Перечень практических занятий

1. Классификация и маркировка отечественных углеродистых и легированных сталей

2. Классификация и маркировка отечественных сплавов на основе алюминия, магния, меди и титана

3. Классификация, основные свойства и области применения керамических и композиционных материалов

4. Основное оборудование для производства чугуна, сталей и цветных металлов (мультимедиа материалы)

5. Основное оборудование процессов обработки металлов давлением (мультимедиа материалы)

6. Основное оборудование сварочного производства (мультимедиа материалы)

7. Основное оборудование процессов обработки металлов резанием (мультимедиа материалы)

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ:

Вариант 1

1. Определить по диаграмме железо-цементит, какие превращения совершаются в заэвтектоидной стали марки У10 и доэвтектическом чугуне при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Сопоставить эти превращения и указать окончательную структуру сплавов. Каково принципиальное отличие структуры чугуна от структуры стали, и как это отличие сказывается на механических и технологических свойствах этих сплавов?

2. Выбрать сталь для изготовления фрез высокой стойкости, режущая кромка которых нагревается при эксплуатации до температуры» 600 °С. Указать марку стали, химический состав и роль легирующих элементов, назначить режим термической обработки. Описать превращения, совершающиеся в стали на различных этапах термической обработки. Привести окончательную структуру и твердость стали.

3. Выбрать марку сплава для изготовления станин мощных станков, ковочных прессов и т.п. Привести химический состав, структуру, механические и технологические свойства сплава. Какой металлургический прием применяется для повышения механических свойств сплавов этой группы? В чем его суть?

4. Выбрать цветной сплав для изготовления деталей методом глубокой вытяжки (относительное удлинение d ³ 45...50 %). Привести марку, химический состав, назначение основных элементов. Отметить связь между структурой и механическими и технологическими свойствами сплава. Объяснить, как влияет вытяжка (холодная пластическая деформация) на свойства сплава и, исходя из этого, назначить режим термической обработки между последовательными стадиями глубокой вытяжки.

5. В качестве рабочего (износостойкого) тела направляющих металлообрабатывающих станков используют пластмассовые полосы, прикрепленные к металлическому основанию. Выбрать пластмассу данного назначения. Указать классификационную группу и состав пластмассы, описать ее строение и физико-механические свойства.

Вариант 2

1. Определить по диаграмме железо - цементит температуры отжига сталей марок 40, У8 и У12. Какова температура нагрева этих сталей под закалку? Дать обоснование выбранным температурам нагрева сталей, описав структурные превращения в этих сталях при соответствующих режимах (и видах) термической обработки.

2. Плоский измерительный инструмент (скобы, линейки, лекала) изготавливают вырубкой из листовой стали. Выбрать марку стали для изготовления инструмента таким способом, привести химический состав. Описать технологию и режимы упрочняющей обработки такого инструмента, указать окончательную структуру и твердость стали.

3. Для изготовления ряда деталей машин и приборов применяются немагнитные стали. Выбрать марку наиболее экономичной немагнитной стали, указать химический состав и роль легирующих элементов. Назначить режим термической обработки. Описать структуру, механические и технологические свойства стали. Привести марку немагнитной стали, которую следует предпочесть, если изделие работает в коррозионно-активной среде.

4. Выбрать прочный (s_в» 420 МПа) и легкий (g» 2, 7 г/см³) сплав для обшивки самолетов. Указать марку химический состав, роль легирующих элементов. Описать физические, механические и технологические свойства сплава. Назначить режим упрочняющей термической обработки, объяснить причину повышения прочности. Привести окончательную структуру и механические свойства сплава.

5. Выбрать пластмассу для изготовления шестерен и звездочек зубчатых и цепных передач. Указать классификационную группу пластмассы, описать ее состав, строение и физико-механические свойства. Отметить преимущества и недостатки пластмасс по сравнению с металлическими материалами данного назначения.

Вариант 3

1. Определить по диаграмме железо-цементит превращения, совершающиеся в стали марки У8 при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Начертить диаграмму изотермического превращения аустенита для названной стали и показать на ней, как будут изменяться структура и свойства этой стали по мере ускорения охлаждения из аустенитной области. Какую структуру и свойства приобретет эта сталь, если скорость охлаждения из аустенитной области превысит критическую скорость закалки?

2. Выбрать марку стали для изготовления крупных молотовых штампов (сечением» 600 мм) для горячей штамповки металлов. Указать химический состав и роль легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и механические свойства стали.

3. Выбрать недорогой сплав для изготовления постоянных магнитов больших сечений (70´ 70 мм) методом горячей штамповки. Указать марку сплава, химический состав и роль легирующих элементов. Назначить режим термической обработки. Объяснить, как влияет термическая обработка на структуру, физические и механические свойства сплава.

4. Перечислить требования, предъявляемые к сплавам для подшипников скольжения. Выбрать марку сплава для заливки вкладыша подшипника высокооборотного двигателя. Привести химический состав и эксплуатационные свойства сплава. Описать структурные особенности и указать их влияние на основную рабочую характеристику подшипника.

5. Выбрать пластмассу для изготовления прозрачных оградительных щитков на металлообрабатывающих станках. Привести химическую формулу материала и его физико-механические свойства. Указать способ повышения прочности данного изделия.

Вариант 4

1. Определить по диаграмме железо-цементит, какие превращения совершаются в стали марки 40 при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры и окончательную структуру этой стали. Какую структуру будут иметь изделия из этой стали после закалки с температур 740 и 840 °С? Какой из указанных вариантов закалки следует выбрать для обеспечения более высоких эксплуатационных характеристик изделий из этой стали и почему?

2. Выбрать марку стали для изготовления режущего хирургического инструмента (НRС_э 50...52) многократного использования. Указать химический состав и роль легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и свойства стали.

3. От многих деталей металлорежущих станков (шпинделей, червяков, кулачков, шестерен и т. п.) требуется сочетание высокой поверхностной твердости (НRС_э 57...63) и достаточной вязкости сердцевины для предотвращения хрупких разрушений. Выбрать марку стали для таких изделий. Указать химический состав и роль легирующих элементов. Назначить технологию и режимы обработки для обеспечения указанных свойств изделий. Привести структуру и механические свойства сердцевины и поверхностного слоя изделий.

4. Выбрать сплав для изготовления проволочных нагревателей электропечей с рабочей температурой до 1100°С. Привести марку, химический состав, назначение легирующих элементов и свойства сплава. Указать связь между химическим составом, структурой и свойствами (физическими, механическими, технологическими) сплавов данной группы.

5. В шпинделях металлообрабатывающих станков в качестве цилиндрических опор используются стальные втулки с пластмассовым вкладышем. Выбрать материал вкладыша. Указать классификационную группу пластмассы, ее состав и физико-механические свойства.

Вариант 5

1. Определить по диаграмме железо-цементит, до какой области температур была нагрета сталь марки 45, если после закалки со скоростью выше критической ее структура состояла из феррита и мартенсита. Описать превращения, которые совершились в стали при охлаждении, и указать является ли выбранная температура нагрева стали удачной с точки зрения получения высоких механических свойств. Какова должна быть температура нагрева этой стали, чтобы при охлаждении со скоростью выше критической ее структура не содержала феррита?

2. Выбрать марку стали для изготовления длинных метчиков, разверток, протяжек, от которых требуется малая деформируемость при термической обработке. Указать марку стали и роль легирующих элементов, отметить влияние легирования на степень деформации изделий при закалке. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и твердость стали.

3. Выбрать марку стали для изготовления сварных конструкций, работающих в химически агрессивных средах. Указать химический состав и роль легирующих элементов. Объяснить суть явления межкристаллитной коррозии и пути ее предотвращения. Назначить режим термической обработки, привести структуру и свойства стали.

4. Выбрать сплав, из которого можно изготовить легкие (g» 2, 7 г/см³) фасонные отливки с прочностью s_в» 220 МПа. Привести марку и химический состав сплава. Назначить способ улучшения структуры такого сплава; указать, какие изменения в структуре и свойствах происходят в результате его применения.

5. Указать основные компоненты резин, используемых для изготовления конвейерных лент, приводных ремней, рукавов и т.п. каково назначение этих компонентов? Как изменяется структура и свойства сырой резины в процессе формования изделий? Приведите состав и физико-механические свойства одной из резин данного назначения.

Вариант 6

1. Сталь марки 50 после одного вида термической обработки получила структуру феррит+пластинчатый перлит, после второго - мартенсит+феррит и после третьего - мартенсит. Указать, какие виды термической обработки применены в каждом случае. Определить по диаграмме железо-цементит, до какой области температур была нагрета сталь при каждом виде термической обработки и указать, какие превращения она претерпела в процессе охлаждения в каждом из трех случаев.

2. Выбрать сталь для инструментов холодного деформирования (вытяжных штампов). Сечение формообразующих частей штампа (пуансонов, матриц) более 25 мм. Указать марку стали, химический состав, роль легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и твердость стали.

3. Выбрать марку стали для изготовления крупногабаритных шариковых подшипников (диаметр шариков» 23 мм). Указать химический состав и роль легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и твердость стали.

4. Для изготовления пружинных электрических контактов ответственного назначения необходим материал, обладающий высокими показателями прочности (s_в» 1200 МПа), упругости, электропроводности и коррозионной стойкости. Выбрать сплав, удовлетворяющий этим требованиям. Привести его марку и химический состав. Назначить режим термической обработки, объяснить какие изменения происходят в структуре сплава, как они влияют на его механические свойства.

5. Перечислить требования, предъявляемые к материалам подшипников скольжения. Какие пластмассы применяются для таких деталей? Указать классификационные группы этих пластмасс. Привести химическую формулу, строение и свойства одной из них.

Вариант 7

1. Определить по диаграмме железо-цементит, какие превращения совершаются в доэвтектическом белом чугуне какого-либо состава при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Какова окончательная структура сплава? Назначить режим термической обработки для превращения этого чугуна в ковкий чугун и указать, как изменяются при этом свойства чугуна. Какова причина этих изменений?

2. Выбрать сплав для изготовления режущего инструмента, эксплуатационные характеристики которого не изменяются при нагреве рабочей поверхности до температур 800...900°С. Привести марку, химический состав, объяснить назначение элементов, образующих сплав. Описать способ изготовления сплава, его структуру, механические и технологические свойства.

3. Выбрать марку стали для спиральных пружин высокой прочности (s_в» 1600 МПа), применяемых в станкостроении. Описать характерные свойства сталей данной группы. Указать марку выбранной стали, её химический состав и роль легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и свойства стали. Предложить способ обработки пружин, значительно повышающий их эксплуатационные свойства.

4. Выбрать сплав для изготовления малонагруженных легких отливок (g» 1, 8 г/см³). Привести марку сплава, химический состав, назначение легирующих элементов. Описать механические, физические и технологические свойства сплава.

5. Выбрать пластмассу (s_в» 500…1000 МПа) для изготовления корпусов машин, судов, контейнеров, кузовов и кабин автомобилей. Указать классификационную группу пластмассы, описать ее строение, физико-механические свойства и способ получения изделий.

Вариант 8

1. Определить по диаграмме железо-цементит, какие превращения совершаются в стали марки У12 при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры, привести окончательную структуру стали. Какую структуру будут иметь изделия из этой стали после закалки с температур 770 и 960 °С? Какой из указанных вариантов закалки следует выбрать для обеспечения более высоких эксплуатационных характеристик инструмента из этой стали и почему?

2. Перечислить требования, предъявляемые к материалам форм литья под давлением. Выбрать сталь для изготовления форм литья под давлением алюминиевых сплавов. Указать марку стали, химический состав и назначение легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и механические свойства стали.

3. Выбрать сталь для изготовления валов повышенной прочности

(s_в» 1100 МПа) сечением 40...50 мм. Указать марку стали, химический состав и назначение легирующих элементов. Объяснить, что такое прокаливаемость, как ее величина влияет на выбор марки стали. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и механические свойства стали.

4. Выбрать сплав высокой удельной прочности (отношение предела прочности [МПа] к плотности [г/см³] около 300) для изготовления нагруженных деталей самолетов. Указать марку сплава и химический состав. Описать структуру, физические, механические и технологические свойства сплава. Назначить режим термической обработки для достижения указанного значения удельной прочности. Привести окончательную структуру и механические свойства сплава.

5. Выбрать пластмассу для изготовления малонагруженных деталей управления машин и механизмов (рукояток, головок, маховичков и т.п.). Указать классификационную группу пластмассы. Описать ее состав, строение, физико-механические свойства и способ получения деталей.

Вариант 9

1. При закалке инструмента из углеродистых сталей температура в печи оказалась завышенной на 150 °С по сравнению с оптимальной.

Нарисовать в масштабе «стальной угол» диаграммы железо-цементит и показать на нем оптимальный интервал закалочных температур. Используя рисунок, объяснить, как указанное нарушение режима закалки повлияет на структуру и свойства сталей марок У7 и У10.

2. Выбрать марку стали для изготовления измерительного инструмента (калибров, плиток, шаблонов). По условиям работы инструмент должен иметь высокую твердость и сохранять свои размеры при длительной эксплуатации. Указать марку стали, химический состав и назначение легирующих элементов. Отметить особенности режима термической обработки такого инструмента. Привести окончательную структуру и твердость стали.

3. Выбрать сплав для изготовления силовых лопаток газовых турбин, работающих при температурах 800...900 °С. Указать марку сплава, химический состав, роль легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, объяснить ее влияние на основную рабочую характеристику сплава.

4. Выбрать легкий (g» 2, 7 г/см³) сплав для изготовления малонагруженных сварных и клепаных конструкций с высоким сопротивлением коррозии (трубопроводы и емкости для нефтепродуктов, палубные надстройки и т. п.). Привести марку, химический состав и свойства сплава. Объяснить, как меняются механические свойства сплавов этой группы в зависимости от их состава. Указать способ повышения прочности таких сплавов.

5. Выбрать пластмассу для изготовления емкостей для хранения масел, бензина, различных органических растворителей в температурном диапазоне -70…+60 °С. Указать классификационную группу пластмассы, привести ее структурную формулу, химические и физико-механические свойства.

Вариант 10

1. Сталь марки У12 после одного вида термической обработки получила структуру пластинчатый перлит+вторичный цементит, после второго -мартенсит+остаточный аустенит, после третьего - мартенсит+остаточный аустенит+вторичный цементит. Указать, какие виды термической обработки применены в каждом случае. Определить по диаграмме железо-цементит, до какой области температур была нагрета сталь при каждом виде термической обработки и указать, какие превращения она претерпела в процессе охлаждения в каждом из трех случаев.

2. Выбрать марку стали и способ поверхностного упрочнения эксцентриков, кулачков и копиров, которые должны иметь очень высокую поверхностную твердость (НV 1000...1100) и точные размеры (мало деформироваться при термической обработке). Указать химический состав и назначение легирующих элементов. Описать последовательность технологических операций обработки таких изделий и изменения, происходящие при этом в структуре сталей. Привести окончательную структуру и твердость стали в различных частях изделия.

3. Перечислить основные требования, предъявляемые к магнитно-мягким материалам. Выбрать недорогой сплав для изготовления сердечников трансформаторов. Привести марку сплава и химический состав. Указать, как влияют элементы, входящие в состав сплава, на его свойства. Назначить режим термической обработки, объяснить ее влияние на основные характеристики сплава.

4. Выбрать цветной сплав с прочностью s_в» 400...550 МПа для изготовления мелких деталей (пробок карбюраторов, жиклеров, различных болтов, винтов, втулок) на токарных станках-автоматах. Указать марку сплава и химический состав. Рассмотреть влияние отдельных элементов, входящих в состав сплава, на его структуру, механические и технологические свойства. Привести механические свойства выбранного сплава. Пояснить, каким состояниям сплава соответствуют указанные в задании нижний и верхний пределы прочности.

5. Выбрать пластмассу для изготовления шкивов клиноременных передач. Указать классификационную группу пластмассы, ее состав и физико-механические свойства.