1-3 (РК 1 2017)

1) Конструкционные материалы – материалы, предназначенные для получения деталей машин и механизмов, а также металлоконструкций и сооружений: *однородные материалы: металлические – металлы и сплавы, неметаллические - простые и сложные вещества; *композиционные материалы. Стали углеродистые, легированные.

2) Система формирования свойств материалов (схема)

3) Литье – технологический процесс получения фасонной заготовки-отливки путем заливки расплавленного металла в спец.форму.

Ковка – вид обработки давлением, при котором заготовка приобретает заданную форму и размеры за счет постепенного пластического деформирования.

Штамповка – вид обработки давлением, при котором заготовка приобретает заданную форму и размеры путем заполнения при пластическом деформировании металла полости в штампе.

Металлургия – отрасль промышленности, изучающая производство металлов из природного сырья, получение сплавов, обработку металлов в холодном и горячем состоянии, сварку и нанесение покрытий из металлов.

4) Элементарная кристаллическая ячейка – это минимальный комплект атомов, который при своем многократном повторении в пространстве воспроизводит кристаллическое строение. Кристаллические решетки, образуемые металлами, называют металлическими. Всего 14 типов кристаллических решеток (напр. ГЦК (в центре и на гранях), ОЦК (в центре), ГПУ)

5) Полиморфизм – существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах. Полиморфное превращение – перестройка кристаллических решеток при критических температурах.

6)Сплав – промышленный материал, полученный путем сплавления двух и более элементов. Элементы сплава называются компоненты. В зависимости от характера взаимодействия: твердый раствор, химическое соединение, механическая смесь.

7) Твердый раствор – однородное кристаллическое тело, имеющее кристаллическую решетку компонента растворителя. Виды: Замещение, внедрение A(B)

8)Химическое соединение – однородное кристаллическое тело, характеризующее тем, что компоненты сплавов вступают в химическое соединение, образуя кристаллическую решетку отличную от кристаллической решеток компонентов. AnBm

9)Механическая смесь – разнородное тело, представляющее собой смесь кристаллов компонентов, образующееся в том случае, когда компоненты не вступают в химическое соединение и полностью не растворяются друг в друге. Механическая смесь, образующая из жидкости называется эвтектика, в твердом состоянии - эвтектоид. А+В

10) Дефекты в сплавах: *Дефекты кристаллического строения: Точечные (Вакансии (пустой узел решетки);Межузельные атомы –атом, перемещенный из узла в позицию между атомами); Линейные (цепочка вакансий, дислокация); *неоднородность химического состава (ликвации: дентритная и зональная); *наличие вредных примесей(S, P, O2, N2, H2)

11) Влияние различных элементов на свойства: P- искажает кристаллическую решетку, повышается твердость и хрупкость; S- сталь становится хрупкой при горячей МО. Понижает коррозионную стойкость и ухудшает свариваемость стали; О2- способствует повышению хрупкости и понижению ударной вязкости; N2 – понижает механические свойства. Снижает пластичность стали, повышает хрупкость; С – уменьшение пластичности, повышает порог хладноломкости и снижает ударную вязкость; Н2- холодные трещины, поры.

12) Структура характеризуется кристаллическим строением, размером, формой, взаимным расположением зерен и наличием дефектов. Фазы – однородные металлы, имеющие одинаковый состав, строение и свойства, разграниченные поверхностью раздела переходя через которые свойства сплава изменяются скачкообразно.

13)Диаграмма состояния – графическое изображение, определяющее фазовый состав в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

14)Практическое применение диаграммы: определение фазового состава; при литье определение температуры плавления и заливки сплава в форму; выбор температурной области обработки металла давлением (макс пластичность и мин зернистость); выбор режимов термической обработки.

15) Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов: Аустенит – твердый раствор внедрения углерода гамма-железа. Не магнитен; Феррит – твердый раствор внедрения углерода альфа-железа; Мартенсит - пересыщенный твердый раствор внедрения углерода альфа-железа; Цементит – химическое соединение Fe3C; Перлит – механическая смесь феррита и цементита, образующая при эвтектоидном распаде медленно охлаждаемого аустенита.

16) Виды термической обработки:

1. Отжиг (Нагрев, Медленное охлаждение). Результат: повышение пластичности, уменьшение: твердости, прочности, степени химической неоднородности, внутренних напряжений.

2. Нормализация (отжиг на воздухе, нагрев). Результат: улучшение механических свойств, получение мелкозернистой структуры , охлаждение на воздухе.

3. Закалка (нагрев, быстрое охлаждение). Результат: повышение прочности, улучшение твердости, снижение пластичности.

4. Отпуск (нагрев, охлаждение на воздухе). Результат : увеличение пластичности при незначительном снижении прочности.

17)Эксплуатационные свойства – свойства, определяющие работоспособность деталей машин, их силовые, скоростные, стойкостные и другие технико-эксплутационные показатели. Включают механические, физические и химические свойства (износостойкость, коррозионная стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность и др.)

Химические свойства: Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться воздействию агрессивной среды; Жаростойкость – способность материала сопротивляться агрессивной газовой среды при повышенных температурах

18) Деформация – изменение формы, размеров тела под влиянием приложенных внешних сил или в результате физико-механических процессов, возникающих в самом теле. Напряжение – величина нагрузки, отнесенная к единице площади сечения. Разрушение – процесс, происходящий в теле при накоплении пластических деформаций.

19) Механические свойства сплава характеризуют сопротивляемость деформированию, разрушению, особенность поведения материала в процессе деформирования.

Свойства:

1. сопротивляемость материала деформированию - способность сопротивляться развитию пластические деформации. Количественным показателем явл сигмаТ

2. прочность – способность материала сопротивляться разрушению. Количественным показателем является предел прочности сигмаВ

3. Пластичность – способность воспринимать значительные остаточные деформации без разрушения. Количественным показателем явл относительное удлинение (формула)

4. Твердость

5. Жаропрочность – способность материала длительное время сопротивляться деформации и разрушению при температурах больше T>0.3Тпл. количественный показатель – предел длительной прочности

6. Ударная вязкость

7. Хладностойкость – способность материала сохранять пластические свойства при температуре ниже 0. Количественным показателем – порог хладноломкости

Они определяются при динамических испытаниях, при статических нагрузках.

20) Методы определения прочности и пластичности: прочность определяют с помощью специальных мех.испытаний образцов, полученных из исследуемой детали или материала, из которого её изготовляют, есть статические (растяжение, сжатие, изгиб, кручение) и динамические (ударная вязкость, предел выносливости, ползучесть) нагрузки; пластичность определяют при помощи растяжения.

21)Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в его поверхность более твердого тела. Способы определения:

1. по Бринеллю(=P/S)вдавливание шарика, 3 параметра: d,P,t

2. по Виккеру(=P/S) вдавливание пирамиды, 2 параметра: P,t

3. по Ровеллу, алмазный конус (шкалы А В С)

22) Ударная вязкость – испытания в условиях удара – свойство характеризующее способность материала сопротивляться хрупкому разрушению. Количественный показать КС = A/S

23) Физические свойства: плотность, температура плавления, теплопроводность, электропроводимость.

Технологические свойства – свойства, определяющие пригодность сплава подвергаться тому или иному способу формообразования – деформируемость, литейные свойства, свариваемость, обрабатываемость режущим инструментом.

24)Факторы и процессы, формирующие свойства сплавов: механические, химические, физические (схема).

25) Механические испытания при испытании на растяжении: сигма Т – предел текучести – напряжение, при котором интенсивно увеличиваются пластические деформации; сигма 0,2 – условный предел текучести - напряжение, при котором относительные остаточные деформации равны 0,2%; сигма В – предел прочности – максимальное напряжение, которое выдерживает материал; б – относительное удлинение (L-L0/L0)

1) Металлургическое производство – отрасль машиностроения, предназначенная для получения металлов из руды, а также сплавов определенного хим.состава, структуры и свойств.

2) Исходные материалы для производства металлов и сплавов: руда+флюс+топливо+огнеупорные материалы

3) Руда – горная порода, которую технически возможно и экономически целесообразно перерабатывать с целью получения заданного металла. Обогащение – предварительная обработка руды с целью повышения концентрации заданного элемента без изменения хим.состава основных материалов и их агрегатного состояния, т.е. без расплавления. Способы обогащения: 1) промывка – струей воды выбрасывают глину и песок; 2) рудоразборка (подсвечивание); 3) магнитное обогащение; 4) гравитационное обогащение (водой). Руда после обогащения называется концентрат, а пустая порода – хвосты.

4) Флюс – вещество, добавляемое в плавильную печь с целью получения легкоплавкого соединения с пустой породой и золой топлива – это шлак. В качестве топлива применяют: 1) кокс (переработанный каменный уголь); 2) газ; 3) мазут; 4) электроэнергия.

5) Огнеупорные материалы нужны для облицовки внутренних стенок печи: 1) SiO₂ – кварцевый песок; 2) MgO+CaO магнезитовый кирпич; 3) Al₂O₃+Cr₂O₃ – шамотный кирпич; 4) углеродные блоки.

6) Способы восстановления металла из руд: 1) Карботермия – за счет взаимодействия углерода или монооксида углерода: 2FeO+C=2Fe+CO₂; 2) Металлотермия – за счет взаимодействия с более активным элементом (ряд активности); 3) Электролиз.

7) Классификация сплавов на основе железа: 1) Техническое железо (С меньше или = 0,02%); 2) Сталь (0,02%<C<2.14%); 3) Чугун (C>2.14%). Еще есть доэфтектоидные (C<0,8%), эфтектоидные (С=0,8%), заэфтектоидные (0,8%<C<2.14%)

8) Основные этапы производства сплавов на основе железа (схема)

9) Исходные материалы для получения доменного чугуна: железные руды + топливо +флюс.

10) Процессы, протекающие в доменной печи при выплавке чугуна: 1) сгорание кокса: 2С+О₂=2СО+Q; 2) Восстановление железа(2 этапа): при Т=570 градусов – косвенное, при Т=1100 градусов – прямое; 3) Восстановление; 4) Восстановление марганца, кремния и фосфора; 5) Насыщение расплава марганцем , кремнием, фосфором, серой; 5) Уменьшение процентного содержания серы – обессеривание; 6) Металл + С, Mn, Si, P, S.

11) Схема доменной печи

12) Оборудование для получения доменного чугуна (схема)

13) Исходные материалы доменной плавки: шихта для окускования – руда+мелочь руды+кокс+флюс . Оборудование доменной плавки: доменная печь шахтного типа, высота около 35 м, максимальный диаметр 20 м, производительность 2000 т в сутки, работает непрерывно в течение 10 лет. Продукция доменной плавки: литейный чугун, передельный чугун, сталь 20.

14) Полный цикл изготовления изделия.

15) Исходные материалы и оборудование для производства стали: металлическая шихта (чугун, скрап, руда); в зависимости от состава мет.шихты процесс выплавки стали подразделяется на 2 вида: 1)скрап-рудный процесс (состав шихты: 70% жидкого чугуна + 30% скрап и руда); 2) скрап процесс (70% скрапа + 30 %передельного доменного чугуна в твердом виде); Флюс (известняк, доломит, кремнезём); Топливо: 1) в мартеновской печи – газ, мазут; 2) кислородный конвертер – тепла, тепло, выделяемое при окислении компонентов сплава; 3) электропечь – дуговая (мощный разряд) и индукционная (ток Фуко); огнеупорный материал: денасовый или магнезитовый кирпич.

16) Основные этапы и процессы, протекающие в печи при выплавке стали: 1) нагрев, расплавление ( итог : уменьшение процентного содержания марганца, кремния и фосфора); 2) повышение температуры, наиболее активный – углерод, этап кипения, для повышения интенсивно добавляют руду, окалину и вдувают кислород на поверхность расплава, при достижении заданной концентрации металла – обессеривание, итог этапа: уменьшение процентного содержания углерода и серы; 3) раскисление: уменьшение процентного содержания монооксида железа, добавление раскислителей, в зависимости от добавляемых элементов: спокойные стали, полуспокойные, кипящие; 4) легирование.

17) Особенности выплавки стали в кислородном конвекторе: не требуется топливо, высокая производительность (300 т за 30 мин), раскисление осуществляется в ковше, выплавляют конструкционные стали(полуспокойные и кипящие).

18) Схема конвектора