Закалка с полиморфным превращением. Закалка на мартенсит сталей, титановых сплавов.
29. Принципы назначения температуры нагрева под закалку углеродистых и легированных сталей.
30. Выбор охлаждающей среды при закалке сталей.
31. Теория мартенситного превращения. Термодинамика и кинетика мартенситного превращения.
32. Особенности мартенситного превращения.
33. Механизмы мартенситного превращения и строение мартенсита. Его структура и свойства.
34. Бейнитное превращение. Структура верхнего и нижнего бейнита.
35. Способы закалки стали. Явление прокаливаемости.
36. Превращения при отпуске стали. Структура отпущенного мартенсита, троостита, сорбита, перлита после отпуска.
37. Свойства сталей после отпуска.
38. Отпуск легированной, высоколегированной, в т. ч. быстрорежущей стали.
39. Явления отпускной хрупкости углеродистых и легированных сталей.
40. Химико-термическая обработка.
41. Цементация, азотирование, нитроцементация, алитирование, силицирование и др. способы насыщения сталей и иных материалов.
42. Деформационно-термическая обработка: механико-термическая, термомеханическая.
43. Микродеформационно-термическая обработка: термоциклическая, ультразвуковая и др.
Руководитель магистерской программы В.П.Жереб
«