Композиционные материалы. 1 страница

Обратите внимание на принципиальное отличие композиционных материалов, заключающееся в сочетании разнородных материалов с четкой границей раздела между ними. Укажите свойства композитов в зависимости от вида матрицы и формы, размеров и взаимного расположения наполнителя. Уясните возможность использования композитов в качестве жаропрочных материалов и способы повышения их жаропрочности.

Вопросы для самопроверки.

1. Что такое композиты? 2. Как подразделяются композиты в зависимости от формы и размеров наполнителя? 3. Как подразделяются композиты по виду матрицы? 4. От чего зависят механические свойства композитов?

Варианты контрольных работ

по курсу «Материаловедение»

Задания на контрольные работы выдают индивидуально каждому студенту. Задание включает вопросы и задачи по основным разделам дисциплины.

При выполнении контрольных работ студенты изучают методику выбора и назначения черных и цветных металлов и сплавов для изготовления конкретных деталей машин и различного вида инструментов, а также знакомятся с особенностями строения, технологией получения и областью применения наиболее распространенных неметаллических материалов. Одновременно студент должен научиться пользоваться рекомендуемыми справочными материалами с тем, чтобы уметь в дальнейшем правильно выбрать материал при курсовом и дипломном проектировании.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради с соблюдением всех норм ГОСТа. Рисунки и схемы выполняются карандашом, линейкой и в соответствии с ГОСТом. В начале записываются вопросы, затем ответы и выводы, а также используемая литература. На кафедре вывешивается расписание консультаций - фамилия, имя, отчество преподавателя. Контрольные работы после выполнения необходимо зарегистрировать и сдать в деканат до начала экзаменационной сессии. Во время сессии после прохождения и защиты лабораторных работ все студенты обязаны защитить сданные контрольные работы (до сдачи зачета и экзамена).

К экзамену по дисциплине «Материаловедение» допускаются студенты, выполнившие и защитившие, предусмотренные учебным планом:

- лабораторные работы;

- контрольные работы;

- и др.

Вариант 1.

1 Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,6% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется ?

2. Опишите строение и основные характеристики кристаллической решетки железа (параметры, координационное число, плотность упаковки).

3.. В чем заключаются преимущества и недостатки поверхностного упрочнения стальных изделий при нагреве токами высокой частоты по сравнению с упрочнением методом цементации? Назовите марки сталей применяемых для этих видов обработки.

4. В результате термической обработки шестерни должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для изготовления их выбрана сталь 12Х2Н4:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической и химико-термической обработки, приведите подробное обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной сталь;

в) опишите свойства стали после термической обработки.

5. Для отливок сложной конфигурации используется бронза БрОФ4-0,2:

а) расшифруйте состав сплава и укажите его структуру;

б) назначьте режим термической обработки для снятия внутренних напряжений, возникающих после термической обработки.

6. Газонаполненные пластмассы (пенно - и поропласты). Опишите способы их изготовления, свойства и область применения

Вариант 2.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется ?

2. Опишите сущность явления наклепа и его практического использования.

3. Назначьте режим термической обработки рессор из стали 70 и приведите его обоснование. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

4. В результате химико-термической обработки шнек должен получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для изготовления выбрана сталь 18Х2Н4ВА:

а) расшифруйте состав стали и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте вид и режим химико-термической обработки, приведите подробное его обоснование.

в) опишите свойства поверхностного слоя стали в готовом изделии.

3. Для изготовления калибров выбрана сталь 9X18:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки стали;

в) опишите свойства стали после термической обработки.

5. Для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания выбран сплав АК4-1:

а) расшифруйте состав сплава и укажите способ изготовления деталей из этого сплава;

б) приведите характеристики механических свойств сплава при

повышенных температурах и объясните, за счет чего они достигаются.

6. Преимущества и недостатки клеевых соединений пластмасс. Методы контроля.

Вариант 3.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,2% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. Как изменяется блочная (мозаичная) структура при нагреве предварительно деформированного металла? В чем сущность процесса полигонизации?

3. Режущий инструмент требуется обработать на максимальную твердость. Для его изготовления выбрана сталь У12А. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства данной стали.

4. В результате термической обработки детали машин должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость НВ250—280). Для изготовления их выбрана сталь 40ХН:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки этой стали;

в) опишите структуру и свойства стали после термической обработки.

5. Для изготовления слабонагруженных деталей выбран сплав АЛ5:

а) расшифруйте состав и укажите способ изготовления деталей из данного сплава;

б) опишите метод повышения механических свойств этого сплава и объясните природу явления.

6. Укажите состав и свойства керамики, применяемой в машиностроении.

Вариант 4.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,4% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. Что такое параметр кристаллической решетки, плотность упаковки и координационное число?

3. На изделиях из стали 15 требуется получить поверхностный слой высокой твердости. Приведите обоснование выбора метода химико-термической обработки, опишите его технологию и структуру изделия после окончательной термической обработки.

4. Для изготовления деталей, работающих в активных коррозионных средах, выбрана сталь 2Х17Н2:

а) расшифруйте состав и определите группу стали по назначению;

б) объясните назначение легирующих элементов, введенных в эту сталь;

в) назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите свойства стали после обработки.

5. Для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания выбран сплав АК8:

а) расшифруйте состав и укажите способ изготовления деталей из данного сплава;

б) приведите характеристики механических свойств сплава при повышенных температурах и объясните, за счет чего они достигаются.

6. Укажите состав и свойства керамики, применяемой для изготовления режущих инструментов.

Вариант 5.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,1% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2.. . Опишите физическую сущность процессов кристаллизации и плавления?

3. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) различных приспособлений из стали 45, которые должны иметь твердость HRC28—35. Опишите свойства стали после

4. В турбиностроении используют сталь 40Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481). Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки и обоснуйте его. Опишите структуру после термической обработки. Как влияет температура эксплуатации на механические свойства данной стали?

5. Для изготовления лопатки турбины использован сплав ВТ6. Приведите состав сплава, выберите и опишите вид упрочняющей термической обработки. Опишите процессы, протекающие при термической обработке, преимущества сплава ВТ6 по сравнению с ВТ5.

6. . Опишите антифрикционные пластмассовые материалы. Укажите их свойства и область применения в машиностроении.

Вариант 6.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2.Формы кристаллов и влияние реальной среды на процесс кристаллизации. Образование дендритной структуры.

3. Для изготовления машинных метчиков выбрана сталь Р10К5Ф5;

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

в) опишите структуру и свойства стали после термической обработки.

4. Выберите марку чугуна для изготовления ответственных деталей машин (коленчатые валы, шатуны и т. п.). Укажите состав, обработку, структуру и основные механические свойства деталей из этого чугуна.

5. Для изготовления некоторых деталей выбран сплав АМгЗ:

а) расшифруйте состав и опишите способ упрочнения этого сплава, объяснив природу упрочнения;

б) приведите характеристики механических свойств сплава.

6. Термореактивные пластмассы, их особенности и область применения.

Вариант 7.

1.Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,7% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. Что такое компонент, фаза, физико-химическая система, число степеней свободы?

3. Выберите сталь для изготовления рессор. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства рессор после обработки. Каким способом можно повысить усталостную прочность рессор?.

а) расшифруйте состав и определите класс стали;

б) объясните причину введения хрома в эту сталь и обоснуйте выбор данной стали для указанных условий работы.

4. Для изготовления обрезных штампов выбрана сталь XI2M:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите его подробное обоснование, объяснив влияние легирования на все превращения, происходящие при термической обработке стали;

в) опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

5. Для изготовления некоторых деталей выбран сплав АЛ 2:

а) расшифруйте состав и укажите способ изготовления деталей из данного сплава;

б) опишите метод повышения механических свойств сплава.

6. Приведите классификацию технической керамики по составу и укажите область ее применения в машиностроении.

Вариант 8.

1.Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,0% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. Приведите описание твердого раствора, механической смеси, химического соединения.

3.Углеродистые стали 35 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру мартенсит отпуска. Используя диаграмму состояния железо-карбид железа и учитывая превращения происходящие при отпуске, укажите температуру закалки и температуру отпуска для каждой стали. Опишите превращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска, и объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 35.

4. Для выхлопных патрубков, работающих при температуре 600°С, используется сталь Х18Н10Т:

а) расшифруйте состав и определите класс стали по структуре;

б) объясните назначение введения легирующих элементов в данную сталь;

в) назначьте и обоснуйте режим термической обработки, опишите получаемую структуру.

5. Для изготовления упругих элементов выбран сплав БрБНТ-1,9-1-4. Приведите химической состав, режим термической обработки и получаемые механические свойства материала. Опишите процессы, происходящие при термической обработке.

6 Пленочные материалы, их разновидности, свойства и область применения в машиностроении

Вариант 9.

1. . Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,8% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется ?

2. Начертите и проанализируйте диаграмму состояния для случая полной нерастворимости компонентов в твердом состоянии.

3. Для выхлопных патрубков, работающих при температуре 600°С, используется сталь Х18Н10Т:

а) расшифруйте состав и определите класс стали по структуре;

б) объясните назначение введения легирующих элементов в данную сталь;

в) назначьте и обоснуйте режим термической обработки, опишите получаемую структуру.

4. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) пружин из стали 65. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

5. Для изготовления деталей путем глубокой вытяжки применяется латунь Л70:

а) расшифруйте состав и опишите структуру сплава;

б) назначьте режим промежуточной термической обработки, применяемой между отдельными операциями вытяжки; обоснуйте выбранный режим;

в) приведите общую характеристику механических свойств сплава.

6 .Термопластичные полимерные материалы, их особенность и область применения. Приведите примеры важнейших термопластов.

Вариант 10.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,4% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2.. Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются?

3. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) втулки из стали 45. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

4. Назначьте нержавеющую сталь для работы в слабоагрессивных средах (водные растворы солей и т. п.). Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозионной устойчивости материала и роль каждого легирующего элемента.

5.. В качестве материала для ответственных подшипников скольжения выбран сплав БрСЗО:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данный сплав по назначению;

б) укажите основные свойства и требования, предъявляемые к сплавам этой группы.

6. Укажите основные особенности пластмасс как конструкционного материала и рекомендации по использованию пластмасс в машиностроении

Вариант 11.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. .В чем различие между упругой и пластической деформациями ?

3. Метчики из стали У12 закалены: первый - при температуре 760° С, второй - при температуре 850° С. Используя диаграмму состояния железо - карбид железа, объясните, какой из этих метчиков закален правильно, имеет более высокие режущие свойства и почему.

4. Для изготовления деталей подшипника качения выбрана сталь ШХ15СГ:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

в) опишите структуру и свойства стали после термической обработки.

5. Для изготовления корпуса применяется сплав МЛ5:

а) расшифруйте состав сплава и укажите способ изготовления деталей из этого сплава;

б) опишите характеристики механических свойств сплава и приведите режим термической обработки, применяемый для данного сплава.

6. Неметаллическая керамика высокой огнеупорности. Состав, свойства, преимущества и недостатки.

Вариант 12.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2.. Как изменяется строение металла в процессе пластического деформирования?

3. Назначьте виды и режимы химико-термической и термической обработки шестерен из стали 20 с твердостью поверхности зуба, равной HRC58-62. Опишите микроструктуру и свойства поверхности зуба и сердцевины шестерни после обработки

4. Для изготовления молотовых штампов выбрана сталь 5ХГМ:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробнее его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

в)опишите структуру и главные свойства стали после термической обработки.

5. Для изготовления ряда деталей применяется сплав МН-19. Расшифруйте состав сплава, приведите характеристики механических свойств и укажите способ изготовления деталей из этого сплава.

6. Опишите состав резины , влияние порошковых и волокнистых наполнителей на ее свойства.

Вариант 13.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. Опишите явление наклепа и его практическое использование.

3. Назначьте режим термической обработки слабонагруженных деталей из стали 40. Приведите его обоснование и опишите структуру и свойства деталей. Объясните, почему удовлетворительные свойства на изделиях из данной стали могут быть получены в небольшом сечении.

4. В результате термической обработки шнек должен получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 12ХНЗА:

а) расшифруйте состав стали и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

в) опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

5. Для изготовления деталей путем глубокой вытяжки применяется латунь Л 62:

а) расшифруйте состав и опишите микроструктуру сплава;

б) назначьте режим промежуточной термической обра­ботки, применяемой между отдельными операциями вытяжки; обоснуйте выбранный режим;

в) приведите общую характеристику механических свойств сплава.

6. Опишите поведение термопластов при деформировании. Каковы

причины релаксационных явлений? Их зависимость от условий нагружения.

Вариант 14.

1. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,6% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. Сущность процессов первичной и вторичной рекристаллизации

3. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) шпилек из стали Ст 6, которые должны иметь твердость НВ207—230. Опишите их микроструктуру и свойства после термической обработки.

4. В результате термической обработки пружины должны получить высокую упругость. Для изготовления их выбрана сталь 63С2А:

а) расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

в) опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

5. Для поршней двигателя внутреннего сгорания, работающих при темпера турах 200—250°С, используется сплав АЛ1:

а) расшифруйте состав и укажите способ изготовления деталей из данного сплава;

б) опишите режим упрочняющей термической обработки и кратко объясните природу упрочнения.

6. Опишите виды термо- и реактопластов. В чем их различие по структуре и свойствам.

Вариант 15.

1. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2. В чем различие между холодной и горячей пластическими деформациями?

3. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) резьбовых калибров из стали У9А. Опишите микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.Для реостатных приборов выбран сплав константан:

а) расшифруйте состав и укажите, к какой группе относится этот сплав по назначению;

б) опишите структуру и электрические характеристики этого сплава. 4. В результате термической обработки полуоси должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость НВ230—280). Для изготовления их выбрана сталь З0 ХГС;

а) расшифруйте состав и определите группу стали по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

в) опишите структуру и свойства стали после термической обработки.

5. Для изготовления ряда деталей самолета выбран сплав В96:

а) расшифруйте состав сплава, опишите способ упрочнения этого сплава и объясните природу упрочнения;

б) укажите характеристики механических свойств сплава и сопоставьте их со свойствами сплава Д16.

6. Полиметилметакрилат (органическое стекло). Укажите состав, характерные свойства, способ переработки и область его применения.

Вариант 16.

1.Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,9% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

2.Что такое мартенсит и в чем сущность и особенности мартенситного превращения? 5. Что такое критическая скорость закалки?

3. Втулки из стали 45 закалены: первая - от температуры 740°С, вторая - от температуры 830° С. Используя диаграмму состояния железо-карбид железа, объясните, какая из этих втулок имеет более высокую твердость и лучшие эксплуатационные свойства.

4. Для изготовления пресс-форм выбрана сталь ЗХ2В8:

а) расшифруйте состав и определите группу стали по назначению;

б) назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

в) опишите структуру и свойства стали после термической обработки.

5. Назначьте марку латуни, коррозионно-устойчивой в морской воде:

а) расшифруйте ее состав и опишите структуру, используя диаграмму состояния медь - цинк;

б) укажите способ упрочнения латуни и основные свойства.

6. Пленочные материалы, их разновидности, свойства и область применения в машиностроении.

Вариант 17.

1. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,3% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

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

3. Назначьте режим химико-термической обработки шестерен из стали 20Х с твердостью зуба HRC58—62. Опишите технолгический процесс и свойства поверхности и сердцевины зуба после термической обработки.