Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания и контрольные задания

для студентов заочного обучения

Издательство Иркутского государственного технического университета

2008

Бузевич Г.И. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Методические указания и контрольные задания для студентов заочного обучения. – Иркутск: ИрГТУ, 2008 г. с.

В настоящем издании представлена программа курса «Материаловедение и технология конструкционных материалов», контрольные задания и указания к выполнению контрольного задания. Даны краткие сведения по разделам материаловедения: теория термической обработки, влияние легирующих элементов на свойства железоуглеродистых сплавов с рассмотрением примеров ответов на некоторые вопросы задания. Приведены краткие сведения по основным вопросам технологии обработки конструкционных материалов: литейное производство, технология обработки металлов давлением и резанием, технология сварочного производства. Задания рекомендованы для студентов, изучающих совмещенный курс материаловедения и технологию конструкционных материалов.

Рецензент канд. техн. наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов Вулых Н.В.

Библиогр. 10 назв., Ил. 2.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать Формат 60х84, 1/16

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 3,75

Уч.-изд. л. 4 Тираж 200 экз. Зак. Поз. Плана

ИД №06506 от 26.12.2001

Иркутский государственный технический университет

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83 Программа и методические указания к выполнению контрольного задания

Программа по “Материаловедению и технологии конструкционных материалов” является типовой для немашиностроительных специальностей. Программа определяет последовательность и форму изучения разделов курса с учетом профиля специальностей, сложившейся на кафедре методики обучения и особенностей отрасли, для которой осуществляется подготовка инженеров

Раздел I. Материаловедение

1.1. Строение металлов и сплавов

Металлы являются кристаллическими телами, поэтому необходимо изучить строение, типы кристаллических решеток (объемно-центрированную, гранецентрированную, гексагональную, тетрагональную и т.д.) и расположение атомов в них. Рассмотрите типы химической связи в металлах и их влияние на свойства: высокую тепло- и электропроводность, высокие механические свойства.

Учитывая дефекты строения реальных кристаллов (точечных, линейных, поверхностных), обратите внимание на влияние этих дефектов на свойства металлов.

При тепловом воздействии на металл некоторые металлы меняют кристаллические решетки (явление полиморфизма), меняются свойства.

Уясните теоретические основы кристаллизации металлов и сплавов. Взаимодействия двух компонентов при кристаллизации сплавов способствует образованию в твердом состоянии химического соединения, механической смеси или твердого раствора. Обратите внимание на изменение свойств сплавов при образовании вышеназванных составляющих сплава.

Представление о состоянии любого сплава в зависимости от состава и температуры дают диаграммы состояния. Необходимо усвоить типы элементарных диаграмм состояния сплавов для различных случаев взаимодействия компонентов в твердом состоянии. Следует разобраться со значением точек и линий на диаграммах, уяснить зависимость свойств сплава от его состава, уметь применять правило концентраций и правила отрезков для определения доли каждой фазы или структурной составляющей в сплаве.

1.2. Пластическая деформация и рекристаллизация металлов

На пластическом деформировании металла основана обработка металла давлением.

При пластическом деформировании изменяются форма и размеры детали, происходят необратимые внутренние изменения. Механизм пластической деформации – скольжение дислокаций.

С увеличением степени деформации возрастает сопротивление металла деформированию, т.к. возрастает количество точечных дефектов (вакансий, дислоцированных атомов) и плотность дислокаций, растет протяженность граничных зон за счет дробления блоков и деформации зерен. Поля напряжений вокруг возникающих несовершенств кристаллического строения препятствуют скольжению дислокаций.

Упрочнение металла под действием пластической деформации называ-ется наклепом.

С ростом степени деформации механические свойства (временное сопротивление разрушению σ_в, предел текучести σ_т, твердость НВ), характеризующие сопротивление деформации, повышаются, а способность к пластической деформации (относительное удлинение δ и относительное сужение ψ) падает. Существенно меняются и физические свойства: уменьшается плотность, повышается электросопротивление, уменьшается теплопроводность, снижается устойчивость к коррозии. Наклепанный металл находится в термодинамически неустойчивом неравновесном состоянии.

Длительная выдержка при комнатной температуре, а тем более нагрев способствуют переходу металла в более устойчивое структурное состояние.

Процессы при нагреве наклепанного металла подразделяются на возврат, первичную и вторичную (собирательную) рекристаллизацию.

При возврате происходит снятие искажений кристаллической решетки, уменьшения плотности дислокаций, снижение внутренних напряжений. Возврат протекает при температуре не выше 0,3 Т_пл. Рассмотрите стадии возврата (отдых, полигонизацию).

Первичная рекристаллизация – это процесс образования новых равноосных зерен, возникающих на границах блоков и старых зерен, где решетка наиболее искажена при наклепе. Температура начала рекристаллизации называется температурным порогом рекристаллизации (Т_пр).

Последующий рост температуры приводит к собирательной рекристаллизации, заключающейся в росте образовавшихся новых зерен. При укрупнении зерен общая поверхность их границ уменьшается, что способствует переходу металла в более равновесное состояние. Величина зерна при собирательной рекристаллизации зависит от температуры нагрева, степени предшествующей пластической деформации и длительности выдержки при нагреве.

В некоторых заданиях требуется определить температуру рекристаллизации, которая зависит от природы основного металла, наличия и количества примесей и легирующих элементов, а также исходной степени деформации. Температуру порога рекристаллизации определяют:

,

где α – коэффициент, зависящий от количества примесей и легирующих элементов в сплаве,

α – для чистых металлов принимают равным 0,1…0,2;

α – для технически чистых металлов принимают равным 0,4;

α – для сплавов принимают равным 0,5…0,6.

Например, определить температуру порога рекристаллизации серебра, если его температура плавления равна 961С.

Определение ведут, как для технически чистого металла, а температуру плавления следует брать в К, тогда Т_пр=0,4, Т_пл= α(Т_пл+273)-273=0,4(961+273)-273=220,6С.

Зная порог рекристаллизации, определяют холодную обработку металлов давлением, которая сопровождается наклепом и упрочнением металла, и горячую обработку металлов давлением, которая проводится при температуре выше температуры порога рекристаллизации, имеющийся при этом наклеп снимается. Такая обработка называется рекристаллизационным отжигом.