материаловедение

11

(поверхневе зміцнення і зміна фізико-хімічних властивостей). Розгляньте технологію проведення окремих видів хіміко-

термічної обробки. З’ясуйте переваги і області використання цементації, азотування, ціанування і різних видів дифузійної металізації. Поясніть вплив легування на механізм формування структури поверхневого шару. Сутність і призначення дробострумінного поверхневого наклепу і його вплив на експлуатаційні властивості деталей машин.

Питання для самоперевірки

1.У чому полягають фізичні основи хіміко-термічної обробки?

2.Процеси, які проходять при азотуванні. 3. Процеси, які проходять при цементації. 4. Призначення цементації і режим термічної обробки після цементації. 5. Чим відрізняються режими цементації легованої і вуглецевої сталі? 6. Які властивості цементованих і азотованих виробів? 7. Процеси, які проходять при ціануванні. 8. У чому розходження між дифузійним і гальванічним хромуванням? 9. З якою метою проводиться нітроцементація? 10. Сутність і призначення процесу борирування. 11. Як змінюються властивості виробів при дробострумінній обробці і яка природа цих змін? 12. Як впливає поверхневе зміцнення на експлуатаційні характеристики виробів?

Конструкційні сталі

Конструкційні сталі загального призначення. Сталі, що цементують, поліпшуванні та ресорно-пружинні сталі.

Високоміцні мартенситностаріючі сталі. Корозійностійкі і жаростійкі сталі і сплави. Жароміцні сталі і сплави.

Потрібно засвоїти принципи маркування сталей і вміти за маркою визначити склад, структуру і особливості даної сталі, а також мати загальну уяву про різні групи сталей.

Розберіться у впливі легуючих елементів на зміну структури і властивостей сталі, особливу увагу приділіть технологічним особливостям термічної обробки легованих сталей різних груп.

Способи класифікації за структурою в нормалізованому, в рівноважному стані і за призначенням. Основні принципи вибору сталей для різного призначення.

При вивченні жароміцних сталей зверніть увагу на особливості структурних змін у металі в умовах навантаження при підвищених те-

12

мпературах. Сутність явища повзучості і основні характеристики жароміцності; які граничні робочі температури та галузі застосування сталей різних структурних класів.

Питання для самоперевірки

1. Вкажіть хімічний склад сталей марок: 40, 20Х, 30ХГСА, 50Г,

Г13, ШХ15, 18Х2Н4ВА, 5ХНМ, 08Х18Н9Т, 08Х25Т. 2. Як класифіку-

ються конструкційні сталі за технологією термічної обробки? 3. Вимоги до виробів, що підлягають цементації? 4. Чим визначається вибір марки цементовної сталі для виробів різного призначення? Наведіть приклади марок сталей, що використовуються для деталей в різних умовах роботи. 5. Термічна обробка цементованих деталей. 6. Чому використовується поліпшення для конструкційної сталі? 7. Як впливає ступінь легування на механічні властивості поліпшуваних сталей? 8. Чим визначається вибір марки поліпшуваної сталі для виробів різного призначення? Наведіть приклади марок сталей, що використовуються в різних умовах роботи. 9. Вимоги до ресорно-пружинних сталей. 10.Наведіть приклади марок сталей для ресор і пружин, що працюють у різних умовах. 11. Термічна обробка ресорно-пружинних сталей. 12.Які ви знаєте зносостійкі сталі? 13. Особливості мартенситностаріючих сталей. 14. Наведіть приклади марок високоміцних сталей, вкажіть режим обробки. 15. Які вимоги висуваються до нержавіючих сталей? 16. У чому сутність електрохімічної корозії (основи теорії)? 17.Вкажіть марки хромистих нержавіючих сталей, їх хімічний склад, термічну обробку, властивості і призначення. 18. Вкажіть марки хромонікельових нержавіючих сталей, їх властивості, склад, термічну обробку, призначення. 19. Що таке окалиностійкість? 20. Які вимоги висуваються до жаростійких сталей? 21. Якими засобами можна підвищити окалиностійкість? 22. Які вимоги висуваються до жароміцних сталей? 23. У чому сутність явища повзучості? 24. Наведіть визначення границі повзучості і границі тривалої міцності. Що таке швидкість повзучості? 25. Якими засобами можна підвищити жароміцність сталей? Поясніть природу зміцнення. 26. Наведіть приклади жароміцних сталей перлитного, мартенситного і аустенітного класів. Вкажіть їх хімічний склад, обробку, властивості і галузі застосування. 27. Які особливості і області застосування металокерамічних сплавів?

13

Інструментальні сталі

Класифікація і маркування інструментальних сталей. Сталі теплостійкі і нетеплостійкі. Сталі для різального, вимірювального і штампового інструменту. Тверді сплави.

Вивчіть класифікацію інструментальних сталей в залежності від призначення інструменту і розгляньте основні експлуатаційні властивості інструменту кожної групи. Особливу увагу приділіть швидкорізальним сталям. Причини їх високої червоностійкості і особливості термічної обробки.

При вивченні штампових сталей необхідно розрізняти умови роботи штампів для деформування заготовок в холодному стані і штампів для деформування заготовок в гарячому стані.

Студент зобов’язаний уміти вибрати марку сталі для інструменту різного призначення, розшифрувати її склад, призначити режим термічної обробки, пояснити сутність перетворень, що відбуваються при термічній обробці, і вказати структуру, що утворюється, та властивості.

Питання для самоперевірки

1. Вкажіть хімічний склад сталей марок: У10, 9ХС, ХВГ, Р18, Р18Ф2, Р9К10, Р9М4К8, Х12, 6ХВ2С, Х12М. 2. Як класифікуються інструментальні сталі? 3. Вимоги до сталей для різального інструменту. 4. Наведіть приклади вуглецевих і легованих сталей, що використовують для різального інструменту. Вкажіть їх хімічний склад, режим термічної обробки, структуру і властивості. 5. Вкажіть і розшифруйте основні марки швидкорізальних сталей. 6. У чому сутність явища червоностійкості і яким чином можна підвищити червоностійкість інструменту? 7. Яка термічна обробка швидкорізальної сталі? 8. На які групи поділяють штампові сталі? Вимоги до штампових сталей для деформування металу в холодному стані і до сталей для деформування металу в гарячому стані. 9. Які сталі застосовуються для штампів холодного деформування? Вкажіть їх склад, термічну обробку, структуру і властивості. 10. Які сталі застосовуються для прес-форм литва під тиском? 11. Вимоги до сталей для вимірювального інструменту. Вкажіть марки сталей, їх склад, термічну обробку, структуру і властивості. 12. Що таке тверді сплави? Які їх властивості і переваги? 13. Вкажіть марки твердих сплавів, їх склад і призначення.

14

Алюміній, титан і їх сплави

Деформовні і ливарні сплави на основі алюмінію та титану.

Зверніть увагу на основні переваги алюмінійових і титанових сплавів, пов’язані з їх високою питомою міцністю. Розгляньте класифікацію алюмінійових сплавів і обгрунтуйте технологічний спосіб виготовлення виробів із сплавів кожної групи. Розберіться в основах теорії термічної обробки (старіння) легких сплавів. Обґрунтуйте вибір способу зміцнення деформовних і ливарних сплавів. Зверніть увагу на використання титанових сплавів як конструкційних, що працюють при звичайних температурах, так і жароміцних. Переваги, граничні температури і галузі використання сплавів на основі титану.

Питання для самоперевірки

1. Властивості і застосування алюмінію. 2. Як класифікуються алюмінійові сплави? 3. Які сплави зміцнюються термічною обробкою? Вкажіть їх марки, склад, режим термічної обробки, властивості. 4. У чому сутність процесу старіння? 5. Які сплави зміцнюються нагартовкою? 6. Які ви знаєте ливарні алюмінійові сплави? Наведіть їх марки, склад, обробку, властивості. 7. Як і для чого проводиться модифікування силуміна? 8. Які ви знаєте жароміцні алюмінійові сплави? Вкажіть робочі температури експлуатації. 9. Які властивості титану? 10.Як класифікуються титанові сплави? 11. Вкажіть марки, склад, обробку, властивості і призначення різних сплавів на основі титану.

Мідь і її сплави

Латуні і бронзи. Вивчіть класифікацію мідних сплавів. Маркування, склад, структура, властивості і галузі застосування різних груп мідних сплавів.

Питання для самоперевірки

1. Як впливають домішки на властивості чистої міді? 2. Як класифікуються мідні сплави? 3. Які сплави належать до латуней? 4. Наведіть декілька прикладів латуней, вкажіть їх склад, структуру, властивості та призначення. 5. Які сплави належать до бронз? Маркування і склад. 6. Вкажіть структуру, властивості і призначення різних бронз. 7. Яка термічна обробка застосовується для берилійових бронз.

15

ЧАСТИНА II. НЕМЕТАЛЕВІ МАТЕРІАЛИ

Загальні відомості про неметалеві матеріали і перспективи їх використання

Пластичні маси

Класифікація полімерних матеріалів. Властивості і галузі застосування пластмас.

В основі неметалевих матеріалів лежать полімери. Зверніть увагу на особливості будови полімерів, що визначають їх механічні і фі- зико-хімічні властивості. Розгляньте класифікацію полімерів з урахуванням особливостей їх складу і будови.

Пластичні маси - синтетичні матеріали, що одержують на основі органічних полімерних зв’язуючих речовин, що є обов’язковими компонентами пластмас. Вивчіть різноманітні групи пластичних мас, їх властивості і галузі застосування.

Питання для самоперевірки

1. Що лежить в основі класифікації полімерів? 2. Які матеріали належать до термопластичних і термореактивних полімерів? 3. Які ви знаєте наповнювачі пластмас? 4. Для чого вводять у пластмаси наповнювачі? 5. Наведіть приклади пластиків із твердими наповнювачами. 6. Вкажіть область застосування термопластів і реактопластів. 7. У чому переваги пластмас у порівнянні з металевими матеріалами? Які недоліки?

Гумові матеріали

Як технічний матеріал гума відрізняється від інших матеріалів високими еластичними властивостями, що пов’язано з властивостями самої основи гуми - каучуку. Способи отримання гуми, вплив різних домішок на її властивості. Докладно розгляньте вплив порошкових і органічних наповнювачів на властивості гуми, розгляньте фізикомеханічні властивості і галузі застосування гум різних марок.

16

Питання для самоперевірки

1. Що уявляє собою гума? 2. Поясніть роль порошкових наповнювачів. 3. В яких випадках застосовуються волокнисті наповнювачі?

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

Завдання для виконання контрольної роботи видають індивідуально кожному студенту. Завдання включає питання і задачі із основних розділів курсу. Варіант контрольної роботи вибирається за двома останніми цифрами номера залікової книжки студента.

При виконанні контрольних робіт студенти вивчають методику вибору і призначення сталей і сплавів для виготовлення конкретних деталей машин і різноманітного виду інструментів, а також знайомляться з особливостями будови, технологією одержання і галуззю застосування найбільш поширених неметалевих матеріалів. Одночасно студент повинен навчитися користуватися рекомендованими довідниковими матеріалами, щоб надалі вміти правильно вибрати матеріал для виробів при курсовому і дипломному проектуванні, в професійній діяльності.

Перелік Держстандартів, необхідних для виконання контрольних робіт, приведено у додатку А. Діаграма стану залізо-цементит і діаграма ізотермічного перетворення аустеніту евтектоїдної сталі У8 приведено в додатку Б (див. рис. 1 і 3). При вирішенні задач слід скористатися даними таблиць 1-6 (додаток В) та рис. 1-10 (додаток Б).

17

ЗАВДАННЯ ДО КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

Варіант 1

1.Що таке ліквація? Види ліквації, причини її виникнення і способи усунення.

2.Деформовні алюмінійові сплави, зміцнювані термічною обробкою. Сутність термічної обробки старіючих сплавів.

3.Накреслити діаграму стану залізо-цементит, вказати структурні складові у всіх областях діаграми, описати фазові перетворення і побудувати криву охолодження (із застосуванням правила фаз) для сплаву, що містить 3,6% С. Яка структура цього сплаву при кімнатній температурі і як такий сплав називається?

4.Накреслити діаграму ізотермічного перетворення аустеніту для сталі У8, нанести на неї криву режиму ізотермічної обробки, що забезпечує одержання твердості 45...50HRC. Вкажіть, як цей режим називається, опишіть сутність перетворень і яку структуру одержано в даному випадку.

5.Потрібно виготовити вал діаметром 50 мм, що працює з великим навантаженням. Виберіть найбільш раціональну марку сталі, розшифруйте її хімічний склад, призначте режим термічної обробки, що забезпечує найкраще поєднання міцності, пластичності і в’язкості за перерізом вала. Охарактеризуйте і схематично нарисуйте мікроструктуру, наведіть характеристики механічних властивостей після термічної обробки.

Варіант 2

1.Як і чому швидкість охолодження при кристалізації впливає на будову зливка?

2.З листа свинцю шляхом деформування при кімнатній температурі була отримана тонка фольга. Твердість і міцність цієї фольги виявилися такими ж, як у вихідного листа. Поясніть, які процеси відбувалися при пластичній деформації свинцю і якими змінами структури і властивостей вони супроводжувалися. Чому не спостерігається наклеп ?

3.Накреслити діаграму стану залізо-цементит, вказати структурні складові у всіх областях діаграми, описати фазові перетворення і побудувати криву нагрівання (із застосуванням правила фаз) для

18

сплаву, що містить 0,8% С. Яка структура цього сплаву при кімнатній температурі і як такий сплав називається?

4.З якою метою застосовується дифузійне відпалювання? Як вибирається режим такого відпалювання? Наведіть приклади.

5.Виберіть найбільш раціональну марку сталі для виготовлення автомобільних ресор середньої міцності. Розшифруйте хімічний склад обраної сталі, призначте й обгрунтуйте режим термічної обробки, що забезпечує найкращі експлуатаційні властивості ресор. Охарактеризуйте і схематично нарисуйте мікроструктуру, наведіть характеристики механічних властивостей після термічної обробки.

Варіант 3

1.Опишіть види твердих розчинів. Наведіть приклади.

2.Латуні. Структура, властивості, маркування, галузі використання.

3.Накреслити діаграму стану залізо-цементит, вказати структурні складові у всіх областях діаграми, описати фазові перетворення і побудувати криву охолодження (із застосуванням правила фаз) для сплаву, що містить 2,2% С. Яка структура цього сплаву при кімнатній температурі і як такий сплав називається?

4.За допомогою діаграми стану залізо-цементит обгрунтуйте вибір режиму термічної обробки, застосованої для усунення цементитної сітки в заевтектоідній сталі. Дайте визначення обраного режиму обробки і опишіть перетворення, що відбуваються при нагріванні і охолодженні.

5.Потрібно виготовити свердла діаметром 10, 20 і 40 мм. Виберіть найбільш раціональну марку сталі для кожного розміру інструмента. Розшифруйте хімічний склад цих сталей, призначте і обгрунтуйте режим термічної обробки, що забезпечує високі різальні властивості інструменту. Охарактеризуйте і схематично нарисуйте мікроструктуру, опишіть основні властивості після термічної обробки. Зазначте максимальні допустимі температури розігрівання різальної кромки інструменту, виготовленого з обраних вами сталей.

Варіант 4

1.Опишіть фізичну сутність і механізм процесу кристалізації.

2.Для чого проводиться рекристалізаційне відпалювання? Як призначається режим цього виду обробки? Наведіть приклад для технічно чистого алюмінію.

19

3.Накреслити діаграму стану залізо-цементит, вказати структурні складові у всіх областях діаграми, описати фазові перетворення і побудувати криву нагрівання (із застосуванням правила фаз) для сплаву, що містить 0,4% С. Яка структура цього сплаву при кімнатній температурі і як такий сплав називається?

4.Використовуючи діаграму ізотермічного перетворення аустеніту, поясніть, чому не можна одержати в сталі суто мартенситну структуру при охолодженні її зі швидкістю менше критичної?

5.Запропоновано три марки сталі: 40, 40Х, 40ХНМА. Розшифруйте їх хімічний склад. Виберіть найбільш раціональну сталь для виготовлення середньонавантаженого шатуна перерізом до 20 мм. Призначте і обгрунтуйте режим термічної обробки, що забезпечує необхідний комплекс міцності і пластичності за перерізом деталі. Охарактеризуйте і схематично нарисуйте мікроструктуру, наведіть характеристики механічних властивостей після термічної обробки.

Варіант 5

1.Що таке обмежені і необмежені тверді розчини? Які необхідні умови утворення необмежених твердих розчинів? Тверді розчини заміщення і втілення.

2.Опишіть сутність явища наклепу і приклади його практичного використання для зміни властивостей матеріалів виробів.

3.Накреслити діаграму стану залізо-цементит, вказати структурні складові у всіх областях діаграми, описати фазові перетворення і побудувати криву охолодження (із застосуванням правила фаз) для сплаву, що містить 1,1% С. Яка структура цього сплаву при кімнатній температурі і як такий сплав називається?

4.При неперервному охолодженні сталі У8 отримані структура троостит+мартенсит. Нанесіть на діаграму ізотермічного перетворення аустеніту криву охолодження, що забезпечує одержання даної структури. Вкажіть інтервали температур перетворень і опишіть характер перетворення в кожному із них. Оптимальна швидкість охолодження при гартуванні.

5.Виберіть найбільш раціональну марку сталі для виготовлення шестерен, що працюють в умовах зносу при підвищених питомих навантаженнях. Розшифруйте хімічний склад обраної сталі, призначте й обгрунтуйте режим хіміко-термічної і термічної обробки, що забезпечує необхідне для даного виробу поєднання високої твердості поверхневого шару і в’язкої серцевини. Опишіть мікрострук-

20

туру і наведіть характеристики механічних властивостей поверхні і серцевини шестерні. Зазначте, якого найбільшого розміру шестерні можна виготовити з обраної вами сталі.

Варіант 6

1.Накресліть діаграму стану для випадку обмеженої розчинності компонентів у твердому стані із наявністю евтектики і перитектики. Вкажіть структурні складові у всіх областях цієї діаграми і опишіть будову типових сплавів різноманітного складу, що зустрічаються в цій системі.

2.Волочіння мідного дроту проводять у декілька переходів. У деяких випадках дріт на останніх переходах розривається. Поясніть причину виникнення браку і вкажіть спосіб його попередження.

3.Накреслити діаграму стану залізо-цементит, вказати структурні складові у всіх областях діаграми, описати фазові перетворення і побудувати криву нагрівання (із застосуванням правила фаз) для сплаву, що містить 0,5% С. Яка структура цього сплаву при кімнатній температурі і як такий сплав називається?

4.Використовуючи діаграму стану залізо-цементит, призначити температури нормалізації, відпалювання і гартування для сталі У12. Охарактеризуйте ці режими термічної обробки, опишіть структуру і властивості сталі після кожного виду обробки.

5.Пропонуються три марки сталі: У10, Р9, Р9М4К8. Розшифруйте їх хімічний склад. Виберіть із них сталь для виготовлення фрез, призначених для обробки сплавів підвищеної міцності. Поясніть причину вибору саме даної марки сталі. Призначте і обгрунтуйте режим термічної обробки, що забезпечує високі різальні властивості інструменту. Охарактеризуйте і схематично нарисуйте мікроструктуру, опишіть основні властивості після термічної обробки.

Варіант 7

1.Поліморфізм металів. Як змінюються властивості при поліморфному перетворенні? Опишіть явище поліморфізму на прикладі заліза. Яке практичне значення воно має?

2.Вплив нагрівання на структуру і властивості холоднодеформованого металу. Вкажіть процеси, що відбуваються при цьому.

3.Накреслити діаграму стану залізо-цементит, вказати структурні