Методические указания для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Темы для самостоятельного изучения

1. Технология термической обработки стали

Виды термической обработки стали. Отжиг первого рода. Отжиг с фазовой перекристаллизацией. Полный отжиг. Изотермический отжиг. Неполный отжиг. Сфероидизация. Нормализация стали. Закалка. Выбор температуры закалки. Закалочные среды. Закалочные напряжения. Методы закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали.

Обработка стали холодом. Отпуск стали. Виды и назначение отпуска. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость. Термомеханическая обработка стали. Влияние термической обработки на структуру и механические свойства стали.

Для практических целей нужно изучить технологию некоторых видов термической обработки (отжиг, закалка в различных средах, отпуск), их режимы, сущность протекающих превращений и особенности получаемых свойств.

2. Поверхностное упрочнение и модификация поверхности стали

Виды и назначение поверхностного упрочнения стали. Поверхностная закалка при индукционном нагреве. Стали пониженной и регламентированной прокаливаемости. Лазерное упрочнение. Превращения, протекающие при лазерной обработке. Методы лазерного упрочнения. Цементация в твердом карбюризаторе. Газовая цементация. Термическая обработка после цементации и свойства цементованных деталей. Азотирование стали. Режимы азотирования, стали для азотирования. Свойства азотированного слоя.

При изучении химико-термической обработки необходимо уяснить, в чем состоит физическая сущность процесса, каким элементом осуществляется диффузионное насыщение поверхностных слоев стальной детали, в какой среде - твердой, жидкой или газообразной – происходит процесс насыщения, какие свойства поверхностного слоя получаются в процессе химико-термической обработки.

При изучении основ химико-термической обработки следует исходить из того, что принципы химико-термической обработки едины. Процесс химико-термической обработки состоит из выделения атомарного насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. Поэтому нужно рассмотреть реакции в газовой среде при цементации или азотировании и усвоить современные представления о диффузии в металлах. В большинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред, а поэтому нужно знать наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химико-термической обработки и конечные результаты (поверхностное упрочнение и изменение физико-химических свойств).

Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-термической обработки. Уясните преимущества и области использования цементации, азотирования, цианирования и различных видов диффузионной металлизации.

Объясните влияние легирования на механизм формирования структуры поверхностного слоя.

3. Твердые сплавы и композитные материалы. Понятие о порошковой металлургии

Ознакомьтесь с видами и свойствами металлокерамических порошков. Изучите основные способы формирования брикетов путем холодного и горячего прессования, проката и др. Важно выяснить режим спекания порошков (температурный интервал, длительность спекания).

Изучите технологию получения заготовок из порошков магнитных материалов способом порошковой металлургии.

4. Алюминий и его сплавы. Классификация алюминиевых сплавов. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой. Литейные алюминиевые сплавы

Обратите внимание на основные преимущества алюминиевых сплавов, связанные с их высокой удельной прочностью. Рассмотрите классификацию алюминиевых сплавов и обоснуйте технологический способ изготовления изделий из сплавов каждой группы. Разберитесь в основах теории термической обработки (старения) легких сплавов. Обоснуйте выбор способа упрочнения деформируемых и литейных сплавов.

5. Медь и медные сплавы. Классификация медных сплавов. Латуни обыкновенные и специальные. Бронзы оловянистые и безоловянистые

Изучите классификацию медных сплавов и уясните маркировку, состав, структуру, свойства и области применения разных групп медных сплавов.

6. Титан и его сплавы. Перспективы применения титановых сплавов для теплоэнергетического оборудования

7. Конструкционные материалы на основе циркония

8. Конструкционный графит

9. Неметаллические материалы - пластические массы, резины, стекло и керамики.

При изучении неметаллических материалов необходимо прежде всего усвоить, что в основе неметаллических материалов лежат полимеры. Обратите внимание на особенности строения полимеров, которые определяют их механические и физико-химические свойства. Классификацию полимеров рассмотрите с учетом особенностей их состава и строения.

Рассматривая пластические массы, необходимо понять, что это искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связывающих веществ, которые являются обязательными компонентами пластмасс. Изучите различные группы пластических масс, их свойства и области применения.

Знакомство с технологией изготовления изделий из пластмасс необходимо начать с изучения сущности применяемых способов. Следует также ознакомиться с применяемым инструментом и оборудованием.

Как технический материал резина отличается от других материалов высокими эластичными свойствами, что связано со свойствами самой основы резины - каучука. Уясните состав резины, способы получения и влияния различных добавок на ее свойства. Подробно рассмотрите влияние порошковых и органических наполнителей на свойства резины, изучите физико-механические свойства и области применения резин различных марок.

Поскольку большинство неорганических материалов содержит различные соединения кремния с другими элементами, эти материалы получили общее название силикатных материалов. Обратите внимание на внутреннее строение неорганического стекла. Уясните сущность стеклообразного состояния как разновидности аморфного состояния вещества. Разберитесь в изменении свойств стекла в зависимости от состава. Рассмотрите стеклокристаллические материалы (ситаллы) и их отличие от стекла минерального. Уясните причины образования кристаллической структуры ситаллов.

При изучении керамических материалов обратите внимание на отличие технической керамики от обычной. Разберитесь в химическом и фазовом составах технической керамики, ее свойствах и области применения.

Изучая технологию изготовления изделий из резины, необходимо обратить внимание на состав резиновых смесей. Затем, в зависимости от конструкции изделий, масштабов их выпуска и свойств резиновой смеси выбрать способ изготовления изделий (литье под давлением, прессование, экструзия) и рассмотреть схемы этих процессов.

Прежде чем изучить технологию изготовления изделий из стекла и керамики, следует рассмотреть виды, состав и свойства стекол и керамики, а затем перейти к технологии получения промышленных стекол и электроизоляционной керамики. При этом обратите внимание на особенности строения, способы получения стекловолокна, пеностекла, ситалла и электроизоляционной керамики (высокочастотной, установочной, конденсаторной, пьезоэлектрической и ферромагнитной).

Ознакомьтесь с видами и свойствами металлокерамических порошков. Изучите основные способы формирования брикетов путем холодного и горячего прессования, проката и др. Важно выяснить режим спекания порошков (температурный интервал, длительность спекания).