Самостоятельная работа студентов при изучении лекционного материала

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

и рекомендации к самостоятельной работе студентов при выполнении индивидуальных заданий по дисциплине

«МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА»

ДОНЕЦК-2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

“ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

и рекомендации к самостоятельной работе студентов при выполнении индивидуальных заданий по дисциплине

«МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА»

Для студентов направления 0501 «Металургія»

Розглянуто на засіданні кафедри

"Фізичне матеріалознавство"

Протокол № 10 від 26.01.2011 р.

Зав.каф.

______________ М.Т. Єгоров

Затверджено на засіданні

навчально-методичної комісії

із напрямка «Металургія»

Голова комісії

______ проф., д.т.н. О.М. Смірнов

ДОНЕЦК 2011

УДК 621.7(071)

Методические указания и рекомендации по организации СРС и выполнению индивидуальных заданий по дисциплине «Металловедение и термическая обработка» (для студентов направления подготовки «Металлургия») /Сост.: Крымов В.Н. - Донецк: ДонНТУ, 2011. - ___ с.

В методических указаниях приведенные рекомендации по проработке лекционного материала и самостоятельной работы студентов при подготовке индивидуальных заданий. Изложено содержание и структура, рекомендации по выполнению индивидуальных заданий. Определенны требования к оформлению объяснительной записки, представлен перечень рекомендованной литературы.

Составитель: доцент Крымов Виталий Николаевич

Рецензент: доцент, к.т.н. Оноприенко В.Г.

Цель методических указаний – помочь студенту в самостоятельной работе при проработке лекционного материала и выполнении домашнего индивидуального задания. Опыт показывает, что использование на практике теоретических знаний, полученных на лекционных занятиях, вызывает у студентов определенные сложности. Подобные сложности возникают при выполнении творческих заданий, посвященных таким практическим вопросам, как выбор материала и технологии его обработки. Это связано не только с понятным отсутствием опыта, но и с психологической инерцией.

Самостоятельная работа студентов при изучении лекционного материала

Курс «Металловедение и термическая обработка» включает ряд фундаментальных вопросов, касающихся физики металлов. При изучении курса должны быть рассмотрены следующие темы.

1. ВВЕДЕНИЕ. Металловедение как наука о свойствах металлов и сплавов. Основные термины.

2. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.

Металлы и их свойства. Металлический тип связи. Атомно-кристалическое строение металлов и основные типы решеток металлических кристаллов. Анизотропия свойств кристаллов. Особенности строения реальных кристаллов. Теоретическая и реальная прочность кристаллических материалов. Влияние дефектов кристаллического строения на ход разных процессов и свойства металлов.

3. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ. АМОРФНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Структура металлов. Понятие макро- и микроструктуры, методы их исследование. Термодинамические основы, механизм и кинетика кристаллизации. Строение металлического слитка, модифицирование. Стеклование и аморфизация. Свойства и применение металлического стекла.

4. ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА.

Упругая и пластическая деформации. Механизмы пластической деформации, ее влияние на структуру и свойства металлов. Наклеп, текстура, разрушение. Структурные изменения в холоднодеформированном металле при нагреве. Возврат, полигонизация, рекристаллизация. Изменение свойств наклепанного металла при нагреве.

5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.

Механические свойства металлов и сплавов, которые определяются при стандартных испытаниях. Явление хладноломкости. Конструкционная прочность материалов. Свойства, которые определяют надежность и долговечность изделий. Пути повышения конструкционной прочности металлов и сплавов. Взаимодействие материалов с агрессивными средами. Виды коррозионных разрушений.

6. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ И ИХ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ.

Сплавы и способы их получение. Типы фаз, которые образовываются в металлических сплавах. Диаграммы стана двойных систем. Ликвация, полиморфизм, превращение в твердом стане, формирование структуры сплавов. Связь между свойствами сплавов и диаграммой стана. Возможности использования термической обработки к сплавам разных систем.

7. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ.

Диаграмма состояния Fe-C. Компоненты, фазы и структурные, что составляют. Углеродистые стали, формирование структуры, влияние углерода и постоянных примесей на свойстве, классификация, маркировка и применение. Чугуны. Процесс графитизации. Влияние химического состава и скорости охлаждения на структуру чугуна. Влияние формы графитных включений и структуры металлической основы на свойстве чугуна. Средства получения, классификация, маркировка, применение.

8. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.

Суть и назначение термической обработки. Превращение в сталях при нагреве, величина зерна аустенита. Преобразование при охлаждении. Диаграммы распада аустенита. Перлитное, бейнитное, мартенситное превращения. Отжиг. Его цель, разновидности, назначения, влияние на структуру, свойства сталей. Закалка стали. Выбор температуры закалки, средства закалки, среды для закалки, обработка холодом. Прокаливаемость и закаливаемость, факторы, которые влияют на прокаливаемость. Отпуск закаленных сталей. Преобразование при отпуске закаленной стали. Влияние температуры и времени отпуска на структуру и свойства стали. Закалка без полиморфного превращения, старение и их влияние на структуру и свойства сплавов. Назначение и виды отпуска. Влияние на свойстве сталей.

9. ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА.

Поверхностное закалка, его цель, виды и области применения. Закалка с индукционного нагрева. Общие закономерности ХТО. Цементация. Назначение, виды, области применения, постоянные для цементации. Строение цементованного слоя, термическая обработка после цементации, ее назначение, разновидности. Азотирование. Постоянные для азотирования, технология процесса, строение и свойства азотированного слоя, области применения. Цианирование, борирование. Диффузионная металлизация.

10. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ.

Цель легирования. Распределение легирующих элементов в сталях. Влияние легирующих элементов на свойстве фаз и фазовые преобразования в сталях. Принципы классификации и маркировка легированных сталей. Конструкционные стали, их классификация, свойства, области применения и термическая обработка. Коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы, их свойства, термическая обработка и области применения. Инструментальные стали, их классификация, свойства, области применения. Металлокерамические твердые сплавы.

11. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ.

Медь и ее сплавы. Структура, свойства и применение латуней и бронз. Оловянистые, алюминиевые, свинцовисты и др. бронзы. Алюминий и его сплавы. Деформированные и литейные сплавы. Термическая обработка алюминиевых сплавов. Титан и его сплавы. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сплавов.

Контрольные вопросы к лекционному курсу.

1. Что такое плотность дислокаций и как она влияет на прочность металлических материалов. Дайте пояснение, и приведите соответствующие схемы.

2. Что такое степень переохлаждения? Охарактеризуйте ее влияние на процессы во время кристаллизации.

3. Охарактеризуйте металлическую связь в металлах. Каким образом она влияет на свойстве металлов?

4. Гетерогенное образование зародышей кристаллов в жидкости при кристаллизации. Модифицирование.

5. Процесс рост кристаллов в жидкости при кристаллизации. Приведите соответствующие схемы. Каким образом влияет скорость охлаждения при кристаллизации на структуру металла?

6. Что такое дефекты кристаллического строения. Охарактеризуйте точечные дефекты.

7. Микроструктурный анализ металлов. Его сущность и цели. Приведите методику обработки образцов для микроструктурного анализа.

8. Что такое дефекты кристаллического строения? Охарактеризуйте линейные дефекты.

9. Гомогенное образование зародышей в жидкости. Что такое зародыши критического размера?

10. Классификация металлов.

11. Какие процессы происходят во время нагрева холоднодеформированного металла выше Тнр? Дайте их общую характеристику.

12. Приведите характеристики пластичности. Как они определяются?

13. Атомно-кристаллическое строение металлов. Что такое элементарная ячейка? Приведите их основные типы.

14. Какие механические свойства характеризуют поведение металлических материалов при повышенной температуре?

15. Что такое критическая степень деформации? Почему нежелательно деформировать металлы с критической степенью?

16. Макроструктурный анализ. Методы и назначение.

17. Какие механические свойства металлов вы знаете? Дать их краткую характеристику.

18. Какую форму имеет графит в чугунах? Как форма графита влияет на свойства чугунов?

19. Какие структурные изменения происходят в металлах во время холодной пластической деформации? Каким образом это отображается на свойствах?

20. Назовите характеристики прочности. Какие испытания используются для их определение?

21. Как влияет повышение содержания углерода в сталях на их свойства? Объясните ответ.

22. Каким образом меняются механические свойства металлов и сплавов при нагреве?

23. Охарактеризуйте основные типы кристаллических решеток металлов. Приведите схемы и основные характеристики.

24. Как и почему меняются механические свойства металлов при рекристаллизации?

25. Дать характеристику фазовой диаграммы эвтектического типа с ограниченной растворимостью в твердом состоянии. Как можно прогнозировать свойства сплавов этой системы?

26. Объясните, как влияет структура металлической матрицы чугунов с графитом на их механические свойства?

27. Охарактеризовать влияние формы графитных включений на механические свойства чугунов.

28. Какие механизмы коррозии вы знаете? В чем различие между ними?

29. Классификация видов термической обработки.

30. В каких случаях используют поверхностную термическую обработку? Какие разновидности такой обработки вы знаете?

31. Какие преобразования происходят в доэвтектоидной стали при нагреве?

32. Какие виды химико-термической обработки вы знаете? Дайте их краткую характеристику и технологические особенности.

33. Охарактеризуйте фазовые превращения в доэвтектоидной стали при медленном охлаждении.

34. Дайте сравнительную характеристику поверхностному упрочнению поверхностной закалкой и ХТО. В каких случаях целесообразно использовать ту или другую обработку?

35. Технологическое назначение отжига. Какие разновидности отжига вы знаете?

36. Приведите структурную классификацию сталей. Какие системы структурной классификации существуют?

37. Каким образом меняется структура перлита при снижении температуры его изотермического образования? Дать развернутый ответ.

38. Охарактеризуйте конструкционные стали. Дайте классификацию конструкционных сталей по назначению.

39. Дайте характеристику бейнитному превращению. В чем его принципиальное отличие от перлитного?

40. По каким признаками классифицируют легированные стали? Приведите примеры.

41. Дайте характеристику мартенситного превращения. В чем его принципиальное отличие от перлитного?

42. Какие группы жаропрочных сталей вы знаете? Охарактеризуйте их свойства.

43. Как влияет легирование на превращение аустенита в сталях при охлаждении? Дайте развернутый ответ с использованием диаграмм распада аустенита.

44. Дайте характеристику алюминиевых сплавов, которые упрочняются термической обработкой. В чем различие между закалкой алюминиевых сплавов и сталей?

45. С какой целью закаленные стали подвергают отпуску? Какие виды отпуска вы знаете?

46. Дайте сравнительную характеристику полного отжига и нормализации. В каких случаях их используют?

47. Какой вид термической обработки называют улучшением? Объясните, почему он так называется?

48. Каким образом влияют легирующие элементы на превращения при отпуске?

49. С использованием диаграмм распада переохлажденного аустенита (схематично) покажите влияние легирующих элементов на мартенситное превращение.