- •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
Материалы порошковой металлургии.
Порошковая металлургия – область техники, охватывающая процессы получения порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из них без расплавления.
Характерной особенностью порошковой металлургии является применение исходного материала в виде порошков, из которых прессованием формуются изделия заданной формы и размеров. Полученные заготовки подвергаются спеканию при температуре ниже температуры плавления основного компонента.
Основными достоинствами технологии производства изделий методом порошковой металлургии являются
возможность изготовления деталей из тугоплавких металлов и соединений, когда другие методы использовать невозможно;
значительная экономия металла за счет получения изделий высокой точности, в минимальной степени нуждающихся в последующей механической обработке (отходы составляют не более 1…3 %);
возможность получения материалов максимальной чистоты;
простота технологии порошковой металлургии.
Методом порошковой металлургии изготавливают твердые сплавы, пористые материалы: антифрикционные и фрикционные, фильтры; электропроводники, конструкционные детали, в том числе работающие при высоких температурах и в агрессивных средах.
Пористые порошковые материалы.
Отличительной особенностью является наличие равномерной объемной пористости, которая позволяет получать требуемые эксплуатационные свойства.
Антифрикционные материалы (пористость 15…30 %), широко применяющиеся для изготовления подшипников скольжения, представляют собой пористую основу, пропитанную маслом. Масло поступает из пор на поверхность, и подшипник становится самосмазывающимся, не требуется подводить смазку извне. Это существенно для чистых производств (пищевая, фармацевтическая отрасли). Такие подшипники почти не изнашивают поверхность вала, шум в 3…4 раза меньше, чем от шариковых подшипников.
Подшипники работают при скоростях трения до 6 м/с при нагрузках до 600 МПа. При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20…30 м/с. Коэффициент трения подшипников – 0,04…0,06.
Для изготовления используются бронзовые или железные порошки с добавлением графита (1…3 %).
Разработаны подшипниковые спеченные материалы на основе тугоплавких соединений (боридов, карбидов и др.), содержащие в качестве твердой смазки сульфиды, селениды и гексагональный нитрид бора. Подшипники могут работать в условиях вакуума и при температурах до 500oС.
Применяют металлопластмассовые антифрикционные материалы: спеченные бронзографиты, титан, нержавеющие стали пропитывют фторопластом. Получаются коррозионностойкие и износостойкие изделия. Срок службы металлопластмассовых материалов вдвое больше, чем материалов других типов.
Фрикционные материалы (пористость 10…13 %) предназначены для работы в муфтах сцепления и тормозах. Условия работы могут быть очень тяжелыми: трущиеся поверхности мгновенно нагреваются до 1200oС, а материал в объеме – до 500…600oС. Применяют спеченные многокомпонентные материалы, которые могут работать при скоростях трения до 50 м/с на нагрузках 350…400 МПа. Коэффициент трения при работе в масле – 0,08…0,15, при сухом трении – до 0,7.
По назначению компоненты фрикционных материалов разделяют на группы:
а) основа – медь и ее сплавы – для рабочих температур 500…600oС, железо, никель и сплавы на их основе – для работы при сухом трении и температурах 1000…1200oС;
б) твердые смазки – предотвращают микросхватывание при торможении и предохраняют фрикционный материал от износа; используют свинец, олово, висмут, графит, сульфиты бария и железа, нитрид бора;
в) материалы, обеспечивающие высокий коэффициент трения – асбест, кварцевый песок, карбиды бора, кремния, хрома, титана, оксиды алюминия и хрома и др.
Примерный состав сплава: медь – 60…70 %, олово – 7 %, свинец – 5 %, цинк – 5…10%, железо – 5…10 %, кремнезем или карбид кремния – 2…3 %, графит – 1…2 %.
Из фрикционных материалов изготавливают тормозные накладки и диски. Так как прочность этих материалов мала, то их прикрепляют к стальной основе в процессе изготовления (припекают к основе) или после (приклепывают, приклеивают и т.д.).
Фильтры (пористость 25…50 %) из спеченных металлических порошков по своим эксплуатационным характеристикам превосходят другие фильтрующие материалы, особенно когда требуется тонкая фильтрация.
Они могут работать при температурах от –273oС до 900oС, быть коррозионностойкими и жаропрочными (можно очищать горячие газы). Спекание позволяет получать фильтрующие материалы с относительно прямыми тонкими порами одинакового размера.
Изготавливают фильтры из порошков коррозионностойких материалов: бронзы, нержавеющих сталей, никеля, серебра, латуни и др. Для удовлетворения запросов металлургической промышленности разработаны материалы на основе никелевых сплавов, титана, вольфрама, молибдена и тугоплавких соединений. Такие фильтры работают тысячи часов и поддаются регенерации в процессе работы. Их можно продуть, протравить, прожечь.