- •Федеральное агентство морского и речного транспорта
- •Ведение
- •Теоретическая (лекционная) часть
- •1. Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов
- •1.1. Материаловедение. История возникновения и перспективы развития
- •1.2 Металлы, особенности атомно-кристаллического строения
- •1.3 Понятие об изотропии и анизотропии
- •1.4 Аллотропия или полиморфные превращения
- •1.5 Магнитные превращения
- •2. Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения
- •2.1 Точеные дефекты
- •2.2 Линейные дефекты
- •2.3 Поверхностные дефекты
- •3. Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов
- •3.1 Механизм и закономерности кристаллизации металлов
- •3.2 Условия получения мелкозернистой структуры
- •3.3 Строение металлического слитка
- •3.4 Методы исследования металлов: структурные и физические
- •4. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния
- •4.1 Понятие о сплавах и методах их получения
- •4.2 Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений
- •4.3 Кристаллизация сплавов
- •4.4 Диаграмма состояния
- •5. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов
- •5.1 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •5.2 Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии
- •5.3 Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •5.4 Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения
- •5.5 Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии
- •5.6 Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •6. Нагрузки, напряжения и деформации
- •6.1 Физическая природа деформации металлов
- •6.2 Природа пластической деформации
- •6.3 Дислокационный механизм пластической деформации
- •6.4 Разрушение металлов
- •7. Механические свойства и способы определения их количественных характеристик
- •7.1 Статические испытания на растяжение: гост 1497
- •7.2 Способы определения твердости
- •7.3 Динамические испытания на ударный изгиб (гост 9454)
- •7.4 Испытания на выносливость (гост 2860)
- •8. Технологические и эксплуатационные свойства, их значение
- •8.1 Основные технологические свойства и процессы
- •8.2 Эксплуатационные свойства
- •9. Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация
- •9.1 Конструкционная прочность материалов
- •9.2 Особенности деформации поликристаллических тел
- •9.3 Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп
- •9.4 Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация
- •10. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо – углерод
- •10.1 Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов
- •10.2 Процессы структурообразования.
- •10.3 Структуры железоуглеродистых сплавов
- •11. Стали. Классификация и маркировка
- •11.1 Влияние углерода и примесей на свойства сталей
- •11.2 Назначение легирующих элементов
- •11.3 Классификация сталей
- •11.4 Маркировка сталей
- •12. Чугуны. Диаграмма состояния железо – графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов
- •12.1 Классификация чугунов
- •12.2 Диаграмма состояния железо – графит. Графитизация
- •12.3 Производство чугуна
- •12.4 Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов
- •13. Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали
- •13.1 Виды термической обработки металлов
- •13.2 Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
- •13.3 Механизм основных превращений
- •1. Превращение перлита в аустенит.
- •2. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении.
- •3. Промежуточное превращение.
- •4. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения.
- •5. Превращение мартенсита в перлит.
- •14. Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска
- •14.1 Основы технологии термической обработки
- •14.2 Отжиг и нормализация. Назначение и режимы.
- •1. Отжиг первого рода.
- •2. Отжиг второго рода.
- •14.3 Технологические особенности и возможности закалки
- •1. Режим нагрева.
- •2. Охлаждение при закалке.
- •3. Способы закалки.
- •14.4 Отпуск и отпускная хрупкость
- •1. Технологические режимы отпуска.
- •2. Отпускная хрупкость.
- •15. Химико-термическая обработка стали: цементация, азотирование, нитроцементация и диффузионная металлизация
- •15.1 Химико-термическая обработка стали
- •15.2 Назначение и технология цементации
- •1. Цементация в твердом карбюризаторе.
- •2. Газовая цементация.
- •3. Структура цементованного слоя.
- •15.3 Назначение и технология азотирования
- •1. Технология азотирования.
- •2. Строение азотированного слоя.
- •15.4 Цианирование и нитроцементация
- •1. Цианирование.
- •2. Нитроцементация.
- •15.5 Диффузионная металлизация
- •16. Методы упрочнения металла
- •16.1 Термомеханическая обработка стали
- •2. Низкотемпературная термомеханическая обработка (аусформинг).
- •16.2 Поверхностное упрочнение стальных деталей
- •1. Закалка токами высокой частоты.
- •1. Высокотемпературная термомеханическая обработка.
- •2. Газопламенная закалка.
- •16.3 Старение
- •16.4 Обработка стали холодом
- •16.5 Упрочнение методом пластической деформации
- •17. Конструкционные материалы. Легированные стали
- •17.1 Конструкционные материалы
- •17.2 Легированные стали
- •17.3 Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа
- •17.4 Влияние легирующих элементов на превращения в стали
- •1. Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит.
- •3. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение.
- •4. Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске.
- •17.5 Классификация легированных сталей
- •18. Конструкционные стали. Классификация конструкционных сталей
- •18.1 Классификация конструкционных сталей
- •18.2 Углеродистые стали
- •18.3 Цементуемые и улучшаемые стали
- •1. Цементуемые стали.
- •2. Улучшаемые стали.
- •18.4 Высокопрочные, пружинные, шарикоподшипниковые, износостойкие и автоматные стали
- •1. Высокопрочные стали.
- •2. Пружинные стали.
- •3. Шарикоподшипниковые стали.
- •4. Стали для изделий, работающих при низких температурах.
- •5. Износостойкие стали.
- •6. Автоматные стали.
- •18.5 Судокорпусные стали
- •19. Инструментальные материалы
- •19.1 Стали для режущего инструмента
- •1. Углеродистые инструментальные стали.
- •2. Легированные инструментальные стали.
- •3. Быстрорежущие стали.
- •19.2 Стали для мерительных инструментов
- •19.3 Штамповые стали
- •1. Стали для штампов холодного деформирования.
- •2. Стали для штампов горячего деформирования.
- •19.4 Твердые сплавы
- •19.5 Алмаз как материал для изготовления инструментов
- •20. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы
- •20.1 Коррозия: понятие и виды
- •1. Электрохимическая коррозия.
- •2. Химическая коррозия.
- •20.2 Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов
- •20.3 Жаростойкость, жаростойкие стали и сплавы
- •20.4 Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы
- •21. Цветные металлы и сплавы на их основе. Титан и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы. Медь и ее сплавы
- •21.1 Титан и его сплавы
- •21.2 Алюминий и его сплавы
- •1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.
- •2. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.
- •3. Литейные алюминиевые сплавы.
- •21.3 Магний и его сплавы
- •1. Деформируемые магниевые сплавы.
- •2. Литейные магниевые сплавы.
- •21.4 Медь и ее сплавы
- •1. Латуни.
- •2. Бронзы.
- •22. Композиционные материалы. Материалы порошковой металлургии: пористые, конструкционные, электротехнические
- •22.1 Композиционные материалы
- •1. Композиционные материалы с нуль-мерным наполнителем.
- •2. Композиционные материалы с одномерными наполнителями.
- •3. Эвтектические композиционные материалы.
- •4. Полимерные композиционные материалы.
- •22.2 Материалы порошковой металлургии
- •1. Пористые порошковые материалы.
- •2. Конструкционные порошковые материалы.
- •3. Спеченные цветные металлы.
- •4. Электротехнические порошковые материалы.
- •23. Неметаллические материалы.
- •23.1 Понятие о неметаллических материалах и классификация полимеров
- •23.2 Классификация пластмасс
- •23.3 Термопластичные пластмассы
- •1. Полиэтилен.
- •2. Полипропилен.
- •3. Полистирол.
- •4. Фторопласт.
- •5. Органическое стекло.
- •6. Пластмассы на основе поливинилхлорида.
- •7. Полиамиды.
- •8. Поликарбонат.
- •23.4 Термореактивные пластмассы
- •1. Пластмассы с порошковыми наполнителями.
- •2. Пластмассы с волокнистыми наполнителями.
- •3. Слоистые пластмассы.
- •4. Газонаполненные пластмассы.
- •23.5 Резиновые материалы
- •1. Свойства резиновых материалов.
- •2. Классификация резиновых материалов.
- •3. Компонентный состав резин.
- •4. Резины общего назначения.
- •5. Резины специального назначения.
- •Практическая часть
- •1. Перечень необходимых для выполнения лабораторных работ по курсу дисциплины «мткм»
- •2. Список источников, рекомендуемых при подготовке к сдаче зачета или экзамена
- •2.1 Библиографические источники
- •2.2 Электронные ресурсы
- •3. Вопросы для подготовки к зачету по дисциплине «мткм»
- •4. Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «мткм»
- •Библиографический список
- •Приложение
- •Оглавление
- •Курников Александр Серафимович Мизгирев Дмитрий Сергеевич Материаловедение и технология конструкционных материалов
1. Композиционные материалы с нуль-мерным наполнителем.
Наибольшее распространение получила металлическая матрица. Композиции на металлической основе упрочняются равномерно распределенными дисперсными частицами различной дисперсности. Такие материалы отличаются изотропностью свойств.
В таких материалах матрица воспринимает всю нагрузку, а дисперсные частицы наполнителя препятствуют развитию пластической деформации. Эффективное упрочнение достигается при содержании (5…10) % частиц наполнителя.
Армирующими наполнителями служат частицы тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов.
Дисперсионно упрочненные композиционные материалы получают методами порошковой металлургии или вводят частицы армирующего порошка в жидкий расплав металла или сплава.
Промышленное применение нашли композиционные материалы на основе алюминия, упрочненные частицами оксида алюминия (Al2O3). Их получают прессованием алюминиевой пудры с последующим спеканием (САП). Преимущества САП проявляются при температурах выше 300 С, когда алюминиевые сплавы разупрочняются. Дисперсионно упрочненные сплавы сохраняют эффект упрочнения до температуры 0,8Тпл.
Сплавы САП удовлетворительно деформируются, легко обрабатываются резанием, свариваются аргонодуговой и контактной сваркой. Из САП выпускают полуфабрикаты в виде листов, профилей, труб, фольги. Из них изготавливают лопатки компрессоров, вентиляторов и турбин, поршневые штоки.
2. Композиционные материалы с одномерными наполнителями.
Упрочнителями в них являются одномерные элементы в форме нитевидных кристаллов, волокон, проволоки, которые скрепляются матрицей в единый монолит. Важно, чтобы прочные волокна были равномерно распределены в пластичной матрице. Для армирования композиционных материалов используют непрерывные дискретные волокна с размерами в поперечном сечении от долей до сотен микрометров.
В данной группе выделяются материалы, армированные нитевидными монокристаллами, применяемые для авиационных и космических конструкций. Основным способом получения кристаллов является выращивание их из перенасыщенного пара по П-Ж-К – механизму: направленный рост кристаллов происходит из парообразного состояния через промежуточную жидкую фазу. Прочность кристаллов зависит от их сечения и гладкости поверхности. Композиционные материалы этого типа перспективны как высокожаропрочные материалы.
Армирование сопл газовых турбин из порошков вольфрама и молибдена производят кристаллами сапфира как в виде войлока, так и отдельных волокон, в результате этого удалось удвоить прочность материала при температуре 1650 С. Армирование пропиточного полимера стеклотекстолитов нитевидными волокнами увеличивает их прочность. Армирование литого металла снижает его хрупкость в конструкциях. Стекло упрочняют неориентированными нитевидными кристаллами.
Для армирования композиционных материалов применяют металлическую проволоку из разных металлов: сталей, вольфрама, ниобия, титана, магния – в зависимости от условий работы. Проволока перерабатывается в тканые сетки, которые используются для получения композиционных материалов с ориентацией арматуры в двух направлениях.
Для армирования легких металлов применяются волокна бора, карбида кремния. Особенно ценными свойствами обладают углеродистые волокна, их применяют для армирования металлических, керамических и полимерных материалов.