Тема 14. Цветные металлы и сплавы
Алюминий, магний и их сплавы. Классификация, маркировка, термическая обработка, область применения. Титан и его сплавы, маркировка, применение. Медь и ее сплавы: бронзы (деформируемые и литейные), латуни. Маркировка, свойства, области применения. Антифрикционные материалы: баббиты, многослойные подшипники.
Методические указания
При изучении этой темы следует обратить особое внимание на основные свойства чистых металлов (алюминий, магний, медь, титан) и наиболее распространенных сплавов на их основе, структуру этих сплавов, диаграммы состояния, а также на области их применения.
Студенты должны запомнить классификацию перечисленных сплавов, уметь по марке сплава определить его примерный состав.
Изучая сплавы алюминия, нужно внимательно рассмотреть деформируемые и литейные сплавы, процесс старения дуралюмина в зависимости от температуры.
Следует изучить состав, свойства и области применения магниевых сплавов, пути повышения прочности сплавов без потери пластичности и вязкости, а также основные преимущества алюминиевых и магниевых сплавов, связанные с их высокой удельной прочностью.
Титановые сплавы характеризуются высокой прочностью, наибольшей плотностью, относительно хорошей жаропрочностью и высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах.
Необходимо хорошо изучить состав, свойства и области применения титановых сплавов, их преимущества перед другими сплавами цветных металлов.
|
|
Важнейшими медными сплавами, имеющими широкое применение в технике, являются латуни и бронзы.
Студенты должны внимательно рассмотреть классификацию медных сплавов и усвоить маркировку, состав, структуру, свойства и области применения различных групп медных сплавов.
В качестве подшипниковых сплавов используют в основном сплавы на оловянной и свинцовой основе (баббиты), сплавы на цинковой и алюминиевой основе, а также медно-свинцовые сплавы. Курсанты должны знать требования, предъявляемые к этим сплавам, их состав и структуру, а также области применения.
В заключении необходимо ознакомиться с требованиями Российского морского регистра судоходства к алюминиевым и медным сплавам и деталям, изготовленным из этих сплавов.
Литература: [3], с. 478-537, 568-574; [2], с. 378-422; [1], с. 307-324; [5], с. 451-459; [6], с. 176-204; [7], с. 478-535; [8], с. 220-231.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите характерные физические и механические свойства алюминия и области его применения.
2. На какие группы делятся алюминиевые сплавы в зависимости от технологии обработки?
3. В чем сущность модифицирования алюминиевых сплавов? Объясните влияние модифицирования на структуру и свойства силуминов.
|
|
4. Какие алюминиевые сплавы относятся к деформируемым алюминиевым сплавам?
5. Какие алюминиевые сплавы относятся к литейным? В чем сущность процессов старения дуралюмина?
6. Укажите характерные свойства магния и области его применения.
7. Укажите характерные свойства магниевых сплавов, их маркировку и области применения.
8. Опишите характерные свойства титановых сплавов.
9. Опишите влияние цинка на механические и технологические свойства латуни. Укажите состав (марки), свойства и применение латуней.
10. Какую структуру имеет латунь, содержащая 20 и 40 % Zn?
11. Почему бронзы часто используют в качестве антифрикционного материала? Какую бронзу наиболее часто применяют для изготовления вкладышей подшипников скольжения?
12. Какие требования предъявляются к антифрикционным сплавам?
13. Укажите строение, преимущества и недостатки триметаллических (трехслойных) подшипников.
14. Перечислите преимущества и недостатки металлокерамических и минералокерамических твердых сплавов.
Тема 15. Неметаллические материалы. Композиционные и порошковые материалы
Классификация неметаллических материалов, области их применения. Основы строения, свойства полимерных материалов и способы их получения. Типовые термопластические и термореактивные материалы, методы упрочнения, особенности механических свойств полимеров, обусловленные их строением, области их применения.
|
|
Основы строения резиновых материалов, их составы для придания заданных свойств, области применения. Стекла. Керамика. Общие сведения, Области применения. Экономическая эффективность применения неметаллических материалов в технике.
Виды композиционных материалов, классификация, свойства, преимущества и недостатки, области применения. Порошковые материалы. Способы получения. Конструкционные, инструментальные и специальные порошковые материалы. Области применения.
Методические указания
При изучении данной темы, прежде всего, необходимо ознакомиться с общей классификацией и характеристикой неметаллических материалов, их специфическими свойствами в зависимости от химической природы и структуры.
Изучая пластмассы, надо усвоить, что основной их составляющей являются высокомолекулярные вещества, состоящие из гигантских молекул различной формы структуры, к которой добавляют различные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и т. д.
|
|
Следует знать, какие составляющие можно использовать для придания пластмассам тех или иных физико-механических свойств.
При изучении резиновых материалов необходимо уяснить состав резины, способы получения и влияние различных добавок на ее свойства, обуславливающие широкое применение в различных отраслях промышленности.
Необходимо подробно рассмотреть влияние наполнителей, мягчитлей, противостарителей и ускорителей на свойства резины, изучить методы изготовления и соединения изделий из резины, а также техническую и экономическую целесообразность применения неметаллических материалов в машиностроении и других областях техники.
Серьезное внимание следует уделить изучению неорганического стекла, общих его свойств, областей применения технических стекол, а также строению теплозвукоизоляционных стекловолокнистых материалов и ситаллов.
Необходимо подробно ознакомиться с керамическими материалами, изучить свойства керамики на основе чистых оксидов и бескислородной керамики, области их применения.
Композиционные материалы представляют собой искусственные материалы, получаемые сочетанием химически неоднородных компонентов, и являются весьма перспективными для применения в различных областях народного хозяйства.
Следует обратить внимание на их физическую природу, свойства зависимости от вида матрицы и формы, размеров и взаимного расположения наполнителя, на возможность использования композиционных материалов в качестве жаропрочных и способы повышения их жаропрочности.
Изучая порошковые материалы, необходимо четко усвоить основные этапы технологии производства изделий из порошков: получение и подготовка порошков, их формирование, спекание и дополнительная обработка спеченных изделий. Следует запомнить отличительную особенность пористых порошковых материалов, позволяющую получать требуемые эксплуатационные свойства, изучить конструкционные порошковые материалы и требования, предъявляемые к ним. Необходимо подробно изучить состав, свойства, маркировку и применение порошковых материалов.
В заключении следует уделить серьезное внимание изучению вопросов техники безопасности и охраны окружающей среды при производстве неметаллических материалов и их исходных компонентов.
Литература: [3], с. 582-669; [2], с. 422-520; 428-431; [1], с. 707-728, 730-798; [5], с. 451-459; [6], с. 215-295; [8], с. 248-258.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите наполнители, пластификаторы и стабилизаторы, наиболее часто применяемые для получения специфических свойств пластических масс.
2. Какие полимеры называют термопластическими? Назовите области их применения.
3. Назовите методы переработки пластмасс в вязкоэластичном состоянии.
4. Назовите виды каучуков, их свойства. Каков состав резины?
5. Перечислите методы изготовления и соединения изделий из резины.
6. Назовите представителей керамики на основе чистых оксидов. Дайте сравнительную оценку свойств.
7. Как классифицируются композиционные материалы с неметаллической матрицей по виду упрочнителя и матрицы?
8. Что такое карбоволокниты? Какие их состав, разновидности и свойства?
9. Что такое органоволокниты? Укажите их свойства и применение.
10. Назовите основные физико-механические свойства композиционных материалов с металлической матрицей.
11. Какие достоинства и недостатки порошковой металлургии?
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1
1.Чем отличается макроструктура от микроструктуры? Какое условие необходимо для протекания процесса кристаллизации? Что такое твердый раствор? Какие виды твердых растворов вы знаете?
2.Что такое полиморфное превращение и какие необходимы условия для его протекания? Что такое концентраторы напряжений и почему они опасны?
3.Определите число фаз, их состав и количество при разных температурах и составов сплавов между линиями ликвидус и солидус в двухкомпонентной системе с полной взаимной растворимостью в жидком и твердом состоянии.
4.Что такое текстура деформации и как она влияет на свойства металла?
5.Что предопределяет сверхпластичность металлов и сплавов? Какие факторы влияют на температурный процесс рекристаллизации? Почему испытания на растяжение наиболее широко применяются по сравнению с другими видами испытаний?
6.Что такое конструктивная прочность и какие параметры используются для ее оценки? Когда будет крупнее рекристаллизованное зерно: после деформации на 25 или 75 %?
7.Что такое твердый раствор? Виды твердых растворов, примеры. Какими стандартными характеристиками механических свойств оценивается пластичность металлов и сплавов? Как они определяются?
8.Что такое дислокация? Виды дислокаций и их влияния на механические свойства металлов. Как связано число твердости НВ с временным сопротивлением? Что больше - KCU, KCV или КСТ одного и того же материала? Почему?
9.Опишите процессы превращения в чистом железе при его нагреве от 20 до 1530°С. Постройте кривую охлаждения чистого железа.
10.Опишите процессы превращения в немодифицированном силумине марки АЛ4, содержащем 10 % кремния, при нагреве от комнатной температуры до жидкого состояния. Постройте кривую нагрева при 400, 530 и 660°С.
11.Опишите процессы превращения в чугуне с содержанием углерода 4,0 % при охлаждении от жидкого состояния до 20°С. Постройте кривую охлаждения и назовите структуру при 1400, 1100 и 500°С.
12.Опишите процессы превращения в чугуне с содержанием углерода 6,0 % при нагреве до температуры 1400°С. Постройте кривую нагрева и назовите структуры при 300, 1100 и 1200°С.
13.Опишите процессы превращения в стали У10 при охлаждении от 1500 до 20°С. Постройте кривую охлаждения и назовите структуры при 300, 727, 1100 и 1400°С.
14.Опишите процессы превращения в дуралюмине марки Д16 с содержанием меди 4,0 % при нагреве от 20 до 700°С. Постройте кривую нагрева и назовите структуры при 400, 550 и 630°С.
15.Изложите процессы превращения в силумине марки АЛ9 с содержанием кремния 8,0 % при нагреве от 20 до 700°С. Постройте кривую нагрева и назовите структуры при 400, 574 и 620°С.
16.Выберите температурно-временной режим полного отжига листовой стали 08пс после холодной прокатки. Назовите структуру и укажите процессы, протекающие в стали при полном отжиге стали 08пс.
17.Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа и укажите на ней температуру закалки стали 55 в воде. Постройте кривую охлаждения образовавшейся структуры.
18.Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа и укажите на ней температуру изотермической закалки стали 60СГА. Постройте кривую охлаждения и укажите химический состав стали, закалочной среды и зарисуйте полученную структуру.
19.Выберите температурный режим высокого отпуска стали 55ХГР после закалки. Постройте кривую нагрева закаленной стали до температуры высокого отпуска. Зарисуйте структуру и укажите свойства стали 55ХГР после высокого отпуска.
20.Выберите температурный режим газового азотирования стали 18Х2Н4ВА с целью повышения износостойкости поверхностного слоя. Опишите применяемое оборудование, химические реакции и свойства после азотирования.
21.Выберите способ поверхностной закалки ходового колеса крана из стали 50Г2. Охарактеризуйте выбранный способ закалки (температурный режим, кривая охлаждения, схема структуры по высоте колеса).
22.Выберите температурный режим борирования втулки цилиндра двигателя внутреннего сгорания из стали 45. Опишите применяемое оборудование, химические реакции, используемые режимы термической обработки после борирования и полученные свойства втулки.
23.Опишите основные характеристики прочности и пластичности. Постойте диаграмму растяжения для стали.
24.Охарактеризуйте понятие "конструктивная прочность".
25.Приведите классификацию и маркировку чугунов. Охарактеризуйте влияние примесей на свойства чугунов.
26.Приведите классификацию и маркировку инструментальных сталей и сплавов.
27.Приведите классификацию и маркировку жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов. Назовите области их применения.
28.Приведите классификацию и маркировку сталей и сплавов с особыми физическими свойствами. Назовите области их применения.
29.Приведите классификацию и маркировку медных сплавов. Назовите области применения меди и ее сплавов.
30.Охарактеризуйте свойства меди и ее сплавов с алюминием, кремнием и бериллием. Назовите области применения этих сплавов.
31.Приведите классификацию и маркировку алюминиевых сплавов. Назовите области их применения.
32.Приведите классификацию и маркировку магниевых сплавов. Назовите области их применения.
33.Приведите классификацию и маркировку антифрикционных сплавов. Назовите области их применения.
34.Приведите классификацию и маркировку припоев. Назовите области их применения.
35.Охарактеризуйте влияние цинка на механические свойства латуней.
36.Приведите классификацию и характеристики неметаллических металлов.
37.Приведите классификацию и укажите технологические свойства пластмасс.
38.Охарактеризуйте высоконаполненные конструкционные пластмассы. Укажите их механические свойства и области применения.
39.Охарактеризуйте газонаполненные пластмассы. Укажите их механические свойства и области применения.
40.Укажите свойства неорганического стекла и ситаллов. Области их применения.
41.Укажите свойства керамических материалов и назовите области их применения.
Таблица 1
а/б | (а) предпоследняя цифра (а) / (б) последняя цифра шифра
Мы поможем в написании ваших работ! |