Учебное пособие по материаловедению для металлообрабатывающих профессий Материаловедение в таблицах и схемах
Министерство образования и науки Республики Татарстан
ГАПОУ «Набережночелнинский политехнический колледж»
Гинц Л.П. Манакова Г.И.
Материаловедение
в таблицах и схемах
________________________
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ
(для металлообрабатывающих профессий)
2015 г.
Гинц Л.П., Манакова Г.И.,
Учебное пособие по материаловедению. – Набережные Челны, 2015 г. – 28 с.
Рецензент: Степанова Н.П.- кандидат педагогических наук ГАПОУ «Политехнический колледж им. Л.Б.Васильева» г. Набережные Челны
Учебное пособие позволяет оказать помощь студентам в освоении материала по дисциплинам «Материаловедение», «Основы материаловедения».
Материал представлен в виде схем, таблиц и опорно-логических конспектов, что способствует более глубокому усвоению учебного материала. В пособии рассмотрены основные конструкционные и инструментальные металлы и их сплавы. Дана информация об их строении, свойствах, областях применения. Особое внимание уделено важности изучения каждой конкретной темы.
Для студентов СПО по укрупненной группе профессий 150000 Металлургия, машиностроение и материалообработка.
Пособие прошло апробацию в ГАПОУ «Набережночелнинский политехнический колледж» города Набережные Челны.
Введение.
”Человечество не может жить без металлов, если бы не было металлов, люди влачили бы самую омерзительную и жалкую жизнь среди диких зверей. Они вернулись бы к желудям и лесным яблокам и грушам, питались бы травами и кореньями, когтями выгребали бы себе логовища, чтобы лежать в них ночью, а днем бродили бы там и сям по лесам и полям, подобно зверям. Поскольку такой образ жизни совершенно недостоин человеческого разума, самого лучшего дара природы, то неужели кто-либо окажется столь глуп и упрям, чтобы не согласиться, что металлы необходимы для пропитания и одежды, и что они вообще служат для поддерживания нашей жизни!”
Георг Агрикола
нем. мыслитель XVI в
За многовековую историю человек научился добывать, выплавлять, обрабатывать множество металлов и среди них – железо (Fe) - главный металл современности, давший название самому значительному и продуктивному периоду в развитии человеческого общества – железному веку!
Материаловедение – это наука, изучающая структуру, строение и свойства материалов.
Важно! Данный предмет позволяет правильно назначать режимы резания, режимы тепловой и химической обработки, грамотно подбирать режущий инструмент.
I. Атомно-кристаллическое строение металлов.
1860г. – Федоров – гипотеза: «Металлы - есть кристаллы»
1912г. – Лауэ – доказал (рентген): «атомы в металлах упорядочены и образуют кристаллические решетки»
Кристаллическая решетка – воображаемая пространственная сетка, в узлах которой располагаются атомы.
Типы кристаллических решеток.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415 13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415 13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Анизатропия – неодинаковость свойств в разных направлениях (характерна для металлов).
Аллотропия – способность иметь разные решетки при разных температурах (характерна для металлов).
Аллотропия – Fe
Кристаллизация металлов.
Кристаллизация возможна при выполнении 2-х условий:
Наличие центров кристаллизации.
Возможность роста кристаллов из этих центров.
Модификаторы – вещества, вводимые в расплавленный металл для измельчения структуры.
Модифицирование- введение в расплав модификаторов.
Модифицированный сплав- сплав с измельченной структурой.
Важно! Зная процессы кристаллизации, можно придать металлам, как обрабатывающимся, так и инструментальным, необходимые свойства.
Разрушающие и неразрушающие методы исследования металлов.
Качество – совокупность свойств Ме, удовлетворяющих определенным потребностям в соответствии с назначением.
Свойства металлов.
Группы свойств:
Физические Химические Механические Технологические Эксплуатационные (служебные)
Физические свойства.
(появляются в металле при его «рождении»)
Важно! Процесс резания (а тем более сварки) сопровождается активным тепловыделением. Поэтому знать основные физические свойства необходимо, чтобы избежать поломки инструмента и выхода оборудования из строя.
Химические свойства.
Коррозия Me.
Способы защиты от коррозии.
1 Создания антикоррозийных сталей путем введения в расплав элементов, образующих тонкие и прочные пленки (Cr = 12(14(, Ni = 9(12(, Mn = 10(14()
2 Нанесение защитных покрытий.
а) металлических:
погружением в расплав Me;
диффузионной металлизацией;
напылением;
плакированием;
гальваническим способом.
б) неметаллических:
краской;
лаком;
смолой;
резиной;
пленкообразующими веществами;
керамикой.
3. Протекторная защита ( протектор «-» катод и в агрессивной среде разрушается, защищаемое изделие «+» и не разрушается).
4. Ведение ингибиторов - веществ, снижающих скорость коррозии.
Важно! Коррозия – опасный враг металлов. Уметь с ней бороться особенно важно для электрогазосварщиков и станочников, т.к. их работы часто производятся в агрессивных средах.
Механические свойства.
Важно! Без знания механических свойств невозможно работать с металлами. Любой контакт с ними – это механическое воздействие, которое должно учитывать реакцию металла на этот контакт. От этого будет зависеть качество отливки, обработки, сварки.
Способы определения твердости.
Способ Бринелля.
Способ Роквелла.
Способ Виккерса.
Для мягких металлов
Для твердых металлов и металлов после термической обработки
Для закаленных
Для сверхтвердых и тонкостенных металлов
Технологические свойства.
Важно! Данные свойства особенно ценны при работе литейщиков, сварщиков и обработчиков металлов давлением.
Эксплуатационные (служебные) свойства.
Важно! Данные свойства в технике еще получили название триботехнические характеристики. Их важно учитывать при определении долговечности и надежности работы изделия в процессе эксплуатации.
II. Основы теории сплавов.
Сплав – сложное вещество, полученное сплавлением или спеканием двух и более металлов (или Ме + неМе).
В отличие от чистых металлов, сплавы используются в технике чаще, т.к. имеют более высокие прочностные характеристики.
Структура сплава.
Диаграмма состояния «Fe-C».
Диаграмма состояния позволяет определить фазовое состояние железоуглеродистых сплавов, к которым относятся стали и чугуны, в зависимости от температуры и концентрации.
Данная диаграмма строилась опытным путем при условиях:
нагрев-охлаждение ведется медленно;
кроме железа и углерода в сплавах других примесей нет.
Сплавляясь, Fe+C могут образовывать:
Твердые растворы
Хиические соединения
Механические смеси
(-Fe +C= Феррит
3 Fe +C = Fe3C
Карбид железа
Цементит
Феррит+ Цементит= Перлит
(-Fe+C = Аустенит
Аустенит+ Цементит = Ледебурит
Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов и их характеристики
Структурные составляющие
Прочность, МПа
Пластичность , %
Твердость, НВ
Примечание
Феррит Ф
250
50
80-100
Существует только при С
· 0,8% и
t
· 911єС
Аустенит А
·0
40-50
200
Существует только при t >727 є С
Цементит Ц
·0
·0
800
Неустойчив, распадаясь, выделяет графит
Перлит П
800
15
160
Эвтектоид для стали
Ледебурит Л
·0
·0
600-700
Образуется только в чугунах при
t
· 1470є С, эвтектика для чугуна
Графит Г
·0
·0
·3
Это углерод в свободном виде. Образуется при быстром охлаждении. Бывает в виде шариков, хлопьев, пластинок.
Ликвидус ACD (от лат. – жидкий) - начало первичной кристаллизации
Солидус AECF (от лат. – твердый) - окончание первичной кристаллизации
Эвтектика – равномерная механическая смесь кристаллов, выделившихся при кристаллизации одновременно. Эвтектика, выделяющаяся из жидкого агрегатного состояния называется эвтектикой (это характерно для чугуна при С=4,3%, называется Ледебурит), из твердого – эвтектоид (характерно для сталей при С=0,8%, называется Перлит)
Упрощенная диаграмма «Fe-C»
Важно! Знать практическое применение диаграммы железоуглеродистых сплавов профессионально необходимо литейщикам и сварщикам. Именно по данной диаграмме видны внутренние превращения в сплавах, которые влекут за собой изменения в их свойствах. Что в свою очередь сказывается на эксплуатационных характеристиках деталей, выполненных из этих металлов.
III. Железоуглеродистые сплавы. Чугун
Важно! Кремний и марганец – полезные примеси. Сера и фосфор – вредные. Влияние примесей на свойства чугунов.
Примесь
Улучшает,
повышает
Ухудшает,
понижает
Содержание
в %
Углерод
Жидкотекучесть
Температуру плавления, механическая прочность
2,7 – 3,6 %
Кремний
Обрабатываемость резанием, жидкотекучесть
Температуру плавления
0,75 – 3,75 %
Марганец
Мех. свойства, твердость, жидкотекучесть, нейтрализует влияние серы
Обрабатываемость резанием
0,6 – 1,3 %
Сера
Усадку, красноломкость
Жидкотекучесть
<0,07 %
Фосфор
Хладноломкость
Температуру затвердевания
< 0,03 %
Никель, хром
Мех. свойства, твердость, износоустойчивость
Графитообразование
0,3 – 0,4 %
Маркировка чугунов:
Антифрикционные чугуны
(износостойкие)
Легированные чугуны
(со специальными свойствами)
Конструкционные чугуны (для деталей машин, заготовок, конструкций)
н-р: АЧК 16
А – антифрикционный
Ч – чугун
К – ковкий
(С – серый,
В – высокопрочный)
Цифра – степень легирования
н-р: ЧН12Х6Д2Ш
Ч – чугун легированный
Н12 – никель – 12%
Х6 –хром – 6%
Д2 –медь– 2%
Ш( в конце марки) – шаровидный графит
н-р: ВЧ 120-17 (190-258)
В –высокопрочный
Ч - чугун
120 – предел прочности при растяжении
·в= 1200 МПа
17 – относительное удлинение:
·=17%
(190-258) – твердость по Бринеллю: НВ=190-258
Важно! Чугун – сплав, с которым работают и станочники, и ремонтники, и сварщики. Знать его свойства, способы получения одного вида чугуна из другого – профессионально необходимое качество.
Стали. Металлургия сталей
Сталь = спл. Fe+C, где С<2,14%
Современные способы плавки:
Электрошлаковый переплав.
Вакуумно – дуговой переплав.
Электронно – лучевой переплав.
Классификация сталей.
Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали.
Примесь
Содержание
в %
Влияние на свойства сталей
Углерод
C < 2, 14%
(пластичность, вязкость, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием
(прочность, твердость, литейные свойства
Марганец и кремний
Mn = 0,8%
Si = 0,4%
Раскисляют, т.е. удаляют вредные примеси оксида железа, вредные сернистые соединения железа.
Фосфор
P < 0,045%
(пластичность, вязкость, вызывает хладноломкость
(прочность
Сера
S < 0,05%
(хрупкость, красноломкость.
Вредная примесь
Водород, азот, кислород
Н, N, О2 -
небольшие
количества
Вредные примеси, ухудшают свойства стали.
Влияние легирующих элементов на свойства сталей
Легирую
щий элемент
Повышает
Понижает
Вольфрам
Твердость, красностойкость
Алюминий
Жаростойкость, окалиностойкость
Ванадий
Плотность, твердость, прочность
Размер зерна
Кобальт
Ударная вязкость, жаростойкость, магнитные свойства
Медь
Антикоррозионные свойства
Титан
Прочность, плотность, коррозийная стойкость
Размер зерна
Молибден
Коррозионная стойкость, окалиностойкость, красностойкость, прочность, упругость
Ниобий
Кислотоустойчивость, коррозионная стойкость
Хром
коррозионная стойкость, твердость, прочность, пластичность
Никель
Прочность, пластьичность, ударная вязкость, прокаливаемость, устойчивость против коррозии
Коэффициент линейного расширения
Единый алгоритм для расшифровки сталей.
Группа химического состава
Углеродистые
Если в марке нет букв легирующих элементов.
Легированные
Если в марке есть буквы легирующих элементов:
ХРОМ – Х, КРЕМНИЙ – С, НИКЕЛЬ – Н, КОБАЛЬТ – К, АЛЮМИНИЙ – Ю, МЕДЬ – Д, ТИТАН – Т, ВОЛЬФРАМ – В, ВАНАДИЙ – Ф, АЗОТ – А, БОР – Р, МАРГАНЕЦ – Г, МОЛИБДЕН - М
Назначение
Конструкционные
Если марка начинается с двух цифр или букв Ст
Инструментальные
Если марка начинается с одной цифры, или буквы «У», или в начале марки цифр нет
Качество
Обыкновенного качества
Если марка начинается с букв Ст
Качественные
Если в начале марки нет букв Ст, а в конце нет буквы А
Высококачествен
ные,
если в конце марки есть буква А
Особо высокого качества
если в конце марки есть буква Ш
Примерный химический состав
Содержание углерода в процентах (%)
Буквы Ст показывают, что содержание углерода по марке не определяется
Две цифры в начале марки показывает сотые доли % углерода
Одна цифра в начале марки или цифра после буквы «У» показывают десятые доли % углерода
Отсутствие цифр в начале марки показывает 1 % углерода
Содержание легирующих элементов в процентах %
Цифры после букв легирующих элементов показывает целую часть % данного элемента
Отсутствие цифр после легирующего элемента показывает 1 % данного элемента
Примерные свойства
Зависимость свойств от содержания углерода
Если С<0,3%,
то мягкая, вязкая, пластичная
Если С=0,3-0,6%,
то наиболее удачное сочетание всех свойств, особенно прочности и пластичности
Если С>0,6%,
то прочная, твердая, хрупкая
Важно! Сталь – основной сплав, применяемый в металлообработке. Знать его получение, свойства, уметь изменять эти свойства различными способами, увеличивая диапазон его эксплуатационных качеств - профессионально необходимо.
IV. Термическая обработка Ме (Т/О).
Т/О – тепловое воздействие на металл, состоящее из нагрева, выдержки и охлаждения.
Цель Т/О – изменить структуру, а значит, свойства металла.
Способы Т/О:
Объемная;
Поверхностная;
Химико-термическая;
Термо-механическая;
Электро-термическая;
Нагрев при т/о назначается для получения 100%-го аустенита.
Выдержка назначается для равномерного прогрева изделия по всему объему, выравнивания внутреннего строения.
Охлаждение назначается для перевода аустенита в одну из следующих составляющих:
Рис. Микростуктуры, полученные в результате нагрева и охлаждения стали марки 40 с различной скоростью
1. Перлит + Феррит
2. Аустенит
3. Мартенсит
4. Троостит
5. Сорбит
6. Феррит+ перлит
Виды т/о
Отжиг
Нормализация
Закалка
Отпуск
Опреде-
ление
Процесс т/о, заключается в нагреве до определенной to, выдержке при этой to и медленном охлаждение в печи.
Нагрев на 30-500 выше линии GSE, выдержка и охлаждение на воздухе.
Нагрев на 30-500 выше линии GSK, выдержка и быстрое охлаждение (в воде или минеральных маслах).
Нагрев до to ниже линии PSK, выдержка и охлаждение.
Цель
(твердости, улучшение обрабатываемости, изменение формы и размера зерна, выравнивание химического состава, снятие внешних напряжений.
( твердость,
(вязкость,
измельчить структуру.
( твердость,
( прочность,
( вязкость,
( пластичность
убираются мелкие ферритные включения, образуется мартенсит.
Более равномерная структура, снижение внешних напряжений,
( вязкости
( пластичности.
График
Закаливаемость – способность стали закаливаться на мартенсит.
Прокаливаемость – глубина проникновения закаленной зоны.
Улучшение – закалка + высокий отпуск.
Естественное старение – отпуск при невысоком нагреве (120о-150оС) и выдержка при комнатной температуре более 3х месяцев.
С помощью диаграммы состояния «Fe-C» можно определить температуру нагрева сплава, структурные составляющие и свойства, ожидаемые после т/о. Химико-термическая обработка сталей (ХТО).
ХТО – совмещенный процесс химического и механического воздействия, заключается в равномерном нагреве и насыщении поверхности металла каким-либо химическим элементом.
Цель – изменение свойств поверхностных слоев без изменения свойств сердцевины.
В основе ХТО лежат 4 процесса:
Диссоциация – образование активных атомов в насыщающей среде;
Адсорбция – поглощение активных атомов поверхностным слоем металла;
Диффузия – проникновение адсорбированных атомов вглубь металла;
Образование и рост новой фазы
Виды ХТО.
Наименование
Насыщающий элемент
Приобретенные механические свойства
применение
Цементация
Углерод
Износостойкость, твердость, выносливость при изгибе и кручении.
Детали, работающие при давлении и трении.
Азотирование
Азот
Антикоррозионность, твердость, износостойкость
Детали, требующие устойчивости при морозе
Цианирование (нитроцементация)
Углерод и азот
Стойкость к короблению, износостойкость
Для деталей сложной формы
Борирование
Бор
·Стойкость в абразивных средах, высокая твердость, коррозионная стойкость
Для повышения износостойкости деталей нефтяных насосов, штампов и др.
Алитирование
Алюминий
Жаростойкость
Детали разливочных ковшей, чехлы термопар, клапаны
Хромирование
Хром
Окалиностойкость, износостойкость
Детали паровых турбин, насосов и т.п.
Термомеханическая обработка сталей (ТМО)
Т/МО – совмещенный процесс, заключающийся в одновременном нагреве и пластической деформации с целью упрочнения поверхностного слоя металла.
Наклеп – изменение структуры и свойств металлов (деформированный слой) в результате пластической деформации.
Поверхностное упрочнение производится:
поверхностной закалкой:
токами высокой частоты (ТВЧ);
пламенем газовой горелки;
лазерным излучением.
пластическим деформированием:
дробеструйной обработкой;
обкаткой роликами или шариками.
Важно! Термическая, химико-термическая и термо-механическая обработка – являются отличными помощниками в том случае, когда металл уже выплавлен, его структура образовалась, но еще возможны некоторые корректировки в сторону улучшения механических и технологических показателей. А приобретение особых свойств у металла за счет введения других химических элементов, изменение кристаллического строения позволяют расширять области применения данных металлов.
V. Цветные и твердые сплавы
Алюминиевые сплавы
Алюминий – второй по применению металл после железа. Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы алюминий не нашел применения. Это авто-авиа-космическая отрасль, судоходство и сельское хозяйство, пищевая и легкая промышленность.
Деформируемые
Литейные
Термонеупрочняемые
Термически упрочняемые
Al+Si
Al+Mg
AMn, AMg
Д1-дюрали
Силумины АЛ 1..10
АЛ 12..22
Медные сплавы
Медь применяется в электропромышленности и энергетике как незаменимый проводник тока, также как конструкционный материал в сплавах с цинком, никелем, оловом, свинцом и т.д.
Латуни (Cu+Zn+)
Бронзы (Cu+)
Cu+Ni+
ЛАЖМц 66-6-3-2
Cu-66%
Al-6%
Fe-3%
Mn-2%
Zn-23% (ост.)
Свойства: высокая прочность, хорошая обрабатываемость.
БрОЦСН 3-7-5-1
Sn-3%
Zn-7%
Pb-5%
Ni-1%
Cu-84%
Свойства: высокая антикоррозионность, жидкотекучесть, антифрикционность.
Нейзильбер
Мельхиор
Куниаль
Копель
Манганин
Константан
Титановые сплавы
Титан – широко распространенный металл для авиа - и ракетостроения, в хирургии и химической промышленности.
Магниевые сплавы
Магний – основной пиротехнический металл, широко применяющийся в военной технике для трассирующих пуль и снарядов, в ракетной технике. Широко используется как модификатор чугунов и сталей
ВТ1, ВТ2 – низкопрочные
ВТ3-ВТ5 – средней прочности
ВТ6-ВТ15 – высокой прочности
ТВ5Л – сплав тит. линейный
Литейные
МЛ - № (условный номер сплава)
Деформируемые
МА - № (условный номер сплава)
Припои
Припой – сплав легкоплавких металлов, таких как олово, цинк, свинец.
Применяется как присадочный материал для паяния деталей в пищевой, медицинской, радиотехнической и электротехнической промышленностях.
Легкоплавкий
(t0=145-4500C)
Среднеплавкий
(450-11000С)
Тугоплавкий
(1100-13500С)
ПОС-90, ПОСву-50-0,5
О – олово
С – свинец
Су – Сурьма
Медно-цинковые (латуни)
ПМЦ-36
Припои на основе железа
Антифрикционные сплавы
Баббиты – Б88, БС6, БК2
Бронзы – БрОЦС-5-5-5
Латуни – ЛМцХ 52-4-1
Чугун – АЧС, АЧ8, АЧК
Металлографит – бронзографит, железографит
Применяются для повышения долговечности трущихся поверхностей
Твердые сплавы
Литые твердосплавы – это сплавы получаемые путем расплавления шихты в электропечах. Заливая расплав в формы, получают стержни диаметром 5-10 мм и длиной 300-400 мм, электроды, монолиты - заготовки для деталей и порошки.
Магнитные сплавы
Fe+Ni+Al,
а также Cu, Co, Ti.
Конструкционные сплавы
Наплавочные материалы
Литые электродные сплавы
ЮНД-8, ЮНДК35К5
Сталинит
Cr Mn C Si Fe
Стеллит
Чугун+ферромарганец+Si или W+Cr+Co
Сормайт (заменитель стеллита)
Т540, Т600
Релит (сплав на основе карбида титана)
Для производства постоянных магнитов
Выпускают в виде прутков и электродов
Выпускают в виде стержней и стальных трубок, заполненных дробленой крупкой
Спеченные твердосплавы – сплавы на основе тугоплавких карбидов вольфрама, титана и тантала, спеченных с металлическим кобальтом
Вольфрамовая группа
Вольфрамо-титановая группа
Вольфрамо-титано-танталовая группа
WC+Co
WC+TiC+Co
WC+TiC+TaC+Co
ВК
ТК
ТТК
ВК6-М
Т7К12
ТТ5К10
WC=94%
Co=6%
М – мелкое зерно
WC=81%
TiC=7%
Co=12%
WC=85%
TiC+TaC=5%
Co=10%
Выпускают в виде пластин, которыми оснащают режущий и штамповый инструмент для обработки чугуна, бронз, фарфора, стекла, буров для геологоразведочных машин.
Используется для оснащения режущего инструмента получернового и чернового резания, в том числе с ударами и при тяжелых условия работы.
Используется для оснащения режущего инструмента чернового и чистового точения, фрезерования высокопрочных и легированных сталей, чугунных отливок.
Новейшие материалы с улучшенными свойствами.
Основные направления получения новых технологий:
Получение композитов;
Термические технологии;
Микрометаллургия (быстрая и сверхбыстрая кристаллизация);
Получение аморфных металлов;
Получение монокристаллов;
Методы механического легирования;
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез и т.д.
Новейшие материалы
Дисперсно-упрочняемые карбидостали
Состоят из металлической матрицы и мелких связующих карбидов. По жаропрочности и жаростойкости превосходят многие стали и спец.сплавы.
Керметы
Близки к карбидосталям. Очень износостойки и по режущим свойствам превосходят быстрорезы.
Волокнистые и слоистые композиты
Магнитные подшипники, гистерезисные электродвигатели и транспорт на магнитной подушке.
Эвтектические композиты (композиты 2-го поколения)
Высокая прочность при очень высоких температурах (н-р, газотурбинные двигатели)
мсонокристаллы
Однородные кристаллы с непрерывной кристаллической решеткой. Для авиации, лазерной, газотурбинной техники, оптики.
Металлические стекла (аморфные материалы)
Это новый класс металлов, у которых нет крист. решеток. Обладают высокой прочностью (до 5000 МПа), твердостью, повышенным электросопротивлением.
Ультрадисперсные материалы (УДМ)
Это наноматериалы для электроники, термоядерной техники в качестве добавок к моторным маслам. С их использованием изготавливают самолеты-невидимки «Стелс», графитовые бомбы, суперброню танков и бронежилетов, лекарства быстрого усвоения.
Интерметаллиды
Сохраняют кристаллическую структуру вплоть до То пл, по свойствам занимают промежуточное положение между металлами и керамикой
Синтегран
Неметалл с высокими механическими свойствами, заменитель стали для изготовления корпусов, валов, ступиц, зубчатых колес идр.
Литература
Основы материаловедения (металлообработка) под ред. В.Н. Заплатина, М., издательский центр «Академия», 2013. - 270с.
Соколова Е.Н. «Материаловедение: контрольные вопросы», М., Издательский центр «Академия», 2013.
Соколова Е.Н., Борисова А.О., Давыденко Л.В. «Материаловедение: лабораторный практикум», М., Издательский центр «Академия», 2012.
Интернет-ресурсы
Министерство образования и науки РФ www.mon.gov.ru
Российский образовательный портал www.edu.ru
Единое окно допуска к образовательным ресурсам - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов- eor.edu.ru
Электронно-библиотечная система [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Соколова Е.Н. «Материаловедение», М., Издательский центр «Академия», ЭУ, 2013.
СОДЕРЖАНИЕ
1.
Введение.
3
2.
Металлы и их строение.
4
3.
Кристаллизация металлов.
5
4.
Структура металлов.
6
5.
Физические свойства.
7
6.
Химические свойства. Коррозия Ме.
8
7.
Способы защиты от коррозии.
9
8.
Механические свойства.
10
9.
Способы определения твердости.
11
10.
Технологические свойства.
12
11.
Основные сведения о сплавах.
13
12.
Диаграммы состояния.
14
13.
Диаграмма состояния сплавов «Fe-C».
15
14.
Чугун.
17
15.
Влияние примесей на свойства чугунов.
18
16.
Металлургия стали.
19
17.
Классификация сталей.
20
18.
Влияние углерода и примесей на свойства сталей.
21
19.
Влияние легирующих элементов.
21
20.
Единый алгоритм для расшифровки сталей.
22
21.
Термическая обработка сталей.
23
22.
Виды т/о.
24
23.
Химико-термическая обработка сталей (ХТО).
25
24.
Термомеханическая обработка сталей (Т/МО)
26
25.
Цветные металлы и их сплавы
27
26.
Литература
31
13 PAGE 142415
Au, Ag, Cu, Fe, Pb, Sn, Hg- старые друзья человека.
Al, W, Li, V, Ti, K- с ними знакомство состоялось лишь в последние десятилетия.
· - Ca, N, Zn, Mg.
( - Ca, Ni, Cu, Au, (-Fe.
( - Fe, W, Cr, Mo.
По внутреннему строению вещества
Атомы упорядочены, образуют кристаллическую решетку
Есть 1 точка – t0 плавления.
Анизатропны.
Атомы хаотичны кристаллической решетки – нет.
Нет 1ой точки, есть интервал t0 пл.
Изотропны.
( (мин)
t0c
(-Fe(КОЦ) (КОЦ)
· (()-Fe(КОЦ) (КОЦ)
(-Fe (КГЦ)
Кристаллизация – процесс образования кристаллов.
Первичная – переход вещества из жидкого состояния в твердое
Вторичная – преобразования внутреннего строения Ме без изменения его агрегатного состояния.
Чем больше центров, тем мельче кристаллы, тем выше механические свойства Ме.
Качество определяется.
Свойствами материала.
Химическим составом.
Структурой.
Определяется химическим или спектральным анализом.
Определяются способами, изложенными в следующих разделах.
Определяется следующими методами:
Макроанализ
Изучает структуру, видимую не вооруженным глазом или с помощью лупы (крупные дефекты, трещины, газовые раковины, пористость)
Микроанализ
Изучает структуру с помощью микроскопа (внутренние дефекты, размер и форма зерна, дефекты после термообработки)
Рентген
Выявляет внутренние дефекты (глубина до 80мм)
Гамма-лучи
Выявляет более глубинные дефекты (до 300мм)
Магнитный
Выявляет дефекты в поверхностном слое Ме (до 2мм), обладающего магнитными свойствами.
Ультразвук
Выявляет дефекты длинномерных деталей (рельсы, прокат)
Магнитно-индукционный
Выявляет дефекты в поверхностном слое Ме (до 2мм), в деталях после термообработки.
Цвет.
Способность Ме отражать световое излучение с определенной длиной волны.
Плотность.
Характеризуется массой Ме, заключенной в единице объема.
Температура плавления.
Температура, при которой Ме переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое.
Теплопровод
ность.
Способность Ме передавать тепло от более нагретых участков к менее нагретым.
Тепловое расширение.
Способность Ме увеличиваться в размерах при нагреве и уменьшаться при охлаждении.
Теплоемкость.
Способность Ме при нагреве поглощать определенное количество тепла.
Электропроводимость.
Способность Ме проводить электрический ток.
Электросопротивление.
Способность Ме сопротивляться прохождению
электрического тока.
Магнетизм.
Способность Ме намагничиваться.
Проявляются при взаимодействии с другими веществами.
Химическая стойкость
способность Ме образовывать оксидную пленку.
Жаростойкость
стойкость Ме к окислению при сильном нагреве.
Коррозионная стойкость
способность Ме и неМе сопротивляться действию агрессивных сред.
Коррозия
разрушение Ме при химическом или электрохимическом воздействии агрессивной среды.
Проявляются под нагрузкой.
Упругость.
Способность Ме восстанавливать свою форму после снятия нагрузки.
Пластичность.
Способность Ме принимать новую форму под нагрузкой не разрушаясь.
Прочность.
Способность Ме не разрушаться.
Выносливость.
Способность Ме противостоять усталости.
Усталость.
Способность постепенного накопления повреждений под действием повторно – переменных нагрузок, приводящих к разрушению.
Вязкость.
Способность Ме поглощать энергию при динамических нагрузках.
Твердость.
Способность Ме сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.
Проявляются при обработке
Обрабатываемость резанием.
Способность Ме поддаваться обработке режущим инструментом.
Свариваемость.
Способность Ме образовывать прочные сварные соединения.
Ковкость.
Способность Ме подвергаться различным видам обработки давлением без разрушения.
Литейные свойства.
Способность Ме образовывать отливки без дефектов.
Жидкотекучесть – Способность Ме в расплавленном виде хорошо заполнять литейную форму.
Усадка – Уменьшение объема Ме при затвердевании.
Ликвация – Неоднородность химического состава.
Проявляются во время эксплуатации
Износостойкость
Способность Ме сопротивляться абразивному износу трущихся поверхностей деталей во время работы.
Циклич. вязкость
Способность Ме выдерживать динамические знакопеременные нагрузки не разрушаясь.
Демпфирование
Способность Ме гасить, рассеивать колебания и направления нагрузки.
Жаропрочность
Способность Ме выдерживать большие механические нагрузки при высоких температурах.
Способность металла пластически деформироваться в процессе работы в узлах трения.
Способность металла образовывать низкое трение соприкасающихся поверхностей в процессе работы.
Способность металла хрупко разрушаться и терять вязкость при пониженных температурах.
Способность металла сохранять вязкость при отрицательных температурах (от 0 до -269о).
Способность металла сопротивляться коррозии под действием температуры.
Хладноломкость
Хладностойкость
Жаростойкость
(окалиностойкость)
Антифрикционность
Прирабатываемость
По внутреннему строению сплавы делятся на
Система – совокупность фаз.
В структуре 3го вещества видна структура растворителя.
В структуре 3го вещества видна структура, отличная от структуры обоих компонентов.
В структуре 3го вещества видна структура обоих компонентов.
Структура – видимое в микроскоп внутреннее строение сплава.
Фаза – однородная часть сплава, имеющая свою структуру, свойства и четкую границу раздела.
Компонент – одно простое вещество сплава.
Fe
C
Основные компоненты, определяющие структуру и свойства железоуглеродистых сплавов
Ст=спл Fe+C, где С<2,14%
Ч=спл Fe+C, где С>2,14%
Хорошие литейные свойства, льют отливки, хорошо обрабатывается резанием, сопротивляется износу, гасит вибрацию. Применяется как конструкционный материал.
Высокая твердость и хрупкость, плохо обрабатывается. Применяется как «передельный» на производство стали (т.е. переделывают в сталь)
Белый (С - в виде цементита)
Серый, СЧ (С- в виде пластинчатого Г)
ЧУГУН содержит С=2,146,67% + примеси (Si, Mn, S, Р)
Высокопрочный, ВЧ (С – в виде шаровидного Г)
Ковкий, КЧ (С -в виде хлопьевидного Г)
Получают из белого чугуна путем графитизирующего отжига; ковкий - более пластичный, чем СЧ, имеет высокие антикоррозийные свойства. Применяется для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках, в условиях повышенного износа (картер, ступица, пальцы, тормозные колодки).
Разновидность СЧ, модифицирован магнием. Имеет более высокие механические свойства. Применяется для ответственных деталей (зубчатых колес, валов и др.), может использоваться как заменитель стали.
Высокая чистота, быстрота плавки, возможность легирования
Дороговиз-на электро-энергии, экологичес-кая загрязнен-ность
Повышенное качество использование металлолома регулирование процесса,
Длитель-ность процесса
Дешево, отсутствие фосфора, повышенное качество
Хрупкость (много Р), нельзя использовать металлолом
Мартеновский способ (1864).
13 EMBED Word.Picture.8 1415
Суть: сталь получается путем переплава металлолома, за счет вторичного использования тепла отходящих газов.
Бессемеровский способ (1856).
Суть: сталь получается продувкой жидкого чугуна струей воздуха Футеровка – кислая.
Томасовский способ (1877).
Суть: сталь получается из жидкого чугуна и лома при условии, что:
1)известь – в роли шлака;
2)футеровка – основная (из доломитового кирпича);
3)продувка – до конца плавки.
Электрический способ (1900).
Суть: сталь получается из руды, минуя стадию получения чугуна, за счет тепла электрического тока.
Быстро, произво-дительно.
КИПЯЩАЯ
ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА
КАЧЕСТВЕННАЯ
ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ
ОСОБО ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ
УГЛЕРОДИСТАЯ
ЛЕГИРОВАННАЯ
ДОЭВТЕКТОИДНАЯ
ЭВТЕКТОИДНАЯ
ЗАЭВТЕКТОИДНАЯ
МАРТЕНОВСКАЯ
КОНВЕРТОРНАЯ
ЭЛЕКТРОСТАЛЬ
КОНСТРУКЦИОННАЯ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ
СПЕЦИАЛЬНАЯ
СПОКОЙНАЯ
ПОЛУСПОКОЙНАЯ
По качеству
По способу производства
По хим. составу
По структуре
По назначению
По степени раскисления
Root EntryЎ: 15Times New Roman