- •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
Пружинные стали.
Пружины, рессоры и другие упругие элементы являются важнейшими деталями различных машин и механизмов. В работе они испытывают многократные переменные нагрузки. Под действием нагрузки пружины и рессоры упруго деформируются, а после прекращения действия нагрузки восстанавливают свою первоначальную форму и размеры. Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинным сталям – обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений.
Пружины изготавливаются из углеродистых (65, 70) и легированных (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкционных сталей.
Для упрочнения пружинных углеродистых сталей применяют холодную пластическую деформацию посредством дробеструйной и гидроабразивной обработок, в процессе которых в поверхностном слое деталей наводятся остаточные напряжения сжатия.
Повышенные значения предела упругости получают после закалки со средним отпуском при температуре 400…480 °С.
Для сталей, используемых для пружин, необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость, чтобы получить структуру троостита по всему сечению. Упругие и прочностные свойства пружинных сталей достигаются при изотермической закалке.
Пружинные стали легируют элементами, которые повышают предел упругости – кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором.
В целях повышения усталостной прочности не допускается обезуглероживание при нагреве под закалку и требуется высокое качество поверхности.
Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенито-мартенситных (09Х15Н8Ю), быстрорежущих (Р18) и других сталей и сплавов.
Шарикоподшипниковые стали.
Подвергаются воздействию высоких нагрузок переменного характера. Основными требованиями являются высокая прочность и износостойкость, высокий предел выносливости, отсутствие концентраторов напряжений, неметаллических включений, полостей, ликваций.
Шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1 %) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).
Высокое содержание углерода и хрома после закалки обеспечивает структуру мартенсит плюс карбиды, высокой твердости, износостойкости, необходимой прокаливаемости. Дальнейшее увеличение прокаливаемости достигается дополнительным легированием марганцем, кремнием (ШХ15СГ).
Повышены требования в отношении чистоты и равномерности распределения карбидов, в противном случае может произойти выкрашивание. Стали подвергаются строгому металлургическому контролю на наличие пористости, неметаллических включений, карбидной сетки, карбидной ликвации.
Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг проводят после ковки для снижения твердости и подготовки структуры к закалке. Температура закалки составляет 790…880 oС в зависимости от массивности деталей. Охлаждение – в масле (кольца, ролики), в водном растворе соды или соли (шарики). Отпуск стали проводят при температуре 150…170oС в течение 1…2 часов. Обеспечивается твердость 62…66 НRC.
Из стали ШХ9 изготавливают шарики и ролики небольших размеров, из стали ШХ15 – более крупные. Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки (подшипники прокатных станов), изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей глубокой цементацией на глубину 5…10 мм. Для деталей подшипников, работающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95Х18.