МИНИСТЕРСТВО
СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ГЛАВНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ОБРАЗОВАНИЯ "БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ”
Горки 2006
Кафедра
технологии металлов
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Часть
1
МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ОСНОВ МЕТАЛЛУРГИИ,
ОБЩЕГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ГОРЯЧЕЙ
ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ И ЗАДАНИЯ
ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Для
студентов-заочников инженерного
факультета специальности 1-74 06 01 -
техническое обеспечение процессов
сельскохозяйственного производства
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
2.1.
Введение
Материаловедение
— наука, изучающая строение и свойства
материалов и устанавливающая связь
между составом, строением и свойствами,
а также разрабатывающая пути воздействия
на их свойства с целью получения
необходимых эксплуатационных
характеристик.
Большой
вклад в развитие этой науки внесли наши
отечественные ученые и производственники.
Следует ознакомиться с ее историей,
уяснить конкретный вклад в материаловедение
ученых и производственников в разное
время и пути развития металлургической
и машиностроительной промышленности
в Республике Беларусь. Необходимо иметь
четкое представление о применении
металлов и неметаллических материалов
в сельскохозяйственном и автотракторном
машиностроении.
Литература:
[2, с. 5,6].
Общие
сведения о
металлах.
Прежде
всего нужно уяснить, что такое металл,
какими основными свойствами обладают
металлы и чем эти свойства обусловлены.
Необходимо познакомиться и разобраться
с классификацией металлов; уяснить
атомно-кристаллическое строение
металлов, отличие их строения от строения
неметаллов. Следует изучить основные
типы кристаллических решеток. Здесь
нужно разобраться, почему металлы,
имеющие однотипные кристаллические
решетки, обладают неодинаковыми
свойствами. Характеристики кристаллических
решеток параметры, координационное
число, плотность упаковки. Необходимо
познакомиться с основными типами
связей, встречающимися в твердых телах
и в металлах в частности. Нужно уяснить
отличие строения реальных кристаллов
от идеальных. При этом необходимо
понять, что металлы, используемые в
практике, тела поликристаллические,
состоящие из множества мелких
кристаллов-зерен, в которых имеется
большое количество точечных, линейных
и поверхностных дефектов (вакансий,
дислокаций). Следует уяснить их появление
в кристаллах и влияние на свойства
металлов, обратив особое внимание на
роль дислокаций при пластической
деформации. Необходимо познакомиться
с явлением анизотропии свойств в
кристаллах и возможностями получения
этого явления у поликристаллического
металла. Следует разобраться с явлением
аллотропии металлов и с его использованием
для получения нужных эксплуатационных
свойств металлов.
При
рассмотрении вопросов плавления и
кристаллизации металлов нужно разобраться
в термодинамических основах фазовых
превращений. Следует уяснить, что
стремление к наименьшему запасу
свободной энергии, которое обусловливает
плавление и кристаллизацию металла,
является частным случаем общего закона
природы. Этим же объясняется наличие
при разных температурах в одних и тех
же металлах разных типов кристаллических
решеток.
Необходимо
разобраться в механизме процесса
кристаллизации чистых металлов, влиянии
примесей на этот процесс, особенностях
образования зерен, дендритов, образования
и строения слитка. Следует уяснить,
какими параметрами характеризуются
механические, технологические, физические
и химические свойства металлов, и
разобраться с основными методами их
определения.
Литература:
[1,с. 9-87j
2, с. 5-39;].
2.2. Строение и свойства металлов и сплавов
Вопросы
для самопроверки
В
чем заключается отличие строения
металлов от неметаллов?
Чем
отличается строение реального кристалла
металла от идеального?
Какими
основными механическими, технологическими,
физическими и химическими свойствами
обладают металлы?
Способы
получения металлов. При
изучении производства черных и цветных
металлов необходимо, прежде всего,
ознакомиться с достижениями в этой
области в Республике Беларусь и за
рубежом, решениями руководства страны
о путях развития черной и цветной
металлургии и значении металлургии в
жизни общества и для развития
агропромышленного комплекса.
При
рассмотрении вопросов получения чугуна
следует обратить внимание на исходные
материалы доменного процесса, процессы
восстановления железа в доменной печи,
формирование чугуна. Необходимо
рассмотреть продукты доменного
производства - передельный и литейный
чугуны, ферросплавы, шлак, доменный газ
и их применение в народном хозяйстве.
Следует обратить внимание на основные
технико-экономические показатели
доменного процесса.
Изучая
основы производства стали, необходимо
уяснить отличие ее химического состава
от чугуна и, в связи с этим, основные
физико-химические процессы, происходящие
в сталеплавильных устройствах и
агрегатах. Следует разобраться в
устройстве и работе кислородного
конвертора, мартеновской и электрической
печей; обратить внимание на разновидности
процессов получения стали в зависимости
от футеровки печей и состава шихты.
Необходимо
рассмотреть и уяснить вопросы, связанные
с раскислением стали, получением при
этом спокойной, полуспокойной и кипящей
стали, различие свойств стали, строения
слитков и их применения.
Следует
познакомиться с различными способами
разливки стали после ее выплавки
(сверху, сифонный, непрерывный) и методами
повышения чистоты сталей: обработка
синтетическим шлаком, вакуумирование,
электрошлаковый переплав. На примере
Старооскольского электрометаллургического
комбината нужно разобрать способ
прямого восстановления железа из руд,
минуя доменное производство чугуна, и
перспективы его развития.
Следует
разобраться в сущности процессов
производства меди, алюминия, титана.
Литература:
[5, с. 20-51].
Вопросы
для самопроверки
В
чем заключается сущность технологии
получения чугуна в доменных печах?
В
чем заключается сущность технологии
получения стали в кислородном конверторе,
мартеновской и электрической печах?
Для
каких целей проводится раскисление
стали, сущность процесса, разновидности?
Пластическая
деформация и рекристаллизация. Сначала
необходимо уяснить самопонятие
деформации, за счет чего она возникает,
ее разновидности (упругая и пластическая),
ее физическую природу. Следует рассмотреть
роль дислокаций в пластической
деформации; разновидности пластической
деформации (холодная и горячая) в
зависимости от температуры рекристаллизации.
Нужно разобраться, какими явлениями
сопровождаются эти разновидности
пластической деформации, как при этом
изменяются свойства металлов. Следует
уяснить явления наклепа, возврата,
рекристаллизации, изменения скорости
рекристаллизации с изменением
температуры. При этом важно понять, за
счет чего происходит упрочнение при
холодной пластической деформации, как
можно изменять степень упрочнения
практически, каким образом снять
полученное упрочнение.
Литература:
11, с 54—87, 2, с. 77—114].
Вопросы
для самопроверки
В
чем заключается сущность пластической
деформации?
Чем
отличается холодная пластическая
деформация от горячей?
Что
такое наклеп, возврат, рекристаллизация?
Каково их влияние на свойства металла?
Теория
сплавов. Сначала
необходимо ознакомиться с понятиями:
сплав, компонент, система, фаза, структура.
Следует изучить способы получения
сплавов. Важно понять, что в зависимости
от взаимодействия элементов, входящих
в состав сплава при его кристаллизации,
образуются структуры, представляющие
собой или механические смеси кристаллов
этих металлов, или кристаллы твердых
растворов и химических соединений.
Следует уяснить особенности фазовых
превращений в сплавах в твердом
состоянии. Необходимо иметь представление
о современных методах исследования
металлических сплавов, построения
диаграмм состояния сплавов и их основных
типах: а) при отсутствии взаимной
растворимости компонентов в твердом
состоянии; б) при неограниченной и
ограниченной растворимости в твердом
состоянии; в) при образовании устойчивых
химических соединений. Следует научиться
проводить анализ диаграмм состояния
сплавов с применением правила фаз и
правил отрезков, строить кривые
охлаждения двухкомпонентных сплавов.
Необходимо ознакомиться с установленной
взаимосвязью между диаграммами состояния
и свойствами сплавов (закон Н.С.
Курнакова).
Литература:
[lf
с.88-100; 2, с. 48-76].
Вопросы
для самопроверки
Что
такое система, компонент, фаза, структура,
сплав?
В
чем заключается термический метод
построения диаграмм состояния сплавов?