Л.Н. Аксенова, В.В. Руднев
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
по дисциплинам
«Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов»
«Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость»
учебно-методическое пособие
Челябинск
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Челябинский государственный педагогический университет»
Л.Н. АКСЕНОВА, В.В. РУДНЕВ
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
по дисциплинам
«Материаловедение» и
«Технология конструкционных материалов»
«Метрология,
стандартизация и взаимозаменяемость»
Учебно-методическое пособие
Челябинск 2013
УДК 620.1(076) (021)
ББК 30.3 я 73
А 42
Аксенова, Л.Н. Контрольные задания по дисциплинам «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов» и «Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость» [Текст]: учеб.- метод. пособие / Л.Н. Аксенова, В.В. Руднев. - Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2013. - 60 с.
ISBN 978-5-85716-971-1
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной формы обучения факультета ППИ Челябинского государственного педагогического университета и соответствует программе дисциплин «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов» и «Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость». Данное пособие может быть использовано для выполнения контрольных заданий по названным дисциплинам. В нем приведены содержание контрольных заданий, методические рекомендации и порядок выполнения, а также необходимые справочные данные и список рекомендуемой литературы.
Учебно-методическое пособие поможет студентам углубить и закрепить теоретические положения лекционного материала, овладеть методами экспериментальных исследований, развить практические навыки научного анализа и обобщения полученных результатов.
Рецензенты: В.С. Кукис, д-р техн. наук, профессор ЮУрГУ
И.И. Закомолдин, д-р техн. наук, профессор ЧГПУ
ISBN 978-5-85716-971-1
© Аксенова Л.Н., Руднев В.В., 2013
© Издательство Челябинского госу-
дарственного педагогического уни-
верситета
СОДЕРЖАНИЕ
| Общие организационно-методические указания…………………………….. | |
| Раздел 1. Контрольное задание «Выбор вида и назначение режимов термической и химико-термической обработки»…………………………… | |
| Введение…………………………………………………………………….. | |
| Основные понятия…………………………………………………………. | |
| Требования к содержанию и выполнению работы……………………….. | |
| Порядок выполнения работы…………………………………………….. | |
| Методические указания по выбору видов и режимов термической обработки…………………………………………………………………… | |
| Пример выполнения контрольного задания…………………………….. | |
| Заключение…………………………………………………………………. | |
| Библиографический список……………………………………………….. | |
| Раздел 2. Контрольное задание «Определение размеров деталей, посадок в сопряжениях и исполнительных размеров калибров»……………………… | |
| Введение…………………………………………………………………….. | |
| Основные понятия…………………………………………………………. | |
| Требования к содержанию и выполнению работы …………………….. | |
| Пример выполнения контрольного задания…………………………….. | |
| Обозначения………………………………………………………………… | |
| Заключение…………………………………………………………………. | |
| Библиографический список……………………………………………….. | |
| Приложения……………………………………………………………………. |
ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
Согласно рабочим программам по дисциплинам «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов» и «Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость» контроль и оценку результатов усвоения знаний можно осуществлять путем выполнения письменных работ, например контрольных заданий, которые предназначены для самостоятельного ознакомления студентов с курсами данных дисциплини являются в основном внеаудиторной работой.
При выполнении контрольного задания по дисциплинам «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов» решаются задачи, связанные с определением условий работы деталей машин, состава и свойств конструкционных материалов, из которых изготавливаются детали машин. Исходя, из этого выбираются, при необходимости, режимы термической и или химико-термической обработки для упрочнения материалов.
При выполнении контрольного задания по дисциплине «Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость» решаются задачи, связанные с определением допусков, выбора верхних и нижних предельных отклонений гладких цилиндрических сопряжений.
Цель контрольных заданий:
– закрепить и расширить знания, полученные на теоретических занятиях;
– получить практические навыки выбора вида и режима термической (либо химико-термической) обработки и расчета гладкого цилиндрического сопряжения и калибров для его контроля;
– научить студентов пользоваться справочной литературой и грамотно давать ответы на поставленные вопросы;
– проверить степень усвоения студентами пройденного материала.
Контрольные задания выполняются в виде письменных решений задач и ответов на вопросы и оформляются в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСКД. Текст пояснительной записки к контрольным заданиям должен быть кратким и точным.
Раздел 1. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
Выбор вида и назначение режимов
термической и химико-термической обработки
ВВЕДЕНИЕ
Цель изучениядисциплины «Материаловедение» – сформировать у студентов на основе современных научных представлений системы знаний о составе, структуре, технологических и эксплуатационных свойствах конструкционных материалов, применяемых для изготовления деталей машин в условиях современного производства; о методах упрочнения конструкционных материалов для наиболее эффективного их использования в технике.
Задачи дисциплины «Материаловедение»:
– показать зависимость между составом, строением и свойствами материалов;
– рассмотреть физическую сущность явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации;
– ознакомить студентов с теорией и практикой различных способов упрочнения материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин, инструмента и других изделий;
– описать основные группы металлических и неметаллических материалов, их свойства и области применения;
– представить методы исследования и контроля структуры и свойств металлов и сплавов;
– рассмотреть принципы рационального выбора конструкционных материалов для конкретных изделий и конкретных условий эксплуатации.
В результате изучения дисциплины «Материаловедение» студенты должны:
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;
уметь:
– правильно выбирать материалы для изготовления изделий, работающих в заданных конкретных условиях;
– назначать необходимый способ упрочняющей обработки, а также оптимальные режимы для изменения свойств 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;
иметь представление:
– о тенденциях совершенствования современных и перспективах создания новых конструкционных материалов и методов их упрочнения.
Цель изучениядисциплины «Технология конструкционных материалов» – сформировать у студентов знания по выбору технологических методов обработки заготовок и деталей машин в условиях современного металлургического и машиностроительного производств, а также дать представление об этапах жизненного цикла выпускаемых изделий.
Задачи дисциплины «Технология конструкционных материалов»:
– изучить технологические процессы изготовления заготовок;
– рассмотреть методы размерной обработки заготовок для получения деталей машин;
– показать принципиальные схемы типового производственного оборудования и инструмента;
– научить студентов анализировать, разрабатывать отдельные этапы технологии изготовления деталей машин.
В результате изучения дисциплины «Технология конструкционных материалов» студенты должны:
знать:
– структуру машиностроительного производства;
– номенклатуру, основные свойства и области использования наиболее распространенных конструкционных машиностроительных материалов, а также способы их получения;
– сущность, содержание, технологические схемы, технологические возможности и области применения технологических процессов изготовления деталей машин;
– тенденции развития и последние достижения в машиностроении (новые высокоэффективные технологические процессы, организационно-технические решения и др.);
уметь:
– изображать принципиальные схемы наиболее распространенных операций различных технологических процессов;
– объяснять по этим схемам сущность процесса или операции, технологические режимы и возможности, состав средств технологического оснащения, основные области применения;
– разрабатывать укрупненные технологические процессы получения заготовок и процессы размерной обработки заготовок для получения простейших деталей с назначением основных режимов;
– назначать, пользуясь технической и нормативно-справочной литературой, альтернативные процессы получения заготовок для конкретных простейших деталей или процессы получения отдельных поверхностей деталей размерной обработкой;
– оценивать по укрупненным или качественным показателям технико- экономическую эффективность, а также экологические, ресурсозатратные и другие характеристики существующих и предполагаемых для внедрения технологических процессов;
иметь навыки:
– осуществлять настройку и наладку станков токарной и сверлильной, фрезерной и шлифовальной групп;
– рассчитывать режимы ручной и автоматической дуговой сварки стальных заготовок, выбирать расходные материалы;
– осуществлять процесс ручной формовки для изготовления единичных заготовок в песчано-глинистых формах;
– определять параметры исходных заготовок и степень пластической деформации при обработке металлов давлением.
Дисциплины занимают важное место в формировании технологической подготовки бакалавра, их глубокое изучение обеспечивает успешное вхождение в профессиональную деятельность.
В процессе изучения дисциплин «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов» у студента формируются следующие компетенции, обеспечивающие в дальнейшем успешную деятельность в различных видах профессиональной подготовки и представляющие готовность выпускника:
– умение применять базовые знания в области математических и естественных наук (ОНК-1);
– умение выбирать способы реализации основных технологических процессов получения изделий машиностроения (ОНК-4);
– владение прогрессивными методами эксплуатации технологического оборудования (ОНК-5);
– владение стандартными методами расчета при проектировании деталей и узлов изделий машиностроения (ОНК-7);
– владение современными методами для разработки малоотходных, энергосберегающих и экологически чистых машиностроительных технологий (ОНК-8);
– готовность обеспечивать технологичность изделий и процессов их изготовления, контролировать соблюдение технологической дисциплины при изготовлении изделий (ПТК-1);
– владение научно-технической информацией на основе изучения, отечественного и зарубежного опыта по специальности (НИК-1);
– готовность участвовать в работах по расчету и проектированию деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации проектирования (ПКК-1);
– владение навыками разработки рабочей проектной и технической документации, оформления законченных проектно-конструкторских работ с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПКК-2).
– наличие целостного представления о картине мира, ее научных основах(ОК-14);
– способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессионально-педагогической деятельности.
–способность развивать профессионально важные и значимые качества специалиста(ПК-2);
– готовность к поиску, созданию, распространению, применению новшеств и творчества в образовательном процессе для решения профессионально педагогических задач(ПК-13).
– владение знаниями по требованиям к конструкционным, расходным и горючесмазочным материалам, их маркировке (СК-11);
– готовность к использованию методов оценки качества конструкционных, расходных и горючесмазочных материалов (СК-27);
– умение анализировать с позиций современных представлений состав, строение и свойства конструкционных и расходных материалов, эффективность их использования при ремонте деталей, узлов и агрегатов автомобильного транспорта (СК-30).
Для успешного усвоения материала указанных курсов студент должен иметь подготовку по ряду естественно-научных дисциплин, таких как физика, химия, высшая математика. Некоторые разделы данных курсов требуют привлечения знаний из соответствующих разделов обще профессиональных дисциплин – сопромата, инженерной графики и т.д. Так из курса физики востребованы знания по разделу «Молекулярная физика и термодинамика». Из курса высшей математики используются умения дифференциального и интегрального исчисления. 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 курсы «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов» дают базовые знания, необходимые при изучении других обще профессиональных и специальных дисциплин, таких как «Гидравлика и гидропривод», «Упрочнение и восстановление деталей машин» и т.д.
Указанные обстоятельства определяют место дисциплин «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов» в системе подготовки специалиста (бакалавра) и должны находить соответствующее отражение в очередности изучения предметов по учебному плану.
Контрольное задание по данным дисциплинам направлено на конкретизацию и закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях и при изучении методических указаний, а также на приобретение навыков работы с научной и технической литературой.
Курс дисциплин состоит из модулей, куда входят лекционные, практические занятия и самостоятельная работа студентов, практическое выполнение конкретных индивидуальных заданий по дисциплине, завершается итоговым контролем в форме зачета.
Курс дисциплины «Материаловедение» разделён на два модуля:
1. Модуль 1. Предмет и методы материаловедения. Основные понятия и термины. Диаграммы состояния.
2. Модуль 2. Классификация сплавов.
Курс дисциплины «Технология конструкционных материалов» также разделён на два модуля:
1. Модуль 1. Производство конструкционных материалов и заготовок из них.
2. Модуль 2. Технологические процессы обработки заготовок. Сборка машин.
Выполнение контрольного задания предусмотрено в конце изучения модулей по данным дисциплинам: в процессе самостоятельной работы студентов.
Контроль и оценка результатов освоения учебных дисциплин осуществляется преподавателем с помощью тестирования при реализации модульно-рейтинговой технологии в процессе проведения лекционных и практических занятий.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
1. Диффузия – перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные параметры кристаллической решетки.
2. Железо– химический элемент с порядковым номером 26 в периодической системе Д.И. Менделеева; металл; температура плавления 1539°С, плотность 7,78 т/м3; существует в четырех аллотропических формах: Fеα, Fеβ, Fеγ, Fеδ.
3. Закалка – вид термической обработки, при которой сталь нагревают выше критических точек А1 или А3, дают выдержку для завершения фазовых превращений, а затем охлаждают со скоростью выше критической. В результате образуется неравновесная пересыщенная структура.
4. Закаливаемость – способность сталей приобретать повышенную твердость за счет образования при закалке мартенситной структуры.
5. Индентор (наконечник) – рабочая часть твердомера, внедряемая в поверхность образца и формирующая отпечаток, по размеру которого определяют твердость.
6. Нитроцементация – процесс одновременного диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом и углеродом.
7. Нормализация – термическая обработка стали с нагревом до температур выше А3 или Аcm на 30-50о С с последующем охлаждением на спокойном воздухе.
8. Отжиг – термическая обработка с нагревом до определенных температур, длительной выдержкой и медленным охлаждением для получения устойчивого структурного состояния сплава.
9. Отпуск – термическая обработка с нагревом закаленной стали до температуры ниже фазовых превращений (ниже А1) с целью повышения пластичности и вязкости, уменьшения остаточных напряжений и получения специальной структуры и свойств.
10. Отпуск высокий – отпуск с нагревом до температур 550…680оС для полного снятия внутренних напряжений и получения наивысшей ударной вязкости стали. Получаемая структура – сорбит отпуска.
11. Отпуск средний – отпуск с нагревом до температур 300…500оС для получения наилучших сочетаний упругих свойств стали. Получаемая структура – троостит отпуска.
12. Отпуск низкий – отпуск с нагревом до температур ниже 250оС для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости стали без снижения ее твердости. Получаемая структура – мартенсит отпуска.
13. Перлит – структура стали в виде механической смеси феррита и цементита, получающейся в результате эвтектоидного распада аустенита.
14. Скорость закалки критическая – минимальная скорость охлаждения, необходимая для превращения аустенита в мартенсит.
15. Сплав – макроскопический однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.
16. Стали – сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 до 2,14%С.
17. Стали инструментальные – стали для изготовления режущего и измерительного инструмента. Их делят на углеродистые (У7…У12) и легированные.
18. Стали быстрорежущие – высоколегированные инструментальные стали, содержащие вольфрам, молибден, ванадий, хром, обладающие высокой теплостойкостью и твердостью.
19. Стали 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 (ЛЭ) различают низколегированные (до 5% ЛЭ), среднелегированные (5...10% ЛЭ) и высоколегированные(более 10% ЛЭ) стали.
20. Твердость – свойство материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при внедрении в него другого, более твердого тела.
21. Твердость по Бринеллю (НВ) – отношение нагрузки, действующей на индентор (шарик), к площади поверхности сферического отпечатка.
22. Твердость по Роквеллу (НRC, НRВ, НRА) – вдавливание индентора (алмазного конуса или шарика) при различной величине основной и общей нагрузок. Твердость оценивают по глубине внедрения индентора (шарик или алмазный конус) и выражают в условных единицах.
23. Точки критические – характерные точки на термических кривых, соответствующие определенным фазовым превращениям, протекающим с выделением или поглощением теплоты.
24. 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 цементита (Fe3С), а в высокоуглеродистых сплавах – в виде графита.
25. Улучшение– термическая обработка, состоящая из закалки и последующего высокого отпуска. Улучшение повышает пластичность и особенно ударную вязкость.
26. Феррит – ограниченный твердый раствор внедрения атомов углерода (до 0,02%С) в α-железе с кристаллической ОЦК-решеткой.
27. Цементация (науглероживание) – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве в соответствующей среде, называемой карбюризатором.
28. Цементит – химическое соединение железа и углерода (карбид железа Fe3С), содержащее 6,67% С и имеющее высокую твердость (800 НВ), но хрупкое.
29. Цианирование – химико-термическая обработка, заключающаяся в одновременном, диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода и азота в цианистых солях. Различают высокотемпературное (750…950оС) и низкотемпературное (520…700оС) цианирование.
Требования к содержанию и выполнению работы
Исходные данные для выполнения работы оформляются в виде таблицы (Табл.1) и могут быть взяты в библиографическом списке [1–3].
Таблица 1