Рабочая программа дисциплины

В соответствии с Государственным образовательным стандартом указанных специальностей на изучение дисциплины отводится 110 ч. Общий объем аудиторных занятий - 22,4 ч. Основной формой обучения является самостоятельная работа.

В 4-м семестре установочные лекции - 4 ч, выдача заданий на контрольную работу.

В 5-м семестре обзорные лекции - 8 ч, лабораторные работы - 8 ч, консультации - 2 ч, экзамен.

В качестве базового учебника рекомендуется [1] (см. список рекомендуемой литературы). В этом же учебнике приведены вопросы для самопроверки.

Часть I. Материаловедение

Строение металлов и кристаллизация

Типы кристаллических решеток металлов и их основные характеристики. Элементы кристаллографии. Понятие о плоскости скольжения. Полиморфизм. Анизотропия кристаллов. Теоретическая и практическая прочность. Дефекты кристаллического строения, их влияние на свойства. Микроструктура. Строение границ зерен и субзерен. Диффузия и самодиффузия.

Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Кинетика и параметры кристаллизации. Величина зерен. Модифицирование.

Литература: [1, с. 11 - 36].

Методические указания

Обратите внимание на металлический тип связи. Установите причину большого различия между теоретической и практической (реальной) прочностью металлов. Изучите виды несовершенств кристаллического строения реальных металлов, особенно дислокаций и причины свободного перемещения дислокаций в кристаллической решетке. Установите как они влияют на механические свойства металлов.

При изучении процесса кристаллизации необходимо уяснить зависимость параметров кристаллизации от степени переохлаждения кристаллизующегося расплава и их влияние на формирование структуры литого металла, возможность искусственного воздействия на формирующуюся структуру кристаллизующегося металла методами модифицирования. Обратите внимание на образование дендритной структуры.

Теория сплавов

Определение терминов: сплав, компонент, фаза, твердые растворы, химические соединения, эвтектические и эвтектоидные смеси кристаллов.

Диаграммы состояния двойных сплавов: из компонентов с полной нерастворимостью в твердом состоянии, с полной растворимостью, с ограниченной растворимостью; из компонентов, образующих устойчивые химические соединения и из компонентов, претерпевающих полиморфные превращения. Правила «концентрации» и «отрезков».

Ликвация. Виды ликвации и методы ее устранения. Связь между химическим составом, структурой и свойствами (правила Курнакова).

Литература: [1, с. 37 - 65].

Методические указания

По виду диаграммы состояния научитесь определять характер взаимодействия компонентов в сплавах в твердом состоянии, агрегатные состояния любых сплавов и превращения, протекающие в них, в зависимости от химического состава и температуры (т.е. во всех областях диаграммы). При изучении диаграмм практикуйтесь в построении кривых охлаждения и нагревания с указанием на кривых в точках перехода, а также между этими точками (температурами) структурных составляющих и протекающих превращений. Научитесь применять правила «концентрации» и «отрезков». Выясните, в чем состоит отличие эвтектического и эвтектоидного превращений, в чем заключается разница между эвтектикой и эвтектоидом.

Пластическая деформация, возврат и рекристаллизация

Пластическая деформация. Степень деформации. Механизм пластической деформации. Пластическая деформация в монокристаллах (зернах) и поликристаллического тела. Источники Франка-Рида. Влияние холодной пластической деформации на микроструктуру и свойства металлов и сплавов. Наклеп. Текстура деформации. Причины деформационного упрочнения. Практическое применение наклепа.

Атмосферы на дислокациях и их влияние на прочность.

Возврат I и II рода. Первичная, собирательная и вторичная рекристаллизации. Влияние температуры тепловой обработки (отжига) на микроструктуру и механические свойства наклепанного металла и сплава. Назначение рекристаллизационного отжига. Факторы, влияющие на температуру рекристаллизации и величину зерна после рекристаллизации. Критическая степень деформации.

Холодная и горячая пластическая деформации. Процессы, протекающие при этих видах деформации. Различие в микроструктуре и свойствах.

Литература: [1, с. 68 - 86; 249 - 252; 110 - 117].

Методические указания

Особое внимание уделите дислокационному механизму пластической деформации скольжением в монокристаллах и в поликристаллическом металле. Как в поликристаллическом металле распространяется деформация от зерна к зерну? Установите причины свободного перемещения дислокаций в кристаллической решетке, в плоскостях легчайшего скольжения. Почему сверхчистые металлы имеют меньшую прочность, чем технически чистые? Подробно изучите причины деформационного упрочнения металлов, влияние дислокационных атмосфер (атмосферы Котрелла) и дислокационных конфигураций, влияние включений фаз другой природы и других препятствий на процессы повышения механических свойств металлов и сплавов.

Железоуглеродистые сплавы

Компоненты и их свойства. Диаграмма состояния железо-цементит. Подразделение сплавов на стали и чугуны. Подразделение сталей и чугунов по микроструктуре.

Сталь. Влияние углерода на микроструктуру и механические свойства медленно охлажденных сталей. Влияние серы и фосфора. Характеристика и маркировка углеродистых сталей.

Чугун. Производство белых, обычных серых, серых модифицированных, ковких и высокопрочных чугунов. Их микроструктура и формы графита. Маркировка чугунов. Влияние углерода, кремния и скорости охлаждения на структуру чугунов. Влияние структурных составляющих на механические свойства серых чугунов.

Литература: [1, с. 118 - 134; 256 - 259; 281 - 283; 144 - 145].

Методические указания

Студент должен уметь начертить диаграмму состояния железо - цементит, уяснить, что железоуглеродистые сплавы принципиально различны по микроструктуре и свойствам. Другие рекомендации к изучению диаграммы железо - цементит смотрите в методических указаниях к теории сплавов.

Как классифицируют стали и белые чугуны по микроструктуре?

При изучении чугунов сравните механические свойства серого, ковкого и высокопрочного чугунов.

Теория и технология термической обработки стали

Виды термической обработки. Рост зерна аустенита при нагреве, перегрев и пережог.

Изотермические превращения переохлажденного аустенита (изотермическая диаграмма). Продукты распада переохлажденного аустенита (перлит, сорбит, тростит, бейнит, мартенсит), их строение и свойства. Влияние углерода на твердость мартенсита и на температуру начала и конца мартенситного превращения. Критическая скорость охлаждения (закалки) и факторы, влияющие на нее.

Превращения переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении с различными скоростями (термокинетическая диаграмма).

Отжиг I рода. Отжиг II рода (отжиг с фазовой перекристаллизацией). Полный и неполный отжиг. Изотермический отжиг.

Сфероидизирующие отжиги (отжиги на зернистый цементит). Нормализация стали.

Закалка стали: полная и неполная. Закалочные среды и требования, предъявляемые к ним. Способы закалки: закалка при непрерывном охлаждении, прерывистая, ступенчатая, изотермическая. Закаливаемость, прокаливаемость сталей и факторы, влияющие на них. Методы определения.

Отпуск закаленных сталей. Превращения при отпуске. Виды и назначение отпусков.

Влияние закалки и отпуска на механические свойства сталей. Термическое улучшение стали.

Термомеханическая обработка сталей.

Литература: [1, с. 156 - 249].

Методические указания

Какое значение имеет склонность аустенитных зерен к росту на практике? Уясните, в чем заключается различие между перегревом и пережогом.

При изучении превращений переохлажденного аустенита в изотермических условиях и в условиях непрерывного охлаждения обратите внимание на кинематику его превращения в зависимости от температуры переохлаждения, а также на микроструктурное различие (строение) и механические свойства продуктов превращения аустенита.

Уясните физическую сущность процессов, происходящих при той или иной разновидности отжига и закалки обратите . внимание на режимы термических обработок (время и температуру нагрева, длительность выдержки при этой температуре, условия охлаждения) и факторы, влияющие на них; на причины возникновения термических напряжений, деформацию деталей и приемы, способствующие снижению их уровня.

Детально изучите процессы, протекающие в закаленных сталях при нагреве на различные температуры (начиная от комнатной) для отпуска.

Уясните сущность и особенности термомеханических обработок.

Во всех случаях анализируйте влияние изучаемых процессов на строение и механические свойства.

Поверхностные методы упрочнения

Упрочнение наклепом. Методы упрочнения.

Закалка при индукционном нагреве (закалка ТВЧ) и ее разновидности. Стали, применяемые для поверхностной закалки. Особенности строения микроструктуры, уровень свойств.

Химико-термическая обработка (ХТО) сталей (цементация, азотирование и совмещение обработки). Термическая обработка цементуемых и азотируемых деталей. Свойства деталей после ХТО. Назначение и область применения ХТО.

Литература: [1, с. 228 - 252].

Методические указания

В каких случаях применяют поверхностное упрочнение деталей?

Рассмотрите сущность и назначение поверхностного наклепа, его влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и станков. Какие методы применяются в промышленности для поверхностного наклепа деталей?

Обратите внимание на то, что при закалке с индукционного нагрева уровень механических свойств выше, чем при закалке с печного нагрева. Уясните причину этого.

При изучении основ химико-термических обработок (ХТО) уясните сущность процессов, технологию проведения каждого вида ХТО, применяемых режимов и типа сталей. Какими свойствами должны обладать поверхностный слой и сердцевина деталей в зависимости от условий эксплуатации для объяснения нормальной (надежной) работы? В каких случаях применяют поверхностное упрочнение наклепом, закалкой ТВЧ, цементацией, азотированием.

Легированные стали и сплавы

Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние легирующих элементов на перлитное и мартенситное превращение в сталях и на уровень их прокаливаемости. Дефекты легированных сталей. Классификация сталей, охлажденных на воздухе, по микроструктуре и назначению.

Литература: [1, с. 259 - 310].

Методические указания

усвойте принципы маркировки сталей, классификацию по углероду, содержанию вредных примесей и легирующих элементов. Научитесь по марке определять химический состав и особенности данной марки стали. изучите влияние легирующих элементов на перлитное и мартенситное превращение в сталях и на уровень их прокаливаемости.

Инструментальные углеродистые и легированные стали

и сплавы

Классификация и маркировка сталей. Требования, предъявляемые к инструментальным материалам. Инструментальные стали пониженной и повышенной (сложнолегированные) прокаливаемости. Быстрорежущие стали. Твердые сплавы.

Материалы, применяемые для режущего, штампового и измерительного инструмента. Стали и сплавы для инструментов холодного и горячего деформирования. Стали повышенной разгаростойкости. Получение инструмента методом порошковой металлургии.

Литература: [1, с. 349 - 366].

Методические указания

Изучите требования, предъявляемые к инструментальным материалам, их основные эксплуатационные свойства. уделите внимание быстрорежущим сталям и твердым сплавам. Уясните причины их высокой теплостойкости (красностойкости) и особенности термической обработки быстрорежущих сталей. Каким образом можно повысить теплостойкость инструментов?

Изучите особенности требований к материалам, применяемым при изготовлении инструментов, предназначенных для деформирования (обработки) металлов в холодном и горячем состоянии.

Изучите требования к материалам для измерительных инструментов и особенности их термической обработки.

Конструкционные углеродистые и легированные стали

Цементуемые углеродистые и легированные стали. Назначение легирования. Улучшаемые стали и цель легирования. Пружинные, шарикоподшипниковые и машиностроительные стали. Теплоустойчивые, износостойкие, коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали.

Высокопрочныеи мартенситостареющие конструкционные стали. Антифрикционные и конструкционные порошковые материалы. Композиционные материалы.

Литература: [1, с. 252 -312; 422 -431 ].

Методические указания

Уясните, стали какого типа используются при изготовлении деталей различного назначения, подвергающиеся цементации, улучшению, в качестве рессорно-пружинного материала. Что понимают под теплостойкостью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью? В чем заключается сущность ползучести? Какими факторами эти свойства обеспечиваются? Каков уровень свойств разных металлических материалов?

Цветные металлы и сплавы

Алюминий, медь, титан и их сплавы (литые, деформируемые, порошковые). Термическая обработка. Механические и технологические свойства. Подшипниковые сплавы. Области применения.

Литература: [1, с. 378 -401, 406 -422].

Методические указания

Коротко ознакомьтесь с классификацией и основными видами цветных сплавов, особенностями их термической обработки (закалкой и старением), принципами маркировки.