Перечень рекомендуемых учебных изданий

Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики

Структурное подразделение «Дебальцевский колледж

Транспортной инфраструктуры»

Государственного высшего учебного заведения «Донецкий институт железнодорожного транспорта»

ОП.5. Материаловедение

^{индекс. наименование дисциплины}

Методические рекомендации

к выполнению контрольного задания

для студентов заочной формы обучения

Специальности 23.02.06 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

В методических рекомендациях в соответствии с программой учебной дисциплины «Материаловедение» изложены общие требования к выполнению работы, варианты заданий, рекомендованная литература и приведен пример выполнения работы.

Рекомендации, разработанные преподавателем Садовой Е.В., предназначены для студентов заочного обучения выполняющих контрольное задание по дисциплине «Материаловедение».

Введение

Материаловедение – наука, изучающая материалы, связь между их составом, структурой и свойствами, а также закономерности их изменения при тепловых, химических, механических, электромагнитных, радиационных и других воздействий.

Курс материаловедения является одним из основных в общеинженерной подготовке техника. Развивающаяся техника и связанное с этим постепенно растущее использование материалов во все исторические эпохи были, безусловно, необходимой предпосылкой желания людей улучшить свою жизнь. Без определенных материалов в соответствующем количестве, качестве, форме, без приобретения необходимых для этого знаний и умений человечество осталось бы на примитивной ступени развития. Из металлических материалов самыми широко применяющимися являются железо и сплавы на его основе — стали и чугуны.

Современная промышленность требует создания новых материалов, обладающих специальными свойствами: износостойкостью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью, высокой удельной прочностью и др. Техническое значение материалов зависит от внутренне присущих им свойств, которые определяются химической и физической природой материала. Для каждого случая применения необходимо в первую очередь проверять технические характеристики материала, которые выражают его свойства и определяют техническую пригодность.

Требования к оформлению контрольной работы

Контрольное задание выполняется обучаемыми самостоятельно в часы самостоятельной работы в виде письменных ответов на поставленные вопросы и оформляется в соответствии с требованиями Стандарта учебной организации.

Работа может бать выполнена как в рукописном варианте (в отдельной ученической тетради) так и с помощью компьютерного набора ( выполнена на листах формата А4; поля: верхнее, нижнее, правое – 1,5 см, левое – 2,5 см; шрифт Times New Roman 14 пт; интервал: полуторный, красная строка 1,5 см). Титульный лист должен быть оформлен в соответствии с Приложением А.

При выполнении задания перед каждым ответом на вопрос необходимо поместить текст вопроса с указанием его номера. Все ответы должны быть краткими по форме и точными по содержанию. Ответы иллюстрируются рисунками или графиками. Ответ на каждый вопрос задания рекомендуется начинать с нового листа.

В конце работы приводится список использованной литературы.

Номер варианта на выполнение контрольной работы выдается преподавателем в соответствии с номером по списку в учебном журнале группы.

Задания для выполнения контрольной работы

Контрольная работа содержит два самостоятельных задания:
Задание 1.

Вычертить в масштабе диаграмму состояния "Fe-Fe ₃C" (рисунок 1) и, пользуясь ею, указать, какие структурные превращения происходят в сплаве с заданным содержанием углерода при медленном охлаждении.

Данные для выполнения задания выбираем согласно таблицы 1.

Рисунок 1 – Диаграмма железо-цементит "Fe-Fe ₃C"

Таблица 1 – Нумерация вопросов для контрольной работы

Задание 2

Дайте ответ на один из предлагаемых вопросов, согласно Вашего варианта.

1 Опишите кратко общую классификацию сталей по способу производства, химическому составу и назначению. Расшифруйте марки сплавов: БСт1кп; ЗОГ;20ХГР; БрАЖМц7-3-1.

2 Опишите влияние углерода, кремния и марганца на свойства углеродистых сталей. Расшифруйте марки сплавов: У8; СЧ35; Б16;60С2ХФА.

3 Опишите и покажите графически зависимость свойств углеродистых сталей от процента содержания углерода. Укажите область применения углеродистой стали в зависимости от содержания в ней углерода. Расшифруйте марки сплавов: СЧ40; ВСт5; 08пс; 38ХНЗБА.

4 Опишите влияние углерода, фосфора и серы на свойства углеродистых сталей. Какие элементы присутствуют в составе любой стали? Расшифруйте марки сплавов: КЧ-37-12; 05кп; 12Х18Н10Т; ШХ15.

5 Опишите структуру серого чугуна, зависимость его структуры от скорости охлаждения. Какая структура металлической основы серого чугуна обеспечивает оптимальные механические свойства отливок? Расшифруйте марки сплавов: СЧ15; 10кп; Б16; 50ХСА.

6 Опишите структуру и свойства высокопрочного чугуна. Чем объясняется прочность и пластичность высокопрочных чугунов? Расшифруйте марки сплавов: БрОФ7-0.2,Х12М; ВЧ50-2; У12А.

7 Опишите структуру и свойства ковкого чугуна. Каким способом получаются ковкие чугуны? Расшифруйте марки сплавов: 15пс; СЧ18;Р14Ф14;ЛМцС58-2-2.

8 Объясните, как маркируются по ГОСТу конструкционные углеродистые стали. Расшифруйте марки сплавов: 20Х2Н4А; Р6МЗ; БСт4; 08кп.

9 Объясните, как маркируются по ГОСТу инструментальные углеродистые стали. Расшифруйте марки сплавов: ВСтЗ; Р14Ф4; 60С2ХФА; БрОЦС-5-7-5.

10 Кратко опишите классификацию легированных сталей по химсоставу, назначению и качеству. Опишите маркировку конструкционных легированных сталей. Расшифруйте марки сплавов: Р12; ВЧ80; 60С2.

11 Перечислите основные легирующие элементы. Укажите их влияние на свойства сталей. Расшифруйте марки сплавов: ВСтЗ; 65Г;У8Г;Р18.

12 Укажите назначение инструментальных легированных сталей. Опишите их маркировку. Расшифруйте марки сплавов: 60С2ХФА; Ст1;Р9К5;БрОФ-10-1.

13 Опишите износоустойчивые стали, их область применения на железнодорожном транспорте. Расшифруйте марки сплавов: 08X18Н10; У12; 50; БрОЦС-6-6-3.

14 Опишите рессорно-пружинные стали, требования к ним, марки. Расшифруйте марки сплавов: СЧ18;Б83; 70С2ХА; БрАЖ9-4.

15 Опишите свойства и применение металлокерамических твердых сплавов и минералокерамических материалов (алмаз, эльбор). Расшифруйте марки сплавов: Л62; 08пс; 30X13; СтЗ.

16 Опишите свойства и применение нержавеющих сталей. Маркировка по ГОСТу. Расшифруйте марки сплавов: 20Х2Н4А; У10; Р14Ф4; Б83.

17 Опишите физико-химические и механические свойства меди, ее маркировку и применение. Расшифруйте марки сплавов: 5ХНМ; 60С2ХФА; БрСЗО; У7А.

18 Объясните, что такое латунь. Опишите ее состав, свойства, маркировку по ГОСТ и применение на транспорте. Расшифруйте марки сплавов: ЛМц58-2; 3ОХГСА; ВСтЗсп.

19 Опишите физико-химические и механические свойства Al алюминия, а также свойства литейных алюминиевых сплавов. Расшифруйте марки сплавов: Р9Ф5; 10Г2С1; ВЧ35; 20пс.

20 Опишите, какие сплавы называются бронзами, их маркировку, область применения на железнодорожном транспорте. Расшифруйте марки сплавов: Л63; УНА; КЧ70-2; ЗОХН2МА.

21 Опишите состав, свойства, применение и маркировку антифрикционных (подшипниковых) сплавов. Расшифруйте марки сплавов: Б83; Д16АТ; 60С2.

22 Перечислите способы испытания механических свойств металлов, приведите формулы и опишите, как производится испытание на твердость. Расшифруйте марки сплавов: БрОЦС4-4-4; СтЗ; ВЧ45-6; 14Г2АФ.

23Объясните, что такое коррозия металлов. Перечислите виды коррозии и кратко опишите химическую и электрохимиче­скую коррозию. Расшифруйте марки сплавов: 5ХНМ; Р6МЗ; М75;У8А.

24 Перечислите способы защиты металлов от коррозии. Опишите сущность анодной защиты. Расшифруйте марки сплавов: 38ХНЗВА; Р18; 20кп; ЛАЖ 60-1-1.

25 Опишите сущность электрохимической защиты от коррозии. Расшифруйте марки сплавов: БрАЖМцЮ-3-1,5; 40Х10С2М; ВЧ35.

26 Расшифровать марку стали, описать её свойства (физические, химические, механические, технологические), область применения и способы изменения свойств (виды термической обработки). Стали: сталь 40, 08Х18Н10Т, Р14Ф4

27 Расшифровать марку стали, описать её свойства (физические, химические, механические, технологические), область применения и способы изменения свойств (виды термической обработки). Стали: ст.5пс, 15Х5М, СтЗ.

28 Расшифровать марку стали, описать её свойства (физические, химические, механические, технологические), область применения и способы изменения свойств (виды термической обработки). Стали: 16К, 08Х13, 20пс.

29 Расшифровать марку стали, описать её свойства (физические, химические, механические, технологические), область применения и способы изменения свойств (виды термической обработки). Стали: ст.4сп, 08Х17Т, 65Г.

30 Расшифровать марку стали, описать её свойства (физические, химические, механические, технологические), область применения и способы изменения свойств (виды термической обработки). Стали: ст.4сп, 07Х16Н6, ВСт5.

3 Рекомендации по выполнению контрольного задания

При ответе на первый вопрос задания необходимо вычертить на миллиметровой бумаге в масштабе диаграмму состояния углеродистых сплавов (Fе –Fе3С). Рекомендуемый масштаб по оси температур: в 1см -150 ⁰С; по оси концентрации углерода: в 1 см - 0,5%. Структурные составляющие сплавов в областях диаграммы показать принятыми условными обозначениями (рисунок 2).

Отметить процентное содержание углерода в соответствии с заданием на оси концентрации диаграммы и провести через эту точку вертикальную линию. Точки пересечения данной линии с линиями диаграммы состояния пронумеровать сверху вниз и спроецировать на ось температур. По полученным значениям температур построить температурную кривую охлаждения сплава. Пользуясь полученной кривой охлаждения и диаграммой состояния, описать, какие превращения будут происходить в сплаве при его медленном охлаждении, проиллюстрировав их изображением микроструктуры сплава. Дать определение образующихся при этом структурных составляющих. Указать какую структуру будет иметь сплав после окончательного охлаждения, и каковы его будут механические свойства.

Например: Задан сплав с содержанием углерода 0,9%.

Рисунок 2 – Диаграмма состояния Fе –Fе3С и кривая охлаждения

сплава 0,9%С

Компонентами данной системы являются железо и углерод.

На диаграмме могут быть четыре фазы:

- жидкая фаза (Ж);

- феррит (Ф);

- аустенит (А);

- цементит (Ц).

Жидкая фаза существует выше линии ликвидус. Железо хорошо растворяет углерод, образуя однородную жидкую фазу.

Линии на диаграмме:

АСД — ликвидус; ЛЕСЕ — солидус; SE — линия предельной растворимости углерода в аустените; PQ — линия предельной растворимости углерода в феррите; GS— линия начала вторичной перекристаллизации (при охлаждении) — аустенита в феррит; PG — линия конца вторичной перекристаллизации; S — эвтектоидная точка; PSK — линия эвтектоидного превращения; С — эвтектическая точка; ECF — линия эвтектического превращения.

Сплавы на диаграмме:

до 0,02 % С — техническое железо (феррит);

до 2,14 % С — углеродистые стали;

свыше 2,14 до 6,67 % С — углеродистые чугуны;

от 0,006 до 0,8 % С — доэвтектоидные стали;

0,8 % С — эвтектоидная сталь;

свыше 0,8 до 2,14 % С — заэвтектоидные стали;

от 2,14 до 4,3 % С — доэвтектические чугуны;

4,3 % С — эвтектический чугун;

свыше 4,3 до 6,67 % С — заэвтектические чугуны;

6,67 % С - цементит.

Железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 0,9% относится к заэвтектоидным сталям. При температуре выше 1480 ⁰С (точка 1) сплав находится в жидком состоянии. При медленном охлаждении с понижением температуры ниже точки 1 (1480⁰ С, температура ликвидуса) начинается затвердевание сплава с образованием аустенита (твердого раствора внедрения углерода в γ-кристаллической решетке железа) и сплав становится двухфазным – жидкая фаза и кристаллы аустенита. Кристаллизация сплава сопровождается выделением тепла, поэтому процесс охлаждения замедляется (на кривой охлаждения фиксируется перегиб). При понижении температуры до точки 2 (1390⁰С, температура солидуса) затвердевание сплава завершается с образованием однородных кристаллических зерен твердого раствора – аустенита.

Микроструктура сплава приведена на рисунке 3.

а) 1390-740⁰С б) 740-727⁰С в) 727⁰С

Рисунок 3 – Микроструктура сплава 0,9%С

Дальнейшее понижение температуры вплоть до точки 3 (740⁰) изменений в структуре сплава не вызывает. Сплав остается однородным, состоящим из полиэдрических зерен аустенита (рисунок 3а). Аустенит обладает высокой пластичностью, низким пределом текучести и прочности.

При достижении температуры 740⁰С (точка 3) вследствие уменьшения растворимости углерода в γ-кристаллической решетке железа аустенит оказывается насыщенным углеродом и при дальнейшем понижении температуры из него выделяется избыточный углерод в виде вторичного цементита. Поэтому при температуре ниже 740⁰С сплав становится двухфазным (аустенит и цементит вторичный). Цементит выделяется по границам зерен аустенита в виде сетки (рисунок 3б). Цементит представляет собой химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fе₃С. В цементите содержится 6,67% углерода, он обладает высокой твердостью и малой пластичностью.

По мере понижения температуры и выделения цементита концентрация углерода в аустените уменьшается. При снижении температуры до 727⁰С (точка 4) аустенит, содержащий 0,8% углерода, распадается с одновременным выделением из него феррита и цементита. Феррит представляет собой твердый раствор внедрения углерода в α-кристаллической решетке железа. Смесь феррита и цементита, образующаяся при эвтектоидном распаде аустенита, носит название перлит. Перлит имеет пластинчатое строение (рисунок 3в), т. е. состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита. Эвтектоидное превращение аустенита происходит при постоянной температуре 727⁰С – на кривой охлаждения фиксируется горизонтальная площадка 4-4 (рисунок 2).

После окончательного охлаждения сплав с содержанием углерода 0,9% имеет структуру перлит +цементит вторичный. Перлит обладает наилучшим комплексом механических свойств, однако наличие цементита вторичного в виде цементитной сетки делает сплав хрупким.

При ответе на второй вопрос задания необходимо расшифровать марку материала (дать полную его характеристику согласно принятой классификации), указать его химический состав и механические свойства.

Например: задан материал 25ХГМ

25ХГМ- низкоуглеродистая, конструкционная, качественная сталь, легированная хромом, марганцем, молибденом.

Химический состав стали:

- углерод 0,23-0,29%

- марганец 0,9-1,2%

- хром 0,9-1,2%

- молибден 0,2-0,3%

Механические свойства:

Предел прочности, σ_в 1200МПа

Предел текучести, σ_0,2 1100МПа

Относительное удлинение, σ 10%

Относительное сужение, ψ 45%

Твердость (без термообработки) НВ 205-215

Сталь 25ХГМ применяют для изготовления деталей, упрочняемых цементацией: валов, шестерен и т. п.

Перечень рекомендуемых учебных изданий

Основные источники:

1 Адаскин А.М. Материаловедение (металлообработка): учебное пособие для нач. проф. образования / А.М. Адоскин, В.М. Зуев. - М.: Академия, 2009.-288 с.

2 Сажин В.Б. Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»: Учебное пособие для вузов – М.: ТЕИС, 2005.-156с.

3 Берлин В.И. и др.Транспортное материаловедение:Учебник для вузов ж.-д. трансп./ Под ред. Б.В.Захарова.-М.:Транспорт, 1982.-287с.

4 Солнцев Ю.П. и др. Материаловедение:Учебник для вузов.Санк-Петербург.:ХИМИЗДАТ, 2007.-784с.

Дополнительные источники:

1 Марочник сталей и сплавов / М.М. Колосков и др.; Под общей ред. А.С.Зубченко – М.: Машиностроение, 2001. – 672с.

2 Марочник сталей и сплавов / В.Г.Сорокин и др.;Под общ.ред. В.Г.Сорокина.-М.:Машиностроение, 1989.-640с.

3 Заплатин В.Н. Справочное пособие по материаловедению (металлооб-работка). / Под ред. В.Н. Заплатина. М.: Издательский центр «Академия», 2007.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: