- •Электронный конспект лекций по курсу: «Материаловедение» для студентов специальности «Торговое оборудование и технологии» (1-36 20 03)
- •Лекция 1. Введение
- •Ученые внесшие вклад в развитие металлургии.
- •Лекция 2.
- •Строение кристаллического тела.
- •Понятие об изотропии и анизотропии.
- •Аллотропия или полиморфные превращения.
- •Магнитные превращения.
- •Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения.
- •Точечные дефекты.
- •Линейные дефекты.
- •Лекция 2. (продолжение)
- •Лекция 3.
- •Кристаллизации металлов.
- •Механизм и закономерности кристаллизации металлов.
- •Условия получения мелкозернистой структуры.
- •Строение металлического слитка.
- •Лекция 4.
- •Основные понятия в теории сплавов.
- •Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений
- •Механические смеси;
- •Химические соединения;
- •Твердые растворы.
- •Промежуточные фазы.
- •Кристаллизация сплавов.
- •Диаграмма состояния.
- •Лекция 5.
- •Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в компонентов в твердом состоянии (механические смеси) (I рода).
- •Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (II рода).
- •Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (III рода).
- •Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения. (IV рода).
- •Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость).
- •Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния.
- •Лекция 6.
- •Природа пластической деформации.
- •Дислокационный механизм пластической деформации.
- •Разрушение металлов.
- •Механические свойства и способы определения их количественных характеристик.
- •Лекция 7.
- •Твердость по Бринеллю ( гост 9012).
- •Метод Роквелла (гост 9013).
- •Метод Виккерса.
- •Метод царапания.
- •Динамический метод (по Шору).
- •Способы оценки вязкости.
- •Оценка вязкости по виду излома.
- •Технологические свойства.
- •Эксплуатационные свойства.
- •Лекция 8.
- •Конструкционная прочность материалов.
- •Особенности деформации.
- •Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп.
- •Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.
- •Лекция 9.
- •Диаграмма состояния железо – углерод.
- •Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов.
- •Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов.
- •Структуры железоуглеродистых сплавов
- •Лекция 10.
- •Влияние углерода и примесей на свойства сталей.
- •Назначение легирующих элементов.
- •Распределение легирующих элементов в стали.
- •Классификация и маркировка сталей.
- •Лекция 11.
- •Диаграмма состояния железо – графит.
- •Процесс графитизации.
- •Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов.
- •Влияние состава чугуна на процесс графитизации.
- •Влияние графита на свойства
- •Серый чугун.
- •Ковкий чугун.
- •Высокопрочный чугун.
- •Отбеленные, антифрикционные и легированные чугуны.
- •Лекция 12.
- •Виды термической обработки металлов
- •Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
- •Механизм основных превращений
- •Промежуточное превращение.
- •Лекция 13.
- •Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска.
- •Отжиг и нормализация. Назначение и режимы.
- •Отжиг первого рода.
- •Лекция 14.
- •Закалка.
- •Отпуск.
- •Отпускная хрупкость.
- •Моделирование процесса термообработки.
- •Лекция 15.
- •Химико-термическая обработка стали.
- •Цементация.
- •Азотирование.
- •Цианирование и нитроцементация.
- •Диффузионная металлизация.
- •Лекция 16.
- •Термомеханическая обработка стали.
- •Поверхностное упрочнение стальных деталей
- •Закалка токами высокой частоты.
- •Обработка стали холодом.
- •Газопламенная закалка.
- •Старение.
- •Упрочнение методом пластической деформации.
- •Лекция 17.
- •Легированные стали.
- •Влияние элементов на полиморфизм железа.
- •Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит.
- •Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение.
- •Влияние легирующих элементов на преврашения при отпуске.
- •Классификация легированных сталей.
- •Лекция 18.
- •Классификация конструкционных сталей
- •Углеродистые стали.
- •Цементуемые стали.
- •Улучшаемые стали.
- •Улучшаемые легированные стали.
- •Высокопрочные стали.
- •Пружинные стали.
- •Шарикоподшипниковые стали.
- •Стали для изделий, работающих при низких температурах.
- •Износостойкие стали.
- •Автоматные стали.
- •Лекция 19.
- •Стали для режущего инструмента.
- •Легированные инструментальные стали.
- •Быстрорежущие стали.
- •Стали для измерительных инструментов.
- •Штамповые стали.
- •Твердые сплавы.
- •Алмаз как материал для изготовления инструментов.
- •Лекция 20.
- •Коррозия электрохимическая и химическая.
- •Хромистые стали.
- •Жаростойкость, жаростойкие стали и сплавы.
- •Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы.
- •Классификация жаропрочных сталей и сплавов.
- •Лекция 21.
- •Титан и его сплавы.
- •Алюминий и его сплавы.
- •Алюминиевые сплавы.
- •Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.
- •Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.
- •Литейные алюминиевые сплавы.
- •Магний и его сплавы.
- •Деформируемые магниевые сплавы.
- •Литейные магниевые сплавы.
- •Лекция 22 (продолжение)
- •Медь и ее сплавы.
- •Латуни.
- •Бронзы.
- •Цинк, олово, свинец и их сплавы.
- •Лекция 23.
- •Полимерные материалы.
- •Слоистые термореактивные пластмассы.
- •Термопластичные пластмассы.
- •Газонаполненные пластмассы.
- •Лекция 24 (продолжение)
- •Стеклобразные материалы.
- •Керамические материалы.
- •Углеграфитовые материалы.
- •Теплоизоляционные материалы.
- •Лекция 25/26.
- •Композиционные материалы.
- •Материалы порошковой металлургии.
- •Пористые порошковые материалы.
- •Прочие пористые изделия.
- •Конструкционные порошковые материалы.
- •Спеченные цветные металлы.
- •Электротехнические порошковые материалы.
- •Магнитные порошковые материалы.
- •Информационно-методическое обеспечение
Упрочнение методом пластической деформации.
Основное назначение методов механического упрочнения поверхности – повышение усталостной прочности. Методы механического упрочнения – наклепывание поверхностного слоя на глубину 0,2…0,4 мм.
Разновидностями являются дробеструйная обработка и обработка роликами.
Дробеструйная обработка – обработка дробью поверхности готовых деталей.
Осуществляется с помощью специальных дробеструйных установок, выбрасывающих стальную или чугунную дробь на поверхность обрабатываемых деталей. Диаметр дроби – 0,2…4 мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию на глубину 0,2…0,4 мм.
Применяют для упрочнения деталей в канавках, на выступах. Подвергают изделия типа пружин, рессор, звенья цепей, гусениц, гильзы, поршни, зубчатые колеса.
При обработке роликами деформация осуществляется давлением ролика из твердого металла на поверхность обрабатываемого изделия.
При усилиях на ролик, превышающих предел текучести обрабатываемого материала, происходит наклеп на нужную глубину. Обработка улучшает микрогеометрию. Создание остаточных напряжений сжатия повышает предел усталости и долговечность изделия.
Обкатка роликами применяется при обработке шеек валов, проволоки, при калибровке труб, прутков.
Лекция 17.
Конструкционные материалы. Легированные стали. Влияние элементов на полиморфизм железа. Влияние легирующих элементов. Классификация легированных сталей. |
К конструкционным сталям, применяемым для изготовления разнообразных деталей машин, предъявляют следующие требования:
сочетание высокой прочности и достаточной вязкости
хорошие технологические свойства
экономичность
недефицитность
Высокая конструкционная прочность стали, достигается путем рационального выбора химического состава, режимов термической обработки, методов поверхностного упрочнения, улучшением металлургического качества.
Решающую роль играет углероду. Он увеличивает прочность стали, но снижает пластичность и вязкость, повышает порог хладоломкости. Поэтому его содержание регламентировано и редко превышает 0,6 %.
Влияние на конструкционную прочность оказывают легирующие элементы. Повышение конструкционной прочности при легировании связано с обеспечением высокой прокаливаемости, уменьшением критической скорости закалки, измельчением зерна.
Легированные стали.
Cодержание легируюшихх элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование.
В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.
Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.
Достоинства легированных сталей:
особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;
улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям (σт );
легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;
возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;
повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.
Недостатки:
подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;
в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;
склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.
склонны к образованию флокенов.