Электронный учебно-методический комплекс «Специальные вопросы материаловедения» Авторы:

Электронный учебно-методический комплекс
«Специальные вопросы материаловедения»
Авторы: доцент кафедры Технологии металлов П.В. Волков,
доцент кафедры Технологии металлов Т.П. Муравьева
Направление 141100 Энергетическое машиностроение,
подготовки: профиль: Производство энергетического оборудования
Дисциплина: Специальные вопросы материаловедения (1, 2 семестр)
Адрес ресурса:
Контактная VolkovPV@mpei.ru
информация:
Виды занятий, поддерживаемые ресурсом
Лекции 2 часа в неделю (1 семестр) и 1 час в неделю (2 семестр), лабораторные
работы 1 час в неделю. Самостоятельная работа 90 часов (1 семестр) и 36 часов (2
семестр). Расчетное задание (1 семестр). Контроль – контрольные работы, зачет, экзамен.
Состав ресурса
1. Рабочая программа учебной дисциплины.
2. Технологическая карта работы студента по дисциплине.
3. Конспект лекций.
4. Описания лабораторных работ.
5. Методические указания по выполнению расчетного задания.
6. Контролирующие материалы в соответствии с рабочей программой дисциплины:
вопросы контрольных работ, вопросы, выносимые на зачет, вопросы и задачи, выносимые
на экзамен, экзаменационные билеты.
Содержание ресурса
Лекции
1 семестр
Дефекты кристаллического строения конструкционных материалов. Типы
дислокаций, вектор Бюргерса.
Влияние дислокаций на деформационное упрочнение.
Частичные дислокации и дефекты упаковок. Взаимодействие атомов примесей с
дислокациями и дефектами упаковок.
Малоугловые и большеугловые границы зерен. Когерентная граница.
Строение твердых фаз в металлических системах. Упорядоченные твердые
растворы. Промежуточные фазы постоянного состава.
Электронные соединения (фазы Юм-Розери), сигма-фазы, фазы Лавеса и
промежуточные фазы внедрения. Условия образования и свойства этих фаз. Диаграммы
равновесия в случае образования подобных фаз. Свойства сплавов при наличии этих фаз в
структуре сплавов.
Формирование структуры металлических сплавов. Условия образования и форма
зародыша новой фазы.
Рост фазы. Нормальный рост, контролируемый процессами диффузии: превращения
при постоянном и изменяющемся составах. Распад пересыщенного твердого раствора.
Мартенситное превращение. Особенности мартенситного превращения в сплавах на
основе железа. Промежуточное (бейнитное) превращение; температурный интервал и
кинетика.
Стали перлитного класса. Основные легирующие элементы сталей перлитного
класса и их влияние на свойства твердого раствора. Взаимодействие легирующих
элементов с углеродом.
Предварительная и основная термическая обработка сталей перлитного класса.
Высокохромистые коррозионностойкие стали. Влияние концентрации углерода и
дополнительного легирования на структуру и свойства высокохромистых сталей.
Термическая обработка сталей ферритного и феррито-мартенситного классов.
Влияние структуры на коррозионную стойкость.
Хромоникелевые стали и сплавы аустенитного класса. Соотношение хрома и никеля,
необходимое для формирования аустенитной структуры. Влияние альфа-фазы, величины
зерна, сигма-фазы на жаропрочность, коррозионную стойкость и технологические
свойства аустенитных сталей.
Стабилизация аустенитных сталей присадками титана и ниобия. Термическая
обработка аустенитных сталей с однофазной структурой. Стали аустенитного класса с
многофазной структурой. Аустенитные стали и сплавы с карбидным упрочнением, их
термическая обработка. Аустенитные стали и сплавы с интерметаллидным упрочнением.
Термическая обработка, обеспечивающая наиболее высокие жаропрочные свойства.
Сплавы на основе никеля и титана. Сплавы на основе никеля: обоснование
легирования жаростойких и жаропрочных сплавов. Термическая обработка никелевых
сплавов. Титан и сплавы на его основе. Методы получения титана и основные свойства.
Сплавы на основе титана: классификация, термическая обработка и области
применения.
2 семестр
Кристаллизация сплавов в неравновесных условиях. Влияние скорости нагрева и
охлаждения на температуры фазовых превращений. Неравновесная кристаллизация
сплавов с полной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Коэффициент
распределения.
Кристаллизация эвтектики и перитектики в неравновесных условиях.
Закономерности фазовых превращений в твердом состоянии. Роль строения межфазных
границ в фазовых превращениях. Гомогенное (флуктуационное) и гетерогенное
зарождение фаз.
Влияние скорости охлаждения на характер выделения новой фазы.
Формирование вторичной структуры в неравновесных условиях охлаждения.
Образование вторичного твердого раствора. Эвтектоидное превращение (квазиэвтектоид).
Образование структуры видманштетта. Кинетика фазовых превращений.
Формирование структуры металла сварных соединений. Кристаллизация металла
шва. Структура сварных швов металлов и сплавов без полиморфных превращений и с
полиморфными превращениями. Структура зоны термического влияния. Влияние
структурных факторов на свойства металла сварных соединений.
Превращения в зоне термического влияния при неравновесном нагреве выше
температуры фазовых превращений. Превращения при непрерывном охлаждении с
температур выше критических. Влияние термического цикла сварки на структуру металла
сварных соединений.
Строение металла сварных соединений сталей разных структурных классов.
Сварные соединения сталей перлитного класса (углеродистых, низколегированных без
карбидообразующих и с карбидообразующими элементами), аустенитного класса,
мартенситного и феррито-мартенситного классов.
Особенности структуры и свойств сварных соединений, выполненных
концентрированными потоками энергии.
Термическая обработка сварных соединений углеродистых, низко- и
среднелегированных сталей, высоколегированных, хромистых и хромоникелевых сталей.
Обоснование выбора термической обработки, исходя из структуры, свойств и условий
работы изделия.
Лабораторные работы
1 семестр
Определение структуры сплавов и величины зерна методами количественной
металлографии.
Макростроение горячедеформированных и литых сталей.
Анализ диаграмм фазового равновесия двухкомпонентных сплавов.
Влияние холодной пластической деформации на структуру и свойства металлов.
Влияние нагрева на структуру и свойства холоднодеформированных (наклепанных)
металлов.
Анализ термокинетических диаграмм распада переохлажденного аустенита
легированных сталей.
Структура и свойства конструкционных легированных сталей перлитного класса.
Термическая обработка легированных сталей перлитного класса.
Структура и свойства высокохромистых и легированных сталей аустенитного
класса. Термическая обработка сталей и сплавов, не имеющих полиморфных
превращений.
2 семестр
Определение механических свойств металла сварных соединений.
Макро- и микродефекты металла сварных соединений.
Карбидообразование при отпуске металла сварных соединений.
Структура антикоррозионной наплавки аустенитной стали на перлитную.
Применение термокинетических диаграмм для исследования структуры сварных
соединений.
Структура металла сварных соединений.
Особенности
структуры
металла
сварных
соединений,
выполненных
концентрированными потоками энергии.
Расчетное задание
1 семестр
Тема расчетного задания - Количественная оценка предела текучести и изменения
температуры хрупко-вязкого перехода по параметрам структуры.
В материалах для выполнения расчетного задания имеются бланки заданий,
фотографии микроструктур основного металла и зоны термического влияния для сварных
соединений, выполненных автоматической дуговой сваркой под флюсом, сталей
перлитного класса. В расчетном задании приведены марки сталей с заданным плавочным
составом.
Для правильного выполнения студентами задания в ресурс включено методическое
пособие: «Определение характеристик прочности и пластичности сталей перлитного
класса по микроструктуре». В нем рассматриваются вопросы определения механических
свойств по результатам количественной оценки параметров структуры конструкционных
материалов. Излагаются основные способы расчета и оценки влияния механизмов
упрочнения (упрочнение твердого раствора, дисперсионное упрочнение, упрочнение за
счет перлитной составляющей, зернограничное упрочнение, деформационное
упрочнение) на прочность и склонность к хрупкому разрушению, также приводятся
соответствующие формулы, которые используются при выполнении расчетного задания.