вопросы К ПОДГОТОВКЕ ЗАЩИТЫ ЛАБ ПО ТКМ

0

5

К-309

УДК: 620.22 (076.5)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Утверждено учебным управлением МЭИ Подготовлено на кафедре технологии металлов

Качапин А.А., Муравьева Т.П. Материалы в энергетике. Контрольные вопросы к лабораторному практикуму по мате­риаловедению. Методическое пособие по курсу Материаловедение/Под ред..Зайцевой А.В. - М.: Изд-во МЭИ, 1999. -12 с.

Приводится перечень контрольных вопросов к каждой из 8 лабораторных работ лабораторного практикума по материаловедению. Вопросы предназначены для самостоятельной подготовки к защитам лабораторных работ студентов младших курсов, обучающихся по направлениям: теплоэнергетика, электроэнергетика, энергомашиностроение, технологические машины и оборудование и др.. Могут быть полезны для преподавателей консультационного центра кафедры технологии металлов.

• Учебное издание

Качапин Александр Александрович, Муравьева Татьяна Петровна Материалы в энергетике Контрольные вопросы к лабораторному практикуму по материаловедению Методическое пособие по курсу Материаловедение Редактор Зайцева А.В. Редактор издательства Касьянова Е.Н. ЛР № 020528 от 05.06.97 г.

Подписано к печати 6.12.99 Формат 60x84/16

Физ. печ. л. 0,75 Тираж :>0 _Изд _№ 1₅₈

1999 г.

Издательство МЭИ, 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14

© Московский энергетический институт

Микроструктура углеродистых незакаленных сталей

1. Что понимается в материаловедении под структурой материала?

2. Какую структуру называют микроструктурой в отличии от макро- структуры?

3. Принцип, подготовка объекта исследования, задачи микроанализа.

4. Как работает металлографический микроскоп - в отраженном или проходящем через объект исследования свете? Почему?

5. Какие сплавы называются углеродистыми сталями? Назовите полез­ные и вредные металлургические примеси сталей.

6. Какая часть диаграммы "Ре - Ре₃С соответствует углеродистым ста­лям?

7. Как называются углеродистые стали в зависимости от содержания в них углерода?

8. Дайте определения фазово-структурным составляющим углероди­стых сталей и их краткую характеристику (содержание углерода, твердое 1Ь, прочность, пластичность).

9. Какие твердые растворы называются растворами внедрения в отли­чии от растворов замещения?

10. Какое железо называется а-желгзом в отличии от у-железа?

11. Какова предельная растворимость углерода в Ре_ц и Ре _у ? Как она изменяется при понижении температуры и какие фазовые превращения явля- ются следствием этого изменения?

12. Назовите структурные составляющие углеродистых сталей: самую твердую и статически прочную;

самую мягкую и малопрочную; самую хрупкую.

13. Почему значения характеристик твердости, рочности, пластичности и ударной вязкости перлита являются промежуточными между их значения­ми для феррита и цементита?

14. Какая структурная составляющая более твердая, прочная и менее пластичная - феррит или перлит? Почему?

15. Как изменяется количественное соотношение структурных состав­ляющих в до- и заэвтектоидных сталях при увеличении содержания з них уг­лерода?

16. Как подсчитать процентное содержание углерода в до- и заэвтек х> идных сталях, зная процентное содержание их структурных составляющих/

17. Решите обратную п. 16 задачу: зная процентное содержание углеро­да в доэвтектоидной стали (например С = 0,35%), определите процентное со­отношение ее структурных составляющих.

13. Почему при определении количества углерода в доэвтектоидной стали его содержание во второй структурной составляющей (в феррите) не учитывается, а в случае заэвтектоидной стали содержание углерода в ее вто­рой структурной составляющей (в цементите вторичном) учитывается обяза­тельно?

14. В каком виде (растворенном, свободном или химически связанном) присутствует углерод в до-, за- и эвтектоидной сталях? В какой из них общее количество цементита больше?

15. Как и почему изменяются микроструктура и, соответственно, твер­дость, прочность и пластичность до- и заэвтектоидных сталей при увеличе­нии содержания в них углерода?

16. Объясните принципы маркировки углеродистых сталей обыкновен­ного качества, качественных конструкционных и инструментальных. Что оз­начают в марках сталей буквосочетания КП, ПС, СП?

17. Объясните происхождение металлургического термина "кипящая сталь". Соответствует ли он физическому кипению? Каковы причины газо­выделения в кипящих сталях и его отсутствия в спокойных сталях?

18. Расшифруйте марки углеродистых сталей: СтЗкп, сталь 08пс, сталь 45, У11,У11Г,У11ГА.

19. Каков основной критерий высокого металлургического качества стали?

25. Чем вредны сера и фосфор для углеродистых сталей?

26. Каковы причины красноломкости и хладноломкости стали, вызы­ваемые серой и фосфором соответственно?

27. Сравните по содержанию углерода, марганца, серы и фосфора стали марок У7, У8, У8Г, У9А, У ЮГА.

28. Сравните по твердости, прочности и пластичности отожженные стали марок 10, 45, У10. Дайте объяснение.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Кристаллизация металлов и солей

1. Какое фазовое превращение называется кристаллизацией?

2. Нарисуйте кривую охлаждения для процесса кристаллизации чистого металла. Какова причина образования на ней площадки? Сколько фаз со­держит кристаллизующийся металл выше, ниже и в средней точке площадки?

3. Каковы энергетические предпосылки кристаллизации металла? Как зависит свободная энергия Р от температуры для жидкой и твердой фаз ме­талла?

4. Какая температура называется равновесной температурой кристал­лизации? Может ли при ней завершиться процесс кристаллизации?

5. Какова равновесная температура кристаллизации чистой воды?

6. Что называется степенью переохлаждения Д/?

7. Из каких двух элементарных процессов состоит процесс кристалли­зации?

8. Дайте определение количественным параметрам процесса кристалли­зации - числу центров кристаллизации (ч.ц) и скорости роста кристаллоз (с.р). Какова их размерность?

9. Какие материальные образования в жидкой фазе являются естествен­ными центрами кристаллизации металла?

10. Дайте понятие критического радиуса зародыша г_к-р Как зависит г*? от А/. Что происходит с зародышами, радиус которых больше (меньше) кри­тического?

11. Изобразите графически зависимости ч.ц и с.р от А/. Что называется в материаловедении зернами металла? Нарисуйте схемы зеренной структуры закристаллизовавшегося металла при трех степенях переохлаждения ( в пре­делах восходящих участков графиков).

12. Как зависит &( от скорости охлаждения? Как и почему изменяется величина зерен при увеличении скорости охлаждения?

13. Как связаны механические свойства металла с величиной его зерен?

14. Чем ограничено использование высоких скоростей охлаждения для получения мелкозернистой структуры?

15. Как влияют модификаторы на величину зерна? Каков механизм влияния модификаторов I и II рода?

16. Объясните принцип структурного и размерного соответствия?

17. Какую форму могут иметь кристаллы в процессе роста? Кристаллы какой формы называются дендритами?

18. Как можно получить металлы не в кристаллическом, а в аморфном состоянии? Каковы их свойства? Почему не удается получить аморфный ме­талл большой массы?

19. Почему в изломах слитков сурьмы, отлитых в холодную металлич :-скую и в горячую керамическую формы, размеры зерен не одинаковые? Г_2 они мельче? Почему?

20. Почему процессы кристаллизации в лабораторной работе изучает­ся на растворах солей, а не на металлах?

Лабораторная работа № 3 Микроструктура и свойства чугунов

1. Какие сплавы называются чугунами?

2. Какие еще компоненты (кроме главных - железа и углерода) и в ка­ком количестве содержатся в технических чугунах?

3. К каким сплавам - деформируемым (обрабатываемым давлением) или литейным - относятся чугуны? Почему?

4. На какие 4 типа подразделяются чугуны?

1. В каком состоянии - в свободном (в виде графита) или в химически связанном (в виде цементита) - присутствует углерод в белых чугунах (БЧ), в серых чугунах (СЧ), в высокопрочных чугунах (ВЧ) и в ковких чугунах (КЧ)?

2. Какие из четырех типов чугунов представлены на диаграмме "Ре-Ре₃С?

7. Какая часть диаграммы "Ре-Ре₃С относится к БЧ?

8. Как подразделяются БЧ в зависимости от положения на диаграмме "Ре-Ре₃С (т.е. в зависимости от содержания в них углерода)?

9. Какую микроструктуру(какие структурные составляющие) имеют до -, за - и эвтектический БЧ?

10. Что представляет собой ледебурит БЧ выше и ниже температуры эв- тектоидного превращения 727°С?

И. Подсчитайте по формуле %Ц = %Сх15, сколько цементита содер­жится в ледебурите и какова в связи с этим его твердость?

12. Чем объясняется высокая твердость, износостойкость и хрупкость

БЧ?

13. Какова обрабатываемость резанием БЧ? Почему?

14. Объясните связь между плохой обрабатываемостью резанием и ог­раниченным использованием БЧ в качестве конструкционного материала.

15. Во сколько раз графит мягче цементита?

16. В каком состоянии присутствует углерод в СЧ, ВЧ и КЧ? Какова в связи с этим их твердость, обрабатываемость резанием и широта применения в качестве литейных конструкционных материалов по сравнению с БЧ?

17. Из каких структурных составляющих может состоять металлическая основа СЧ,ВЧ и КЧ?

18. Как называются СЧ, ВЧ и КЧ, если их металлическая основа состо­ит из перлита? Из перлита и феррита? Из феррита?

19. Можно ли при микроанализе СЧ, ВЧ и КЧ отличить их друг от дру­га только по микроструктуре их металлической основы? Почему?

20. Каков отличительный микроструктурный признак СЧ, ВЧ и КЧ?

21. Чем с точки зрения микроструктуры отличаются СЧ, ВЧ и КЧ от углеродистых сталей и между собой? .

22. В каких чугунах — перлитных, перлито-ферритных или феррит-_ных— часть углерода находится в виде цементита?

23. Сколько углерода химически связано в цементит в перлитных СЧ, ВЧ и КЧ?

24. Зависят ли механические свойства — твердость, прочность и пла­стичность чугунов от микроструктуры металлической основы, общего объе­ма и геометрической формы графитных включений?

25. Почему перлитные чугуны более прочные, твердые и износостойкие, чем перлито-ферритные и, тем более, чем ферритные?

26. Охарактеризуйте прочность и пластичность графита?

27. Как влияет наличие и увеличение общего объема графитных вклю­чений на прочность и пластичность чугунов по сравнению с углеродистыми сталями? Почему?

28. Как влияет геометрическая форма графитных включений на степень снижения прочности и пластичности при растяжении чугунов? Почему?

29. Почему СЧ менее прочные и более хрупкие, чем КЧ и, тем более, чем ВЧ? Почему даже ферритные СЧ имеют очень низкое (всего около 0,2%) относительное удлинение?

30. Зависит ли твердость СЧ, ВЧ и КЧ от геометрической формы гра­фитных включений? А от микроструктуры металлической основы?

31. Можно ли, зная только процентное содержание углерода, оценить уровень механических свойств чугунов, как это можно сделать для углероди­стых сталей? Почему?

32. Объясните принцип маркировки СЧ, ВЧ и КЧ. Расшифруйте марки-: СЧ35, ВЧ60, КЧ50-4. Почему в марках СЧ не указывается второе число, как в .марках КЧ?

33. Почему БЧ не имеют конструкторской маркировки, как СЧ,ВЧ и

КЧ?

34. Каковы преимущества и недостатки чугунов с графитными включе- ниями в микроструктуре по сравнению с углеродистыми сталями?

35. Каковы условия получения СЧ, БЧ, ВЧ и КЧ?

36. Объясните происхождение названий чугунов разных типов. Обраба- тываются ли давлением ковкие чугуны?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Построение диаграммы состояния по кривым охлаждения сплавов

1. Дайте определение диаграмм состояния (диаграмм фазового равно­весия) двухкомпонентных сплавов. Какую информацию о сплавах несут диа­граммы?

2. Как называются в материаловедении температуры фазовых превра­щений в металлах и сплавах? Как и почему они обнаруживаются на кривых охлаждения?

3. Расскажите, как строится диаграмма состояния с использованием ме­тода термического анализа.

4. Каков характер взаимодействия компонентов - свинца (РЬ) и олова (5п) в твердом состоянии и, соответственно, к какому типу относится диа­грамма состояния системы "РЬ - 5п"?

5. Какие фазы называются твердыми растворами? Используя представ­ления об атомах и кристаллических решетках, объясните "конструкцию" твердого раствора внедрения и твердого раствора замещения.

6. Покажите на диаграмме "РЬ-5п" линии ликвидус, солидус, эвтектиче­скую линию, линии предельной растворимости 5п в РЬ и Роз 5п.

1. Укажите, какова максимально возможная предельная растворимость 5п в РЬ и РЬ в 5л и при какой температуре она наблюдается.

2. Как изменяется предельная взаимная растворимость компонентов при снижении температуры и какие фазовые превращения являются следст­вием этого изменения?

3. В чем заключается эвтектическое превращение? В каких сплавах и при какой температуре оно происходит? Каков химический состав эвтектики?

10. Покажите на диаграмме расположение до- , за- и эвтектического сплавов.

11. Какие фазовые превращения называются вторичной кристаллиза­цией (фазовой перекристаллизацией)? Покажите на диаграмме сплавы, в ко­торых происходит вторичная кристаллизация. Что означают индексы I и II в обозначениях а- и 0- твердых растворов?

12. Опишите процессы кристаллизации чистых компонентов (РЬ и 5л); до-, за- и эвтектических сплавов и сплавов с конечной микроструктурой а+р// и Р+а//. Нарисуйте их кривые охлаждения, а также схемы микроструктур при разных температурах.

13. Почему площадки на кривых охлаждения до- , за- и эвтектических сплавов располагаются при одной и той же температуре?

14. Каково фазово-структурное состояние доэвтектического сплава выше точки перегиба на его кривой охлаждения; между точкой перегиба и площадкой; в середине площадки; в конце площадки; ниже площадки.

Ответьте на аналогичные вопросы по отношению к чистым компонен­там и другим сплавам системы " РЬ-5п".

15. Примените правило отрезков к любому выбранному Вами сплаву.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 Микроструктура и свойства легированных сталей

1. Какие стали называются легированными?

2. Как классифицируются легированные стали по назначению?

3. Объясните принцип маркировки легированных сталей:

• что означают двузначные или однозначные числа в начале марок?

• что означает отсутствие каких-либо чисел в начале марки?

• что означают буквы и числа, стоящие после букв?

• что означает отсутствие каких-либо чисел после букв, обозначающих легирующие элементы?

• что обозначает буква "А" в начале, в середине и в конце марки?

• каким показателем, в первую очередь, определяется высокое метал­лургическое качество стали?

- почему буква "А" в конце марки может встречаться только в марках конструкционных сталей, но не в марках инструментальных сталей и сталей с особыми свойствами?

- что означают буквы Р, Ш, Е, в начале марок?

4. Дайте классификацию легированных сталей по степени легированно-сти, по числу компонентов, по микроструктуре после нормализации.

5. Какая термическая обработка называется нормализацией?

6. Объясните с помощью диаграмм превращения переохлажденного ау-стенита, почему после одной и той же термической обработки - после норма­лизации в разных легированных сталях образуются либо структуры перлит­ного типа (перлит, сорбит или тростит), либо мартенсит, либо сохраняется не превращенным легированный аустенит.

7. В каком случае легированные стали относятся к ферритному классу?

8. Могут ли стали ферритного класса иметь какую-либо иную микро^г. структуру, кроме легированного феррита?

9. Какой мргкроструктурный признак является классификационным для сталей ледебуритного (карбидного) класса?

10. Расшифруйте марки изучаемых в работе легированных сталей и примените к ним каждую из четырех классификаций.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Определение критических точек углеродистой стали методом пробных закалок

1. Какие температуры называются критическими точками металлов " сплавов?

2. Как обозначаются равновесные критические точки, лежащие на ли­ниях Р5К, С5 и 5Е диаграммы 'Те-Ре₃С?

3. Зависят ли критические точки А„ А₃, А_ст от содержания углерода з стали?

4. Определите по диаграмме "Ре-Рг₃С критические точки А, и А₃ для сталей, содержащих 0,25, 0,45, 0,65% С.

5. Что означают буквенные индексы V" и "с" в обозначениях критиче­ских точек Аг,, Ас,, Аг₃, Ас₃, Аг_сгп> Ас_ст? Какие фазово-структурные превраще­ния происходят в этих точках?

6. Как расположатся на температурной шкале фактические кри­тические точки Аг, и Ас,; Аг₃ и Ас₃ относительно их разновесных точек А, и А₃?

7. В чем суть метода пробных закалок?

8. Какие структурные составляющие будет иметь доэвтектоидная сталь с исходной микроструктурой "перлит+феррит" при температурах нагрева ниже точки Ас,, между точками Ас, и Ас₃ и выше точки Ас₃ и после быстрого охлаждения в холодной зоде от этих температур?

1. Что представляет собой структурная составляющая, называемая мартенситом?

9. Расположите в порядке возрастания твердости структурные состав­ляющие - цементит, феррит, перлит, мартенсит.

10. Как изменяется количественное соотношение феррита и аустенита в доэвтектоидных сталях по мере повышения температуры их нагрева в интер­вале Ас1 -Асз?

11. Как изменяется количественное соотношение феррита и мартенсита в доэвтектоидных сталях после их быстрого охлаждения (неполной закалки) в зависимости от температуры предварительного нагрева в интервале Ас/ -

Ас₃?

13. Объясните ход экспериментальной кривой изменения твердости до-эвтектоидной стали в зависимости от температуры закалки. Почему темпера­тура начала роста твердости на графике соответствует точке Ас/, а темпера­тура достижения максимальной твердости соответствует точке Ас₃?

14. Почему критические точки, определяемые по диаграмме состояния 'Те-Ге₃С и по опытам, не должны совпадать даже в случае сведения к мини­муму экспериментальных ошибок?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Микроструктура цветных металлов и сплавов на их основе

1. Какие металлы и сплавы называются цветными?

2. Каковы характерные свойства, маркировка, микроструктура, области применения меди и алюминия. Расшифруйте марки: М1, А95.

3. Какой металл является основой латуней и бронз?

4. Сплавы каких двух основных компонентов называются латунями?

5. Как зависит микроструктура латуней от содержания цинка.

6. Каковы характерные свойства а- и а+|3 - латуней.

7. Каков принцип маркировки и области применения простых (двухкомпонентных) и легированных латуней? Расшифруйте марки: Л80, ЛС59-1, ЛЦ16К4.

8. Какие сплавы называются бронзами? Каковы их характерные свойства и принцип маркировки ? Расшифруйте марки: БрОЦ4-3, Бр010Ф1, БрАЖ9-4.

9. Как зависят микроструктура и свойстза оловянных бронз от содержания олова?

10. Расскажите о безоловянных бронзах.

11. Каковы химический состав, микроструктура, свойства, маркировка алю­миниевых деформируемых сплавов, неупрочняемых термической обработ­кой. Расшифруйте марки: АМц, АМг2.

12. Расскажите об алюминиевых деформируемых сплавах, упрочняемых тер­мической обработкой — их химическом составе; маркировке; микрострукту­ре и свойствах в отожженом, закаленном и состаренном состояниях; области применения. Расшифруйте марки: Д1, Д6.

13. Как называются и маркируются наиболее распространенные литейные сплавы алюминия с кремнием? С какой целью их модифицируют? Почему модифицированные сплавы обладают более высокой прочностью и пластич­ностью? Расшифруйте марки: АЛ2, АЛ9.

14. Каково назначение подшипниковых сплавов и какие сплавы применяются для этих целей?

15. Какую группу подшипниковых сплавов называют баббитами?

16. Какие требования предъявляются к микроструктуре и свойствам подшип­никовых сплавов? Как они реализуются в баббите марки Б83?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 Основные виды термической обработки углеродистых сталей

1. Какую обработку называют термической обработкой?

2. Назовите основные параметры режимов термической обработки.

3. Перечислите основные виды термической обработки углеродистых сталей.

4. Укажите оптимальный интервал температур нагрева углеродистых сталей для получения структуры мелкозернистого аустенита.

С какой целью назначается выдержка в этом интервале?

В чем состоит опасность значительного превышения этого интервала?

5. Нарисуйте диаграмму превращения переохлажденного аустенита.

6. Укажите интервалы температур и объясните сущность дпфф-опог. го перлитного и бездиффузионного мартенситного превращений переохлаж­денного аустенита.

7. Перечислите структурные составляющие перлитного типа и дайте их характеристику.

8. Какую скорость охлаждения называют критической?

9. Дайте определение и охарактеризуйте механические свойства мар- тенсита.

10. Каковы назначение, условия проведения и образующиеся структуры

• отжига на мелкое зерно;

• нормализации;

• одинарной термической обработки;

• закалки.

11. Почему твердость стали марки 45 возрастает при увеличении скоро­сти охлаждения от температуры нагрева Ас₃ + (30...50) ⁰ С?

12. Почему закаленная сталь неработоспособна.

13. В чем заключается отпуск закаленной стали и какова его цель.

11. Влияет ли скорость охлаждения при отпуске на структуру стали? На какой стадии отпуска — нагрева, выдержки или охлаждения — формируется та или иная окончательная структура отпуска?

11. На какие три разновидности подразделяется отпуск в зависимости от температуры?

12. Какие фазово-структурные превращения претерпевает мартенсит и какие структуры образуются при низком, среднем и высоком отпуске?

13. Какими характерными механическими свойствами обладают струк­туры отпуска: мартенсит отпуска, тростит отпуска и сорбит отпуска?

14. Почему с повышением температуры отпуска твердость и прочность стали уменьшается, а пластичность и ударная вязкость возрастают?

15. Какой отпуск — низкий, средний или высокий — следует применять для изделий

• упруговязких (пружины, рессоры);

• твердых и износостойких (режущие инструменты);

• с максимально высокой вязкостью при повышенной прочности (тяже­ло нагруженные детали)?

УДК

620 К-309

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КАЧАПИН А.А., МУРАВЬЕВА Т.П.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лабораторный практикум по материаловедению /Под ред. В.М.Качалова. - М.: Изд-во МЭИ, 1998.-61 с.

2. Конструкционные материалы в энергетике /Под ред. В.М.Качалова. - М.: Изд. МЭИ, 1992.- 102 с.

3. Строение и свойства конструкционных материалов /Под ред. В.М.Качалоза. - М.: Изд-во МЭИ, 1990.-96 с.

СОДЕРЖАНИЕ

МАТЕРИАЛЫ В ЭНЕРГЕТИКЕ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ

Методическое пособие по курсу Материаловедение

Лабораторная работа .\'° 1. Микроструктура углеродистых

но^^каленных сталей 3

Лабораторная работа № 2. Кристаллизация металлов и солей 4

Лабораторная работа № 3. Микроструктура и свойства чугунов 5

Лабораторная работа Х° 4. Построение диаграммы состояния по кривым