Методические указания к выполнению контрольных работ

Все вопросы по металлам базируются на диаграммах состояний сплавов. Поэтому, прежде чем приступить к ответам на вопросы, необходимо изучить строение и свойства металлов, основы теории сплавов; разобраться в понятиях: критическая точка, фаза, структурная составляющая; изучить принципы построения и особенности диаграмм состояний всех типов; усвоить все фазовые и структурные превращения, происходящие при нагреве и охлаждении сплавов. Отвечая на вопросы, следует приводить соответствующие схемы или графики. Вопросы требуют приведения ряда цифровых данных, которые имеются в ГОСТах, справочниках и учебной литературе. Отвечая на первую часть вопросов 61-90, необходимо:

• начертить в масштабе диаграмму состояния железо-цементит;

• в каждой области диаграммы указать структуры, образующиеся в сплавах данной системы при определенных температурах.

• указать на диаграмме состояния заданный в задаче сплав (содержание углерода С= ) и обозначить его соответствующей вертикальной линией, пересекающей все линии диаграммы.

• полученные точки пересечения с основными линиями диаграммы являются критическими точками, а соответствующие им температуры – критическими температурами сплава (для чугунов таких температур три: t₁, t_2, t₃; для сталей - t₁, t_2, t_3, t_4, t_5, t₆; температура t_5, t₆ только для сплавов с содержанием С=0,16 – 0,5%);

• построить схематически в координатах «температура – время» кривую охлаждения сплава, масштаб времени охлаждения и участки продолжительности превращений в структуре сплавов выбирается условно, а масштаб температуры должен строго соответствовать масштабу осей температур диаграммы;

• описать сущность превращений, происходящих в сплаве при медленном охлаждении в процессе кристаллизации (первичной и вторичной);

• дать характеристику фазового состояния сплава при заданной температуре; на вертикали сплава через точку, соответствующую заданной температуре, провести горизонтальную линию до соответствующих фазовых областей; обозначить крайние и заданную точки, найти концентрацию сплава в этих точках и, пользуясь правилом отрезков, определить соотношение фаз;

• определяя соотношение фаз для доэвтектоидной стали с содержанием углерода 0,4% при температуре 700^оС, в котором имеются структурные составляющие феррит и перлит, провести горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими области 100% фазы перлита и 100% фазы феррита; опустив перпендикуляры из точек пересечения на ось концентрации, устанавливаем концентрацию углерода для расчета соотношения фаз;

• определяя соотношение фаз для доэвтектического белого чугуна с содержанием 2,5% углерода при температуре 900^оС, в котором имеются структурные составляющие – аустенит, цементит вторичный и ледебурит, следует сначала выявить фазы, из которых состоит сплав при данных условиях (аустенит и цементит), и далее определить их количество в процентах. При этом важно учесть, что перлит и ледебурит являются механическими смесями фаз (перлит=феррит+цементит; ледебурит=аустенит+цементит; при температурах ниже 727^оС ледебурит состоит из перлита и цементита или, в конечном итоге, из феррита и цементита).

Вопросы 91-120 требуют знания маркировки и свойств легированных сталей, твердых сплавов, цветных сплавов, а также процессов термической и химико-термической обработки. Отвечая на них, необходимо привести полный химический состав и свойства рассматриваемого материала, указать влияние легирующих элементов, привести примеры применения этих материалов на железнодорожном транспорте.

Следует указать, какие именно легирующие элементы или их сочетания придают сталям требуемые свойства, например, повышение прочности и вязкости, жаропрочности и жаростойкости и т.д., и как эти элементы влияют на поведение легированных сталей в процессе их термической обработки. Так, температура отпуска легированных сталей выбирается несколько выше, чем для обычных углеродистых сталей, так как легированный аустенит более устойчив, учитывается возможная отпускная хрупкость и т.д.

Вопросы 121-150 относятся к термической и химико-термической обработке конструкционных и инструментальных сталей. Для ответа на них необходимо знать диаграмму состояний железо-цементит, принципы классификации сталей и процессы, происходящие при нагреве и охлаждении аустенита, а также классификацию видов термической обработки и их назначение. Отвечая на эти вопросы, нужно начертить необходимый участок диаграммы состояний железо-цементит и нанести на неё ординату сплава, соответствующего заданию. На ординате указать температуры нагрева для соответствующих видов термической обработки, выбрать охлаждающую закалочную среду.

После этого в координатах температура-время следует построить график термической обработки. При этом время нагрева, выдержки и охлаждения можно назначать условно.

Необходимо указать цель того или иного вида термической или химико-термической обработки, обосновать выбранные температуры нагрева, описать превращения. Нужно указать структуру в исходном, промежуточном и конечном состояниях.

При необходимости применения поверхностной закалки или химико-термической обработки следует изложить их сущность.

Следует обращать внимание на технико-экономическую эффективность внедрения полимерных материалов как заменителей дорогостоящих и дефицитных материалов, например, цветных металлов, ценных пород древесины. Необходимо вначале ознакомиться с классификацией синтетических смол по ГОСТу, составом и свойствами пластических масс.

Рекомендуется приводить конкретные примеры использования того или иного полимерного материала.

Отвечая на вопросы, связанные с защитными покрытиями, следует исходить из двух факторов, позволяющих получать качественное покрытие: во-первых, из стойкости покрытия к действию реагентов, от которых защищается изделие, из механической прочности и твердости покрытия при нормальной, повышенных и пониженных температурах и, во-вторых, из обстоятельств, связанных с адгезией (прилипаемостью) покрытия к защищаемой поверхности. Часто выгоднее применять пленочный материал.

Важно оценить состав и свойства синтетического клея (адгезию и коагезию – прочность клеевого слоя) в связи с технологией склеивания и влиянием влаги, масла, бензина, а также температуры.

При описании технологических методов переработки пластмасс в изделия нужно приводить схемы процессов с необходимыми пояснениями.