«Материаловедение» by KCPT

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ «ТЮМЕНСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЕ для студентов к учебной дисциплине «Материаловедение» по специальности 15.02.07 «Автоматизация технологических процессов»

Тюмень 2017

Печатается в соответствии с решением методического совета ГАПОУ ТО «Тюменский педагогический колледж» от 06.06.2017 г., проток № 11

Рецензент – Бородина С.В., преподаватель первой категории ГАПОУ ТО «Тюменский педагогический колледж»

Методические пособие для студентов к учебной дисциплине «Материаловедение» по специальности 15.02.07 «Автоматизация технологических процесс и производств (по отраслям)» / Сост. А.А. Лисин. – Тюмень: ГАПОУ ТО «Тюменский педагогический колледж», 2017. – 52с.

В учебно-методическом пособии представлены лекционные занятия с вопросами для самоконтроля по каждой пройденной теме и тестовые задания для самостоятельного выполнения. Пособие адресовано студентам, обучающимся по специальности: 15.02.07 «Автоматизация технологических процесс и производств (по отраслям)»

Оглавление §1 Межатомные силы притяжения и отталкивания. ..................................................................6 1.1 Ионная связь .........................................................................................................................6 1.2 Ковалентная связь ................................................................................................................6 1.3 Металлическая связь ...........................................................................................................7 1.4 Силы Ван-дер-Ваальса ........................................................................................................7 §2 Строение металлов ...................................................................................................................8 2.1 Понятие о металлах и сплавах ............................................................................................8 2.2 Атомно-кристаллическое строение металлов ...................................................................8 2.3 Строение реальных металлов .............................................................................................9 2.4. Кристаллизация металлов ................................................................................................10 2.5 Строение слитка .................................................................................................................10 2.6 Основные теории сплавов .................................................................................................11 2.7 Методы и упрочнения металлических сплавов ..............................................................12 §3 Методы изучения свойств металлов и сплавов ...................................................................14 3.1 Методы изучения структуры металла..............................................................................14 3.2 Механические свойства материалов и методы их определения ...................................14 3.3 Химические свойства металлов ........................................................................................15 3.4 Технологические свойства металлов и сплавов..............................................................16 §4 Сплавы железа с углеродом...................................................................................................18 4.1 Диаграмма состояния системы железо – цементит. .......................................................18 4.2 Структура сплавов системы железо – цементит .............................................................18 §5 Термическая обработка ..........................................................................................................20 5.1 Понятие о термической обработке ...................................................................................20 5.2 Отжиг и нормализация ......................................................................................................21 5.3 Закалка ................................................................................................................................21 5.4 Отпуск и старение ..............................................................................................................22 5.5 Поверхностное упрочнение ..............................................................................................22 5.6 Условия нагрева и охлаждения при термической обработке ........................................24 §6 Стали ........................................................................................................................................25 6.1 Примеси и их влияние на свойства сталей ......................................................................25 6.2 Классификация сталей по качеству..................................................................................25 6.3 Маркировка сталей ............................................................................................................25 6.4 Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей ...............................25 6.5 Конструкционные стали общетехнического назначения...............................................26 §7 Чугуны .....................................................................................................................................27 7.1 Общие сведения .................................................................................................................27 7.2 Белые чугуны .....................................................................................................................27 7.3 Чугуны с графитом ............................................................................................................27 7.4 Термическая обработка чугунов ......................................................................................27 §8 Стали и сплавы с особыми свойствами. ...............................................................................29 8.1 Стали, устойчивые против коррозии ...............................................................................29 8.2 Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы ................................................................29 8.3 Стали и сплавы с особыми магнитными свойствами .....................................................29 8.4 Металлы с особыми электрическими свойствами ..........................................................31 8.5 Сплавы с особыми упругими свойствами .......................................................................31 8.6 Износостойкие стали .........................................................................................................31 8.7 Высокопрочные стали .......................................................................................................31 8.8 Аморфные сплавы ..............................................................................................................31 §9 Инструментальные материалы ..............................................................................................33 9.1 Требования к свойствам инструментальных материалов ..............................................33 3

9.2 Материалы для изготовления режущего инструмента ..................................................33 9.3 Материалы для штампового инструмента .......................................................................34 9.4 Материалы для контрольно-измерительного инструмента ...........................................35 §10 Цветные металлы и сплавы .................................................................................................36 10.1 Медные сплавы ................................................................................................................36 10.2 Алюминиевые сплавы .....................................................................................................36 10.3 Магниевые сплавы ...........................................................................................................36 10.4 Титановые сплавы ............................................................................................................36 10.5 Баббиты .............................................................................................................................36 §11 Материалы для сварки и пайки ...........................................................................................38 11.1 Материалы для сварки.....................................................................................................38 11.2 Материалы для пайки металлов .....................................................................................38 §12 Неметаллические материалы ...............................................................................................40 12.1 Материалы на основе полимеров ...................................................................................40 12.2 Стекло ...............................................................................................................................41 12.3 Древесина .........................................................................................................................41 §13 Композиционные материалы ...............................................................................................43 13.1 Композиционные материалы ..........................................................................................43 13.2 Дисперсно-упрочненные композиты ..........................................................................43 13.3 Волокнистые композиты ..............................................................................................43 Контрольный, итоговый тест по пройденному материалу: .....................................................44 Литература: ..................................................................................................................................52

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА УВАЖАЕМЫЙ СТУДЕНТ! Методическое пособие по учебной дисциплине «Материаловедение», разработаны Вам в помощь для подготовки к контрольной работе и к дифференцированному зачету. Представленное

методическое

пособие

разработано

целью

обобщения

теоретических знаний по основным вопросам раздела, формирования практических навыков самостоятельной работы по расшифровки марки стали. Методическое

пособие

включает

изложение

теоретического

материала,

контрольные вопросы, задания для самостоятельной работы студентов по курсу «Материаловедение» Вопросы для самоконтроля акцентируют внимание на основных положениях теоретического материала, могут выступать в качестве внеаудиторной самостоятельной работы. Вам необходимо изучить теоретический материал по каждой теме, ответить на вопросы, для дальнейшего выполнения практического задания. После этого приступить к выполнению заданий для самостоятельной работы. В случае если вы пропустили занятие, можете самостоятельно проработать материал и выполнить требуемые задания. Внимание! Если в процессе подготовки и изучения теоретического материала у Вас возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения консультации в дни дополнительных занятий.

§1 Межатомные силы притяжения и отталкивания. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4.

Ионная связь. Ковалентная связь. Металлическая связь. Силы Ван-дер-Ваальса

Между атомами в твердых телах действуют силы притяжения и отталкивания. Первые удерживают атомы вместе, обеспечивая целостность материала, вторые не дают атомам слиться. Твердые вещества существуют при равновесии сил притяжения отталкивания. Силы отталкивания возникают, когда атомы сближаются настолько, что орбиты их внешних электронов перекрываются. Природа сил притяжения различна, она определяет свойства материала: • Ионная • Ковалентная • Металлическая • Силы Ван-Дер-Ваальса 1.1 Ионная связь Ионная связь – соединения, образованные разнородными атомами (внешние электроны атомов одного элемента переходят на внешние орбиты атомов другого элемента, образуя устойчивые электронные конфигурации). Ионный тип связи характерен для химических соединений: Пример – поваренная соль NaCl Где Na принадлежит к первой группе Периодической системы, на его орбите находится один электрон. Cl – элемент седьмой группы: на его орбите расположено семь электронов.

Рисунок 1 – Ионная связь 1.2 Ковалентная связь Ковалентная связь – устанавливается в результате образования устойчивых соединений путем обобществления атомами нескольких электронов. Ковалентная связь характерна для многих кристаллических твердых тел. Пример молекула Cl, образованная двумя атомами, каждый из которых имеет по семь электронов на внешней орбите. Рисунок 2 – Ковалентная связь

1.3 Металлическая связь Атомы металлов имеют небольшое количество (один или два) внешних (валентных) электронов, которые слабо связанны с ядром. При сближении атомов электроны, находящиеся на внешних орбитах, теряют связь со своими атомами и коллективизируются, т.е становятся достоянием всех атомов данного металла, образуя электронный газ. Наличие электронного газа определяет свойства металла: высокие тепло и электропроводность. Из-за отсутствия сильных направленных связей между атомами, определяется одно из важных свойств металла – пластичность (способность изменять форму без разрушения). 1.4 Силы Ван-дер-Ваальса Происхождение этих сил связанно с тем, что атомы являются малыми диполями. В среднем по времени электроны в атоме симметрично распределены в пространстве относительно ядер, но в каждый конкретный момент центр отрицательных зарядов может не совпадать с ядром, имеющим положительный заряд, так и образуется диполь. Силы Ван-дер-Ваальса существуют между всеми атомами, они существенно влияют только на взаимодействие больших органических молекул, являющихся основой полимеров. Контрольные вопросы: Охарактеризуйте типы атомных связей. Для каких веществ основным является ионный тип связи? Для каких веществ основным является ковалентный тип связи? Для каких веществ основным является металлический тип связи? В каком случае следует учитывать силы Ван-дер-Ваальса?

§2 Строение металлов 2.1 Понятие о металлах и сплавах 2.2 Атомно-кристаллическое строение металлов 2.3 Строение реальных металлов 2.4. Кристаллизация металлов 2.5 Строение слитка 2.1 Понятие о металлах и сплавах Металлы – не прозрачные вещества, обладающие специфическим металлическим блеском, пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью. Любой металл содержит примеси. Делятся на • Черные • Цветные (легкие – Al, Mg; тяжелые – Cu, Pb; тугоплавкие – W, Mo; благородные – Au, Pt; рассеянные – Gd, In; редкоземельные – Sc, Y; радиоактивные – Ra, U). Сплавы – сложные вещества, получаемые сплавлением или спеканиемдвух или более компонентов. Компоненты – простые вещества, образующие сплав. Строение сплава более сложное, чем у чистого металла. Фаза – однородная часть сплава, обладающая одинаковым химическим составом, строением и имеющая границы раздела с другими фазами, при переходе через которые свойства сплава резко меняются. Структура – строение металла, т.е количество фаз, их форма и размер, взаимное расположение. 2.2 Атомно-кристаллическое строение металлов Каждое вещество может находиться в четырех состояниях: 1. Газообразном (атомы хаотично перемещаются в пространстве) 2. Жидком (атомы сохраняют лишь ближний порядок) 3. Твердом (порядок атомов строга распределении закономерен) 4. В виде плазмы Кристаллографической плоскостью называется закономерное расположение атомов (точнее, положительно заряженных ионов), воображаемые линии, проведенные через центры атомов, расположенных в одной плоскости, образуют решетку, в узлах которой располагаются атомы. Многократное повторение кристаллографических плоскостей в пространстве позволяет получить пространственную кристаллическую решетку. Элементарной кристаллической ячейкой понимают минимальный объем, дающий представление об атомной структуре металла в целом, его повторение в пространстве образует кристаллическую решетку. Периодом решетки называется расстояние между центрами двух соседних частиц (атомов, ионов) в элементарной ячейке решетки. Периоды решетки измеряют в нанометрах (нм) или пикометрах (пм). Координационное число К показывает количество атомов, находящихся на самом близком расстоянии от любого выбранного атома в решетке. Под атомным радиусом понимают половину межатомного расстояния между центрами ближайших атомов в кристаллической решетке элемента при равновесных 8

условиях. Базисом решетки называется количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки. Простейшим типом кристаллического строения является кубическая решетка, в которой атомы расположены в углах куба. На ее примере покажем основные параметры решетки: • ∑ период решетки равен а; • ∑ координационное число К = 6.

Рисунок 3 – Типы кристаллических решеток и схемы упаковки в них атомов Полиморфные превращения в металлах. Для ряда металлов характерно явление полиморфизма. Этим термином называют способность вещества формировать различные типы кристаллических решеток. Различные кристаллические формы одного и того же вещества называются полиморфными или аллотропными модификациями. Низкотемпературную модификацию называют a, а высокотемпературные модификации — b, g, d и т. д. Анизотропия кристаллов и изотропия кристаллических тел. В кристаллических решетках атомная плотность по различным плоскостям неодинакова — на единицу площади разных атомных плоскостей приходится неодинаковое количество атомов. 2.3 Строение реальных металлов Реальное строение металлов значительно отличается от идеального. При идеальном строении кристаллов (металлов) все атомы теоретически должны находиться строго в узлах кристаллической решетки. Теоретическая прочность такого металла чрезвычайно высока. Так, теоретическая прочность при сдвиге (под действием касательных напряжений) tсдв = G/(2p), где G — модуль сдвига (модуль Юнга). В действительности же, прочность железа примерно в 100 раз меньше — 150 МПа. Такое несоответствие объясняется различием идеального и реального строения металлов. Во-первых, технические металлы состоят из большого количества кристаллов (зерен), т.е. являются поликристаллическими веществами. Во-вторых, даже в самих поликристаллах имеются различного рода несовершенства (дефекты). Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. К ним относят вакансии и междоузельные (дислоцированные) атомы Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Эти несовершенства называются дислокациями. 9

2.4. Кристаллизация металлов Переход металла из жидкого состояния в твердое - называется первичной кристаллизацией Одной из характеристик энергетического состояния системы является свободная энергия. Свободной энергией называется часть полной энергии вещества, которая обратимо изменяется при изменении температуры, полиморфных превращениях, плавлении и т. д. Температура, при которой практически начинается процесс кристаллизации, называется фактической температурой кристаллизации Тk. Разность между температурами ТS и Тk называется степенью переохлаждения: DТ = ТS - Тk.

Рисунок 4 – Схема процесса кристаллизации 2.5 Строение слитка Сочетание влияния привнесенных факторов (часто не поддающихся точному учету) с общими законами кристаллизации и определяет особенности строения стального слитка. Описание строения стального слитка впервые дано в 1878 г. Д. К. Черновым. Остальные характерные черты в строении литого металла были отмечены тогда Д. К. Черновым, хотя многочисленные последующие исследования вскрыли много новых деталей.

Рисунок 5 – Строение слитка 10

Первая зона — наружная мелкозернистая корка, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов — дендритов. Вторая зона слитка — зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются (из-за теплового сопротивления, из-за повышения температуры стенки изложницы и других причин), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения стали. Третья зона слитка — зона равноосных кристаллов. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. 2.6 Основные теории сплавов 2.6.1 Типы сплавов Типы сплавов: твердые растворы, химическое соединение, смеси. Твердый раствор характеризуется тем, что при их образовании один компонент сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого располагаются в кристаллической решетке растворителя. Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью образуются при следующих условиях: • Кристаллические решетки должны быть одного типа • Компоненты принадлежат одной или смежным группа Периодической системы элементов • Различие атомных радиусов компонентов небольшое: при разнице 8…15% могут образовываться твердые растворы с неограничиемой растворимостью, при большей, твердые растворы с ограниченной растворимостью компонентов.

Рисунок 6 – Кристаллическая решетка твердого раствора Химические соединения образуют элементы, расположенные в периодической системе элементов далеко друг от друга. • Кристаллическая решетка химического соединения отлична от кристаллических решеток образующих его компонентов • Свойства химического соединения резко отличаются от свойств компонентов • Атомами в кристаллической решетке химического соединения, расположены упорядоченно • Состав химического соединения входят взаимно простые целые числа • Химическое соединение имеет постоянную температуру плавления • Обладает высокой твердостью и хрупкостью Соединения металл – неметалл характеризуются ионным типом связи. 11

Соединение металл – металл называются интерметаллидами (характеризуются металлическим типом связи). Смеси образуют компоненты, которые не растворяются друг в друге в твердом состоянии, а также не способны к химическому взаимодействию с образованием соединения. 2.6.2 Диаграммы состояния сплавов Диаграммы состояния сплавов представляют собой графическое изображение фазового состояния сплавов данной системы в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Правило фаз определяет взаимность между числом степеней свободы, компонентов и фаз, находящихся в равновесии. Диаграммы состояния сплавов строят в координатах температура – концентрация компонентов. С помощью кривых охлаждения определяют критические точки сплава – это температуры, при которых происходит фазовые превращения в сплавах. Для получения кривых охлаждения используют метод термического анализа. Диаграммы состояния сплавов типа твердый раствор – в процессе кристаллизации сплавы имеют одну степень свободы (можно менять температуру без изменения фазового состава). Диаграммы состояния сплавов с химическим соединением можно разделить на две части: 1. На одной части будут присутствовать сплавы, образованные компонентом А и химическим соединением AmBn; 2. Химическое соединение AmBn и компонентом.

Рисунок 7 – Диаграмма состояния твердого раствора с ограниченной растворимостью 2.7 Методы и упрочнения металлических сплавов Методы упрочнения связаны с созданием препятствий перемещению дислокаций. Прекристаллизация – это изменение типа кристаллической решетки, происходящего при полиморфном превращении.

Дисперсионное твердение – это упрочнение сплава за счет выделения из пересыщенного твердого раствора большого количества мельчайших частиц второй дисперсной фазы. Наклеп и рекристаллизация Наклеп – изменение структуры и свойств металлического материала, вызванное пластической деформацией. Рекристаллизация – это явление при котором, повышении температуры подвижность атомов возрастает и среди вытянутых зерен идет интенсивное зарождение и рост равноосных зерен. Контрольные вопросы:

§3 Методы изучения свойств металлов и сплавов 3.1 Методы изучения структуры металла 3.2 Механические свойства материалов и методы их определения

3.1 Методы изучения структуры металла Макроскопический анализ заключается в изучении строения металла невооруженным глазом или при небольших увеличениях (до 30 раз). Задачи: • Изучение видов излома • Нарушение сплошности металла • Строение слитка • Строение волокнистой структуры металла • Ликвации (химическая неоднородность металла) Микроскопический анализ (микроанализ) выполняется при больших увеличениях на металлографическом микроскопе. Металлы непрозрачны, поэтому изучение структуры производится в отраженном свете. Поверхность микрошлифа должна быть зеркальной, чтобы получалось правильное отражение. Для выявления структуры применяют травление шлифа растворами кислотой или щелочей. При этом выявляется зерно стали. 3.2 Механические свойства материалов и методы их определения Механические свойства материалов определяют на специальных образцах. При статических испытаниях нагрузка прилагается медленно и плавно возрастает. При динамических испытаниях ее приложение идет с высокой скоростью. Предел прочности, предел тегучести, относительное удлинение и сужение определяют при испытаниях на растяжении специальных образцов, которые выполняют на разрывных машинах. Под действием приложенной нагрузки возникает деформация – изменение размеров образца. • Деформация упругая (полностью исчезает после снятия нагрузки и не приводит к заметным изменениям в структуре и свойствах материала). • Деформация пластическая (не исчезает после снятия нагрузки). При испытаниях на растяжении строится диаграмма в координатах относительная деформация E – напряжение Q. При этом определяются предел точности QВ – напряжение, при котором происходит разрушение образца; предел пропорциональности Qпц – максимальное напряжение, при котором отсутствует пластическая деформация. Определение твердости. Твердость характеризует сопротивление материала большими пластическими деформациями. В материале при этом остается отпечаток индикатора, по которому судят о величине твердости. Метод Бринелля – в качестве индикатора используется стальной закаленный шарик, который вдавливают в испытуемый образец на специальном прессе, в результате на поверхности образца образуется отпечаток в виде сферической лунки, диаметр 14

отпечатка измеряют в двух взаимно-перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа Бринелля – лупы со шкалой. Метод Бринелля не позволяет испытывать материалы с твердостью более 450НВ, а также с толщеной менее десятикратной глубины отпечатка. Метод Роквелла заключается в том, что площадь определяется не площадью поверхности отпечатка индикатора, а глубиной проникновения в исследуемый образец. В качестве индикатора используется алмазный конус при испытаниях твердых материалов и стальной закаленный шарик при испытаниях мягких материалов. Нагрузка при использовании алмазного конуса устанавливается 60 кгс (500Н) или 150 кгс (1400Н) в зависимости от твердости материала. Стальной шарик с нагрузкой 100 кгс (900Н). Метод Виккерса основан на вдавливании четырехгранной алмазной пирамидки с углом между противоположными гранями = 136о. Нагрузка может изменятся в пределах от 1 до 100 кгс (10 и 100 Н). Метод Шора: твердость оценивают по величине упругой деформации. На поверхность объекта с высотой Нп падает специальный боек, при ударе часть энергии расходуется на пластическую деформацию материала, упругая деформация возвращается бойку в виде упругого отскока на величину Н0. Испытание на усталость. Усталостное разрушение металлов происходит в условиях повторяющихся знакопеременных напряжений, значения которых меньше предела прочности. Усталость заключается в том, что под действием большого числа циклов переменных нагрузок в наиболее нагруженном или ослабленном месте металла зарождается, а затем растет трещина, площадь постепенно уменьшается. Предел выносливости – наибольшее напряжение, которое выдерживает металл без разрушения при повторении за раннее заданного числа циклов. Ползучесть – это деформация материала во времени под действием постоянного напряжения. Испытание на ползучесть выполняют на специальных установках при постоянной нагрузке. Образец устанавливают в захваты испытательной машины и погружают в печь, при этом автоматически производят измерение и запись длины образца, т.е записывается кривая ползучести. Определяется предел ползучести и длительная прочность. Определение ударной вязкости относится к динамическим видам испытаний. Ударная вязкость – это относительная работа разрушения, отнесенная к площади поперечного сечения образца F. Порог хладноломкости. У многих металлов и сплавов, в первую очередь имеющих ОЦК и ГПУ решетки, с понижением температуры наблюдается переход от вязкого разрушения к хрупкому, проявляющийся в снижении ударной вязкости и измерении характера излома. Порогом хладноломкости или критической температурой хрупкости называется температурный интервал, в котором происходят изменения. Трещиностойкость характеризует способность материала сохранять свою работоспособность при наличии трещины. Коэффициентом трещиностойкости является характеристикой материала, его определяют на специальных образцах с заранее образованной трещиной при вне центровом растяжении. 3.3 Химические свойства металлов Стойкость против коррозии определяют, используя ряд методов: при полном или многократном повторяемом погружении образца в жидкость, в парах, в кипящем соленом растворе и .д 15

Материалы разделяют на • Сильно стойкие (скорость 0,1 мм/год) • Стойкие (0,1…1,0 мм/год) • Пониженностойкие (1,1…3,0 мм/год) • Малсотойкие (3,1 .. 10,0 мм/год) • Нестойкие (свыше 10,1 мм/год) 3.4 Технологические свойства металлов и сплавов Технологические свойства характеризуют поведение материалов в процессе изготовления деталей (легкость проведения технологических операций). Основные технологические процессы: • Литье • Обработка давлением • Обработка резанием • Сварка Технологичность в процессе литья оценивается жидко текучестью материала и усадкой. Жидко текучесть характеризует способность материала заполнять литейную форму (она лучше у того металла, который имеет более низкие температуры плавления). Стали и чугуны – это сплавы железа с углерода. Обрабатываемость давлением зависит от пластичности металла. Высокая пластичность присуща однофазовым сплавам; Появление второй фазы, особенно если она обладает высокой твердостью или малой пластичностью, резко снижает пластичность металла. Повышенное содержание серы вызывает в стали, красноломкость – разрушение при горячей пластической деформации. Испытание на загиб производят в специальном приспособление и применяют для листового, полосового и фасонного материалов. Цель – определение способности металла принимать заданный пор форме и размерам загиб. Испытания на перегиб служат для определения способности металла выдерживать повторный загиб и разгиб. Испытание на скручивание проводят для проволоки диаметром до 10 мм. Создают определённое натяжение проволоки (2% от разрывного усилия), скручивание проводят с равномерной скоростью до разрушения. Испытания на вытяжку сферической лунки проводят на листе и ленте толщиной 0,1…2,0 мм для выяснения способности материала к холодной штамповке. Испытания на осадку характеризуют способностью стали принимать холодную высадку, их проводят на образце, высота которого равна его удвоенному диаметру, торцевые плоскости перпендикулярны оси. Обрабатываемость резанием – это комплексная характеристика материала, которая оценивается рядом показателей: производительностью обработки, качеством обработанной поверхности, видом стружки. Шероховатость обработанной поверхности определяют на специальных приборах: профилометрах и профилографах. Свариваемость металлов включает в себя физическую и технологическую свариваемость. Физическая свариваемость – это свойство металла образовывать монолитное соединение. По технологической свариваемости оценивают поведение металла в процессе сварки. 16

Склонность к окислению определяется химическими свойствами металла (чем выше химическая активность, тем больше его склонность к окислению). Склонность к образованию горячих трещин – возникновение трещин во время существования твёрдой и жидкой фаз, а также при высоких температурах в твёрдом состоянии. Склонность к образованию холодных трещин – возникновение трещин в следствие закалки нагретого металла при быстром охлаждении, когда металл теряет пластичность, или под действием остаточных напряжений в сварных соединениях. Контрольные вопросы: 1. Какие задачи решает микроанализ? 2. Какие задачи решает макро анализ? 3. Какие методы определения твердости материалов используют в промышленности? 4. Почему определение твердости получило наибольшее распространение? 5. Какие характеристики металлов определяют в испытаниях на растяжение? 6. Что такое термоЭДС? Как используют эффект возникновения термоЭДС? 7. Как определяют склонность к коррозии?

§4 Сплавы железа с углеродом. 4.1 4.2

Диаграмма состояния системы железо – цементит. Структура сплавов системы железо – цементит

4.1 Диаграмма состояния системы железо – цементит. Железо – мягкий металл серебристо-белого цвета (чистое железо содержит 99,9% Fe).

Рисунок 8 – Диаграмма состояния железо-цементит Диаграмма состояния системы Fe-Fe3C. Компонентами системы являются: • Железо: температура плавления 1539 оС. • Цементит: температура плавления 1560 оС. Твёрдые растворы. Феррит (Ф) – твёрдый раствор углерода в А-железе, обозначается Fea. Аустенит (А) – твёрдый раствор углерода в У-железе, обозначается Fey. 4.2 Структура сплавов системы железо – цементит Технически чистое железо. Это сплавы, содержащие менее 0,02% С. В их структуре отсутствует перлит. Стали – это сплавы, содержащие от 0,02…2,14% С. В их структуре имеется перлит, но отсутствует ледебурит.

Рисунок 9 – Микроструктура сталей Чугуны – эти сплавы, содержат более 2,14% С, они структурно отличаются от сталей наличием эвтектики – ледебурита.

Рисунок 10 – Микроструктура белых чугунов Контрольные вопросы: 1. Какие группы сплавов можно выделить в системе железо – углерод? 2. Назовите структурные отличия сплавов типа технически чистое железо, сталь, чугун. Укажите содержание углерода в этих сплавах.

§5 Термическая обработка 5.1 Понятие о термической обработке 5.2 Отжиг и нормализация 5.3 Закалка 5.4 Отпуск и старение 5.5 Поверхностное упрочнение 5.6 Условия нагрева и охлаждения при термической обработке 5.1 Понятие о термической обработке Цель термической обработки – получение в заготовке или детали необходимого комплекса свойств, за счёт образования необходимой структуры металла. Термическая обработка как сталей, так и чугунов базируется: • На полиморфном превращении; • На различной растворимости углерода в аустените и феррите; • На управлении диффузионными процессами с целью получения структур, обладающих разными свойствами. Превращение, т.е. изменение структуры, происходит при нагреве сплавов до критических точек – температур фазовых превращений. Критические точки: • А1 – геометрическое место точек на линии PSK, т.е. для всех сплавов эта температура одинаковая – 727 оС. • А3 – геометрическое место точек на линии GS при нагреве до этой температуры заканчивается полиморфное превращение феррита в аустенит. • Am – геометрическое место точек на линии SE при нагреве до этой температуры заканчивается растворение цементита в аустените. Превращение в стали при охлаждении. При термической обработке режимы нагрева сталей и чугунов определяются диаграммой железо – цементит. Перлитное превращение заключается в распаде аустенита на феррит и цементит, которое протекает при медленном охлаждении. При малой степени переохлаждения параметры кристаллизации низки, поэтому превращение начинается через достаточно длительное время. Диффузионные процессы заключаются в выделении из аустенита кристаллов цементита, и в их росте. Понижение температуры превращения, следовательно, ускорение охлаждения, приводит к меньшей степени роста кристаллов цементита, что вызывает образование смеси более тонкого строения (сорбит). При ещё более низкой температуре превращения образуется троостит – дисперсная структура. Мартенситное превращение происходит при охлаждении с весьма высокой скоростью, когда удается полностью подавить диффузионные процессы, но без диффузионное превращение при этом все же происходит (такое превращение называется мартенситным). Бейнитное превращение происходит при температурах, когда диффузия атомов железа сильно замедляется, а атомов углерода протекает сравнительно легко.

5.2 Отжиг и нормализация Целью отжига является разупрочнение металла для обеспечения хорошей обрабатываемости резанием и давлением. В машиностроении отжиг является предварительной технологической операцией, которой подвергаются литые, штампованные, кованые и сварные заготовки перед механической обработкой или холодной обработкой давлением. В металлургической промышленности отжиг является окончательной термической обработкой в технологическом процессе изготовления стали. Отжиг первого рода не производит фазовых превращений (не оказывает влияния на конечный результат). Отжиг второго рода – это отжиг, при котором протекают фазовые превращения при нагреве и охлаждении, существенно влияющие на структуру металла. Полный отжиг используют для доэвтектоидных сталей. Цели полного отжига: устранение дефектов структуры, разупрочнение стали перед обработкой резанием и снятие остаточных напряжений. Неполный отжиг заключается в нагреве выше Аcl и медленном охлаждении. Неполный отжиг заэвтектоидных сталей должен обеспечить получение зернистого перлита с округлыми, а не пластинчатыми частицами цементита. Изотермический отжиг часто проводят на практике с целью сокращения времени термической обработки. Нормализация – этой операции подвергают стали (нагрев доэвтектоидной стали выше Ас3, а заэвтетоидной выше Асm на 50…60 оС, выдержку при этой температуре и последующее охлаждение на воздухе). Низкоуглеродистые стали подвергают нормализации вместо отжига. Для среднеуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска или улучшения. Высокоуглеродистые стали подвергают нормализации с целью устранения цементитной сетки. Дефекты отжига и нормализации возникают в следствие нарушения режимов нагрева (перегрев или недогрев, нарушение времени выдержки, нагрев в неподходящей атмосфере), а также ускоренного нагрева и охлаждения. 5.3 Закалка Закалка – это упрочняющая термическая операция (заключается в нагреве стали выше критических точек). Обработка холодом выполняется для устранения из структуры остаточного аустенита (проводят обработку холодом). Закаливаемость – свойство стали приобретать при закалке структуру мартенсита и высокую твердость. Прокаливаемость – способность стали получать при закалке мартенситную структуру и высокую твердость на определенную глубину. Химический состав стали также влияет на прокаливаемость. Термические напряжения возникают вследствие неравномерного охлаждения поверхности и сердцевины. Структурные напряжения появляются в результате мартенситного превращения, протекающего в с увеличением объема. Склонность к деформациям при закалке зависит от состава стали. Меньше деформируются легированные, а не углеродистые стали. 21

При механической обработке деталей, склонных к деформациям при закалке, необходимо проведение стабилизирующей термической обработки, которая заключается в нагреве ниже температуры Аc1 с последующей изотермической выдержкой. 5.4 Отпуск и старение Отпуск – это окончательная операция термической обработки, формирующая свойства металла, которая заключается в нагреве стали до температуры ниже Ас1, изотермической выдержки при заданной температуре и последующем охлаждении. Цель отпуска – получение окончательной структуры и свойств, которые формируются в результате полного или частичного распада мартенсита – пересыщенного твердого раствора углерода в Fea. При нагреве мартенсит объединяется углеродом за счет выделения карбидов. Три вида отпуска стали: низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный. Низкий отпуск выполняется при температурах 150…250 оС. Средний отпуск проводят при 350…500 оС. Высокий отпуск при температурах при 500…600 оС. 5.5 Поверхностное упрочнение Поверхностное упрочнение осуществляется методами химико-термической обработки (ХТО), сочетающими химическое и тепловое воздействие с целью изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя, а также поверхностной закалкой. Химико-термическая обработка – это процесс поверхностного насыщения деталей различными элементами путем их диффузии из внешней среды. Различают три стадии поверхностного упрочнения: • Диссоциация, которая заключается в распаде молекул и образовании активных атомов диффундирующего элемента. • Адсорбция – осаждение активных атомов диффундирующего элемента на поверхности. • Диффузия – проникновение насыщенного элемента вглубь металла. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры, продолжительности выдержки и концентрации диффундирующего элемента на поверхности детали. Скорость диффузии и толщина слоя возрастают с повышением температуры и длительности процесса ХТО. Цементация – это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стальных деталей углеродом (концентрация углерода в цемент ванном слое убывает от поверхности к сердцевине детали). Газовая цементация характерна для серийного и более масштабного производства (она осуществляется в среде газов, содержащих углерод). Типичный технологический процесс изготовления детали, упрочняемой цементацией и последующей термообработки: • Заготовительная операция; • Предварительная механическая обработка; • Защита участков детали, которые не следует упрочнять; • Цементация; • Закалка; • Низкий отпуск; • Финишная обработка. 22

Азотирование – это насыщение поверхности стали азотом (процесс осуществляется в среде аммиака в интервале температур 480…560 оС). Типичный технологический процесс изготовления деталей, упрочняемых азотированием: • Заготовительная операция; • Предварительная механическая обработка; • Улучшение (закалка + высокий отпуск); • Окончательная механическая обработка, включая шлифование; • Зщита участков деталей, которые не следует упрочнять; • Азотирование; • Доводка (при необходимости). Нитро цементацией и цианированием называют процессы диффузионного насыщения поверхностных слоев стальных изделий одновременно углеродом и азотом (нитро цементация – в газовой среде, цианирование – в жидкой среде). Диффузионная металлизация – это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали металлами. Алитирование – процесс насыщения поверхности стали алюминием, который проводят при 900…1000 оС в течении 3…12 часов. Хромирование – поверхностное насыщение хромом, которое проводят для повышения коррозионной стойкости, кислотостойкости и окалин стойкости (до 850 оС). Технологии поверхностной закалки применяют для получения высокой твердости поверхностного слоя детали при сохранении её вязкой сердцевины. Индукционный нагрев токами высокой частоты (ТВЧ), осуществляется за счет теплового воздействия тока, индуцируемого в детали, которые помещают в переменное магнитное поле. В основе индукционного нагрева лежит явление магнитной индукции. Охлаждение при закалке ТВЧ производится либо погружением в охлаждающую жидкость, либо опрыскиванием охлаждающей жидкостью. Способы нагрева: • Одновременный нагрев – применяют для деталей небольших габаритов; • Последовательный нагрев – применяют, когда необходимо упрочнить не всю деталь, а лишь отдельные участки; • Непрерывно-последовательный способ применяют для упрочнения длинномерных деталей. Закалке ТВЧ подвергают также некоторые режущие инструменты, изготавливаемые из углеродистых и легированных сталей. Нагрев ТВЧ имеет преимущества: • Высокая производительность из-за высокой скорости нагрева; • Возможность автоматизации процесса; • Возможность местного нагрева; • Отсутствие обезуглероживания из-за малого времени нагрева; • Значительно меньшее, сем при объемной закалке, деформации, так как нагреваются только поверхностные слои; • Благоприятное распределение твердости по сечению детали. Основные недостатки: невозможность применения для деталей сложной конфигурации и дороговизна оснастки. Технологический процесс изготовления деталей, упрочняемых закалкой ТВЧ: • Заготовительная операция; • Предварительная механическая обработка; • Улучшение (закалка + высокий отпуск); • Получистовая механическая обработка (включая шлифование); 23

• Закалка ТВЧ; • Низкий отпуск; • Финишная обработка. Закалка в электролите – этот вид поверхностной закалке основан на физическом явлении, называемом эффектом нагрева катода. Поверхностная закалка при контактном нагреве. Нагрев осуществляется за счет того, что электрический ток напряжением от 2..8 вольт подается от трансформатора к детали 1 и к медному ролику 2 диметром 200…300 мм, шириной 10..15 мм. Газопламенный нагрев осуществляется ацетиленокислородным пламенем с помощью специальной горелки. Лазерный нагрев. Детали нагревают твердотельными или газовыми лазерами. 5.6 Условия нагрева и охлаждения при термической обработке Нагрев заготовок. Состояние поверхности металла при нагреве зависит от нагревательных сред, которые подразделяются на активные, обычные, защитные. Активные среды применяются при выполнении химико-термической обработке. К обычным средам относится воздух – атмосфера электропечей и продукты сгорания газов – атмосфера газовых печей. Защитные среды предохраняют стали от окисления, образования окалины и обезуглероживания. Газовые эндотермические и экзотермические атмосферы получают сжиганием природного газа при определенном соотношении с воздухом. Идеальной защитной средой является атмосфера, состоящая из инертных газов – аргона, гелия. В газовых среда выполняется нагрев для осуществления практически всех видов термической обработки: отжига и нормализации, закалки и отпуска. Жидкие среды используют в качестве нагревающих и охлаждающих. Охлаждение заготовок с печью весьма медленное, производится при отжиге. Закалочные среды. Охлаждающая среда должна обеспечить высокую скорость охлаждения при температурах наименьшей устойчивости переохлажденного аустенита 550…650 оС, чтобы предотвратить его распад. Вода и водные растворы – это дешевые и широко распространенные охладители. Масла обеспечивают значительное снижение скорости охлаждения в интервале МnMk, что ведёт к снижению закалочных напряжений и деформации. Контрольные вопросы: 1. Что такое термическая обработка? 2. Что такое критические точки сталей? 3. Какие превращения протекают в железе при нагреве и охлаждении? 4. Какая диаграмма позволяет описать превращения в стали при разной скорости охлаждения? 5. Что такое отжиг? Его назначение. 6. Что такое закалка? Его назначение. 7. Что такое отпуск? Его назначение. 8. Назовите основные виды ХТО. 9. Назовите технологии поверхностной закалки. 10. Какая термическая обработка выполняется после поверхностной закалки?

§ 6 Стали 6.1 Примеси и их влияние на свойства сталей 6.2 Классификация сталей по качеству 6.3 Маркировка сталей 6.4 Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей 6.5 Конструкционные стали общетехнического назначения 6.1 Примеси и их влияние на свойства сталей Постоянные примеси: • Вредные – сера, фосфор и газы; • Полезные – марганец и кремний; • Случайные – хром, никель, медь, олово, мышьяк и др. Сульфиды значительно снижают ударную вязкость и пластичность материала, наличие серы в стали может привести к разрушению слитка, при пластической деформации (ковка, прокат), это явление получило название красноломкость. Фосфор, газы, снижает пластичность и ударную вязкость стали, особенно при низких температурах. Фосфор повышает порог хладноломкости – сталь разрушается при низких температурах. Марганец и кремний являются полезными примесями – раскислителями. Раскисление это процесс восстановления железа из его оксидов. 6.2 Классификация сталей по качеству В основу классификации положено содержание в стали серы и фосфора. Качество стали тем выше, чем меньше в ней серы и фосфора Группы сталей: • Стали обыкновенного качества, содержание до 0,06% серы и 0,07% фосфора; • Качественные стали содержат до 0,04% серы и 0,035% фосфора; • Высококачественные стали содержание до 0,025% серы и 0,025% фосфора; • Особовысококачественные стали содержание до 0,002% серы, и до 0,008% фосфора. 6.3 Маркировка сталей Маркировка углеродистых сталей. Углеродистые стали выпускают обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Легированные стали – качественные, высококачественные и особовысококачественные. Маркировка легированных сталей: для обозначений сталей принята система цифр и букв. Содержание углерода – цифрами, стоящими в начале обозначения марки. Легирующие элементы обозначаются буквами кириллицы: Х – хром, Н – никель, К – кобальт, С – кремний, М – молибден, Г – марганец, В – вольфрам, Ф – ванадий, Т – титан, Б – необий, Д – медь, Р – бор, Ю – алюминий. Цифра, стоящая с буквой, означает среднее содержание данного элемента в процентах. 6.4 Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей 25

Легирующие элементы специально вводят в сталь с целью изменения ее структуры и свойств в отличие от примесей, попадающих в сталь при выплавке из руд, шихты. 6.5 Конструкционные стали общетехнического назначения Группы сталей: • Конструкционные; • Инструментальные; • Специального назначения. Строительные стали – это стали обыкновенного качества, содержание углерода в них небольшое, поэтому они обладают хорошей свариваемостью, но имеют невысокие твердость и предел прочности. Машиностроительные стали применяются для изготовления деталей машин. Цементуемые стали – это углеродистые и легированные стали, содержащие до 0,3% С, для них основным способом упрочнения является цементация или интроцементация. Улучшаемые стали – это углеродистые и легированные стали, основным способом упрочнения для них является улучшение, обеспечивающее получение структуры сорбита. Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления рессор, пружин и других упругих элементов. Шарикоподшипниковые стали предназначены для изготовления деталей подшипников качения. Автоматные стали – это стали повышенной обрабатываемости резанием. Контрольные вопросы: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Назовите примеси сталей. Какие примеси являются вредными, а какие полезными. Что такое красноломкость? Как предупредить этот дефект. Как разделяются стали по качеству. Как легирующие элементы взаимодействуют с железом? Как обозначают марки углеродистых и легированных сталей?

§ 7 Чугуны 7.1 Общие сведения 7.2 Белые чугуны 7.3 Чугуны с графитом 7.4 Термическая обработка чугунов 7.1 Общие сведения Чугуны – это сплавы железа и углерода, содержащие более 2,14% С. Чугуны делятся на две основные группы: белые и с графитом. В чугунах содержатся те же примеси что и в стали. Сера и фосфор понижают вязкость и пластичность чугунов. Чугун является хрупким материалом. Марганец и кремний – полезные примеси, для раскисления чугунов. Кремний, являясь графитизаторм, способствует, а марганец, будучи карбидообразующим элементом, затрудняет образование свободного углерода. 7.2 Белые чугуны В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии – в цементите. Эти чугуны плохо поддаются обработке резанием, их применение в промышленности ограничено изготовлением литых деталей простой формы и небольшой массы. Отбеленный чугун имеет высокую твердость на поверхности, его применяют для изготовления валков листовых прокатных станов, лемехов плугов, тормозных колодок и других деталей, практически не подвергаемых обработке резанием и предназначенных для работы в условиях, требующих высокой износостойкости. 7.3 Чугуны с графитом Чугуны – это литейные сплавы, которые используют для производства отливок (обладают хорошей жидкой текучестью, малой усадкой за счет наличия в структуре свободного углерода в виде графита). Серый чугун – получил название по виду излома, имеющего серый цвет. Серые чугуны получают литьем. Увеличение в чугуне содержание кремния и углерода способствует более полной графитизации. Высокопрочный чугун получают при модифицировании магнием или церием перед его заливкой в формы. Ковкие чугуны получают из белых чугунов путем графитизирующего отжига. 7.4 Термическая обработка чугунов Упрочняющая обработка возможна для чугунов, в структуре которых присутствует цементит. Чугуны, как и стали, подвергают закалке и отпуску. При закалке чугун нагревают до температуры 850…950 оС для растворения цементита в аустените. Графитизирующая обработка – отжиг белого чугуна для получения ковкого. К раз упрочняющей обработке можно отнести смягчающий отжиг, графитизирующий низкотемпературный отжиг. 27

Стабилизирующая обработка выполняется для базовых деталей станков и машин, определяющих точность станка, агрегата. Контрольные вопросы: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Какие виды чугунов Вы знаете? Какие чугуны называются белыми? Что такое отбеливание и отбеленные чугуны? Какие чугуны с графитом Вы знаете? Назовите наиболее и наименее прочные чугуны? Маркировка разных чугунов. Приведите примеры. Какими буквами обозначаются чугуны с антифрикционными свойствами.

§ 8 Стали и сплавы с особыми свойствами. 8.1 Стали, устойчивые против коррозии 8.2 Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы 8.3 Стали и сплавы с особыми магнитными свойствами 8.4 Металлы с особыми электрическими свойствами. 8.5 Сплавы с особыми упругими свойствами 8.6 Износостойкие стали 8.7 Высокопрочные стали 8.8 Аморфные сплавы 8.1 Стали, устойчивые против коррозии Коррозия – это поверхностное разрушение металла под воздействием окружающей среды. Химическая коррозия развивается при воздействии на металл газов и не электролитов, она не связана с переносом электрического заряда. Существует несколько способов защиты металлов от коррозии: • Пассивирование – создание на поверхности металла прочной оксидной пленки, непроницаемой для кислорода воздуха; • Применение однофазовых сплавов; • Уменьшение поверхности взаимодействия с агрессивной средой, для чего проводят шлифование. Хромистые стали. Хром в малой среде имеет малый электрохимический потенциал, но обладает высокой коррозионной стойкостью за счет возникновения на поверхности плотной и прочной оксида пленки. Хромоникелевые аустенитные стали легированы 12% хрома и 9…10% никеля, при меньшем содержании никеля коррозионная стойкость не достигается. 8.2 Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы Жаростойкость – это способность металла сопротивляться окислению при высоких температурах. Окалиностойкость сталей достигается легированием хромом, алюминием или кремнием. Жаропрочность – это сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительной нагрузке. Жаропрочность характеризует сопротивлении материала ползучести. В качестве жаропрочных материалов используют: • Стали на основе Fea для работы при температурах до 600 оС: аустенитные стали на основе Fey, легирование никелем, для работы при температурах 850 оС; • Сплавы на основе никеля или железно-никелевые для работы при температурах до 950 оС. 8.3 Стали и сплавы с особыми магнитными свойствами Магнитные стали и сплавы делятся на • магнитно-твердые • магнитно-мягкие • парамагнитные 29

. Магнитно-твердые стали и сплавы (ГОСТ 17809-72) по своим потребительским свойствам характеризуются высокими коэрцитивной силой и остаточной индукцией, и соответственно высокой магнитной энергией. По химическому составу промышленные магнитно-твердые стали и сплавы в порядке возрастания их коэрцитивной силы и магнитной энергии представляют собой: • высокоуглеродистые стали (1,2... 1,4% С); • высокоуглеродистые (1%С) сплавы железа с хромом (до 2,8%), легированные кобальтом; • высокоуглеродистые сплавы железа, алюминия, никеля и кобальта, называемые алнико. • Обозначают магнитно-твердые стали индексом «Е», указывая далее буквой с цифрой наличие хрома и его содержание в целых процентах (например, ЕХ2, ЕХЗ) • Магнитно-твердые стали и сплавы используются для изготовления различного рода постоянных магнитов. В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико (ЮНДК15, ЮН14ДК25А, ЮНДК31ТЗБА и др.). Эти сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьем. После литья проводят только шлифование. Магнитно-мягкие стали и сплавы Они отличаются легкой намагничиваемостью в относительно слабых магнитных полях. Их основными потребительскими свойствами являются высокая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила, малые потери на вихревые токи и при перемагничивании. Магнитно-мягкие материалы должны быть полностью рекристаллизованы для устранения внутренних напряжений, так как даже слабый наклеп существенно снижает магнитную проницаемость и повышает коэрцитивную силу. Магнитная проницаемость возрастает при микроструктуре из более крупных зерен. По химическому составу промышленно применяемые магнитно-мягкие (электротехнические) стали и сплавы делятся на: • низкоуглеродистые (0,05...0,005%С) с содержанием кремния 0,8...4,8%; сплавы железа с никелем Для электротехнических сталей (ГОСТ 21427-75) принята маркировка, основанная на кодировании. В обозначении марки используют четыре цифры, причем, их значения соответствуют кодам, содержащим следующую информацию: ❑ первый - структура материала (по наличию и степени текстуры) и вид прокатки (горячая или холодная деформация); ❑ второй - химический состав по содержанию кремния; ❑ третий - величины потерь тепловых и на гистерезис; ❑ четвертый - значение нормируемого потребительского свойства. Электротехнические стали изготавливают в виде рулонов, листов и резаной ленты. Они предназначены для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока, якорей и полюсов электротехнических машин, роторов, статоров, магнитных цепей трансформаторов и др. Парамагнитными сталями являются аустенитные стали 12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 55Г9Н9ХЗ, 40Г14Н9Ф2 и др. • Их химический состав базируется на системе Fe + Cr + Ni -r Ti. Основными потребительскими свойствами являются немагнитность и высокая прочность. Необходимая прочность достигается при деформационном и дисперсионном упрочнении изделий. К недостаткам этих сталей и сплавов следует отнести низкий предел текучести (150...350 МПа), что ограничивает область применения только малонагруженньгми конструкциями. • Парамагнитные стали и сплавы применяют для изготовления немагнитных деталей конструкций в электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных 30

областях техники. Повышение износостойкости деталей, работающих в узлах трения достигается азотированием (стали 40Г14Н9Ф2 и др.) 8.4 Металлы с особыми электрическими свойствами Металлы высокой проводимости должны обладать низким удельным электрическим сопротивлением р<0,1 мкОм*м. Алюминий – по применимости второй после меди проводниковый материал. Сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением являются твердыми растворами в силу того, что у твердых растворов сопротивление р выше, чем у образующих их элементов. Различают сплавы на реостатные и жаростойкие. Термоэлектрические сплавы используют для изготовления термопар (датчиков температуры). 8.5 Сплавы с особыми упругими свойствами В приборостроении в ряде случаев требуются сплавы с регламентируемым температурным коэффициентом линейного расширения, например как у стекла, или равным нулю. Сплав никеля называют инваром, его можно считать практически не расширяющимся. Особыми упругими свойствами обладают элинвары – у этих сплавов при изменении температуры остаётся практически постоянным модуль упругости Е. 8.6 Износостойкие стали Износостойкость сильно зависит от условий, в которых работают пары трения. Стали высокой твердости необходимы для работы в условиях абразивного износа. Объемной и поверхностной закалке подвергают стали с высоким содержанием углерода: инструментальные У10, У12, 8ХФ и др; подшипниковые ШХ15, ШХ15СГ. Аустенитные стали, склонные к наклепу, эффективны при работе в условиях высоких давлений и динамических нагрузок. 8.7 Высокопрочные стали К высокопрочным относятся стали, имеющие предел прочности более 1800…2000 МПа. Среднеуглеродистые комплексно-легированные стали, содержащие 0,45…0,50 %С, получают такую прочность (до 2000 МПа) после закалки и отпуска при температуре 250…300 оС. Мартенситно-стареющие стали являются без углеродистыми высоколегулированными сталями, в которых суммарное содержание легированных элементов значительно превышает 10%. Трип стали – это сравнительно новый класс сталей. Обладают высокой прочностью, сохраняя высокую пластичность, имеют высокое сопротивление развитию трещины. 8.8 Аморфные сплавы

Металлы и сплавы в аморфном состоянии (металлические стекла), имеют традиционное кристаллическое строение. Аморфная структура строения представляет собой единое зерно, образуется при сверхвысоких скоростях охлаждения, благодаря чему достигает очень большую степень переохлаждения при которой параметры кристаллизации ЧЦ и СК равны нулю. Закалка из жидкого состояния – основной метод получения металлических стекол. Железокобальтовые сплавы обладают высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, что необходимо для магнитомягких материалов. Контрольные вопросы: 1. Что такое коррозия? Назовите причины вызывающие коррозию. 2. Перечислите способы защиты металлов от коррозии. 3. Назовите марки сталей, устойчивых против коррозии. Укажите области применения этих сталей. 4. Что такое жаростойкость и жаропрочность? 5. Какие типы магнитных материалов Вы знаете? Назовите материалы, обладающие низким электрическим сопротивлением. 6. Какими свойствами обладают сплавы типа инвар, ковар, эльинвар?

§ 9 Инструментальные материалы 9.1 Требования к свойствам инструментальных материалов 9.2 Материалы для изготовления режущего инструмента 9.3 Материалы для штампового инструмента 9.4 Материалы для контрольно-измерительного инструмента

9.1 Требования к свойствам инструментальных материалов В металлообрабатывающем производстве используют: • Режущие инструменты, для обработки резанием (точение, сверление, фрезерование); • Штамповые инструменты, для пластического деформирования; • Контрольно-измерительные инструменты, для контроля формы и размеров заготовок и деталей. 9.2 Материалы для изготовления режущего инструмента Углеродистые и легированные инструментальные стали – эти стали не обладают теплостойкостью, они сохраняют высокую твердость при нагреве лишь до температуры около 200 оС. Быстрорежущие стали обладают теплостойкостью, благодаря которой они сохраняют высокую твердость при нагреве до температур свыше 600 оС. Упрочняющая термическая обработка быстрорежущих сталей должна обеспечить высокие значения твердости и теплостойкости. При отпуске быстрорежущих сталей должно быть реализовано: • Дисперсионное твердение; • Снятие закалочных напряжений; • Превращение остаточного аустенита в мартенсит; Классическая упрочняющая термическая обработка инструмента из быстрорежущих сталей состоит из операций закалки и трехкратного отпуска при 550…570 оС с изотермической выдержкой 1 час. В основу классификации быстрорежущих сталей по свойствам положена теплостойкость, которая определяет допустимые скорости резания (ГОСТ 19265-73). Твердые сплавы – это материалы состоящие из зерен карбидов или карбо нитридов тугоплавких металлов, соединенных металлической связкой. Основной метод изготовления изделий из этих материалов – порошковая металлургия. Основными технологическими процессами порошковой металлургии являются: • Получение порошков; • Приготовление смесей; • Формирование смесей; • Спекание. Формирование заготовок для последующего спекания может осуществляться различными методами: прессованием, гидростатическим прессованием, мундштучным прессованием, шликерным литьем. Спекание – заключительная технологическая операция, в процессе которой происходит превращение пористого вещества в компактный металлопористый или в беспористый материал. 33

Алмаз и кубический нитрид бора (КНБ) имеет кристаллическую решетку, содержащую 18 атомов: 8 атомов расположены в вершинах куба, 6 – в центрах граней и 4 – в центрах четырёх их восьми кубов, образованных делением элементарной кубической ячейки тремя взаимно-перпендикулярными плоскостями, проходящими через центры граней. В решетке алмаза все атомы – это атомы углерода. Алмаз это самый твердый из всех известных в природе минералов при микро твёрдости 100 ГПа, модуль упругости Е алмаза также выше чем у всех твердых веществ. Применяются следующие виды упрочнения поверхности инструмента: • Химико-термическая обработка; • Электролитические покрытия; • Адгезионные покрытия. Абразивный инструмент используют в машиностроении как для окончательной финишной обработки, так и для грубой – обдирочной. Для выполнения этих операций используют: • Абразивный порошок в свободном состоянии; • Абразивный инструмент; • Пасты. Выпускаются следующие разновидности электрокорунда: нормальный, белый, легированный моно корунд и сферо корунд. Химически чистый карбид кремния бесцветен и прозрачен, технически в зависимости от содержания и состава примесей имея цвет от светло-зеленого до черного. Для изготовления шлифовальных кругов применяются органические, керамические и металлические связки. Обработка резанием – основной способ изготовления большинства деталей машин и приборов. Маршрут изготовления деталей: • Получение заготовки; • Механическая обработка; • Термическая обработка; • Финишная обработка. К труднообрабатываемым материалам относятся: • Коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы; • Титановые сплавы; • Высокопрочные стали и сплавы; • Материалы с высокой твердостью; • Тугоплавкие металлы. 9.3 Материалы для штампового инструмента Штамповые стали предназначены для изготовления инструментов, обеспечивающих формообразующие операции за счет пластического деформирования или разрушения материала заготовки. Стали для штампов горячего деформирования должны прежде всего обладать теплостойкостью, т.к. инструмент нагревается при контакте с обрабатываемой заготовкой. Из твердых сплавов изготавливают различные виды инструмента для обработки давления. Волочильный инструмент – алмазные волоки – используют при производстве проволоки. 34

9.4 Материалы для контрольно-измерительного инструмента

Измерительный инструмент предназначен для измерения линейных и угловых размеров, шероховатости поверхности, для определения твердости. Измерительный инструмент должен обладать износостойкостью, что достигается за счет высокой твердости, и стабильностью размеров во времени. Для изготовления измерительного инструмента используют стали, твердые сплавы и алмазы. Контрольные вопросы: 1. Какова область применения инструментальных материалов? 2. Какие требования предъявляются к материалам для изготовления режущего и штампованного инструмента? 3. Какие стали используют для изготовления режущего инструмента? 4. Как обозначаются быстрорежущие стали? 5. Какие сверхтвёрдые материалы используются в промышленности?

§10 Цветные металлы и сплавы 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Медные сплавы Алюминиевые сплавы Магниевые сплавы Титановые сплавы Баббиты

10.1 Медные сплавы Чистая медь обладает пластичностью, высокими тепло- и электропроводностью. Плотность меди 8,9 г/см3, температура плавления 1083 оС Латуни – это сплавы меди с цинком, основным легирующим элементом. Бронзы – это сплавы, в которых основным может быть любой легирующий элемент кроме цинка, который тоже может входить в состав бронз, но не как основной. Легирующие элементы латуней и бронз обозначаются первыми буквами их названий: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Мг – магний, Н – никель, О – олово, С – свинец, Т – титан, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк. 10.2 Алюминиевые сплавы Алюминий – легкий металл, его плотность 2,7 г/см3, температура плавления 658 оС. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, являются однофазными. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой, являются двухфазными. 10.3 Магниевые сплавы Магний – легкий металл, его плотность 1,7 г/см3, температура плавления 651 оС. Магний устойчив против коррозии лишь в сухой среде, при повышении температуры легко окисляется и даже самовоспламеняется. Деформация магниевых сплавов осуществляется при температурах 250…400 оС. Механические свойства литейных сплавов в большей степени зависят от величины зерна. 10.4 Титановые сплавы Титан – это металл серебристо-белого цвета, его плотность 4,5 г/см3, температура плавления 1668 оС. Свойства титана сильно зависят от чистоты. Газы – азот и кислород – повышают прочность титана, но наряду с водородом сильно снижают пластичность, делают его склонным к хрупкому разрушению. 10.5 Баббиты Баббиты – это легкоплавкие подшипниковые сплавы, применяемые для вкладышей подшипников скольжения.

Контрольные вопросы: 1. Какие сплавы на основе меди называются латунями? 2. Как обозначаются латуни? назовите марки деформируемых и литейных латуней. 3. Какие сплавы на основе меди называются бронзами? 4. Как обозначаются бронзы? Назовите марки оловянных, алюминиевых и бериллиевых бронз. 5. Назовите области применения алюминиевых сплавов. 6. Назовите марки и области применения баббитов.

§11 Материалы для сварки и пайки 11.1 Материалы для сварки. 11.2 Материалы для пайки металлов 11.1 Материалы для сварки. Сварка – это технологический процесс получения неразъемных соединений за счет установления межатомных связей между материалом соединяемых заготовок. Виды сварки плавлением: • Электродуговая сварка • Газовая сварка • Электрошлаковая сварка Основным наплавочным материалом при сварке сталей является специальная сварочная проволока: • Низкоуглеродистая • Легированная • Высоколегированная Плавящиеся электроды – это металлические стержни длинной до 450 мм из сварочной проволоки, покрытые специальной обмазкой. Помимо сварочной проволоки и электродов используют пустотелые порошковые проволоку и ленту, заполненные порошкообразным наполнителем, играющим туже роль, что и обмазка. Сварочные флюсы не только изолирую зону сварки от атмосферы, в зависимости от состава флюса можно осуществлять легирование металла шва, а также формировать поверхность шва, образуя шлаковую корку разного состава и свойства. Защитные газы – нейтральный и углекислый газы обеспечивают лучшую защиту от кислорода воздуха, чем электроды с покрытием и флюсы. В качестве горючих газов используют ацетилен, водород и др. газы. При электрошлаковой сварки осуществляется без дуговой нагрев за счет высокой температуры жидкого шлака. В промышленности высоко применяют сварные конструкции: фермы мостов, подъемных кранов, различные каркасы, корпусные детали и др.. Структура сварного шва и прилагающей к нему зоны, испытывающей тепловое воздействие. Отличается от структуры сварного соединения на примере низкоуглеродистой стали. Фазовые превращения, происходящие в стали, обуславливаются возникновением в ЗТВ остаточных сварочных напряжений. При газовой сварке чугуна в качестве наплавочного материала используют чугунные стержни диаметром 6…12 мм. Для сварки меди и сплавов на ее основе используют газовую и другую сварку; для алюминия и его сплавов – дуговую. При газовой сварки меди и медных сплавов используют чистую медь; для латуней и бронз – латуни и бронзы. 11.2 Материалы для пайки металлов Пайка – это соединение материалов с помощью припоя, который, находясь в жидком состоянии, смачивает соединяемые материалы, а затем в результате кристаллизации образует неразъемное соединение. 38

Припой – это материал для пайки или лужения с температурой плавления ниже. Чем у паяемых материалов. Флюсы защищают от окисления соединяемые металлы и припой в процессе пайки, они не входят в состав паяного соединения. Низкая температура плавления и хорошая смачивающая способность галлия определила его использование в качестве основного компонента многих припоев. Контрольные вопросы: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Какие виды сварки плавление вы знаете? Назовите особенности электродуговой сварки. Что такое наплавочный материал? Что такое сварочная проволока, электроды? Зачем используют обмазки электродов и флюсов? Какой термической обработке подвергают сварные детали? Что такое пайка? Назовите основные и вспомогательные материалы при пайке.

§ 12 Неметаллические материалы 12.1 Материалы на основе полимеров 12.2 Стекло 12.3 Древесина 12.1 Материалы на основе полимеров Полимеры – высокомолекулярные вещества с очень большой молекулярной массой 10 …107 а.е.м. Основная структура полимеров – макромолекулы, которые построены из многократно повторяющихся звеньев – мономеров. Структура линейных и разветвленных полимеров может быть кристаллической или атмосферной. Стеклообразное состояние характеризуется только колебательным движением атомов около положения равновесия; движение звеньев и перемещение макромолекул не происходит. При повышении температуры выше Tc полимеры переходят в высокоэластичное состояние, которое характеризуется способностью материала к большим обратимым изменениям формы при малых нагрузках. При достижении температуры текучести полимеры переходят в вязко текучее состояние. Они подвержены старению, самопроизвольному и необратимому изменению свойств, вследствие разрушения связей в цепях макромолекул. Пластические массы (пластмассы) – это искусственные материалы, основой которых, являются полимеры. Пластмассы делят на: • Порошковые, в качестве наполнителя используются древесная мука, графит и др; • Волокиты, с наполнителем в виде волокна; • Слоистые, с листовым наполнителем; • Газонаправленные – пено- и поропласты, в качестве наполнителя используют воздух или нейтральные газы. Основа термопластических пластмасс – полимеры с линейной или разветвленной структурой. Полиамиды – это группа пластмасс с широко известными названиями: капрон, нейлон, лавсан и др. Связующее вещество в этих пластмассах – термореактивные полимеры, которыми являются фенолформальдегидные, кремнийорганические, эпоксидные смолы. В качестве наполнителя используют органические и минеральные вещества. Пенопласты – материалы с замкнутой пористой структурой. Поропласты – губчатые материалы с открыто пористой структурой. Сот пласты изготавливают из тонкого листового материала, который первоначально гофрируют, а затем гофрированные листы расклеивают в виде пчелиных сот. Основой характеристики эластомеров является способность к очень высокой упругой деформации и малый модуль упругости. Резина – это продукт вулканизации, химической переработки каучуков. В состав резины входят: • Противостарители; • Пластификаторы; • Активные наполнители; • Минеральные или органические красители. 5

К специальным резинам относятся маслобензостойкие, теплостойкие, морозостойкие, светоозоностойкие, износостойкие и электротехнические. К пленкообразующим относятся материалы, которые после нанесения на обрабатываемую поверхность образуют связанные с этой поверхностью пленки. Компоненты пленкообразующих материалов: • Пленкообразующие вещества; • Растворители; • Наполнители; • Пластификаторы; • Отвердители и катализаторы. Термопластические клеи имеют низкие прочностные характеристики, которые к тому же заметно снижаются при нагреве. Резиновые клеи – это растворы каучуков или резиновых смесей в органических растворителях. Неорганические клеи – фосфорные, керамические, силикатные – являются высокотемпературными. Лаки состоят из нелетучих веществ, - пленкообразователей, которыми являются растворимые, пластичные термореактивные полимеры, а также рас творительные масла – олифы, и летучих веществ – растворителей. 12.2 Стекло Структура стекла является промежуточной между структурами твердого кристаллического вещества и жидкости. Вещества, образующие стекло – это оксиды кремния, бора и фосфора, которые обладают очень высокой вязкостью в жидком состоянии. Структура стекла это неправильная трехмерная сетка, образованная за счет соединения атомов кислорода, расположенных в вершинах тетраэдров. Технологичность стекла в переработке определяется температурами размягчения и перехода в жидкое состояние. Стекло – термопластичный материал, при нагреве его вязкость уменьшается, оно постепенно размягчается и становится жидкостью. Ситаллы – получают из стекол путем регулируемой кристаллизации. Органические стекла – это термопластичные полимеры на основе полиметилметакрилата и других акриловых полимеров. 12.3 Древесина Древесина является важным строительным материалом, а также сырьем для бумажной промышленности. Сухая древесина на 50…60% состоит из литейного полимера целлюлозы, примерно на 25% из родственных целлюлозе соединений и на 25% из жидкости под названием лигнин, обладающей высокой вязкостью. Прессованная древесина получается прессованием нагретых древесных опилок. Фанера – листовой материал, полученных склеиванием листов древесного шпона. Контрольные вопросы: 1. Охарактеризуйте структура полимеров. 2. Какие виды пластмасс вы знаете? 3. Как получают резину? 41

4.охарактеризуйсте структуру неорганических стекол. 5. охарактеризуйте структуру древесины.

§ 13 Композиционные материалы 13.1 Композиционные материалы 13.2 Дисперсно-упрочненные композиты 13.3 Волокнистые композиты 13.1 Композиционные материалы Композиционные материалы (композиты) состоят из двух или более компонентов, причем каждый сохраняет свои свойства. Один из компонентов – матрица – создает целостность материала. Прочие компоненты являются армирующими. 13.2Дисперсно-упрочненные композиты Структура дисперсно-упрочненного композиционного материала представляет собой металлическую матрицу, в которой равномерно распределены мелкодисперсные частицы второго компонента. Наиболее распространенная технология получения дисперсно-упрочненного композита – порошковая металлургия. 13.3Волокнистые композиты У волокнистых композитов матрица армирована высокопрочными волокнами, воспринимающими нагрузку, за счет чего и достигается упрочнение композитов. В зависимости от материала матрицы композиты делятся на пластики, металл композиты, композиты с керамической матрицей и матрицы из углерода. В качестве армирующих компонентов используют моноволокна, жгуты или ткани. Стеклянные волокна широко применяют при создании композитов с неметаллической матрицей. Органические волокна используют для получения композитов с полимерной матрицей. Для углеродных волокон характерны высокие значения механических характеристик, высокая теплостойкость, низкие коэффициенты трения и температурного расширения, высокая стойкость к химическим реагентам. Борные волокна обладают большим модулем сдвига G. Для изготовления полимерных матриц используют термореактивные эпоксидные и полиэфирные смолы, а также целый ряд термопластических пластмасс. К достоинствам композитов с полимерной матрицей следует отнести высокие удельные прочностные и упругие характеристики, стойкость к химическим агрессивным средам, а также достаточную простоту изготовления. Контрольные вопросы: 1. 2. 3. 4. 5.

Что такое композиционный материал? Как разделяются композиты по виду упрочнителя? Из чего изготавливают волокна волокнистых композитов? От чего зависит прочность композитов? В чем преимущества композитов перед металлическими сплавами?

Контрольный, итоговый тест по пройденному материалу: В заданиях с 1 по 50, выберите правильный вариант ответа

1. Количество вещества в единице объема: А) теплопроводность Б) электропроводность В) плотность Г) тепловое расширение 2. Свойство металла или сплава сопротивляться разрушению под действием нагрузок А) прочность Б) твердость В) ударная вязкость Г) пластичность 3. К какой группе свойств относится прочность? А) физические Б) химические В) механические Г) технологические 4. Как называется вещество, предназначенное для очистки рабочего пространства печи от загрязнений ? А) месторождение Б) руда В) топливо Г) флюс 5. Подберите марку ковкого чугуна А) ВЧ 50-2 Б) СЧ 18-36 В) КЧ 45-6 Г) АЧС-3 6.Выберите легирующий элемент, придающий стали коррозионную стойкость А) хром Б) марганец В) вольфрам Г) титан 7 Выберите вид термической обработки, при котором металл нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и охлаждают вместе с печью А) нормализация Б) отпуск В) закалка Г) отжиг 44

8. Насыщение поверхностного слоя стальных изделий углеродом называется: А) цианирование Б) цементация В) азотирование Г) нитро цементация 9. Латунь это сплав …. А) меди с цинком Б) меди с оловом В) меди с никелем Г) меди с алюминием 10. Именем какого сплава назван целый век? А) латунь Б) бронза В) дюраль Г) нихром 11.Как называется свойство тел проводить с той или иной скоростью тепло при нагревании А) плотность Б) температура плавления В) теплопроводность Г) тепловое расширение 12. Как называется способность металла, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузки и сохранять эту форму после снятия нагрузки А) прочность Б) пластичность В) твердость Г) усталость 13. К какой группе свойств относится свариваемость А) физические Б) химические В) механические Г) технологические 14. Как называется каменноугольная пыль или мелочь, служащая топливом для доменной печи? А) кокс Б) флюс В) руда Г) месторождение 15. Подберите марку высокопрочного чугуна: А) СЧ 18-36 Б) КЧ 35-10 В) ВЧ 45-5 Г) ЖЧХ -1,5

16. Выберите легирующий элемент, придающий стали теплостойкость А) серебро Б) олово В) молибден Г) медь 17. Выберите вид термической обработки, который позволяет устранить или уменьшить напряжения в стали после закалки А) отжиг Б) нормализация В) цементация Г) отпуск 18. Как называется насыщение поверхностного слоя стальных изделий азотом? А) цементация Б) азотирование В) нитро цементация Г) цианирование 19. Как называется сплав меди с оловом, алюминием, никелем и другими элементами? А) бронза Б) латунь В) дюралюминий Г) силумины 20. Какой металл называют крылатым? А) медь Б) алюминий В) вольфрам Г) никель 21. Как называется свойство металлов расширяться при нагревании? А) тепловое расширение Б) теплопроводность В) температура плавления Г) плотность 22. Как называется свойство металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела? А) ударная вязкость Б) прочность В) твердость Г) пластичность 23. К какой группе свойств относится растворимость? А) физические Б) химические В) механические Г) технологические

24. Как называется горная порода, содержащая помимо железа песок, глину и другие примеси? А) месторождение Б) флюс В) руда Г) кокс 25. Чугун, который получается из белого путем длительного отжига А) серый Б) ковкий В) высокопрочный Г) антифрикционный 26. Выберите легирующий элемент, придающий стали упругие свойства А) хром Б) кремний В) молибден Г) вольфрам 27. Выберите вид термической обработки, при котором металл нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и охлаждают в какой - либо среде А) отжиг Б) нормализация В) закалка Г) отпуск 28. Одновременное насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом А) цианирование Б) цементация В) борирование Г) алитирование 29. На какие группы делятся алюминиевые сплавы? А) деформируемы и спекаемые Б) деформируемые и литейные В) литейные и спекаемые Г) твердые и мягкие 30 Какой цветной металл использовался для фотовспышки? А) алюминий Б) медь В) магний Г) титан 31. Как называется изменение формы твердого тела под действием приложенных к нему сил? А) деформация Б) напряжение В) тепловое расширение Г) температура плавления 47

32. Как называется явление разрушения при многократном действии нагрузок? А) прочность б) пластичность В) твердость г) усталость 33. К какой группе свойств относится плотность? А) физические Б) эксплуатационные В) механические Г) технологические 34. Выберите руду с наибольшим содержанием железа А) бурый железняк (лимонит ) Б) красный железняк ( гематит) В) магнитный железняк ( магнезит) Г) бокситы 35. Выберите марку серого чугуна А) СЧ20 Б) КЧ33-8 В) ВЧ42-12 Г) АЧС -3 36. Выберите легирующий элемент, придающий стали твердость А) алюминий Б) медь В) титан Г) вольфрам 37. Из каких составляющих состоит процесс термической обработки? А) нагрев + охлаждение Б) нагрев + выдержка + охлаждение В) нагрев + выдержка + нагрев + охлаждение Г) нагрев + выдержка + нагрев + выдержка + охлаждение 38. Выберите вид химико-термической износостойкости и предела выносливости А) цементация Б) цианирование В) азотирование Г) алитирование

обработки

для

повышения

39. Легкий цветной металл, применяемый в авиационной промышленности А) литий Б) магний В) медь Г) натрий 40. Как называется цветной металл с температурой плавления 3400 0С? А) медь Б) хром В) вольфрам В) никель 48

41. Как называется свойство металлов расширяться при нагревании? А) тепловое расширение Б) теплопроводность В) температура плавления Г) плотность 42. Как называется свойство металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела? А) ударная вязкость Б) прочность В) твердость Г) пластичность 43. К какой группе свойств относится растворимость? А) физические Б) химические В) механические Г) технологические 44. Как называется горная порода, содержащая помимо железа песок, глину и другие примеси? А) месторождение Б) флюс В) руда Г) кокс 45. Чугун, который получается из белого путем длительного отжига А) серый Б) ковкий В) высокопрочный Г) антифрикционный 46. Выберите легирующий элемент, придающий стали упругие свойства А) хром Б) кремний В) молибден Г) вольфрам 47. Выберите вид термической обработки, при котором металл нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и охлаждают в какой - либо среде А) отжиг Б) нормализация В) закалка Г) отпуск 48. Одновременное насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом А) цианирование Б) цементация В) борирование Г) алитирование 49

49. На какие группы делятся алюминиевые сплавы? А) деформируемы и спекаемые Б) деформируемые и литейные В) литейные и спекаемые Г) твердые и мягкие 50 Какой цветной металл использовался для фотовспышки? А) алюминий Б) медь В) магний Г) титан

В заданиях с 51 по 58, впишите недостающую информацию 51. Определите химический состав стали 12Х18Н9Т 12Х18Н9Т_________________________________________________________ 52. Пользуясь вариантами ответов, выберите углеродистые инструментальные стали ___________________________________________________ Варианты : 25Х, Ст0, У8, 9ХС, ХВГ, У7А, БСт3пс, 15ХМ, 53. Определите химический состав стали 30Х3МФ 30Х3МФ ________________________________________________________ 54. Пользуясь вариантами ответов, выберите марки нержавеющих сталей ____________________________________________________________ Варианты : ХМ, У8А, 1Х13, У7, 45, ХВГ, 2Х13 55. Определите химический состав стали Х12ЮС Х12ЮС _________________________________________________ 56. Пользуясь вариантами конструкционных сталей

ответов,

выберите

марки

углеродистых

_____________________________________________________________ Варианты: У10, 4Х13, ШХ6, 45, 40Х, У10А, 15Г, 3Х13, 95Х18 57. Определите химический состав стали20ХН_ А) _20ХН___________________________________________________________ 58. Пользуясь вариантами ответов, выберите марки быстрорежущих инструментальных сталей ______________________________________________________________ Варианты: 9ХС, Ст3, Р18К6, 50С2, 50ХФА, Ст2, Р5Ф8, 40ХН

Эталон ответа Тест: В, А, В, Г, В, А, Г, Б, А, Б, В, Б, Г, А, В, В, Г, Б, А, Б А, В, Б, В, Б, Б, В, А, Б, В, А, Г, А, В, А, В, Б, В, Б, В Развернутый: 1)12Х18Н9Т – 0,12% углерода, 18% хрома, 9% никеля, титана до 1% 2)У8, У7А, 3)30Х3МФ - 0,3% углерода, хрома 3%, молибдена до 1%, ванадия до 1% 4)1Х13, 2Х13 5)Х12ЮС – углерод до 1%, хром 12%, алюминий до 1%, кремний до 1% 6)41.20ХН – углерода 0,2%, хрома до 1%, никеля до 1% 7)Р18К6, Р5Ф8 8) 5, 15Г 51

Литература: Основные источники: 1. Адаскин А.М. Материаловедение и технология материалов.-М.:Форум,2010.-352с 2. Лахтин Ю.М. Материаловедение – М.: - Высшая школа, 1986 – 527 с. 3. Кузьмин Б. А. Технология металлов и конструкционные материалы –. М.: Высшая школа, 1989 – 386 с. 4. Соколова Е.Н.Материаловедение. Раб.тетрадь.-М.:Академия,2007.-93с. 5. Чумаченко Ю.Т. Матриаловедение и слесарн.дело.-Р/нД:Феникс,2009.-395с. Дополнительные источники: 1. .Кузьмин А.Б, Абраменко Ю.Е, Кудрявцев М.А. и др.;Под общ.ред.Б.А.Кузьмина.Технология металлов и конструкционные материалы: Учебник для машиностроительных техникумов/ 2-еизд.,перераб. и доп.-М.:Машиностроение,1989.-496с.:ил. 2. Лифшиц Б.Г, Крапоткин В.С. Физические свойства металлов и сплавов. – М.: Металлургия , 1980. – 320 с. Интернет- и интернет-ресурсы 1.http://ru.wikipedia.org/wiki/материаловедение 2.http://www.nait.ru/journals/index.php?p_journal_id=2 3.http://supermetalloved.narod.ru/books.htm