- •Глава 1. Строение и свойства материалов…………………….…..….7
- •Глава 6. Влияние химического состава
- •Глава 7. Формирование структуры деформированных
- •Глава 2. Фазовый состав сплавов…………………………………… ....18
- •Глава 3. Дефекты кристаллов………………………………………………...23
- •Точечные дефекты…………………………………………………………………...23
- •Глава 4. Свойства материаЛов……………………………………………..27
- •Глава 5. Формирование структуры литых материалов..………..37
- •5.4. Получение монокристаллов……………………………………………………………41
- •5.5. Аморфные металлы………………………………………………………………..…..42
- •5.6. Нанокристаллические материалы……………………………………………….…43
- •Глава 9. Термическая обработка металлов……………………......68
- •Глава 10. Химико-термическая обработка сплавов…………….78
- •Глава 1. Строение и свойства материалов
- •1.1. Кристаллические и аморфные тела
- •1.2. Элементы кристаллографии
- •1.2.1. Кристаллическая решетка
- •1.2.2. Кристаллографические индексы
- •1.2.3. Анизотропия
- •1.3. Влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов
- •1.3.1. Взаимодействие частиц в кристаллах
- •1.3.2. Молекулярные кристаллы
- •1.3.3. Ковалентные кристаллы
- •1.3.4. Металлические кристаллы
- •1.3.5. Ионные кристаллы
- •Глава 2. Фазовый состав сплавов
- •2.1. Твердые растворы
- •2.1.1. Твердые растворы замещения
- •2.1.2. Твердые растворы внедрения
- •2.2. Промежуточные фазы
- •2.2.1. Промежуточные фазы системы металл – неметалл
- •2.2.2. Промежуточные фазы системы металл-металл
- •Глава 3. Дефекты кристаллов
- •3.1. Точечные дефекты к точечным дефектам относятся вакансии, межузельные атомы основного вещества, чужеродные атомы внедрения (рис.3.2).
- •3.2. Линейные дефекты
- •3.3. Поверхностные дефекты
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 4. Свойства материалов.
- •4.1. Критерии выбора материала
- •4.2. Механические свойства материалов
- •4.2.1. Механические свойства, определяемые при статических нагрузках
- •4.2.1.1. Испытание на растяжение (гост 1497-84)
- •4.2.1.2. Испытания на изгиб
- •4.2.1.3. Испытания на твердость
- •4.2.1.4. Испытания на динамические нагрузки
- •4.2.2. Механические свойства, определяемые при переменных (циклических) нагрузках
- •4.3. Физические свойства материалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 5. Формирование структуры литых материалов
- •5.1. Самопроизвольная кристаллизация
- •5.2. Несамопроизвольная кристаллизация
- •5.3. Форма кристаллов и строение слитков
- •5.4. Получение монокристаллов
- •5.5. Аморфные металлы
- •5.6. Нанокристаллические материалы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6. Влияние химического состава на равновесную структуру сплавов
- •6.1. Метод построения диаграмм состояния
- •6.2. Диаграммы состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твёрдом состоянии
- •6.3. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и образуют эвтектику
- •6.4. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которой ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и образуют перитектику
- •6.5. Диаграмма состояния сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов
- •6.6. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением
- •6.7. Физические и механические свойства сплавов в равновесном состоянии.
- •6.8. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
- •6.8.1. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом
- •6.8.2. Превращения в сплавах железо-графит
- •6.8.3. Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей
- •6.8.4. Карбиды и нитриды в легированных сталях
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 7. Формирование структуры деформированных металлов и сплавов
- •7.1. Механизм пластического деформирования
- •7.2. Особенности деформированния монокристаллов
- •7.3. Деформирование поликристаллов
- •7.4. Деформация двухфазных сплавов
- •7.5. Свойства холоднодеформированных металлов
- •7.6. Возврат и рекристаллизация
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 8. Диффузия в металлах и сплавах
- •8.1. Вывод первого уравнения Фика на основе атомной диффузии
- •В единицу времени между двумя соседними плоскостями 1 и 2 кристаллов решетки,
- •Расположенных на расстоянии ∆
- •8.2. Механизмы диффузии в металлах и полимерах
- •Глава 9. Термическая обработка металлов
- •9.1. Термическая обработка сплавов, не связанная с фазовыми превращениями в твердом состоянии
- •9.1.1. Нагрев для снятия остаточных напряжений
- •9.1.2. Рекристализационный отжиг
- •9.1.3. Диффузионный отжиг
- •9.2. Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •9.3. Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью и полиморфным превращением (стали)
- •9.3.1.Превращения при нагреве до аустенитного состояния
- •9.3.2. Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения
- •9.3.2.1. Перлитное превращение аустенита
- •9.3.2.2. Мартенситное превращение аустенита
- •9.3.2.3. Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита
- •9.4. Технология термической обработки стали
- •9.4.1. Отжиг сталей
- •9.4.2. Нормализация сталей
- •9.4.3. Особенности закалки сталей
- •9.4.4. Отпуск закаленных сталей
- •9.4.5. Свойства отпущенной стали
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 10. Химико-термическая обработка сплавов
- •10.1. Диффузионное насыщение стальных деталей углеродом и азотом
- •10.2. Диффузионное насыщение деталей металлами и неметаллами
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 11. Конструкционные материалы
- •11.1. Общие требования
- •11.2. Конструкционная прочность материала и методы ее оценки
- •11.3. Методы повышения конструкционной прочности
- •11.4. Классификация конструкционных материалов
- •11.5. Классификация конструкционных сталей
- •11.5.1. Углеродистые стали
- •11.5.2. Легированные стали
- •11.6. Износостойкие материалы
- •11.7. Материалы, устойчивые к действию температур и рабочей среды
- •11.7.1. Жаропрочные материалы
- •Критериями жаропрочности, помимо предела ползучести, является предел длительной прочности и сопротивление релаксации.
- •11.7.1.1. Основные группы жаропрочных материалов
- •11.7.2. Коррозионностойкие нержавеющие стали и сплавы
- •11.8. Инструментальные стали
- •11.9. Штамповочные стали
- •Терминологический словарь
- •Литература
11.8. Инструментальные стали
По назначению инструментальные стали делятся на стали для режущего, измерительного, штамповочного инструмента. Кроме сталей, для изготовления режущего инструмента применяют металлокерамические твердые сплавы и минералокерамические материалы. Режущий инструмент работает в сложных условиях, подвержен интенсивному износу, при работе часто нагревается. Поэтому материал для его изготовления должен обладать высокой твердостью поверхности, износостройкостью и теплостойкостью. Теплостойкость – это способность сохранять высокую твердость и ружущие свойства при длительном нагреве.
Углеродистые инструментальные стали содержат 0,7-1,3% углерода. Они маркируются букой У и цифрой, показывающее содержание углерода в десятых долях процента (У7, У8,У9,…У13). Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная (У7А, У8А). Высококачественные стали менее хрупки, лучше противостоят ударным нагрузкам, дают при закалке меньше брака. Из этих сталей делают столярные и слесарные инструменты, ножницы, зубила по каменным породам, хирургический инструмент, пилы по металлу и т.д.
Низколегированные стали содержат в сумме 1-3% легирующих элементов (Cr, Si, V, W).Маркируются они так же, как и конструкционные, но содержание углерода дается в десятых долях процента (9ХС, ХВГ, ХВ5). Они обладают повышенной прокаливаемостью, по сравнению с углеродистыми сталями. Благодаря этому из нее делают инструменты большой длины и крупного сечения (сверла, измерительные инструменты).
Порошковые твердые сплавы представляют собой спеченные порошковые материалы, основой которых служат карбиды тугоплавких металлов, а связующим – кобальт. Твердые сплавы делятся на три группы. Вольфрамовые изготовляются на основе карбида вольфрама и кобальта (от 15 до 3%). Маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта в % (ВК2, ВК6, ВК10). С уменьшением размера зерна карбидов возрастает износостойкость, но нескольно снижается прочность. Марки сплавов с мелким зерном обозначаются ВК3-М, ВК6-М. Титановольфрамовые твердые сплавы содержат дополнительно карбид титана. Они маркируются буквами Т, К и цифрами, обозначающими содержание карбида титана и кобальта в процентах (например, Т15К10, Т15К6). Эти материалы применяются для высокоскоростной обработки сталей. Титанотанталовольфрамовые сплавы содержат дополнительно карбид тантала. Маркируются буквами ТТ, после которых указывается суммарное содержание карбидов титана и тантала в %, и буквой К, после которой указывается содержание кобальта (ТТ7К12). Применяются при тяжелых условиях резания.
Вольфрам – дорогой элемент. Поэтому созданы безвольфрамовые твердые сплавы. В них в качестве основы используется карбид титана, а связующими являются никель и молибден. Маркируются эти сплавы буквами КТС и ТН. По прочности, твердости, износостойкости и режущим свойствам эти сплавы находятся на уровне вольфрамосодержащих.
Минералокерамические и сверхтвердые материалы. Минералокерамика не содержит дефицитных и дорогостоящих элементов. Она состоит из оксида алюминия с небольшими добавками оксида магния – оксидная (белая) керамика (микролит ЦМ-332); из оксида алюминия и карбидов и оксидов тугоплавких металлов (TiC, ZrO2 и др.) – оксидно-карбидная (черная) керамика; нитрида кремния Si3N4 с добавкой тугоплавких оксидов - оксинитридная керамика. По твердости (90-95HRA), тепло- и износостойкости минералокерамические материалы превосходят твердые сплавы.
Новые сверхтвердые инструментальные материалы для оснащения рабочей части металлорежущего инструмента – эльборы (поликристаллы кубического нитрида бора) и алмазы.