И технология конструкционных материалов

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

                                                                 УТВЕРЖДАЮ

 Директор ИПР

_______________ А.Ю. Дмитриев

 

«____»_____________2014 г.

 

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

 

Методические указания и индивидуальные задания
для студентов ИПР,
обучающихся по направлению
21.03.01 «Нефтегазовое дело»

 

Составитель И.Л. Стрелкова

 

 

Направление	21.03.01
Семестр	4
Лекции, часов	8
Лабораторные работы, часов	4
Индивидуальные задания	№1
Самостоятельная работа, часов	87
Формы контроля	зачет

 

Издательство

Томского политехнического университета

 

2014

УДК 536.24

 

 

Материаловедение и технология конструкционных материалов: метод. указ. и индивид. задания для студентов ИПР, обучающихся по напр. 21.03.01 «Нефтегазовое дело» / сост. И.Л. Стрелкова. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 48 с.

 

 

Методические указания и индивидуальные задания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры материаловедения и технологии металлов 31 января 2014 г.

 

 

Зав. кафедрой МТМ

доцент, к.т.н.                               _________________ А.Г. Мельников

 

Аннотация

Методические указания и индивидуальные задания по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» предназначены для студентов ИПР, обучающихся по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело». Дисциплина изучается в одном семестре.

Приведен перечень основных тем дисциплины, указаны темы лабораторных работ. Приведены варианты индивидуальных заданий, даны методические указания по их выполнению.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ... 5

 

2. СОДЕРЖАНИЕ теоретического раздела дисциплины.. 6

Раздел I. Материаловедение. 6

Тема 1. Строение металлов. 6

Тема 2. Деформация металлов, механические свойства. 6

Тема 3. Формирование структуры металлов и сплавов при кристаллизации. 8

Тема 4. Железо и его сплавы.. 9

Тема 5. Термическая обработка стали. 10

Тема 6. Химико-термическая обработка стали. 11

Тема 7. Углеродистые и легированные стали. 11

Тема 8. Цветные металлы и сплавы.. 12

Тема 9. Полимерные материалы.. 13

Тема 10. Неорганические материалы.. 14

Раздел II. Технология конструкционных материалов. 14

Тема 1. Основы металлургического производства. 14

Тема 2. Основы литейного производства. 15

Тема 3. Обработка металлов давлением.. 16

Тема 4. Сварка, термическая резка и пайка металлов. 17

Тема 5. Обработка металлов резанием.. 18

Тема 6. Понятие об электрических методах обработки металлов. 18

 

3. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ... 20

Перечень лабораторных работ. 20

 

4. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ.. 21

4.1. Общие методические указания. 21

4.1.1. Требования к оформлению индивидуального задания. 21

4.2. Варианты индивидуального домашнего задания. 22

Вариант 1. 22

Вариант 2. 23

Вариант 3. 23

Вариант 4. 24

Вариант 5. 25

Вариант 6. 26

Вариант 7. 26

Вариант 8. 27

Вариант 9. 28

Вариант 10. 29

Вариант 11. 30

Вариант 12. 30

Вариант 13. 31

Вариант 14. 32

Вариант 15. 33

Вариант 16. 33

Вариант 17. 34

Вариант 18. 35

Вариант 19. 36

Вариант 20. 37

Вариант 21. 37

Вариант 22. 38

Вариант 23. 39

Вариант 24. 40

Вариант 25. 41

Вариант 26. 41

Вариант 27. 42

Вариант 28. 43

Вариант 29. 44

Вариант 30. 44

 

5. ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОНТРОЛЬ.. 46

5.1. Вопросы для подготовки к зачету. 46

5.2. Образец экзаменационного билета для студентов, изучающих дисциплину по классической заочной форме 46

 

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ... 47

6.1. Основная литература. 47

6.2. Дополнительная литература. 47

6.3. Интернет-ресурсы.. 47

 

1. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ
ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ

Дисциплина относится к профессиональному циклу дисциплин (код дисциплины ООП Б1.ВМ4.1). Целью изучения дисциплины является формирование у студентов знаний о составе, строении и свойствах металлических и неметаллических материалов, их термической обработке и применении в технике. Ознакомление с основными технологическими методами получения и обработки заготовок и деталей машин, обеспечивающих высокое качество продукции и экономию материалов.

В результате изучения дисциплины студент

должен знать:

· основные связи между составом, структурой и свойствами материалов и сплавов, а также закономерности изменения этих свойств под действием термического, химического или механического воздействия;

· основные технологические процессы переработки металлов и сплавов в готовые изделия и заготовки путем литья, сварки и обработки давлением;

уметь:

· выбирать необходимый конструкционный материал и рациональный способ и режим обработки металлов для изготовления деталей машин с необходимыми технологическими свойствами;

иметь представление:

· о марках конструкционных материалов, применяемых в различных областях человеческой деятельности;

· о принципах технико-экономического обоснования случаев применения различных конструкционных материалов.

 

Для освоения дисциплины требуются знания курсов «Химия», «Начертательная геометрия и инженерная графика» (пререквизиты). Кореквизиты – «Физика». С данной дисциплиной может изучаться дисциплина «Теоретическая механика». Параллельное изучение дисциплин обеспечит лучшее усвоение материала, в том числе общего раздела «Механические свойства конструкционных материалов».

2. СОДЕРЖАНИЕ теоретического раздела
дисциплины

Раздел I. Материаловедение

Тема 1. Строение металлов

Материалы, их строение, структура и свойства. Классификация материалов по степени кристалличности. Кристаллы, керамика, полимеры, аморфные материалы – стекла. Типы химической связи в твердых телах.

Металлический тип связи. Металлические материалы. Атомно-кристаллическое строение металлов. Строение реальных кристаллов. Дефекты кристаллического строения – точечные, линейные и поверхностные. Влияние дефектов на физико-механические свойства.

Рекомендуемая литература: [1, с. 4–22], [2, с. 8–24].

Методические указания

Освоить классификацию материалов по степени кристалличности, знать, какой тип межатомной связи имеют определённые кристаллические материалы. Оценить особенность металлической связи и ее влияние на свойства металлов. Представлять строение реального кристалла. Знать дефекты кристаллического строения.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. В чем сущность металлического, ионного и ковалентного типов связи?

2. Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются?

3. Что такое элементарная кристаллическая решетка?

4. Что такое полиморфизм?

5. Какими параметрами определяется тип кристаллической решетки?

6. Что такое плотность упаковки атомов в кристаллической решетке?

7. Виды дислокаций. Как плотность дислокаций влияет на свойства металла?

Методические указания

Знать стадии реагирования металла на приложенное напряжение. Различать упругую и пластическую деформацию, знать механизмы протекания процесса и изменение механических свойств. Оценить влияние нагрева на строение и свойства пластически деформированного металла. Усвоить понятие рекристаллизация. Знать, что такое холодная и горячая деформация.

Знать стандартные механические свойства металлов. Уметь оценивать значения стандартных механических свойств.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. В чем различие между упругой и пластической деформацией?

2. Как осуществляется пластическая деформация в металлах?

3. Почему наблюдается огромное различие между теоретической и практической прочностью металлов?

4. Как изменяется строение металла в процессе пластического деформирования?

5. Как изменяется плотность дислокаций при пластической деформации?

6. Как изменяются свойства деформированного металла?

7. В чем сущность наклепа и какое он имеет практическое использование?

8. Какие характеристики механических свойств определяются при испытании на растяжение?

9. Что такое твердость?

10. Методы определения твердости.

11. Что такое ударная вязкость?

12. Что такое порог хладноломкости?

13. Что такое усталость металлов? Как определяется предел выносливости?

14. Почему мелкозернистый металл более прочен, чем крупнозернистый?

15. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве?

16. В чем сущность процессов возврата и рекристаллизации?

17. В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией?

18. Каково назначение рекристаллизационного отжига, и как он осуществляется?

19. Какими способами можно повысить прочность металлов и сплавов?

 

Тема 3. Формирование структуры металлов и сплавов
при кристаллизации

Сущность процесса кристаллизации металлов. Термодинамические основы фазовых превращений. Образование и рост кристаллических зародышей. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Величина зерна. Строение металлического слитка.

Понятие о сплавах. Определение терминов: система, компонент, фаза. Типы взаимодействия компонентов сплавов. Механические смеси. Твердые растворы. Химическое соединение.

Диаграммы состояния двойных сплавов. Диаграммы состояния сплавов с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии. Диаграммы состояния сплавов с полной растворимостью в твердом состоянии. Диаграммы состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии. Связь между структурой и свойствами в соответствии с механизмами упрочнения. Правила Курнакова.

Рекомендуемая литература: [1, с. 40–69], [2, с. 48–73], [3, с. 42–59, 97–158].

Методические указания

Понять сущность процесса кристаллизации. Знать механизм протекания кристаллизации и факторы, влияющие на процесс кристаллизации.

Усвоить термины: система, компонент, фаза. Изучить типы взаимодействия компонентов сплавов: механическая смесь, твердый раствор, химическое соединение. Научиться пользоваться диаграммами состояния двойных сплавов.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Каковы термодинамические условия фазового превращения?

2. Что такое переохлаждение?

3. Какова связь между величиной зерна и степенью переохлаждения?

4. В чем сущность модифицирования?

5. Что такое компонент, фаза?

6. Приведите определение твердого раствора, механической смеси, химического соединения.

7. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая образования непрерывного ряда твердых растворов; для случая полной нерастворимости компонентов в твердом состоянии; для случая ограниченной растворимости.

8. Каким образом по диаграммам состояния определяются состав фаз и их количественное соотношение?

9. Прогнозирование свойств сплавов в зависимости от вида диаграммы состояния.

Тема 4. Железо и его сплавы

Железо и его взаимодействие с углеродом. Диаграмма состояния «железо – цементит». Компоненты, фазы и структурные составляющие сталей и белых чугунов, их характеристики, условия образования и свойства. Фазовые превращения в сталях и белых чугунах. Классификация сталей и белых чугунов по структуре.

Сталь. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей. Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на свойства феррита и аустенита.

Чугуны. Свойства и назначение чугунов. Влияние примесей и скорости охлаждения на структуру серого чугуна. Белый и отбеленный чугун. Ковкий чугун. Серый чугун. Высокопрочный чугун. Маркировка чугунов. Легированный чугун.

Рекомендуемая литература: [1, с. 71–93], [2, с. 121–155], [3, с. 159–222].

Методические указания

Знать компоненты, фазы и структурные составляющие железо-углеродистых сплавов. Изучить диаграмму состояния «железо – цементит». Уметь пользоваться диаграммой состояния «железо – цементит» для определения критических точек и фазовых превращений во всех существующих сплавах данной системы.

Знать классификацию углеродистых сталей по назначению, химическому составу и качеству. Уметь выбрать требуемую марку стали в зависимости от назначения детали.

Освоить классификацию чугунов. Знать структурные признаки всех групп чугунов, их свойства и способы получения.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Чем отличаются две группы сплавов: стали и чугуны?

2. Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит и ледебурит?

3. Что собой представляют техническое железо, доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные стали, белые чугуны?

4. В чем различие между первичным и вторичным цементитом?

5. Как влияет содержание углерода и постоянных примесей на свойства стали?

6. В чем отличие серого чугуна от белого?

7. Каковы структуры серых чугунов?

8. Как получают высокопрочный чугун?

9. Строение и получение ковкого чугуна.

10. Сравните механические свойства серого, ковкого, высокопрочного чугунов и объясните причину различия свойств.

Методические указания

Изучить превращения стали при нагреве. Освоить диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита стали с 0,8% углерода. Знать особенности перлитного, промежуточного и мартенситного превращения.

Знать принцип выбора режимов нагрева, выдержки и охлаждения сплава для всех видов термической обработки. Представлять структурные превращения, происходящие в стали, при отжиге, закалке, отпуске и нормализации. Уметь выбрать вид и режимы термической обработки для стали конкретного назначения.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какие превращения происходят при нагреве стали?

2. Что такое перегрев и пережог стали?

3. Как устранить перегрев закаленного изделия?

4. Какие превращения может испытывать переохлажденный аустенит?

5. В чем различие между перлитным и мартенситным превращением?

6. Чем отличаются продукты диффузионного превращения: перлит, сорбит и троостит?

7. Что такое мартенсит, в чем сущность и особенности мартенситного превращения?

8. Что такое критическая скорость закалки?

9. В чем сущность превращений, происходящих при нагреве закаленной стали?

10. Приведите определения основных процессов термической обработки: отжига, нормализации, закалки и отпуска.

11. От чего зависит закаливаемость стали?

12. От чего зависит прокаливаемость стали?

13. Как влияет температура отпуска на механические свойства стали?

14. Что такое термическое улучшение стали?

15. Что такое поверхностная закалка?

Методические указания

Знать цели химико-термической обработки и уметь определять ее необходимость для данного изделия с учетом требуемых свойств. Познакомиться с механизмами образования поверхностного слоя стали при цементации и азотировании. Знать какое необходимо оборудование для проведения процесса и его режимы.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. В чем заключаются физические основы химико-термической обработки?

2. Назначение цементации и режим термической обработки после нее.

3. Каковы свойства цементированных и азотированных изделий?

4. Чем вызвано повышение твердости азотированной поверхности?

5. Какие стали используют для цементации и азотирования?

Методические указания

Знать критерии надежности, долговечности и прочности деталей машин. Усвоить классификацию конструкционных сталей и уметь выбрать сталь определенной марки с учетом эксплуатационных требований к детали.

Понять влияние легирующих компонентов на фазовый состав, структуру и свойства стали. Уметь классифицировать легированную сталь.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Укажите химический состав сталей марок: 40, 09Г2С, 20Х, 30ХГСА, 50Г, 110Г13, ШХ15, Р6М5, 18Х2Н4ВА, 5ХНМ, 08Х18Н9Т, Н18К8М5Т.

2. Что такое надежность? Как оценивается надежность конструкционных материалов?

3. Критерии оценки долговечности.

4. Какие стали относятся к улучшаемым?

5. Какие требования предъявляются к рессорно-пружинным сталям?

6. Приведите примеры марок стали для рессор и пружин, работающих в различных условиях.

7. Какие стали являются износостойкими?

8. Какие стали являются коррозионно-стойкими?

9. Какие стали могут работать в условиях повышенных температур?

10. Какие стали могут работать в условиях пониженных температур?

11. Как классифицируются инструментальные стали?

12. Приведите примеры углеродистых и легированных сталей, используемых для режущего инструмента.

13. Какие требования предъявляются к сталям для измерительного инструмента?

14. Что представляют собой твердые инструментальные сплавы? Каковы их свойства и преимущества?

Методические указания

Познакомиться с диаграммами состояния медных и алюминиевых сплавов. Уметь классифицировать сплавы на литейные и деформируемые. Знать маркировку и назначение часто используемых медных и алюминиевых сплавов. Понимать значение и режимы термической обработки алюминиевых сплавов.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Как классифицируются медные сплавы?

2. Какие сплавы относятся к латуням?

3. Какие сплавы относятся к бронзам? Их маркировка и состав.

4. Укажите строение, свойства и назначение различных бронз.

5. Свойства и применение алюминия.

6. Как классифицируются алюминиевые сплавы?

7. Какие цветные сплавы упрочняются путем термической обработки?

8. В чем сущность процесса старения?

Методические указания

Познакомиться с разнообразием полимерных материалов. Знать состав полимерных материалов. Уметь классифицировать пластмассы по определенным признакам. Знать области применения пластмасс.

Понимать особенности строения и свойств композиционных материалов на основе полимеров.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что лежит в основе классификации полимеров?

2. Что такое термопласты и реактопласты?

3. Какие Вы знаете наполнители пластмасс?

4. Для чего вводят в пластмассы отвердители?

5. Приведите примеры пластиков с твердым наполнителем.

6. Укажите область применения термопластов и реактопластов.

7. В чем преимущества пластмасс по сравнению с металлическими материалами? Каковы их недостатки?

 

 

Методические указания

Знать области применения керамических материалов и стекла в производстве, особенности их строения и методы улучшения свойств. Уметь отличать техническую керамику от обычной.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какие силикатные материалы относятся к минеральным стеклам? Их отличительные свойства.

2. Как достигаются электроизоляционные или электропроводящие свойства стекла?

3. Укажите область применения ситаллов.

4. В чем отличие технической керамики от обычной? Укажите области применения технической керамики.

Методические указания

Изучите устройство доменной печи и принцип ее работы. Уясните реакции горения топлива, процессы восстановления железа, кремния, марганца, фосфора и серы из оксидов и других соединений, процессы образования чугуна, шлака и их выпуска из доменной печи.

Уясните, что сущностью процесса производства стали является снижение содержания углерода и примесей, имеющихся в передельном чугуне, и переводе их в шлаки и газы в процессе плавки. Ознакомьтесь с устройством и принципом работы мартеновских печей, современных кислородных конвертеров, дуговых и индукционных электрических печей. Обратите внимание на сущность и схемы разливки стали, современных технологических способов повышения качества стали.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Укажите разницу между чугуном и сталью.

2. Назовите исходные материалы для получения чугуна.

3. Перечислите продукты доменной плавки и укажите их использование в промышленности.

4. Какая разница между серым и белым чугуном?

5. В чем заключается сущность процессов переработки чугуна в сталь?

6. Перечислите современные способы получения стали.

7. Какими способами производится разливка стали?

8. В чем сущность процесса непрерывной разливки стали, и каковы его преимущества?

9. Какая разница между «кипящей», «спокойной» и «полуспокойной» сталью?

 

Методические указания

Изучите способы изготовления форм вручную и методы машинной формовки. Обратите внимание на изготовление литейных стержней ручным способом, а также на пескодувных машинах и в нагреваемой оснастке.

Рассмотрите схемы изготовления отливок в оболочковых формах, по выплавляемым моделям, литьем в кокиль, под давлением, центробежным литьем.

Ознакомьтесь с современными методами технического контроля в литейном производстве.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Для чего предназначены модели и стержневые ящики?

2. Какие требования предъявляются к формовочным и стержневым материалам и смесям?

3. Назовите основные элементы литниковой системы?

4. Укажите достоинства и недостатки машинной формовки?

5. Какие требования предъявляются к литейным сплавам?

6. Охарактеризуйте процесс получения кокильной отливки и укажите достоинства и недостатки кокильного литья.

7. Сущность способа получения отливок на центробежных машинах. Укажите его достоинства и недостатки.

8. В чем сущность литья под давлением, его достоинства и недостатки?

9. Какие сплавы применяются для литья под давлением?

10. Охарактеризуйте сущность способа литья под выплавляемыми моделями и укажите область его применения.

11. Сущность получения отливок в оболочковые формы. Укажите достоинства и недостатки этого метода.

Методические указания

Рассмотрите механизм пластической деформации поликристаллических тел. Уясните, что в зависимости от температуры, при которой происходит процесс деформирования, различают деформацию холодную и горячую. Нагрев металла перед обработкой давлением приводит к повышению пластичности и уменьшению сопротивления деформированию.

Изучите процессы получения машиностроительных профилей: прокатку, прессование, волочение. Рассмотрите их инструмент оборудование.

Ознакомьтесь с кузнечным инструментом и оборудованием для ковки (молотами и прессами). Обратите внимание на типы инструмента для штамповки: штампы открытые и закрытые; ознакомьтесь с особенностями оборудования для штамповки – молотов, механических и гидравлических прессов. Изучите процессы холодной объемной и листовой штамповки, ознакомьтесь с применяемым инструментом и оборудованием.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. В чем заключается сущность обработки металлов давлением?

2. Кратко объясните сущность пластической деформации.

3. Что такое наклеп металла? Как он влияет на структуру и механические свойства металла?

4. Что такое перегрев и пережог металла?

5. Какие печи применяются для нагрева металлических изделий перед горячей обработкой давлением?

6. В чем заключается сущность прокатки металлов? Укажите сортамент прокатного производства.

7. В чем заключается сущность волочения? Начертите схему волочения.

8. Изложите сущность процесса обработки металлов прессованием.

9. В чем заключается сущность ковки? Какое влияние оказывает ковка на структуру и свойства металла?

10. В чем заключается сущность горячей объемной штамповки? Укажите её достоинства.

11. Что такое штамп? Какая штамповка называется облойной и безоблойной?

12. Кратко охарактеризуйте операции холодной листовой штамповки. В чем заключается ее достоинство?

Методические указания

Рассмотрите физическую сущность процесса сварки; уясните, что при сварке образуется неразъемное соединение за счет установления межатомных связей между свариваемыми заготовками. Для установления связей необходимо: очистить свариваемые поверхности от загрязнений, оксидов, адсорбированных атомов; энергетически активировать поверхностные атомы для облегчения их взаимодействия друг с другом; сблизить свариваемые поверхности на расстояния, сравнимые с межатомными.

Изучите виды сварки, относящиеся к термическому классу (дуговую, электрошлаковую, плазменную, газовую, электронно-лучевую, лазерную, индукционную), к термомеханическому классу (контактную, диффузионную, газопрессовую, печную), к механическому классу (холодную, ультразвуковую, трением, взрывом). Уясните особенности указанных способов сварки, их преимущества, недостатки и области применения.

Уясните сущность процесса пайки, обращая внимание на плавление только присадочного материала, имеющего более низкую температуру плавления, чем основной.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Общая характеристика сварочного производства.

2. Физические основы получения сварного соединения.

3. Ручная дуговая сварка покрытым электродом: схема процесса, применяемые электроды, область применения.

4. Газовая сварка: сущность процесса, применяемые горючие газы, оборудование, присадочные материалы, область применения.

5. Электрическая контактная сварка: стыковая, точечная и шовная.

6. Сварка аккумулированной энергией, область применения.

7. Холодная сварка, сварка трением, ультразвуковая сварка, сварка взрывом: схемы процессов и их сущность, области применения.

8. Изложите физическую сущность процесса пайки. Область применения.

9. В чем сущность ультразвуковой пайки?

Методические указания

Изучите кинематику процесса резания, то есть движения, необходимые для срезания слоя металла с заготовки в процессе обработки. Ознакомьтесь с составляющими режима резания: скоростями главного движения резания и движения подачи, глубиной резания.

Ознакомьтесь с физической сущностью процесса резания и образования стружки. Рассмотрите физические явления, сопровождающие процесс резания: наростообразование, трение, тепловыделения, износ инструмента, вибрации технологической системы «станок – приспособление – инструмент – заготовка».

Ознакомьтесь с основными сведениями о металлорежущих станках. Рассмотрите методы обработки заготовок на токарных станках; на сверлильных и расточных станках; на шлифовальных и доводочных станках; на зубообрабатывающих станках; на фрезерных, строгальных, долбежных и протяжных станках.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Классификация движений в металлорежущих станках.

2. Режим резания, геометрия режущего инструмента.

3. Контактные явления при резании: наростообразование, упрочнение поверхности, тепловыделение, износ и стойкость инструмента.

4. Требования к инструментальным материалам.

5. Общие сведения о металлорежущих станках, их классификация.

Методические указания

Материал достаточно понятно изложен в рекомендованных учебниках, что позволят учащимся самостоятельно получать понятия о приведенных в программе методах обработки.

Следует усвоить сущность, достоинства, недостатки и области применения указанных методов и разобраться в принципиальных схемах станков, вычертив их.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Изложите сущность электроискрового метода обработки металлов.

2. Изложите сущность электроимпульсной обработки.

3. Изложите сущность анодно-механической обработки и укажите область её применения.

4. Изложите сущность обработки металлов при помощи ультразвука.

 

3. Содержание практического раздела дисциплины

Перечень лабораторных работ

3.1. Перечень лабораторных работ для студентов,
изучающих дисциплину по классической заочной форме

Лабораторный практикум является составной частью учебного процесса по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов». Лабораторные работы призваны закрепить теоретические знания по изучаемому курсу.

В данном разделе приведены требования к выполнению лабораторных работ для студентов, изучающих дисциплину по классической заочной форме (КЗФ).

Лабораторные работы проходят во время сессии в г. Томске и выполняются в лабораторных аудиториях кафедры «Материаловедение и технология металлов». Для каждой работы предусмотрены методические указания по ее выполнению, контрольные вопросы и требования к оформлению отчета. Перечень лабораторных работ выбирает преподаватель во время сессии.

Рекомендуемая литература: [10].

 

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ

Общие методические указания

Учебным графиком предусмотрено выполнение одного индивидуального домашнего задания, которое представлено в тридцати вариантах.

 

Выполняется тот вариант, номер которого соответствует двум последним цифрам номера зачетной книжки. Если номер зачетной книжки оканчивается 31, то выполняется первый вариант задания, 32 – второй и т.д.

 

4.1.1. Требования к оформлению индивидуального задания

При оформлении индивидуального домашнего задания необходимо соблюдать следующие требования.

1. Индивидуальное задание должно иметь титульный лист, оформленный в соответствии со стандартами ТПУ [11]. На титульном листе указываются номер индивидуального задания, номер варианта, название дисциплины; фамилия, имя, отчество студента; номер группы, шифр.

2. Студенты, изучающие дисциплину по классической заочной форме, оформляют индивидуальные задания письменно в отдельных тетрадях объемом 12–18 листов. Также возможно его оформление в печатном виде (максимальное количество страниц формата А4 – 25, шрифт Times New Roman, размер – 14 pt). Задания следует выполнять в порядке ответов на поставленные вопросы варианта, из 10 вопросов первые 5 относятся к разделу «Материаловедение», остальные 5 – к разделу «Технология конструкционных материалов». Ответы должны быть краткими, точными и не повторять текст учебника или учебных пособий. Графические работы выполняют карандашом с использованием чертежных инструментов. На страницах текста заданий оставьте поля для замечаний рецензента. Страницы и рисунки пронумеруйте. В конце выполненного контрольного задания приведите список использованной литературы, укажите дату выполнения работы, поставьте свою подпись.

3. Студенты, изучающие дисциплину с применением дистанционных технологий, оформляют индивидуальные задания в отдельных файлах. Текст индивидуального задания набирается в текстовом процессоре Microsoft Word. Шрифт Times New Roman, размер 12–14 pt, для набора формул рекомендуется использовать редактор формул Microsoft Equation или MathType.

4. Каждый ответ должен начинаться с условия задания по номеру варианта.

Если работа не соответствует требованиям, студент получает оценку «не зачтено». В этом случае работа должна быть исправлена и повторно предоставлена преподавателю. При доработке в текст необходимо включить дополнительные вопросы, полученные после проверки работы преподавателем, и ответы на эти вопросы.

Студент, не получивший положительной аттестации по индивидуальному заданию, не допускается к сдаче экзамена по данной дисциплине.

Литература, необходимая для выполнения индивидуального домашнего задания приведена в приложении.

4.2. Варианты индивидуального домашнего задания

Вариант 1

1. Что такое ликвация? Виды ликвации, причины их возникновения и способы устранения.

2. Дайте определение ударной вязкости (KCV). Опишите методику измерения этой характеристики механических свойств металла.

3. Вычертите диаграмму состояния «железо – карбид железа», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 3,6% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?

4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 45...50 НRC. Укажите, как этот режим называется, и какая структура получается в данном случае.

5. Как изменяются структура и свойства стали 40 и У12 в результате закалки от температуры 750 и 850°С? Объясните с применением диаграммы состояния «железо – цементит». Выберите оптимальный режим нагрева под закалку для каждой стали.

6. Какова структура современного металлургического производства, его продукция и перспективы развития? Пути решения вопросов охраны окружающей среды.

7. Изобразите литниковую систему, укажите назначение ее элементов. Опишите разновидности литниковых систем.

8. Какими путями осуществляется пластическая деформация? Опишите явление наклепа, его физическую сущность и влияние на структуру и свойства металлов.

9. Изобразите схемы и опишите процессы термической резки металлов. Выполнение каких требований необходимо для обеспечения газокислородной резки?

10. Опишите способы фрезерования против движения подачи и по движению подачи, а также типы фрез и схемы обработки заготовок на фрезерных станках.

 

Вариант 2

1. Как и почему скорость охлаждения при кристаллизации влияет на строение слитка?

2. Из листа свинца путем прокатки при комнатной температуре была получена тонкая фольга. Твердость и прочность этой фольги оказались такими же, как у исходного листа. Объясните, какие процессы происходили при пластической деформации свинца, и какими изменениями структуры и свойств они сопровождались.

3. Вычертите диаграмму состояния «железо – карбид железа», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения для сплава, содержащего 0,8% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?

4. Используя диаграмму состояния «железо – карбид железа» и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 40 температуру закалки и температуру отпуска, необходимые для обеспечения твердости 400 НВ. Опишите превращения на всех этапах термической обработки и получаемую структуру.

5. Для каких целей применяется диффузионный отжиг? Как выбирается режим такого отжига? Приведите примеры.

6. Опишите основные виды железных руд и этапы их подготовки к доменной плавке. Какие разновидности топлива применяются в доменных печах?

7. Опишите процессы изготовления отливок из чугунов и сталей. Где применяются чугунные и стальные отливки?

8. Опишите процесс рекристаллизации и его влияние на структуру и свойства металлов. Как при пластической деформации формируется волокнистая макроструктура и как она влияет на свойства материалов?

9. С приведением схем опишите процесс газовой сварки. Какими способами получают необходимый для сварки ацетилен?

10. С приведением схем опишите работы, выполняемые на строгальных, долбежных и протяжных станках. Как устроена круглая протяжка?

 

Вариант 3

1. Опишите виды тверд