Задания по материаловедению для отработки пропущенных лабораторных работ.

1. Номера заданий выдает преподаватель.

2. Ответы на вопросы оформляются письменно, аккуратно, в тетрадях 12л.

3. Литература: методические указания для лабораторных работ №2627, 2628, 2629; конспект лекций; учебник Н.Н Воронин «Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники.

Задачи по теме «Физико-механические свойства сплавов»

№ 64:

а) Определить твердость четырех образцов отожженной углеродистой стали с содержанием углерода соответственно 0,1; 0,3; 0,5 и 1,1%; рассчитать их пределы прочности, текучести, характеристики пластичности при растяжении;

б) построить диаграмму в координатах твердость стали — содержание углерода (до 1,1% С), показать на диаграмме изменение твердости отожженной стали с увеличением содержания углерода и

объяснить, как изменяется при этом структура стали.

№ 65. Определить твердость четырех образцов отожженной углеродистой стали с содержанием углерода соответственно 0,4; 0,7; 1,0 и 1,2%. Указать, какой закономерности следует изменение твердости

отожженной стали при увеличении в ней содержания углерода, и рассчитать приблизительно по значениям твердости по Бринеллю, предел прочности и текучести, характеристики пластичности. Указать по марочнику марки сталей, отвечающие приведенным составам (содержание углерода), и их назначение в промышленности.

№ 66. Даны четыре образца из закаленных углеродистых сталей с содержанием углерода 0,2; 0,4; 0,6 и 0,75%.

Указать, на каком приборе следует измерять твердость в данном случае, и определить, какой закономерности следует изменение твердости закаленной стали при увеличении содержания углерода в указанных пределах.

Характеризовать влияние углерода на закаливаемость стали. Принять, что стали были закалены с обычно принятых температур (Ас3 + 30-50° С) и охлаждены в воде. Указать по марочнику марки сталей, отвечающие приведенным составам (содержание углерода), и их назначение в промышленности.

№ 67. Объяснить, на каком приборе следует измерить твердость отожженной стали и серого чугуна.

Определить твердости образцов: а) стали с 0,1 % С; б) стали с 0,45% С; в) серого чугуна с содержанием 3% С. Объяснить, как изменяется твердость отожженной стали с увеличением в ней содержания углерода и почему эта зависимость не сохраняется для серого чугуна.

№ 68:

а) определить на каком приборе и по какой шкале следует измерять твердость сплавов системы Си—Zn;

б) для четырех образцов: из 1)чистой меди, 2)латуни с содержанием 90% Си, 3) латуни с 68% Си и 4) латуни с 58% Си по марочнику определить марки сплавов, отвечающих приведенным системам, и указать их назначение в промышленности.

в) по марочнику определить твердости данных отожженных образцов;

г) начертить в масштабе часть диаграммы медь—цинк (до 42% Zn). Схематично начертить линию изменения твердости и объяснить, как связана кривая твердости с линиями диаграммы состояния данной системы и структурой указанных сплавов, используя правило Н. С. Курнакова;

№ 69:

а) определить на каком приборе и по какой шкале следует измерять твердость сплавов системы Си—Sn;

определить твердости трех образцов: чистой меди и прессованной оловянной бронзы (после рекристаллизации) с содержанием 4% Sn и 6% Sn;

б) начертить в масштабе часть диаграммы медь—олово для сплавов на основе меди и диаграмму в координатах твердость—концентрация олова (до 15% Sn), нанести на диаграмму значения твердости и провести через них кривую. Объяснить, как связан ход полученной кривой твердости со структурой оловянной бронзы;

в) привести по ГОСТ марки оловянных бронз, отвечающих приведенным составам, и указать их назначение в промышленности.

№ 70. Указать, каким способом, по Бринеллю или по Роквеллу, надо измерять твердость мягких сталей.

Определить твердость образца низкоуглеродистой стали марки 10 и на основании известных закономерностей между твердостью и прочностными свойствами определить примерно предел прочности, предел текучести, характеристики пластичности исследованной стали.

№ 71. Два образца латуни с содержанием 20% Zn были изготовлены под действием холодной пластической деформации (прокатом), но один из них затем был подвергнут рекристаллизации.

а) определить, на каком приборе и с какой нагрузкой следует измерять твердость латуни.

б) по марочнику опрелелить марку образцов и указать их назначение в промышленности.

в) расчитать примерную температуру нагрева для рекристаллизации данного сплава.

г) Объяснить, какие изменения в структуре латуни в процессе рекристаллизации вызвали изменение твердости и в каком направлении изменилась при этом пластичность латуни.

№ 72. Образец углеродистой стали 10 толщиной 20 мм был подвергнут цементации, а затем закалке для повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя.

а) На каком приборе и по какой шкале следует определить твердость образца?

б)Измерение твердости были проведены по следующей схеме:

1. Измерили твердость на поверхности.

2. Затем сняли на абразивном круге слой толщиной 1 мм, измерили твердость.

3. Вновь сняли на этом же участке слой толщиной 1мм и затем опять измерили твердость.

Объяснить, в каком направлении изменяется твердость от поверхности к сердцевине и какими изменениями в составе и структуре стали оно вызвано.

№ 73. В образце углеродистой стали (0,5% С) толщиной 15 мм в результате длительного нагрева при высокой температуре произошло значительное обезуглероживание с поверхности, после чего

образец был подвергнут закалке.

Измерение твердости были проведены по следующей схеме:

1.Измерили твердость на поверхности.

2. Затем сняли абразивом слой толщиной около 1 мм и измерили твердость вновь.

3. Затем сняли слой толщиной около 1 мм и повторили измерения твердости.

Объяснить:

1) в каком направлении меняется твердость от поверхности

к сердцевине;

2) как влияет обнаруженный дефект (обезуглероживание поверхности) на свойства стали.

М 74. Цилиндрический образец углеродистой стали с 0,45% С диаметром 25 мм и высотой 70 мм был закален с нагревом до 840° С и охлаждением в воде, затем сломан (разрезан) посередине высоты

и со стороны излома зашлифован. На каком приборе и по какой шкале следует определить твердость

образца и затем измерить твердость шлифованной поверхности по диаметру через каждые 2 мм?

Объяснить, каким превращениям при закалке и изменениям в структуре стали подвержен образец.

№ 76. Два цилиндрических образца углеродистой стали (0,45% С) диаметром 15 мм были закалены, а затем отпущены. Один образец с нагревом до 450° С (для получения структуры троостита), другой —

с нагревом до 580° С (для получения структуры сорбита).

Как изменятся свойства образцов?

№ 77. Необходимо измерить твердость двух образцов стали с содержанием 0,45% С; оба образца изготовлены из отожженной заготовки, причем второй образец после изготовления подвергался закалке и отпуску с нагревом до 550° С (для получения структуры сорбита). Объяснить, на каком приборе рационально измерять твердость обоих образцов.

№ 78. Выбрать материалы для двух цилиндрической фрез. Расшифровать марки сталей. Объяснить, почему измерение твердости вдавливанием стального шарика

в данном случае недопустимо.

Задачи по диаграммам состояния двойных сплавов

№ 101. В промышленности используют латуни: а) повышенной пластичности; б) высокой прочности.

Указать, какие латуни: однофазные или двухфазные и по каким причинам отвечают этим основным требованиям по механическим

свойствам и какие из них имеют более высокие литейные свойства.

Для решения задачи начертить диаграмму Си—Zn, описать превращения в сплавах с 20, 30 и 41% Zn, определить их фазовый состав и количественное соотношение фаз при 20° С и указать особенности строения и свойств этих фаз.

№ 102. Из числа сплавов Си—Zn наибольшую пластичность имеет латунь, содержащая 32—34% Zn, широко используемая для холодной вытяжки. При дальнейшем увеличении содержания цинка снижается пластичность, но возрастает прочность. Сплавы, имеющие больше 42% Zn, в промышленности не используются из-за низкой пластичности. Объяснить причины подобного влияния цинка. Для решения задачи начертить диаграмму Си—Zn, описать процессы превращений в сплавах с 33; 42 и 45% Zn и определить фазовый состав и количественное соотношение фаз в этих сплавах.

№ 103. Многие подшипники скольжения изготовляют из оловянных бронз как сплавов, имеющих низкий коэффициент трения. Определить, какие оловянные

бронзы — однофазные или двухфазные— имеют, кроме того, более

высокую износостойкость и обеспечивают лучшее качество подшипников.

Для решения задачи начертить диаграмму Си— Sn, описать процессы превращений в сплавах с 6 и с 10% Sn , определить фазовый состав и количественное соотношение фаз в этих сплавах при 20° С. Принять при этом, что подшипники отливают в металлическую форму.

№ 104. Детали из оловянных бронз в зависимости от пластичности, определяемой содержанием в них олова, изготовляют из:

1) Проката (труб, прутков, лент); 2) отливок. Указать, какие бронзы: однофазные или двухфазные более пригодны для указанных разных назначений и причины, по которым они имеют разную пластичность.

Для решения задачи начертить диаграмму Си— Sn, описать процессы превращений в сплавах с 3; 5 и 10% Sn , определить фазовый состав и количественное соотношение фаз при 20° С (для условий, что отливки

охлаждаются в металлической форме).

№ 105. В литых свинцовистых бронзах, используемых для подшипников скольжения, должно быть создано равномерное распределение частиц свинца в медной основе.

Определить: а) какой сплав — с 1%, 35% или 70% Рb —более пригоден для этого назначения; б) какое охлаждение — медленное или быстрое — должно быть рекомендовано для выбранного сплава.

Для решения задачи начертить диаграмму состояния Си—Рb, описать процессы превращений в указанных сплавах и указать фазовый состав и количественное соотношение фаз при 400° С - для сплавов с 1% и 35% Рb и при 1200° С - для сплава с 70% Рb.

№ 107. Для проволоки и ленты, служащей элементами сопротивления во многих нагревательных приборах и печах, используют сплавы системы никель—хром (нихром). Начертить диаграмму Cr - Ni , указать, какие сплавы: с 5%, 20% или 50% Cr имеют более высокое электросопротивление и должны быть рекомендованы для этого назначения. Учесть, что такие сплавы должны иметь, кроме того, повышенную пластичность при 20° С для возможности холодной прокатки или волочения.

Для решения задачи: 1) привести фазовый состав и количественное соотношение фаз в указанных сплавах при 20 и 1100° С; 2) показать качественно, используя правило Н. С. Курнакова, как изменяется электросопротивление сплавов этой системы в зависимости от содержания никеля.

№ 111. Дуралюмины — сплавы алюминия с 2—5% Си (и до-

бавками небольших количеств магния, кремния, марганца) имеют

прочность 20—22 кгс/мм² в равновесном состоянии (после медлен-

ного охлаждения) и значительно более высокую (40—50 кгс/мм²)

после упрочняющей термической обработки.

Начертить диаграмму А1—Сu .Описать превращения в сплавах А1—Сu с содержанием меди:

1)0,2%;

2)4%

3)40% .

Указать их структурный состав и количественное соотношение фаз сплавов 1 и 3 при 20° С, а сплава 2 - при 400 и 20° С.

Объяснить, почему сплавы 1 и 3 в отличие от сплава 2 неприменимы для термической обработки и в чем заключается эта обработка для сплава 2 (влияние малых добавок Si, Mg и Мп, вводимых в дуралюмины, условно не учитывать).

№ 112. Алюминиевокремнистые сплавы определенного состава, называемые силуминами имеют хорошие литейные свойства и из-за малой плотности и удовлетворительных механических свойств они широко используются в промышленности для разнообразных литых деталей.

На основании анализа диаграммы состояния Al—Si и зависимости, существующей между изменением литейных свойств и видом диаграммы, определить состав силумина и указать, может ли быть эффективной термическая обработка этого сплава. Начертить диаграмму Al—Si

Для решения задачи рассмотреть процессы превращений в сплавах

с 5, 12 и 20% Si и указать структуру и количественное соотношение

структур при 20° С.

№ 114. Подшипниковые сплавы (баббиты), используемые в виде литых вкладышей скольжения в тяжелонагруженных механизмах, должны иметь структуру из твердых частиц, обеспечивающих износостойкость,и более мягкой металлической основы, окружающей эти частицы и создающей хорошую прирабатываемость вкладыша к поверхности вращающегося вала. Для этой цели используют сплавы на основесистемы Sn—Sb определенного состава. Начертить диаграмму Sn—Sb. Указать, какой области диаграммы должны соответствовать сплавы с подобной структурой и какие превращения протекают в них при охлаждении после литья.

Для решения задачи рассмотреть процессы превращений в сплавах с 15%, 50% и 80% сурьмы, определить их фазовый состав и количественное соотношение фаз при 20° С (учесть, что сурьма является более твердым металлом, чем олово).

№ 115. Сплавы системы Pb—Sb, отвечающие определенному составу и структуре (баббиты), используют для литья вкладышей скольжения (работающих при умеренных нагрузках). Структура сплавов должна состоять из пластичной металлической основы, хорошо прирабатывающейся к валу, и твердых включений второй фазы, обеспечивающих износостойкость вкладыша. Начертить диаграмму Pb—Sb. Указать, какой из сплавов: с

1)5%,

2) 12%

3)14—15% Sb более пригоден для этого назначения (влияние меди и олова, дополнительно вводимых в свинцовистые баббиты, можно условно не учитывать).

Для решения задачи рассмотреть процессы превращений в указанных сплавах, указать их структуру и количественное соотношение структурных составляющих при 20° С.