Решения предлагаемых задач в контрольной работе
ТЕМАТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ПО КУРСУ "МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ"
(Часть 1 "Материаловедение").
Раздел 1. Учебный объект: "Строение материалов"
Содержательный модуль М-БМ-1 "Кристаллография"
Кристаллография. Кристаллические и аморфные тела. Строение кристаллов. Монокристали, поликристаллы. Элементы симметрии кристаллов. Решетки Бравэ. ОЦК-, ГЦК и ГПУ-решетки в металлах. Индицирование кристаллов. Индицирование узлов, направлений и граней.
Содержательный модуль М-БМ-2 "Кристалохимия"
Кристалохимия. Электронное строение металлов. Переходные и непереходные металлы Спектральный анализ. Типы химической связи в твердых телах. Металлическая связь. Ионные и кавалентнные кристаллы. Кристалохимические параметры.
Содержательный модуль М-БМ-3 "Дефекты кристалилического строения"
Дефекты кристаллического строения. Точечные дефекты: вакансии, атомы внедрения и атомы замещения. Примеси. Диффузия и самодиффузия в металлах. Дислокации. Плотность дислокаций.
Содержательный модуль М-БМ-4 "Макро- и микроструктура материалов"
Макро- и микроструктура материалов. Металлография. Шлифование, полировка, травление. Балл зерна. Микроанализ шлифов металлов. Металлографический микроскоп. Дефектоскопия. Рентгеноструктурный анализ металлов. Зависимость интенсивности рентгеновских лучей от толщины материала. Формула Вульфа-Брегга. Методы рентгеноструктурного анализа.
Раздел 2. Учебный объект: "Свойства материалов"
Содержательный модуль М-ВМ-5 "Механические свойства. Часть 1"
Упругие свойства металлов. Упругая продольная деформация. Закон Гука. Коеффициент Пуассона. Сдвиг.
Содержательный модуль М-ВМ-6 "Механические свойства. Часть 2"
Кручение. Изгиб. Всестороннее сжатие. Упругие деформации. Диаграммы растяжения металлов.
Содержательный модуль М-ВМ-7 "Механические свойства. Часть 3"
Пластическая деформация. Предел пропорциональности. Граница упругости. Предел текучести. Предел прочности. Запас прочности. Твердость металлов. Методы определения твердости: Бринеля, Роквелла, Виккерса. Микротвердость. Методы определения механических характеристик металлов по значениям твердости. Определение механических свойств металлов неразрушающими методами контроля.
Содержательный модуль М-ВМ-8 "Разрушение материалов"
Ползучесть в металлах. Теория ползучести. Законы ползучести. Усталость. Выносливость. Долговечность. Надежность. Ударная вязкость. Разрушение металлов. Теория Гриффитса. Хрупкое и вязкое разрушение. Механизмы возникновения и распространение трещин в металлах. Относительное удлинение и сжатие при разрушении.
Содержательный модуль М-ВМ-9 "Тепловые свойства материалов"
Тепловые свойства материалов. Теплоемкость металлов. Теплопроводность твердых тел. Тепловое расширение и сжатие твердых тел. Механизмы теплового расширения. Влияние температуры на механические свойства твердых тел. Взврат. Отдых. Полигонизация. Рекристаллизация. Холодная и горячая пластические деформации. Межкристалитное разрушение.
Раздел 2. Учебный об,єкт "Фазовые превращения в материалах"
Содержательный модуль М-ФП-10 "Термодинамика фазовых преобразований"
Теория фазовых преобразований. Правило фаз Гиббса. Термодинамические функции и параметры. Связь между термодинамическими функциями и параметрами. Химический потенциал.
Содержательный модуль М-ФП-11 "Фазовые преобразования І-го и ІI-го рода"
Фазовые преобразования І-го рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Свойства термодинамических функций.
Содержательный модуль М-ФП-12 "Плавление и кристаллизация"
Плавление и кристаллизация. Термический анализ. Классификация веществ за температурами плавления.
Содержательный модуль М-ФП-13 "Преобразование в твердом состоянии"
Бездиффузные и диффузные превращения. Кинетика твердофазных превращений. Полиморфизм и изомофизм. Полиморфные превращения. Диаграммы состояния сплавов с учетом полиморфных превращений. Эвтектоидное превращение. Рекристаллизация.
Раздел 3. Учебный объект "Сплавы"
Содержательный модуль М-С-14 "Твердые растворы"
Сплавы. Классификация сплавов. Бинарные сплавы. Диаграммы состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов. Твердые растворы. Построение диаграмм состояния методом термического анализа и анализ путей кристаллизации.
Содержательный модуль М-С-15 "Механические смеси и химические соединения "
Механические смеси. Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Диаграмма состояния с нерастворимостью компонентв в твердом состоянии. Анализ диаграмм состояния для сплавов с евтектичним превращением. Анализ диаграмм состояния для сплавов с перитектичним преобразованием. Диаграммы состояния для сплавов, если компоненты образовывают химические соединение. Дистектика. Химические соединения. Расшифровка диаграмм состояния.
Содержательный модуль М-С-16 "Тройные сплавы"
Тройные сплавы. Построение диаграмм состояния тройных сплавов. Политермы. Изотермы. Концентрационный треугольник. Развернутая диаграмма состояния тройных сплавов. Собранная диаграмма состояния тройных сплавов.
Содержательный модуль М-С-17 "Вычисление сплавов"
Вычисление плотности и концентрации сплавов. Плотность бинарных и тройных сплавов. Массовая концентрация. Атомная концентрация. Мольная концентрация.
ТЕМАТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ПО КУРСУ "МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ"
(Часть 2 "Технология конструкционных материалов").
Раздел 1. Учебный объект: "Диаграмма железо-углерод. Термическая обработка"
Содержательный модуль ТКМ-ДТ-1 "Диаграмма состояния железо-углерод"
Диаграмма состояния железо-углерод. Железо. Диаграмма состояния железо-цементит Стали. Характеристика отдельных точек и линий диаграммы состояния железо-цементи. Феррит. Аустенит. Цементит. Чугуны. Виды чугунов. Серые чугуны. Белые чугуны. Модифицированный чугун. Ковикй чугун. Графитизация. Структура чугунов. Производство чугуна. Производство стали. Материалы доменного производства. Доменный процесс. Продукция доменной плавки. Мартеновские печи. Электродуговые печи. Бесемеровське производство стали.
Содержательный модуль ТКМ-ДТ-2 "Основы термической обработки постоянные"
Основы термической обработки постоянные. Виды термической обработки. Превращение в стали при нагреве. Превращение перлита в аустенит. Превращение в стали при охлаждении. Диаграмма изотермического распада аустенита. Перлит. Сорбит. Тростит. Мартенситные превращения в стали.
Содержательный модуль ТКМ-ДТ- 3 "Технология термической обработки стали"
Технология термической обработки стали. Отжиг. Виды отжига. отжиг 1 рода. Отжиг 2 рода. Нормализация. Закалка. Закалочные среды. Закаливаемость и прокаливаемость. Критический диаметр. Внутренние напряжения при закалке. Способы закалки. Отпуск. Отдых. Возврат. Рекристаллизация. Термомеханична обработка. Методы поверхностного упрочнения стали. Химико-термическая обработка. Цементация постоянные. Азотирование.
Раздел 2. Учебный объект: "Классификация сталей"
Содержательный модуль ТКМ-КС-4 "Конструкционные постоянные"
Конструкционные стали. Требования к сталям. Термическая обработка конструкционных сталей. Цементуемые стали. Строительные стали. Улучшаемые стали. Высокопрочные стали. Арматурные стали. Подшипниковые стали. Износостойкие стали.
Содержательный модуль ТКМ-КС-5 "Легированные стали"
Легированные стали. Легирующие элементы и их влияние на критические точки. Влияние легирующих элементов на свойстве феррита. Карбидная фаза в сталях. Влияние легирующих элементов на превращение в стали. Классификация легированных сталей.
Содержательный модуль ТКМ-КС-6 "Инструментальные стали"
Инстументальные стали. Общие сведения. Стали для режущего инструмента. Углеродистые стали. Легированные стали. Быстрорежущие стали. Маркировка конструкционных, легированных и инструментальных сталей.
Содержательный модуль ТКМ-КС- 7 "Стали и сплавы со специальными свойствами"
Стали и сплавы со специальными свойствами. Жаропрочные и жаростойкие стали. Жаропрочные сплавы. Стали и сплавы с особыми упругими свойствами. Коррозия металлов. Коррозионностойкие стали.
Раздел 3. Учебный объект: "Цветные металлы. Пластмассы"
Содержательный модуль ТКМ-КП-8 "Цветные металлы и сплавы"
Цветные металлы и сплавы. Титан и его сплавы. Термическая обработка сплавов титана. Алюминий и его сплавы. Классификиция сплавов алюминия. Термическая обработка сплавов алюминия. Алюминиевые сплавы, которые деформируются. Литейные алюминиевые сплавы. Медь и ее сплавы. Латуни. Бронза. Литейные сплавы меди, которые деформируются. Антифрикционные сплавы.
Содержательный модуль ТКМ-КП-9 "Пластическая масса"
Пластическая масса. Слоистые пластмассы. Термореактивные пластмассы. Гетинакс. ДСП. ДВП. Оргстекло. Термопластмаси литейные, пленочные, листовые. Резина. Технология производства изделий из пластмасс.
Раздел 4. Учебный объект: "Обработка металлов давлением. Литейное производство"
Содержательный модуль ТКМ-ОЛ-10 "Физические основы обработки металлов давлением"
Физические основы обработки металлов давлением. Классификация методов обработки металлов давлением. Суть обработки металлов давлением. Факторы, которые влияют на пластичность металлов. Холодная и горячая обработка металлов давлением. Нагрев маталла.
Содержательный модуль ТКМ-ОЛ-11 "Основы прокатного производства"
Обработка металлов давлением. Основы прокатного производства. Сортамент прокатной продукции и калибрование валков. Станы гарячого дефоромирования. Станы холодного деформирования.
Содержательный модуль ТКМ-ОЛ-12 "Ковка , штамповка, волочение"
Обработка металлов давлением. Технология ковки и штамповки. Технологический процесс прессования. Оснащение кузнечного производства.
Содержательный модуль ТКМ-ОЛ-13 "Литейное производство. Часть 1"
Литейное производство. Способы получения отливок. Формовочные смеси. Песок. Глина. Технология изготовления формовочных смесей. Основные технологические свойства формовочних смесей.
Содержательный модуль ТКМ-ОЛ-14 "Литейное производство. Часть 2"
Технология получения отливок. Оснащение. Литниковая система. Прибыли. Формирование. Собирание. Заливание. Вибивка. Очищение. Дефекты отливок.
Раздел 5. Учебный объект: "Сварочное производство"
Содержательный модуль ТКМ-ЗВ-15 "Физические основы сваривания"
Сварочное производство. Физические основы сваривания. Классы сваривания. Основные способы сваривания плавлением. Сварочное оснащение. Сварочные материалы. Суть получения сварочного соединения.
Содержательный модуль ТКМ-ЗВ-16 "Термическое резание металлов"
Сварочное производство. Термическое резание металлов. Термомеханическое и механическое сваривание. Технология сваривания разных материалов. Пайка. Контроль качества сварочных и паянных соеднань.
Содержательный модуль ТКМ-ЗВ-17 "Средства сваривания плавлением"
Способы сваривание плавленем. Электрическая дуга. Источники питания сварочной дуги. Общая характеристика сварочных соединений.
Содержательный модуль ТКМ-ЗВ-18 "Средства дугового сваривания"
Способы дугового сваривания. Ручное дуговое сваривание. Дуговое сваривание под флюсом. Дуговое сваривание в защитных газах. Электрошлаковая сварка . Газовая сварока. Плазменная сварка. Лучевые способы сварки. Способы сварки под давлением. Контактная сварка.
Содержательный модуль ТКМ-ЗВ-19 "Контроль сварочных соединений"
Контроль сварочных соединений. Дефекты сварочных соединений и методы их предупреждения. Методы виявленя дефектов.
Раздел 6. Учебный объект: "Обработка металлов резанием"
Содержательный модуль ТКМ-ОМР-20 "Обработка металлов резанием. Часть 1"
Обработка металлов резанием. Часть 1. Обработка заготовок на токарных, сверлильных, росточних, фрезерных станках. Виды работ, которые выполняются на этих станках. Зубонарезание, обработка заготовок на строгальних станках. Особенности процессов зубонарезания, строгания.
Содержательный модуль ТКМ-ОМР-21 "Обработка металлов резанием. Часть 2"
Обработка металлов резанием. Часть 2. Шлифование и обрабатывающая обработка поверхностей заготовок. Особенности процесса резания при шлифовании. Шлифовальные станки. Алмазное шлифование. Тонкое точение. Тонкое шлифование.
Содержательный модуль ТКМ-ОМР-22 "Обработка поверхностей заготовок"
Обработка поверхностей заготовок. Особенности процесса резание при шлифовании. Шлифовальные станки. Алмазное шлифование. Тонкое точение. Тонкое шлифование.
Содержательный модуль ТКМ-ОМР-23 "Физико-химические и электрофизические способы обработки"
Обработка металлов резанием. Физико-химические и электрофизические способы обработки. Электроскровая, анодно-механическая, электроконтактная, ультразвуковая, электрохимическая и лучевая обработки материалов. Выбор режима резания и материала инструмента.
Раздел 7. Учебный объект: "Порошковая металлургия. Диагностика"
Содержательный модуль ТКМ-ПД-24 "Порошковая металлургия"
Порошковая металлургия. Методы получения порошков. Технологичний процесс изготовления изделий из металлических порошков. Металлокерамические материалы.
Содержательный модуль ТКМ-ПД-25 "Диагностика металлов и сплавов"
Диагностика и неразрушающий контроль качества металлов и сварочных соединений. Методы неразрушающего контроля дефектов металлов и сплавов. Ультразвуковой метод. Дефектоскопия.
ПРИМЕРЫ
решения предлагаемых задач в контрольной работе
1. Используя кристаллическую решетку железа, определить объем ее элементарной ячейки при нормальних условиях.
Объем элементарной ячейки определяется по формуле
= 
,
где ρ – пикнометрическая плотность железа, кг/м3; m0 – атомная масса железа, а.е.м.; Nяч – число атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку.
Из таблиц физических величин:
– пикнометрическая плотность железа: r = 7,6×103 кг/м3;
– атомная масса жедеза m0=55,9 а.е.м. Чтобы перевести атомные единицы массы в кг (т.к. плотность измеряется в кг/м3), надо умножить на переводной коэффициент 1,66×10-27 кг. Тогда атомная масса составит m0 = 55,9 ·1,66×10-27 = 92,8×10-27кг;
– число атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку Nяч рассчитывается из формы кристаллической решетки. У железа при комнатной температуре объемоцентрированная кристаллическая решетка (ОЦК).
 |
Исходя из того, что элементарная ячейка находится в пространственной решетке, атом в узле принадлежит этой ячейке всего лишь на 1/8 часть. Остальные 7/8 частей принадлежат еще 7 элементарным ячейкам, находящимся вокруг нее. А также 1 атом, принадлежащий этой ячейке. Таким образом
Nяч = 1/8 ·8 + 1 = 2; Nяч = 2.
Следовательно:
= (92,8×10-27 · 2) / 7,6×103 = 24,2×10-30 м-3.
2. Найти тангенциальное напряжение при упругой сдвиговой деформации у куба со стороной 4 см, если к основаниям приложена пара сил по 108 Н.
Тангенциальное напряжение при упругой сдвиговой деформации:
t=Ft/ S.
Площадь поперечного сечения для куба S=a2= (4×10-2)2 м = 16×10-4 м.
Таким образом t= 103 / 16×10-4 = 6,25×105 Н/м2.
3. При 150°С площадь медного листа – 1м2. Вычислить площадь листа
при 10° С.
Медный лист остывает от температуры 150°С до температуры 10° С (Dt=140°С). Площадь медного листа при остывании: S = S0 (1-2×aмеди×Dt ), где aмеди – коэффициент линейного теплового расширения меди.
4. Для произвольного сплава М построить кривую охлаждения.
Рис. 1. Диаграмма состояния системы с эвтектикой: а - диаграмма состояния; б - кривая охлаждения сплава М.
Рис. 2. Диаграмма состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии: а – диаграмма состояния; б- кривая охлаждения сплава М.
5.Применить правило фаз Гиббса для точки b0 (рис. 1).
i = K –Ф + В. Для бинарного сплава число компонент К= 2. Число фаз в этой области Ф=2 (твердая фаза А и жидкость). Число внешних воздействий В=2 (температура и концентрация).
i = 2-2+2=2 (можно менять температуру и концентрацию в определенных пределах и число фаз не поменяется, т.е. состояние системы останется неизменным).
6. Для заданной марки стали написать ее химический состав.
Легированная сталь 15Х2СН5. Число в начале марки стали означает среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Число после буквы означает среднее содержание легированного элемента в целых процентах. Если после буквы не стоит числа, то содержание легированного элемента » 1%. Следовательно, сталь 15Х2СН5Д содержит » 0,15% углерода; 2% хрома; 1% кремния; 5% никеля.