Тема 2. Деформация металлов, механические свойства

Напряжения и деформации. Упругая и пластическая деформация, моно- и поликристаллов. Механизмы пластической деформации. Стандартные механические свойства: свойства, определяемые при растяжении, твердость, ударная вязкость, предел выносливости, хладноломкость. Теоретическая и практическая прочность металлов. Пути повышения прочности металлов: деформационное упрочнение, упрочнение за счет образования твердого раствора, упрочнение дисперсными частицами избыточной фазы, упрочнение границами зерен. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Отдых и полигонизация. Рекристаллизация. Холодная и горячая деформация.

Рекомендуемая литература: [1, с. 23–40], [2, с. 77–120], [3, 60–96].

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.