Контрольная работа по дисциплине «Материаловедение»

Национальный авиационный  университет

Институт заочного и дистанционного образования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа №1

По дисциплине «Материаловедение»

Вариант (8-5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент 2 курса

Специальности 6.070103

Шаповалов Дмитрий Николаевич

Зачетная книжка № 100085

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦЗДО Ташкент – 2012 г.

Основные вопросы:

 

1) Цель курса "Материаловедение", его основные задачи и структура.

 

2) Взаимосвязь между качеством  материалов и безопасностью полетов,  надежностью, экономичностью, комфортабельностью  воздушных судов.

 

3) Опишите структуру, основные  свойства кристаллических и аморфных  твердых тел, а также . Нарисуйте их.

 

4) Начертите структуру  азотированного слоя на авиационной  стали 38ХМЮА. Опишите свойства  этой стали после азотирования.

 

5) Приведите классификацию  и маркировку легированных сталей.

 

6) Перечислите основные  марки литейных магниевых сплавов.  Опишите технологию термообработки  сплава МЛ12. Укажите отличительные  особенности, дайте примеры практического  применения литейных магниевых  сплавов.

 

7) Приведите примеры полимеров  с линейной, разветвленной и пространственной  структурой молекул.

 

8) Опишите МКМ на основе алюминия, их свойства и назначение.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Цель курса  "Материаловедение", его основные  задачи и структура.

 

Основная цель материаловедения - познание свойств материалов в зависимости от состава и обработки, методов их упрочнения для наиболее эффективного использования в технике, а также создание материалов с заранее заданными свойствами: высокая прочность и пластичность, высокая электропроводность или высокое сопротивление, специальные магнитные свойства, сочетание различных свойств в одном материале (композиционные материалы).

 

Основные задачи материаловедения:

• раскрыть физическую сущность явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации;
• установить зависимость между составом, строением и свойствами материалов;
• изучить теорию и практику различных способов упрочнения материалов для повышения высокой надёжности и долговечности деталей, инструмента и изделий;
• изучить основные группы современных материалов, их свойства и области применения;
• дать понятия о современных методах исследования структуры и  прогнозирования эксплуатационных свойств материалов и изделий.

 

Знакомство с основами материаловедения необходимо не только инженерам и научным работникам, но и любому современному человеку.  Как показывает практика и обширные научные исследования в области  физики твердого тела (ФТТ) и материаловедения, наличие тех или иных свойств  определяется внутренним строением сплавов. В свою очередь, строение сплава зависит от состава и характера предварительной обработки.

 

2.  Взаимосвязь  между качеством материалов и  безопасностью полетов, надежностью,  экономичностью, комфортабельностью  воздушных судов.

 

Качество материалов играет важную роль в жизни авиации. Важность имений знаний правильных сплавов, различных важных деталей авиационного двигателя, а так же деталей прочного корпуса летательного аппарата, непосредственно дает нам надежность и безопасность полетов летательного судна в воздушном пространстве!

 

3.  Опишите структуру, основные свойства кристаллических и аморфных твердых

тел, а также . Нарисуйте их.

 

Аморфная структура является одним из физических состояний твердых  тел, Аморфные вещества характеризуются  двумя особенностями. Во-первых, свойства таких веществ при обычных условиях не зависят от выбранного направления, т.е. они - изотропны. Во-вторых, при повышении температуры происходит размягчение аморфного вещества и постепенный переход его в жидкое состояние. Точное значение температуры плавления отсутствует.

 

Общим  для кристаллического и аморфного состояний веществ  является отсутствие поступательного  перемещения частиц и сохранение только их колебательного движения около  положения равновесия. Различие между  ними состоит в наличии геометрически  правильной решетки у кристаллов и отсутствии дальнего порядка в  расположении атомов у аморфных веществ.

 

Аморфное состояние вещества, по сравнению с кристаллическим, всегда менее устойчиво и обладает избыточным запасом внутренней энергии. В связи с этим, при определенных условиях, самопроизвольно осуществляется переход из аморфного состояние в кристаллическое.

 

Твердые тела в аморфном состоянии можно получить двумя  путями. Первый путь – быстрое охлаждение расплавов кристаллических веществ, преимущественно ионного и ковалентного строения. Типичный представитель таких  аморфных тел – силикатные стекла, битумы, смолы и пр.

 

Второй путь – диспергация кристаллических структур. В результате диспергации кристаллических тел образуются аморфизованные дисперсии в виде коллоидов и растворов. Разрушаясь или конденсируясь, дисперсии изменяют свое агрегатное состояние. Пересыщенные растворы, например, могут превратиться в гель и образовать полимер или кристаллизоваться.

 

В кристаллических телах  частицы располагаются в строгом  порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры  во всем объеме тела. Для наглядного представления таких структур используются пространственные кристаллические  решетки, в узлах которых располагаются  центры атомов или молекул данного  вещества. Чаще всего кристаллическая  решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества

 

В твердом состоянии большинство  веществ имеет кристаллическое  строение. В этом легко убедиться, расколов кусок вещества и рассмотрев полученный излом. Обычно на изломе (например, у сахара, серы, металлов) хорошо заметны  расположенные под разными углами мелкие грани кристаллов, поблескивающие вследствие различного отражения ими  света. В тех случаях, когда кристаллы  очень малы, кристаллическое строение вещества можно установить при помощи микроскопа.

Каждое вещество обычно образует кристаллы определенной формы. Например, хлорид натрия кристаллизуется в  форе кубов, квасцы в форме октаэдров, нитрат натрия в форме призм и  т.д. Кристаллическая форма —  одно из характерных свойств твердых веществ.

Классификация кристаллических  форм основана на симметрии кристаллов. Различные случаи симметрии кристаллических  многогранников подробно разбираются  в курсах кристаллографии.

Многие вещества, в частности  железо, медь, алмаз, хлорид натрия, кристаллизуются  в кубической системе. Простейшими  формами этой системы являются куб, октаэдр, тетраэдр. Магний, цинк, лед, кварц  кристаллизуются в гексагональной системе. Основная форма этой системы  — шестигранная призма и бипирамида

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Начертите структуру азотированного слоя на авиационной стали 38ХМЮА. Опишите свойства этой стали после азотирования.

 

Твердость и толщина азотированного слоя зависят от температуры и  продолжительности азотирования . Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость (из-за коагуляции нитридов) и больше толщина слоя (в результате увеличения скорости диффузии азота). Азотирование значительно (на 80 - 100%) повышает предел выносливости, что объясняется возникновением в азотированном слое остаточных напряжений сжатия. Детали из азотированной стали, работающие при переменных нагрузках, мало чувствительны к поверхностным дефектам (царапинам, рискам от шлифования и т. п.), так как напряжения растяжения возникают за пределами азотированного слоя. Это обстоятельство имеет большое практическое значение — понижаются требования к качеству поверхности, а, значит, и удешевляется изготовление азотированных детален, работающих под значительными переменными нагрузками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После Азотирования, сталь 38ХМЮА получает высокую твердость, износостойкость  поверхности детали, повышается предел выносливости (прочностное азотирование),  и повышается стойкость против коррозии (антикоррозионное азотирование).

 

5. Приведите классификацию и маркировку легированных сталей.

 

Легированная сталь –  это сталь, которая содержит кроме  углерода и обычных примесей, другие элементы, улучшающие ее свойства.

Для легирования стали  применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан, алюминий, медь и другие элементы. Марганец считается легирующим компонентом лишь при содержании его в стали более 1 %, а кремний – при содержании более 0,8 %.

В сталь вводятся легирующие элементы, которые изменяют ее механические, физические и химические свойства, а также в зависимости от назначения стали в нее вводят элементы, изменяющие свойства в нужном направлении.

Легированная сталь многих марок приобретает высокие физико-механические свойства только после термической  обработки.

По суммарному количеству легирующих элементов, которые содержатся в стали, она делится на низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов  менее 2,5 %) среднелегированную (от 2,5 до 10 %) и высоколегированную (более 10 %).

Недостатком углеродистой стали  является то, что эта сталь не обладает нужным сочетанием механических свойств. С увеличением содержания углерода увеличиваются прочность  и твердость, но одновременно резко  уменьшаются пластичность и вязкость, растет хрупкость. Режущие инструменты  из углеродистой стали очень хрупки и непригодны для выполнения операции с ударной нагрузкой на инструмент.

Углеродистая сталь часто  не отвечает требованиям ответственного машиностроения и инструментального  производства. В таких случаях  необходимо применять легированную сталь.

Легирующие элементы по отношению  к углероду разделяются на две  группы:

1) элементы, которые образуют  с углеродом устойчивые химические  соединения – карбиды (хром, марганец, молибден, вольфрам, титан); карбиды  могут быть простые (например, Сг4 С) или сложные легированные (например, ((FеСг)7С3); твердость их обычно выше твердости карбида железа, а хрупкость ниже;

2) элементы, не образующие  в присутствии железа карбидов  и входящие в твердый раствор  – феррит (никель, кремний, кобальт,  алюминий, медь).

По назначению легированную сталь делят на конструкционную, инструментальную и сталь с особыми  физикохимическими свойствами.

Конструкционную сталь применяют  для изготовления деталей машин; она делится на цементируемую (подвергаемую цементации) и улучшаемую (подвергаемую улучшению – закалке и высокому отпуску). К сталям с особыми свойствами относят: нержавеющие, жаростойкие, кислотостойкие, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами.

Маркировка по ГОСТ для  обозначения легирующих элементов: Х – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, В – вольфрам, М – молибден, К – кобальт.

Для стали конструкционной  легированной принята маркировка, по которой первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых  долях процента, буквы – наличие  соответствующих легирующих элементов, а цифры, следующие за буквами, –  процентное содержание этих компонентов  в стали. Если после какой-либо буквы  отсутствует цифра, то содержание данного  элемента в стали примерно равно 1 %. Если цифра отсутствует, то сталь  содержит около или более 1 % углерода.

Для обозначения высококачественной стали в конце маркировки добавляют букву А. Высококачественная сталь содержит меньше серы и фосфора, чем обычная качественная.

Стали специального назначения имеют особую маркировку из букв, которые  ставятся впереди: Ш – шарикоподшипниковая, Р – быстрорежущая, Ж – хромовая нержавеющая ферритного класса, Я – хромоникелевая нержавеющая аустенитного класса, Е – электротехническая сталь.

Многие стали можно  отнести к машиностроительным материалам, которые обладают достаточно высокими прочностными качествами. К таким  сталям относятся: углеродистые стали, низколегированные стали, высоко-прочностные среднелегированные стали, высокопрочные высоколегированные (мартенситно-стареющие) стали.

Все легированные стали можно  разделить на группы в зависимости  от четырех признаков: по равновесной  структуре стали, по структуре после  охлаждения стали на воздухе, по составу  стали, по назначению стали.

В зависимости от того, какое  количество углерода содержится в стали, различают следующие виды: малоуглеродистые до 0.1–0.2 %, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые 0.6–1.7 % С.

Структура сталей может быть доэвтектоидной (феррит + перлит), эвтектоидной (перлит) и заэвтектоидной (перлит + цементит) стали.

Существует три способа  выплавки стали: кипящий, полуспокойный, спокойный способы. При кипящем  способе в структуре стали  содержатся в большом количестве газовые пузыри, которые являются результатом раскисления стали в изложницах и выделения СО.

Стали также получают при  использовании конвертеров, электропечей, установки непрерывной разливки.

 

6.  Перечислите основные марки литейных магниевых сплавов. Опишите технологию термообработки сплава МЛ12. Укажите отличительные особенности, дайте примеры практического применения литейных магниевых сплавов.