|
Билет №1
Вопрос1.Влияние углерода и
постоянных примесей на свойства сталей.
Увеличение содержания
углерода в стали приводит к повышению прочности и понижению пластичности.
Переход из вязкого
разрушения в хрупкое называется хладноломкостью, а температура, при
которой происходит этот переход, называется порогом хладноломкости.
В стали всегда содержаться полезные и вредные
примеси.
Полезные
примеси:
Марганец (Mn) – повышает прочность
стали, но уменьшает ее пластичность, устраняет вредное влияние серных соединений.
Кремний – при повышении содержания кремния
значительно улучшаются упругие свойства, сопротивление коррозии и стойкости к
окислению при высоких температурах.
Вредные примеси:
Сера (S) – снижает механические свойства, ударную вязкость,
пластичность, предел выносливости, вызывает красноломкость стали, ухудшается
свариваемость, коррозионные свойства.
Форфор (P) – вызывает хладноломкость
(хрупкость в холодном состоянии)
Вопрос 2.Литейные свойства сплавов. Способы литья.
Литейные свойства
-Жидкотекучесть – способность сплавов течь и
заполнять литейную форму.
-Усадка (объемная и литейная) – уменьшение размеров
отливки при ее формировании.
-Трещиноустойчивость – способность сплавов
противостоять трещинам в отливе.
Бывают горячие трещины (образуются в результате
усадки) и холодные трещины (образуются в результате действия высоких
напряжений в отливке).
-Газонасыщение – способность сплава впитывать
окружающие газы.
-Ликвация – неоднородность химического состава в
различных частях отливки.
Способы литья
1.
Литье в песчаной
форме
2.
Литье в
оболочковой форме
3.
Литье по
выплавленным моделям
4.
Литье в кокиль
5.
Литье под
давлением
|
Билет №2
Вопрос1.
Диаграмма состояния Fe – C. Компоненты и фазы в
системе железо – углерод. Критические точки. Железоуглеродистые сплавы.
Диаграмма фазового
равновесия (диаграмма метастабильного состояния ) железо-углерод — графическое отображение фазового состояния
сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и
температуры.
Компоненты
Железо —
металл, с удельным весом (плотностью) - 7,86 г/см3, температурой
плавления - 1539° С.
Углерод - неметалл,
плотность - 2,5 г/см3, температура плавления 3500° С.
Цементит – химическое соединение железа с углеродом, содержит
6,67 % углерода.
Фазы
Однофазные структуры
1. Жидкая фаза
2. Феррит —
твёрдый раствор углерода в α-железе с решёткой ОЦК. Предельная
растворимость углерода - 0,02 % при температуре 700 °C.
3. Аустенит — твёрдый раствор углерода в
γ-железе с решёткой ГЦК. Предельная растворимость углерода — 2,14 %
при температуре 1147 °C
4. Цементит — химическое соединение железа с
углеродом, содержит 6,67 % углерода.
5. Графит — фаза состоящая только из углерода со слоистой ГПУ решёткой. (Модификация
углерода).
Двухфазные структуры
6. Перлит – механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода.
Перлит образуется из аустенита при охлаждении его до температуры ниже 727 °С.
7. Ледебурит – механическая смесь аустенита и цементита (Л = А+
Ц), содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется из жидкого расплава при
температуре 1147 °С.
Температуры, при которых происходят фазовые
превращения в сплавах, называются критическими.
Линия ликвидуса, показывающая температуры начала затвердевания (конца плавления).
При температурах выше этой линии— жидкий сплав.
Линия солидуса, показывающая температуры конца затвердевания (начала плавления).
Железоуглеродистые
сплавы
1. Техническое железо – сплав железа с углеродом (с
содержанием С – 0,02%.)
2. Сталь – сплав железа с углеродом (с содержанием С
– 0,02% до 2,14%)
- доэфтектойдная сталь (с содержанием С - 0,02%
до 0,8%), структура Ф + П
- эфтектойдная сталь (с содержанием С - 0,8%),
структура П
- заэфтектойдная сталь (с содержанием С – 0,8%
до 2,14%), структура П + ЦII
3.Чугун - сплав железа с углеродом (с содержанием С
– 2,14% до 6,67%)
- доэфтектойдный чугун (с содержанием С – 2,14%
до 4,3%), структура П + ЦII
- эфтектойдный чугун (с содержанием С – 4,3%),
структура Л
- заэфтектойдный чугун (с содержанием С – 4,3%
до 6,67%), структура Л + ЦI
Вопрос2. Обработка давлением
Обработка металлов давлением —
технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового
воздействия инструмента на обрабатываемый материал.
Процессы обработки металлов давлением по назначению
подразделяют на два вида:
1. Для
получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине:
а) Прокатка - процесс пластического
деформирования тел между вращающимися валками. Виды прокатки: продольна,
поперечная, поперечно-винтовая.
Форму поперечного сечения прокатной полосы называют профилем.
Совокупность форм и размеров профилей получаемых
прокаткой называют сортаментом.
Прокат бывает 4х видов:
1.Сортовой прокат: простой геометрической формы и
фассоный
2.Листовой прокат
3.Прокат труб: бесшовные и сварные
4.Специальные виды проката
б) прессование - заключается в продавливании
заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы.
в) волочение - заключается в протягивании
заготовки через постепенно сужающуюся полость матрицы.
2. для получения деталей или заготовок имеющих
приближённо формы и размеры готовых деталей:
а) Ковка – изменение формы и размеров
заготовки осуществляемая на отдельных участках нагретой заготовки.
б) Штамповка – изменение формы и размеров
заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа.
|
Билет №3
Вопрос 1. Механические свойства материалов.
Механические свойства по
способу приложения нагрузки делятся на: статические, динамические (ударные),
и циклические.
Свойства, определяемые
при статических напряжениях
Статическим напряжение
называют испытания, в которых
прилагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно.
Прочностные характеристики: а) физический предел
текучести; б) условный предел текучести; в) предел прочности или временное
сопротивление.
Пластические характеристики: а) относительное
удлинение; б) относительное сужение.
Свойства, определяемые
при динамических напряжениях
Динамической называется такая нагрузка, которая вызывает
значительные ускорения частиц конструкции.
Ударную вязкость получают при динамических
испытаниях на ударный изгиб.
Ударная вязкость – работа необходимая для разрушения образца отнесенная к площади его
поперечного сечения.
Ударная вязкость характеризует склонность к хрупкому
разрушению.
Свойства, определяемые
при циклических напряжениях
Детали машин могут
подвергаться воздействию циклических напряжений, постепенное накопление
которых приводит к повреждению и разрушению материала это называется усталостью
металла.
Свойства металла противостоять напряжению называется
выносливостью металла.
Предел выносливости – максимальное напряжение не вызывающее разрушение
образцов при бесконечно большом цикле нагрузок.
Вопрос 2. Термическая обработка сталей. Закалка.
Отпуск.
Термическая
обработка (термообработка) стали - процесс изменения
структуры стали при нагревании и последующем охлаждении с определенной
скоростью.
1.
Закалка - термическая обработка металла, при которой
производится нагревание, выдержка, а затем быстрое охлаждения металла.
2.
Отпуск - термическая обработка металла, выполняемая после
закалки для снятия внутренних напряжений.
|
Билет №4
Вопрос 1. Твердость. Методы определения твердости.
Твердость – способность материала сопротивляться
проникновению в него постороннего тела.
Для
измерения твёрдости существуют несколько шкал (методов измерения):
Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру
отпечатка, оставляемому твердосплавным шариком, вдавливаемым в поверхность тестируемого материала.
Метод Роквелла — твёрдость определяется по
относительной глубине вдавливания стального, твердосплавного шарика или
алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость,
определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HRA, HRB,
HRC.
Метод Виккерса — твёрдость определяется по площади
отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в
поверхность тестируемого материала.
Вопрос 2. Термическая обработка сталей. Отжиг.
Нормализация.
Термическая
обработка (термообработка) стали - процесс изменения
структуры стали при нагревании и последующем охлаждении с определенной
скоростью.
- Отжиг - термическая обработка металла, при которой
производится нагревание, выдержка, а затем медленное охлаждение металла в
печи.
- Нормализация - термическая обработка металла, при которой производится
нагревание, выдержка, а затем медленное охлаждение металла на воздухе.
|
|
Билет № 5
Вопрос 1. Пластическая деформация. Наклеп.
Рекристаллизация.
Деформация – это изменение формы и размеров тела под действием
внешних сил.
Процесс
деформации может быть двух видов: упругая (обратимая) и пластическая
(остаточная).
Упругая деформация – это деформация, которая исчезает после снятия нагрузки.
Пластическая деформация - это деформация, при которой тело после устранения
нагрузки не восстанавливает первоначальную свою форму.
Способность металлов пластически деформироваться
называется пластичностью. Пластическая деформация осуществляется путем
сдвига одной его части относительно другой.
Имеется две разновидности сдвига: скольжение и
двойникование.
При скольжении одна часть кристалла смещается параллельно другой вдоль плоскости,
называемой плоскостью скольжения или сдвига (рис.а).
Двойникование
представляет собой перестройку части кристалла в новое положение, зеркально
симметричное к его недеформированной части (рис.б).
В результате холодного пластического деформирования
металл упрочняется (Наклепывается).
Наклеп –
упрочнение металла в результате пластической деформации (упрочняется
твердость и прочностные характеристики).
Рекристалзация – зарождение и рост новых равноостных зерен с меньшим количеством
дефектов строения. Этот процесс протекает в две стадии. Различают
рекристаллизацию первичную (зарождение новых зерен) и собирательную (рост
новых зерен).
Вопрос
2. Классификация сталей. Примеры маркировки.
Классификация сталей.
1.По назначению:
а) конструкционные - стали предназначены для
изготовления деталей машин, приборов и элементов строительных конструкций.
б) инструментальные - стали используют для
изготовления режущего, измерительного инструмента, штампов для холодного и
горячего деформирования.
в) с особыми свойствами - нержавеющие
(коррозионно-стойкие), жаростойкие, жаропрочные, износостойкие и другие
стали.
2.По химическому составу:
а) углеродистые - сталь, у которой свойства
зависят, в основном, от содержания углерод.
б) легированные - сталь, в состав которой
входят специально введенные легирующие элементы для придания ей требуемых
свойств.
3.По качеству стали классифицируются по содержанию
вредных примесей серы (S) и фосфора (P).
-обыкновенного качества – содержащие до 0,06 % серы и 0,07 %
фосфора;
-качественные – содержащие до 0,035 % серы и 0,035 %
фосфора;
-высококачественные – содержащие не более 0,025 % серы и 0,025 %
фосфора;
-особо высококачественные – содержащие не более
0,015 % серы и 0,025 % фосфора.
4.По степени раскисления: спокойные (сп),
полуспокойные (пс), кипящие (кп).
Примеры маркировки.
Для
примера расшифровки рассмотрим распространенную марку стали 12Х18Н10Т.
Цифра
"12" в начале названия марки – показатель содержания углерода в
этой стали, он не превышает 0,12%. Далее идет обозначение "Х18" –
следовательно, в стали имеется элемент хром в количестве 18%. Аббревиатура
"Н10" говорит о присутствии никеля в объеме 10%. Буква
"Т" свидетельствует наличие титана, отсутствие цифрового выражения
означает, что его там менее 1,5%.
|
Билет № 16
Вопрос 1. Диаграмма состояния Fe – C. Компоненты и фазы в системе железо – углерод.
Критические точки. Железоуглеродистые сплавы.
Диаграмма фазового равновесия (диаграмма
метастабильного состояния ) железо-углерод — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с
углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.
Компоненты
Железо —
металл, с удельным весом (плотностью) - 7,86 г/см3, температурой
плавления - 1539° С.
Углерод - неметалл,
плотность - 2,5 г/см3, температура плавления 3500° С.
Цементит – химическое соединение железа с углеродом, содержит
6,67 % углерода.
Фазы
Однофазные структуры
1. Жидкая фаза
2. Феррит —
твёрдый раствор углерода в α-железе с решёткой ОЦК. Предельная
растворимость углерода - 0,02 % при температуре 700 °C.
3. Аустенит — твёрдый раствор углерода в
γ-железе с решёткой ГЦК. Предельная растворимость углерода — 2,14 %
при температуре 1147 °C
4. Цементит — химическое соединение железа с
углеродом, содержит 6,67 % углерода.
5. Графит — фаза состоящая только из
углерода со слоистой ГПУ решёткой. (Модификация углерода).
Двухфазные структуры
6. Перлит – механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода.
Перлит образуется из аустенита при охлаждении его до температуры ниже 727 °С.
7. Ледебурит – механическая смесь аустенита и цементита (Л = А+
Ц), содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется из жидкого расплава при
температуре 1147 °С.
Температуры, при которых происходят фазовые
превращения в сплавах, называются критическими.
Линия ликвидуса, показывающая температуры начала затвердевания (конца плавления).
При температурах выше этой линии— жидкий сплав.
Линия солидуса, показывающая температуры конца затвердевания (начала плавления).
Железоуглеродистые
сплавы
1. Техническое железо – сплав железа с углеродом (с
содержанием С – 0,02%.)
2. Сталь – сплав железа с углеродом (с содержанием С
– 0,02% до 2,14%)
- доэфтектойдная сталь (с содержанием С - 0,02%
до 0,8%), структура Ф + П
- эфтектойдная сталь (с содержанием С - 0,8%),
структура П
- заэфтектойдная сталь (с содержанием С – 0,8%
до 2,14%), структура П + ЦII
3.Чугун - сплав железа с углеродом (с содержанием С
– 2,14% до 6,67%)
- доэфтектойдный чугун (с содержанием С – 2,14%
до 4,3%), структура П + ЦII
- эфтектойдный чугун (с содержанием С – 4,3%),
структура Л
- заэфтектойдный чугун (с содержанием С – 4,3%
до 6,67%), структура Л + ЦI
Вопрос 2. Химико-термическая обработка стали.
Химико-термическая обработка является основным
способом поверхностного упрочнения деталей.
Основными параметрами химико-термической
обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки
В основе любой разновидности химико-термической
обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.
Основными разновидностями химико-термической
обработки являются:
- цементация (насыщение поверхностного слоя
углеродом);
·
- азотирование
(насыщение поверхностного слоя азотом);
- нитроцементация или цианирование (насыщение
поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);
- диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными
металлами).
|
. Билет № 9
Вопрос 1. Диаграммы состояния сплавов с образованием
эвтектики и с образованием химического соединения.
Диаграмма состояния – графическое
отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их
химического состава и температуры.
Диаграмма состояния с образованием эвтектики
В
этих сплавах в твердом состоянии компоненты растворяются друг в друге с
образованием твердых растворов α (В в А) и β (А в В), между
которыми образуется эвтектика эвт(α+β). Однофазные области на
диаграмме: жидкость L – выше линии ликвидус DCE; тв. раствор α –
область 0DFK0; тв. раствор β
– область NGE-100-N.
Диаграмма состояний сплавов с ограниченной
растворимостью
В
средней части диаграммы сплавы кристаллизуются с образованием эвтектики на
линии FCG. Эвтектика содержит С/%
В и кристаллизуется по реакции: Lэвт–>эвт(α+β). В
доэвтектических сплавах этой области в конечной структуре сплава будут
присутствовать кроме эвтектики кристаллы (α+βII), а в заэвтектических
– кристаллы β.
Структурные
составляющие сплавов: кристаллы α – область 0DFK0; кристаллы β –
область NGE-100-N; кристаллы эвтектики
эвт(α+β) – линия СС/.
Диаграмма
состояния с образованием химического соединения
В этих сплавах компоненты химически реагируют
друг с другом, образуя химическое соединение. Это соединение представляет
собой новую фазу и имеет соответствующую однородную область - линия PF. Линия хим.
соединения проходит через точку Р, эвтектическое превращение С-С/
и D-D/. Линия ликвидус
(температура начала кристаллизации) ECFDG. Линия солидус (Температура конца
кристаллизации) H
и N.
Диаграмма состояний сплавов с химическим
соединением
Вопрос
2. Углеродистые стали. Маркировка и применение.
Углеродистая сталь – сталь, не имеющая в своем составе легирующих элементов, но
содержащая углерод в различной концентрации.
Углеродистые стали подразделяются
- низкоуглеродистые - до 0,25% С
- среднеуглеродистые - от 0,25 до 0,6% С
- высокоуглеродистые - более 0,6% С
Конструкционные углеродистые стали
Углеродистые стали обыкновенного качества маркируют сочетанием
букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень
раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «сп», в
полуспокойных – «пс», в кипящей – «кп». Например, Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп.
Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1…Ст6, кипящими Ст1…Ст4. Сталь
СтО по степени раскисления не разделяют. В этой стали указывают только
содержание углерода ( С<0,23%), серы ( S<0,06%) и фосфора
(Р<0,07%). В остальных марках регламентировано содержание С, Мn,
Si, S, P.
Углеродистые качественные стали маркируют
двухзначными цифрами: 0,8, 10, 15,20,…,60 обозначающими среднее содержание
углерода в сотых долях процента. Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10%
С, сталь45 – 0,45% С и т.д.
Спокойные стали маркируют без индекса,
полуспокойные и кипящее с индексами соответственно «пс» и «кп».
Кипящими производят стали 08кп, 10кп, 15кп,18кп, 20кп; полуспокойными – 08пс,
10пс, 15пс, 20пс.Конструкционные углеродистые стали с литой макроструктурой
маркируются буквой «Л», например, сталь 45Л.
Инструментальные
углеродистые стали
Углеродистые стали производят качественными У7,У8,У9,…,У13 и
высококачественными У7А, У8А, У9А, …, У13А. Буква «У» в марке показывает, что
сталь углеродистая, а число указывает среднее содержание углерода в десятых
долях процента. Буква «А» указывает, что сталь высококачественная.
|
Билет № 8
Вопрос 1. Кристаллическое строение сплавов.
Диаграммы состояния сплавов с образованием твердых растворов с неограниченной
и ограниченной растворимостью.
Кристаллическое строение
сплавов
Под сплавом
подразумевается вещество, полученное сплавлением двух элементов или более.
Эти элементы называются компонентами сплава. Компоненты в твердом сплаве
могут образовывать твердый раствор, химическое соединение и механическую
смесь.
Твердые растворы —
компоненты сплава взаимно растворяются друг в друге. В твердом растворе один
из входящих в состав сплава компонентов сохраняет свою кристаллическую
решетку, а второй компонент распределяется внутри этой решетки.
Химическое соединение —
компоненты сплава вступают в химическое взаимодействие, при этом образуется
новая кристаллическая решетка.
Механическая смесь -
компоненты сплава обладают полной взаимной нерастворимостью и имеют
различные кристаллические решетки.
По
степеням растворимости компонентов различают твердые растворы:
– с неограниченной растворимостью компонентов;
– с ограниченной растворимостью компонентов.
Сплавы с неограниченной растворимостью
компонентов
При неограниченной растворимости компонентов
кристаллическая решетка компонента растворителя по мере увеличения
концентрации растворенного компонента плавно переходит в кристаллическую
решетку растворенного компонента.
Диаграмма состояний сплавов с неограниченной
растворимостью компонентов
В
этих сплавах компоненты в твердом состоянии
неограниченно растворяются друг в друге; при этом образуется взаимный
твердый раствор α. В данном случае чистые компоненты А и В не являются
самостоятельными фазами системы, – они представляют собой предельные частные
случаи твердого раствора α.
Однофазные
области на диаграмме:жидкость l –
выше линии ликвидус CDE; тв. раствор α – ниже линии солидус CFE.
Кристаллизация
сплавов этого типа начинается на линии СDE и заканчивается на линии
CFE постепенным переходом
жидкого раствора L
в твердые кристаллы α. Структуры
всех сплавов этого типа при комнатной температура подобны: однородные
кристаллы твердого раствора α, являющиеся единственной структурной
составляющей в сплавах этого типа.
Сплавы с ограниченной растворимостью
компонентов
В этих сплавах в твердом состоянии компоненты
растворяются друг в друге с образованием твердых растворов α (В в А) и
β (А в В), между которыми образуется эвтектика эвт(α+β).
Однофазные
области на диаграмме:жидкость L – выше линии ликвидус DCE; тв. раствор α –
область 0DFK0; тв. раствор β
– область NGE-100-N.
Диаграмма состояний сплавов с ограниченной
растворимостью
Линии
верхней части диаграммы – образование кристаллов твердых растворов α и
β.
Однако,
в отличии от предыдущей диаграммы, предельное содержание компонента B в α ограничено:
оно не может быть более М% В (в точке F). Аналогично,
предельное содержание А в β не может быть более (100-N)% A (в точке G). То есть, в данном
случае при растворении компонентов друг в друге образуются так называемые
ограниченные твердые растворы α и β.
В
общем случае, при снижении температуры после достижения предела растворимости
(т.е. ниже уровня FCG)
предельное содержание растворенного компонента в твердом растворе может изменяться.
Эта зависимость предела растворимости от температуры твердого раствора α
показана линией FK,
а для β – линией GN. Видно, что с уменьшением температуры
возможное содержание В в α уменьшается (от М% В до К% В при 0ºС).
Поэтому, при охлаждении сплавов, содержащих от К % В до М % В, ниже линии FK из них будет
выделяться оказавшаяся избыточная часть компонента В в виде кристаллов
вторичного βII (доказывается правилом отрезков), и в области
KFMK сплавы будут иметь
фазовый состав α+βII.
В
частном случае, показанном линией GN, предел растворимости А в β не зависит
от температуры и кристаллы твердого раствора β, образовавшиеся на линии GE, будут охлаждаться до
комнатной температуры без каких-либо внутренних изменений.
В
средней части диаграммы сплавы кристаллизуются с образованием эвтектики на
линии FCG. Эвтектика содержит С/%
В и кристаллизуется по реакции: Lэвт–>эвт(α+β). В
доэвтектических сплавах этой области в конечной структуре сплава будут
присутствовать кроме эвтектики кристаллы (α+βII), а в заэвтектических
– кристаллы β.
Структурные
составляющие сплавов: кристаллы α – область 0DFK0; кристаллы β –
область NGE-100-N; кристаллы эвтектики
эвт(α+β) – линия СС/.
Вопрос 2.
Конструкционные легированные стали. Маркировка и применение.
Легированные стали получили широкое применение
в строительстве (низколегированные) и в машиностроении (легированные).
Легирующие элементы вводят с целью повышения конструкционной прочности
сталей, что достигается после термической обработки – закалки и отпуск. Для
легирования обычно используют молибден, марганец, хром, кремний, никель и
ванадий. Стали, в которых суммарное содержание легирующих элементов более 10%
(высоколегированные), как правило, имеют специальное назначение
(коррозионно-стойкие, жаропрочные, немагнитные и др.).
Марка
легированных сталей состоит из
сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. Принято обозначать
хром – Х, никель – Н, марганец – Г, кремний – С, молибден – М, вольфрам – В,
титан – Т, ванадий – Ф, алюминий - Ю , медь – Д, ниобий - Б, бор
– Р, кобальт – К. Число, стоящее после буквы, указывает на примерное
содержание легирующих элементов в процентах. Если число отсутствует, то
легирующего элемента меньше или около 1%.
Число в начале марки
конструкционной легированной стали показывает содержание углерода в сотых
долях процента. Например, сталь 30ХН3А в среднем содержит 0,30%, 1% Сr и 3%
Ni. Буква «А» в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особо
высококачественные стали (например, после электрошлакового переплава) имеют в
конце марки букву «Ш», например, 30ХГС-Ш.
Некоторые группы сталей
содержат дополнительные обозначения: марки подшипниковых сталей, начинаются с
буквы «Ш», например, ШХ15, автоматных – с буквы «А», строительных – «С».
Стали с увеличенным
содержанием серы, селена, теллура, кальция, свинца, фосфора, относятся к так
называемым автоматным сталям. Стали с повышенным содержанием серы маркируют
буквой «А»; присутствие свинца обозначает буква С, селена – Е, кальция – Ц,
двузначная цифра после букв А, АС или АЦ – это среднее содержание углерода в
сотых долях процента. Например, автоматные сернистые стали А11, А20,…,А40Г;
автоматные свинцовосодержащие АС14, АС40,…,АС45Г2 и др; автоматные
селеносодержащие А35Е, А40ХЕ; автоматные кальцийсодержащие АЦ20,…,АЦ30ХН и
др.
Низколегированные
строительные стали маркируют
буквой «С» и числом, выражающим значение предела текучести в мегапаскалях:
С235, С285,…,С590. В конце могут стоят буквы К, Т или Д, обозначающие:
отличие химического состава (К), упрочнение проката термической обработкой
(Т), повышение сопротивления атмосферной коррозии (Д).
Нестандартные легированные стали, выплавляемые
заводом «Электросталь», маркируют сочетанием букв ЭИ (электросталь
исследовательская) или ЭП (П- электросталепробная) и порядковым номером
(например, ЭИ702, ЭП716 и т.п.) После промышленного освоения, условное
обозначение заменяют на марку, отражающую примерный химический состав стали.
|
|
Билет № 10
Вопрос 1. Процесс кристаллизации. Фазы и
структуры в металлических сплавах
Процесс перехода сплава
из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры
называется первичной кристаллизацией.
Образование новых кристаллов в твердом
кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией.
Под структурой понимают наблюдаемое кристаллическое
строение сплава. Различают макро, микро и тонкую структуру.
Макроструктура наблюдается невооруженным глазом или при увеличениях с помощью лупы.
Микроструктура наблюдается с помощью оптического или электронного микроскопа.
Тонкая структура описывает расположение частиц в кристалле и электронов в атоме;
изучают ее дифракционными методами.
Фазой называется
однородная часть системы отделенная от других частей поверхностью раздела,
при переходе через которую свойства сплава изменяются скачкообразно.
Вопрос .2. Цветные сплавы (Cu и Al). Производство и маркировка.
Медь и ее сплавы.
Медь обладает высокой пластичностью и коррозийной
стойкостью, хорошей электро- и теплопроводностью. Температура плавления -
1083ºС, кристаллическая решетка – ГЦК, плотность – 8,94 г/см3.
Медные сплавы разделяются на латуни и бронзы.
Медные сплавы разделяют на
деформируемые (изготовление заготовок и деталей обработкой давлением ) и
литейные (изготовление заготовок и деталей методами литья).
Алюминий и его сплавы
Алюминий - легкий металл, обладающий
высокими тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии. Температура
плавления - 658ºС, кристаллическая решетка – ГЦК, плотность – 2,71 г/см3.
Алюминиевые сплавы
разделяют на деформируемые (изготовление заготовок и деталей обработкой
давлением ) и литейные (изготовление заготовок и деталей методами литья).
|
Билет № 7
Вопрос 1. Связь свойств
сплавов с типом диаграмм состояния.
Связь диаграмм
состояний с физическими свойствами сплавов
Физические свойства основных видов сплавов
меняются в зависимости от состава: по линейному, криволинейному,
скачкообразному или по смешанному закону.
1.
Сплавы механической смеси (относящиеся к I типу диаграмм состояний), меняют
свои физические свойства по линейному закону (рис. а).
2.
Сплавы с химическим соединением (диаграммы состояний II типа), меняют свои
физические свойства скачком в сингулярной точке (рис. 6).
3.
Сплавы с областями твердых растворов (диаграммы состояний III типа) меняют свои
физические свойства по криволинейной зависимости (рис. в).
4.
Сплавы смешанного типа (диаграмма IV типа), меняют свои физические свойства
по смешанному закону 1+3 (рис. г).
Вопрос
2. Влияние легирующих компонентов на свойства сталей. Маркировка легированных
сталей.
Основными легирующими
компонентами являются хром (Cr), никель (Ni), кремний (Si),
магранец (Mn). Остальные элементы вводят в сталь в сочетании с
основными для дополнительного улучшения свойств.
Хром (Cr ) – повышает прокаливаемость, твердость, прочность (в
конструкционной стали до 2%). Хром дополнительно повышает жаростойкость,
коррозионную стойкость и жаропрочность.
Никель (Ni) – повышает глубину прокаливаемости, прочность,
износостойкость, понижает порог хладноломкости (в конструкционной стали от 1
до 5%).
Марганец (Mg) – повышает прочность, износостойкость, предел
текучести, является заменителем никеля (в конструкционной стали до 1,5%),
делает сталь чувствительной к перегреву из-за этого вводят карбидообразующие
элементы.
Кремний (Si) – графитизирующий химический элемент
(некарбидообразующий), повышает предел текучести (в конструкционной стали до
2%).
Вольфрам (W) – уменьшает величину зерна, повышает твердость,
прочность, улучшает режущие стали (в конструкционных сталях от 0,8 до 1,2%).
Молибден (Mo) - уменьшает величину зерна, повышает твердость,
коррозионную стойкость, прочность, улучшает режущие стали (в инструментальных
сталях от 0,2 до 0,4%).
Ванадий (V),
Титан (Ti) –
сильные карбидообразователи.
Бор (B) – увеличивает глубину
прокаливаемости ( в конструкционной стали от 0,002 до 0,005%),
карбидообразующий.
|
Билет № 11
Вопрос
1. Диаграмма состояния Fe – C. Виды чугуна.
Диаграмма фазового
равновесия (диаграмма стабильного состояния) железо-углерод — графическое отображение фазового состояния
сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и
температуры.
На диаграмме тонкими пунктирными линиями
показаны линии стабильного равновесия, там где они отличаются от линий
метастабильного равновесия, а соответствующие точки обозначены штрихом.
Виды чугуна
1. Белый чугун – углерод находится в связанном
состоянии в виде цементита Fe3С.
2. Серый чугун – углерод находится в
свободном состоянии в форме пластинчатого графита. (Маркировка: СЧ12, где
«12» - предел прочности при растяжении = 120Мпа)
3. Высокопрочный чугун – углерод находится в
свободном состоянии в шаровидной форме. (Маркировка: ВЧ45)
4. Ковкий чугун – углерод находится в
свободном состоянии в форме хлопьевидного графита. (Маркировка: КЧ30-6, где
«6» - относительное удлинение в %).
Вопрос 2. Цветные сплавы (Mg и Ti). Производство и маркировка.
Магний - самый легкий из
технических цветных металлов, температура плавления - 651ºС,
кристаллическая решетка – ГПУ, плотность – 1,74 г/см3. Для
производства магния используют преимущественно карналлит.
В зависимости от способа получения изделий
магниевые сплавы делят на литейные и деформируемые.
Литейные магниевые сплавы применяют для
изготовления деталей литьем. Их маркируют буквами МЛ и цифрами,
обозначающими порядковый номер сплава, например МЛ5.
Деформируемые магниевые сплавы предназначены для
изготовления полуфабрикатов обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и
цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МА5.
Титан - обладает высокой механической
прочностью и высокой коррозионной и химической стойкостью, температура
плавления - 1665ºС, кристаллическая решетка – ГПУ до 882 ºС, после
882 ºС ОЦК, плотность – 4,5 г/см3.
По технологическому назначению титановые
сплавы делят на деформируемые и литейные.
Титановые сплавы имеют
3 структуры:
-
α –
структура, Легируется алюминием и марганцем, Маркировки: ВТ4; ВТ5; ОТ4
-
α + β – структура, Легируется алюминием, ванадием и молибденом,
Маркировки: ВТ8
-
β – структура, Легируется ванадием и молибденом, Маркировки: ВТ22; ВТ15
ВТ1-0,
ВТ1-00 – чистый титан
|
Билет №12
1.
Вопрос 1.
Дефекты кристаллической структуры металлов.
Дефекты подразделяются на точечные,
линейные, поверхностные и объемные.
Точечные дефекты
К
точечным дефектам относятся вакансии, межузельные атомы, атомы внедрения.
Вакансией называется пустой узел кристаллической
решетки. Являются самой важной разновидностью точечных дефектов.
Межузельный атом – атом, перемещенный из узла в позицию между
узлами.
Все
виды точечных дефектов искажают кристаллическую решетку и влияют на
физические свойства.
Линейные дефекты
Важнейшие
виды линейных дефектов – краевые и винтовые дислокации.
Краевая дислокация в сечении представляет собой край «лишней»
полуплоскости в решетке.
Винтовые дислокации, когда атомные плоскости изогнуты по винтовой
поверхности.
Линейные
дефекты влияют на механические свойства.
Поверхностные дефекты
Наиболее
важными поверхностными дефектами являются большеугловые и малоугловые
границы, дефекты упаковки, границы двойников.
Большеугловые границы – расстояние между зернами и блоками.
Малоугловые границы – угол взаимной разориентации между соседними
блоками.
Дефект упаковки представляет собой часть атомной плоскости,
ограниченную дислокациями, в пределах которой нарушен нормальный порядок
чередования атомных слоев.
Поверхностные
дефекты влияют на механические и физические свойства.
Объемные дефекты
Представляют
собой поры, трещины, раковины.
Вопрос 2. Коррозия. Конструкционные жаростойкие и
коррозионные стали.
Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов в
результате химического или электрохимического взаимодействия окружающей среды.
Коррозионностойкими называют металлы и сплавы, которые способны
сопротивляться коррозионному воздействию. Все стали с содержанием хрома 13% и
более называют коррозионностойкими. Коррозионностойкие стали делятся на
хромистые ферритные, хромистые мартенситные, а также аустенитные стали.
Сталь устойчивую против химической (газовой при
высоких температурах ≥550 ºС) коррозии называют жаростойкой.
Сталь устойчивую против электрохимической коррозии
называют коррозионной (нержавеющей).
Жаропрочность
– способность металлических материалов не поддаваться разрушению и
пластической деформации при высоких температурных режимах работы.
|
|
Билет № 13
Вопрос 1.Кристаллическое строение металлов.
Полиморфизм.
Все металлы в твердом состоянии имеют
кристаллическое строение. Атомы в твердом металле расположены упорядоченно и
образуют кристаллические решетки.
Кристаллические решетки бывают нескольких типов.
Для большинства металлов характерны следующие типы кристаллических решеток:
а)
объемно-центрированная кубическая (ОЦК)
б)
гранецентрированная кубическая (ГЦК)
в)
гексагонально-плотно упакованная (ГПУ)
Полиморфизм (или аллотропия) – способность в твердом состоянии
при различных температурах иметь различные типы кристаллических структур.
Кристаллические структуры называют аллотропическими формами, или модификациями.
Вопрос
2. Превращения в сталях при нагреве и охлаждениях.
Превращения в сталях при
нагреве:
а) до эфтектики: Феррит + Перлит переходит в
Аустенит
б) эфтектика: Перлит переходит в Аустенит
в) за эфтектикой: Перлит + Цементит переходит в
Аустенит
Превращения при нагреве любой стали завершается
образованием аустенита, является диффузионным и сопровождается измельчением
зерна.
Превращения в сталях при
охлаждении:
а) Перлитное превращение - наблюдается в условиях
медленного охлаждения или в условиях изотермической выдержки.
б) Мартенситное превращение - при превращении
получается мартенсит. Протекает в условиях быстрого превращения.
в) Промежуточное превращение
В зависимости от условий охлаждения возможны три варианта
превращений аустенита с получением различных структур.
|
Билет № 14
Вопрос
1. Строение твердых тел. Анизотропия.
В природе различают 2
разновидности твердых тел, различающихся по своим свойствам, - кристаллические
и аморфные.
Кристаллические тела остаются твердыми до определенной температуры, при
которой они переходят в жидкое состояние.
Аморфные тела
при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся
вязкими, а потом переходят в жидкое состояние.
Анизотропия
- это зависимость свойств кристалла от направления, возникающая в результате
упорядоченного расположения атомов в пространстве.
Вопрос
2. Химико-термическая обработка стали.
Химико-термическая обработка является основным
способом поверхностного упрочнения деталей.
Основными параметрами химико-термической
обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.
В основе любой разновидности химико-термической
обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.
Основными разновидностями химико-термической
обработки являются:
- цементация (насыщение поверхностного слоя
углеродом);
- азотирование (насыщение поверхностного слоя
азотом);
- нитроцементация или цианирование (насыщение
поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);
- диффузионная металлизация (насыщение
поверхностного слоя различными металлами).
|
Билет № 15
Вопрос 1. Влияние углерода и постоянных примесей на
свойства сталей.
Увеличение содержания углерода в стали приводит к
повышению прочности и понижению пластичности.
Переход из вязкого разрушения в хрупкое
называется хладноломкостью, а температура, при которой происходит этот
переход, называется порогом хладноломкости.
В стали всегда содержаться полезные и вредные
примеси.
Полезные примеси:
Марганец (Mn) – повышает прочность стали, но уменьшает ее
пластичность, устраняет вредное влияние серных соединений.
Кремний (Si) – при повышении содержания кремния значительно
улучшаются упругие свойства, сопротивление коррозии и стойкости к окислению
при высоких температурах.
Вредные примеси:
Сера (S) – снижает механические свойства, ударную вязкость,
пластичность, предел выносливости, вызывает красноломкость стали, ухудшается
свариваемость, коррозионные свойства.
Форфор (P) – вызывает хладноломкость (хрупкость в холодном состоянии)
Вопрос
2.Диаграмма
состояния Fe – C. Виды чугуна.
Диаграмма фазового равновесия (диаграмма
стабильного состояния) железо-углерод —
графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в
зависимости от их химического состава и температуры.
На диаграмме тонкими пунктирными линиями показаны линии стабильного
равновесия, там где они отличаются от линий метастабильного равновесия, а
соответствующие точки обозначены штрихом.
Виды чугуна
1. Белый чугун – углерод находится в
связанном состоянии в виде цементита Fe3С.
2. Серый чугун – углерод находится в
свободном состоянии в форме пластинчатого графита. (Маркировка: СЧ12, где
«12» - предел прочности при растяжении = 120Мпа)
3. Высокопрочный чугун – углерод находится в
свободном состоянии в шаровидной форме. (Маркировка: ВЧ45)
4. Ковкий чугун – углерод находится в
свободном состоянии в форме хлопьевидного графита. (Маркировка: КЧ30-6, где
«6» - относительное удлинение в %).
|
Билет № 6
Вопрос1. Требования к конструкционным материалам.
Методы повышения прочности металлических материалов.
Конструкционными называют материалы,
предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инженерных
конструкций, подвергающиеся механическим нагрузкам. Эти факторы определяют
требования к конструкционным материалам, основные из которых
эксплуатационные, технологические и экономические.
Эксплуатационные требования
Эксплуатационные требования должны обеспечить
работоспособность конкретных машин и приборов, т.е. конструкционный материал
должен иметь высокую конструкционную прочность.
Конструкционной прочностью называется комплекс
механических свойств, обеспечивающих надежную и длительную работу материала
в условиях эксплуатации.
Технологические требования
Технологические требования направлены на обеспечение
наименьшей трудоемкости при изготовлении деталей и конструкций.
Экономические требования
Экономические требования сводятся к тому, чтобы материал имел
невысокую стоимость и был доступным.
Традиционными методами повышения
прочности металлов являются:
-пластическое деформирование (явление наклепа или
нагартовки),
-термическая (и химико-термическая) обработка,
-легирование (введение специальных примесей),
-создание сплавов.
Вопрос 2. Стали с особыми свойствами.
1. Рессорно-пружинные - это специальные стали, которые предназначаются для производства
различных упругих элементов, пружин и рессор.
2. Износостойкие стали – литейная сталь
3.Автоматные стали – стали повышенной обрабатываемости резаньем с
высоким содержанием серы и фосфора. Автоматные стали маркируются буквой А и
цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.
·
4. Подшипниковые стали - это специальные стали, которые предназначаются для
производства подшипников. Подшипниковые стали маркируют буквами Ш и Х, что
означает шарикоподшипниковая и хромистая. Цифра после буквы показывает
содержание хрома в десятых долях процента. Подшипники общего назначения
изготавливают из сталей ШХ15, ШХ15СГ.
|