- •Общие сведения
- •Общие сведения
- •Глава 5. Железо и его сплавы
- •Общие сведения
- •1.2. Углеродистые стали
- •Общие сведения
- •Глава 15. Металлы и сплавы для работы при низких температурах
- •Общие сведения
- •Общие сведения
- •Глава 13, Цветные металлы и сплавы
- •Общие сведения
- •Глава 14. Порошковые материалы
- •Общие сведения
- •Общие сведения
- •Общие сведения
- •Общие сведения
- •Раздел I производство черных и цветных металлов.
- •Глава 1
- •1. Исходные материалы для доменного производства
- •2. Доменная печь
- •3. Доменный процесс
- •4 . Производство литейного чугуна
- •Глава 2
- •1. Кислородно-конвертерное произсодство стали
- •М артеновское производство стали
- •3. Производство стали в электропечах
- •4. Рафинирование стали в установках для переплава
- •5. Разливка стали
- •6. Внепечные способы рафинирования стали
- •Глава 3
- •1. Производство меди
- •2. Производство алюминия
- •3. Производство магния
- •4. Производство титана
- •Раздел II металловедение
- •Глава 1
- •1. Общие сведения
- •2. Кристаллическое строение металлов
- •3. Дефекты строения кристаллических тел
- •3.1. Точечные дефекты
- •3.2. Линейные дефекты
- •3.3. Теоретическая и фактическая прочность
- •3.4. Поверхностные дефекты
- •4. Кристаллизация металлов
- •4.1. Энергетические условия кристаллизации
- •4.2. Механизм процесса кристаллизации
- •4.3. Строение слитка спокойной стали
- •Глава 2
- •1. Свойства металлов и сплавов
- •2. Упругая и пластическая деформация
- •3. Хрупкое и вязкое разрушение
- •4. Факторы, определяющие характер разрушения
- •5. Наклеп, возврат и рекристаллизация
- •Глава 3
- •1. Общие сведения
- •2. Особенности испытаний при низких температурах
- •3. Статические испытания
- •4. Динамические испытания
- •5. Испытания долговечности металлов
- •5.1. Усталостные испытания
- •5.2. Испытания на ползучесть
- •6. Трещнностойкость металлов и коэффициент интенсивности напряжений
- •7. Испытания на вязкость разрушения
- •Глава 4
- •1. Общие сведения
- •2. Основные типы диаграмм состояния
- •2.1. Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов
- •2.2. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •2.3. Правило отрезков
- •2.4. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •2.5. Диаграмма состояния сплавов с перитектическим превращением
- •2.6. Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения
- •2.7. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих полиморфные превращения
- •3. Связь диаграмм состояния со свойствами сплавов
- •4. Основные сведения о диаграммах состояния тройных систем
- •Глава 5
- •1. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом
- •2 Диаграмма состояния железо-цементит
- •3. Диаграмма состояния железо-графит
- •4. Углеродистые стали
- •4.1. Влияние углерода на свойства стали
- •4.2. Влияние примесей на свойства стали
- •4.3. Классификация углеродистых сталей
- •4.4. Стали обыкновенного качества
- •4.5. Качественные углеродистые стали
- •5. Чугуны
- •5.1. Виды чугунов
- •5.2. Факторы, способствующие графитизации
- •5 .3. Микроструктура и свойства чугуна
- •1. Общие сведения
- •2. Виды термической обработки стали
- •3. Превращения в стали при нагреве. Образование аустенита
- •4. Превращение аустенита в перлит при охлаждении. Диаграмма изотермического превращения аустенита
- •5. Мартееситное превращение аустенита
- •6 . Превращения при отпуске закаленной стали
- •Глава 7
- •1. Отжиг и нормализация
- •2. Закалка стали
- •3. Отпуск закаленной стали
- •4. Термомеханическая обработка (тмо) стали
- •Глава 8
- •1. Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
- •2. Поверхностная закалка
- •3. Химико-термическая обработка стали
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Цементация стали
- •3.3. Азотирование стали
- •3.4. Цианирование стали
- •3.5 Диффузионная металлизация
- •Глава 9
- •1 Влияние легирующих элементов
- •1.1. Влияние легирующих элементов на свойства феррита
- •1.2. Карбиды в легированных сталях
- •1.3. Влияние легирующих элементов на превращения в стали
- •1.4. Особенности закалки и отпуска легированных сталей
- •2. Классификация легированных сталей
- •3. Маркировка легированных сталей
- •Глава 10
- •1. Характеристика конструкционных сталей
- •2. Стали для строительных конструкций
- •3. Цементуемые стали
- •4. Улучшаемые стали
- •5. Высокопрочные стали
- •6. Рессорно-пружинные стали
- •7. Подшипниковые стали
- •8. Износостойкая аустенитная высокомарганцевая сталь
- •Глава 11 инструментальные стали
- •1. Стали для режущего инструмента
- •1.1. Требования к сталям
- •1.2. Углеродистые стали
- •1.3. Легированные стали
- •1.4. Быстрорежущие стали
- •2. Металлокерамические твердые сплавы
- •3. Стали для измерительного инструмента
- •4. Штамповые стали
- •4.1. Стали для штампов холодного деформирования
- •4.2. Стали для штампов горячего деформирования
- •Глава 12
- •1. Коррозионностойкие стали
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Хромистые стали
- •1.4. Другие методы защиты От коррозии
- •2. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы
- •3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •3.1. Магнитные стали и сплавы
- •3.2. Электротехнические стали и сплавы
- •3.3. Сплавы с малым температурным коэффициентом линейного расширения
- •3.4. Сплавы для упругих элементов
- •3.5. Сплавы с эффектом памяти формы
- •Глава 13
- •1. Титан и его сплавы
- •2. Алюминий и его сплавы 2.1. Применение и основные свойства
- •2.2. Классификация алюминиевых сплавов
- •2.3. Деформируемые алюминиевые сплавы
- •2.4. Литейные алюминиевые сплавы
- •3.2. Строение композиционных материалов
- •3.3. Дисперсноупрочненные композиционные материалы на основе алюминия
- •3.4. Армированные композиционные материалы на основе алюминия и его сплавов
- •4. Магний и его сплавы
- •5. Медь и ее сплавы
- •5.1. Основные свойства меди
- •5.2. Сплавы меди с цинком или латуни
- •5.3. Бронзы
- •6. Антифрикционные сплавы
- •7. Припои
- •Глава 14
- •1. Общие сведения
- •2. Конструкционные материалы
- •3. Антифрикционные материалы
- •4. Фрикционные материалы
- •5. Пористые фильтрующие элементы
- •Глава 15
- •1. Общие сведения
- •2. Свойства и применение сталей при низких температурах
- •2.1. Влияние легирующих элементов на хладостойкость сталей климатического холода
- •2.2. Ферритные низкоуглеродистые никелевые стали
- •2.3. Аустенитные стали
- •2.4. Железоникелевые сплавы
- •3. Свойства и применение алюминиевых сплавов при низких температурах
- •4. Свойства и применение сплавов титана при низких температурах
- •5. Свойства и применение сплавов меди при низких температурах
- •6. Выбор конструкционных материалов для работы при низких температурах
- •6.1. Механические свойства
- •6.2. Совместимость с рабочей средой
- •6.3. Физические свойства
- •6.4. Технологические свойства
- •Раздел III. Литейное производство
- •Глава 1
- •1. Общие понятия
- •2. Формовочные материалы
- •3. Оснастка
- •4. Ручная формовка
- •5. Машинная формовка
- •6. Изготовление стержней
- •7. Окраска и сборка форм
- •8. Заливка и другие окончательные операции
- •Глава 2
- •1. Литье в кокиль
- •2. Литье по выплавляемым моделям
- •3. Центробежное литье
- •4. Литье под давлением
- •5. Литье в оболочковые формы
- •6. Другие специальные способы литья
- •Глава 3
- •1. Классификация дефектов
- •2. Выбор вида технологического процесса
- •3. Анализ технологичности
- •Глава 1
- •Глава 2
- •1. Способы прокатки
- •2. Классификация прокатных станов
- •3. Основы технологии продольной прокатки
- •5 . Специальные виды прокатки
- •6. Производство гнутых профилей
- •7. Производство сварных труб
- •Глава 3
- •1. Основные понятия и закономерности процесса волочения
- •2. Производство проволоки
- •3. Производство прутков и профилей
- •4. Производство труб
- •Глава 4
- •1. Прессовое оборудование
- •2. Технология прессования
- •3. Гидроэкструзия
- •Глава 5
- •1. Технология ковки
- •Глава 6
- •1. Горячая объемная штамповка
- •2. Холодная объемная штамповка
- •3. Листовая штамповка
- •Глава 7
- •1. Эффект сверхпластичности и его использование в процессах омд
- •2. Высокоскоростные и импульсные методы обработки металлов давлением
- •Раздел V. Сварочное производство
- •Глава 1
- •1. Роль и место технологического процесса сварки в современном производстве
- •2. Физическая сущность процесса сварки. Классификация
- •3. Сущность основных способов сварки плавлением и область их рационального применения
- •4. Сущность основных способов сварки давлением
- •Глава 2
- •1 . Сварочные материалы
- •2. Тепловое воздействие сварочного источника на свариваемый металл.
- •3. Деформация и напряжения, возникающие при сварке, и способы борьбы с ними
- •4. Источники питания для сварки
- •5. Автоматическое регулирование процессов дуговой сварки
- •Глава 3
- •1. Пайка металлов
- •2. Газокислородная резка металлов
- •Раздел VI. Обработка резанием
- •Глава 1
- •1. Схемы обработки и классификация движений в процессе резания
- •2. Элементы токарного проходного резца
- •3. Элементы резания и параметры срезаемого слоя
- •4. Процесс резания и образования стружки
- •5. Наростообразование при резании металлов
- •6. Силы резания и мощность при точении
- •7. Тепловые явления при резании
- •8. Применение смазочно-охлаждающих жидкостей
- •9. Износ и стойкость режущих инструментов
- •10. Упрочнение при обработке резанием
- •11. Производительность и выбор режима резания
- •12. Материалы для изготовления режущих инструментов
- •13. Обрабатываемость материалов
- •Глава 2
- •1. Классификация и обозначение металлорежущих станков
- •2. Приводы и передачи металлорежущих станков
- •3. Элементарные механизмы станков
- •4. Настройка кинематических цепей станков
- •Глава 3
- •1. Общие сведения
- •2. Классификация и типы токарных резцов
- •6. Обработка заготовок на токарно-револьверных станках
- •7. Токарно-карусельные и лобовые станки
- •8. Обработка заготовок на токарных автоматах и полуавтоматах
- •Глава 4
- •1. Сверление отверстий
- •2. Элементы и силы резания при сверлении
- •5. Сверлильные станки
- •Глава 5
- •1. Сущность фрезерования и классификация фрез
- •2. Элементы резания при фрезеровании
- •3. Силы и мощность резания при фрезеровании
- •4. Обработка заготовок на консольно-фрезерных станках
- •7. Приспособления для закрепления фрез
- •Глава 6
- •I. Особенности обработки строганием и долблением
- •2. Строгальные и долбежные резцы
- •3. Строгальные станки
- •4. Обработка заюговок на долбежных и протяжных станках
- •5. Протяжные станки
- •Глава 7 зубонарезание
- •1. Общие сведения
- •2. Нарезание зубчатых колес методом копирования
- •3. Нарезание зубчатых колес методом обкатки
- •4. Изготовление зубчатых колес на зубофрезерных станках
- •5. Изготовление зубчатых колес на зубодолбежных и зубострогальных станках
- •Глава 8
- •1. Общие сведения
- •4. Отделочные методы абразивной обработки
- •Глава 9
- •1. Общие сведения
- •2. Станки с программным управлением
- •4. Автоматические поточные линии и гибкие автоматические производства
- •Глава 10
- •1. Сущность методов обработки пластическим деформированием
- •3. Упрочняюще-калибрующие методы
- •Глава 11
6. Выбор конструкционных материалов для работы при низких температурах
Плохое качество конструкций и изделий часто является следствием неправильного выбора материала для заданных условий их эксплуатации. Особенности, характерные для низкотемпературной работы оборудования, предъявляют ряд специфических требований к материалам.
Выбор конструкционных материалов производится на основе их механических, физико-химических и технологических свойств. При выборе материалов необходима информация об их стоимости и дефицитности.
6.1. Механические свойства
Высокопрочные и некоторые среднепрочные материалы характеризуются низкими значениями вязкости разрушения. Для таких материалов расчет допустимых напряжений должен производиться на основе механики разрушения с учетом максимальных размеров дефектов. Вязкость большинства материалов, работающих при низких температурах, достаточно высока, что затрудняет при расчете использование методов механики разрушения.
Расчет конструкций на прочность производится по допускаемым напряжениям [σ], определяемым из условий прочности при статическом или долговечности при циклическом нагружении. При статическом нагружении допускаемое напряжение получается делением предельных для каждого данного материала напряжений на коэффициент безопасности, называемый коэффициентом запаса прочности. Для пластичных материалов за предельное напряжение принимают предел текучести, для сравнительно хрупких временное сопротивление: [σ] = σт/nт, или [σ] = σв /nв.
Значение коэффициента запаса прочности зависит от многих факторов: разброса характеристик прочности, присутствия в материале дефектов, допускаемых техническими условиями, степени схематизации расчетной процедуры и т. д. В соответствии с ГОСТ 14249 - 80 коэффициенты запаса прочности по временному сопротивлению для сталей nв = 2,4; титановых сплавов nв = 3,0; алюминиевых сплавов nв = 3,5. Для сталей коэффициент запаса прочности по пределу текучести составляет nт = 1,5.
Величина коэффициентов запаса не имеет достаточного теоретического обоснования и в значительной степени обусловлена сложившимися традициями расчета.
Повышение прочности с понижением температуры обычно сопровождается уменьшением пластичности и вязкости материала. Пластичность характеризует способность металла подвергаться остаточной деформации, а вязкость - способность поглощать работу внешних сил при разрушении. Некоторые пластичные металлы, например алюминий, могут иметь малую вязкость при высоком относительном удлинении, наоборот, термообработанная легированная сталь при сравнительно небольшом относительном удлинении может иметь высокую вязкость.
Пластичность и вязкость в конструкторские расчеты не входят и являются качественными показателями.
Пластичность характеризует способность металла к перераспределению напряжений в зонах их концентрации. Пластическая деформация как бы предохраняет металл от резких локальных перегрузок вблизи концентраторов напряжений. В машиностроении принято считать пластичность удовлетворительной, если относительное удлинение металла δ5 ≥ 15 %. Вместе с тем, хотя при 20 - 70 К аустенитные хромоникелевые стали имеют δ5 ≥ 40 %, а аустенитные дисперсионнотвердеющие δ5 ≥10 %, стали обоих типов достаточно надежны при эксплуатации.
Широко принятым критерием работоспособности металлов и их сварных соединений при низких температурах является ударная вязкость надрезанных образцов. Определенную сложность представляет выбор необходимого уровня вязкости и методов ее оценки. В разных странах принят различный приемлемый уровень вязкости. За рубежом сталь обычно допускается к эксплуатации, если ее ударная вязкость определенная на образцах 10х10Х55 с надрезом радиусом 0 25 мм (образец типа 11 по ГОСТ 9454 - 78), KCV ≥ 0,2 МДж/м2.
Надежность низкотемпературных конструкций, работающих в условиях многократного подъема и сброса давления, зависит от сопротивления материалов усталостному разрушению. База испытаний выбирается в зависимости от условий эксплуатации оборудования. Металл холодильных и криогенных установок, подвергаемых многократному захолаживанию, испытывается на сопротивление термической усталости. В случае длительного нагружения конструкций при низких температурах производятся испытания ползучести и длительной прочности материала.
При циклическом или длительном статическом нагружении выбор номинальных эксплуатационных напряжений производится с введением коэффициентов запаса nд и nп по пределам длительной прочности и ползучести.