- •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
Классификация жаропрочных сталей и сплавов.
В качестве современных жаропрочных материалов можно отметить перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали, никелевые и кобальтоавые жаропрочные сплавы, тугоплавкие металлы.
При температурах до 300oC обычные конструкционные стали имеют высокую прочность, нет необходимости использовать высоколегированные стали.
Для работы в интервале температур 350…500oC применяют легированные стали перлитного, ферритного и мартенситного классов.
Перлитные жаропрочные стали. К этой группе относятся котельные стали и сильхромы. Эти стали применяются для изготовления деталей котельных агрегатов, паровых турбин, двигателей внутреннего сгорания. Стали содержат относительно мало углерода. Легирование сталей хромом, молибденом и ванадием производится для повышения температуры рекристаллизации (марки 12Х1МФ, 20Х3МФ). Используются в закаленном и высокоотпущенном состоянии. Предел ползучести этих сталей должен обеспечить остаточную деформацию в пределах 1 % за время 10000…100000 ч работы.
Перлитные стали обладают удовлетворительной свариваемостью, поэтому используются для сварных конструкций (например, трубы пароперегревателей).
Для деталей газовых турбин применяют сложнолегированные стали мартенситного класса 12Х2МФСР, 12Х2МФБ, 15Х12ВНМФ. Увеличение содержания хрома повышает жаростойкость сталей. Термическая обработка состоит из закалки от температур выше 1000oС в масле или на воздухе и высокого отпуска при температурах выше температуры эксплуатации.
Для изготовления жаропрочных деталей, не требующих сварки (клапаны двигателей внутреннего сгорания), применяются хромокремнистые стали – сильхромы: 40Х10С2М, 40Х9С2, Х6С. Жаропрочные свойства растут с увеличением степени легированности. Сильхромы подвергаются закалке от температуры около 1000oС и отпуску при температуре 720…780oС.
При рабочих температурах 500…700 °C применяются стали аустенитного класса. Из этих сталей изготавливают клапаны двигателей, лопатки газовых турбин,сопловые аппараты реактивных двигателей и т.д.
Основными жаропрочными аустенитными сталями являются хромоникелевые стали, дополнительно легированные вольфрамом, молибденом, ванадием и другими элементами. Стали содержат 15…20 % хрома и 10…20 % никеля. Обладают жаропрочностью и жаростойкостью, пластичны, хорошо свариваются, но затруднена обработка резанием и давлением, охрупчиваются в интервале температур около 600oС, из-за выделения по границам различных фаз.
По структуре стали подразделяются на две группы:
1. Аустенитные стали с гомогенной структурой 17Х18Н9, 09Х14Н19В2БР1,12Х18Н12Т. Содержание углерода в этих сталях минимальное. Для создания большей однородности аустенита стали подвергаются закалке с 1050…1100 °С в воде, затем для стабилизации структуры – отпуску при 750oС.
2. Аустенитные стали с гетерогенной структурой 37Х12Н8Г8МФБ, 10Х11Н20Т3Р.
Термическая обработка сталей включает закалку с 1050…1100 °С. После закалки старение при температуре выше эксплуатационной (600…750 °С).
Детали, работающие при температурах 700…900 °C, изготавливают из сплавов на основе никеля и кобальта (например, турбины реактивных двигателей). Никелевые сплавы преимущественно применяют в деформированном виде. Они содержат более 55 % никеля и минимальное количество углерода (0,06…0,12 %). По жаропрочным свойствам превосходят лучшие жаропрочные стали. По структуре никелевые сплавы разделяют на гомогенные (нихромы) и гетерогенные (нимоники).
Нихромы. Основой этих сплавов является никель, а основным легирующим элементом – хром (ХН60Ю, ХН78Т).
Нихромы не обладают высокой жаропрочностью, но они очень жаростойки. Их применяют для малонагруженных деталей, работающих в окислительных средах, в том числе и для нагревательных элементов.
Нимоники являются сплавами никель – хром (около 20 %) – титан (около 2%) – алюминий (около 1 %) (ХН77ТЮ, ХН70МВТЮБ, ХН55ВМТФКЮ). Используются только в термически обработанном состоянии. Термическая обработка состоит из закалки с 1050…1150 °С на воздухе и отпуска – старения при 600…800 °С.