Методические указания содержат задачи по анализу и разбору наиболее характерных микроструктур сталей и сплавов и выявлению качественной зависимости между структурой, составом и свойствами металлических материалов. Объектом этих задач являются наиболее широко применяемые в современном машиностроении материалы: углеродистые и легированные стали, чугуны, сплавы цветных металлов, а также композиционные металлические и неметаллические материалы. Эти задачи должны решаться студентами в отведенное для практических занятий время и представляться преподавателю в письменном виде.
Решение приведенных ниже задач предусматривает обоснованный выбор материала и его обработки, при использовании которых в наибольшей степени обеспечиваются надежность деталей в условиях эксплуатации, указанных в каждой отдельной задаче. Как правило, в задачах приведены более типичные условия использования изделий в разных отраслях промышленности. В задачах сформулированы характерные свойства, которые должен иметь сплав в соответствующем изделии. Для решения задач надо проанализировать условия работы изделий – деталей машин, инструментов и др., выяснить напряженное состояние, которое возникает в них в условиях службы, возможные виды разрушений и другие причины выхода их из строя, так как от этого зависит выбор материала и способа обработки. Далее надо определить группу материалов (например, конструкционных сталей общего назначения, чугунов, жаропрочных сталей и сплавов, инструментальных сталей, полимерных материалов и т.п.), обладающих свойствами, близкими к требуемым. Для этой цели необходимо использовать классификацию, составы и назначение основных материалов, применяемых в машиностроении и приведенные в специальной справочной литературе.
При решении таких задач студенты должны ориентироваться на применение менее дорогих материалов, но в то же время обладающих достаточно высоким уровнем требуемых свойств, что должно обеспечить требуемый срок службы деталей и конструкций. Кроме того, необходимо при выборе тех или иных материалов учитывать и их технологические свойства, чтобы предложить для изготовления изделий более экономичные технологические процессы.
В снижении материалоемкости деталей машин и конструкций необходимо учитывать возможность применения и других композиционных материалов, поскольку при ценных, а иногда уникальных физико-механических свойствах, они обладают малой удельной плотностью и хорошей технологичностью. В связи с этим принятые для изготовления таких изделий методы прессования (а иногда и литья) характеризуются очень высоким коэффициентом использования исходных материалов, что позволяет снизить себестоимость и трудоемкость изготовления изделий.
Если свойства предполагаемых сталей не полностью удовлетворяют требованиям задачи (например, по прочности или вязкости), то следует рассмотреть возможность их улучшения выбором термической или химико-термической обработки. При этом указать их виды, режимы, получаемую структуру и свойства. Дорогие легированные стали, содержащие никель, вольфрам, молибден или цветные сплавы, следует рекомендовать только в тех случаях, когда выбор более дешевых материалов не может обеспечить требований, указанных в задаче. Сделанный выбор сплава надо обосновать.
Для получения навыков в выборе материала и обосновании принимаемых решений в каждом разделе приведены примерные решения в соответствии с тематикой практического занятия. При решении задач и указании структуры и свойств выбранных сплавов рекомендуется использовать ГОСТы и учебники, справочники и монографии (см. список рекомендуемой литературы)