- •Ю. А. Манаков материаловедение
- •Методические указания по выполнению семестрового задания
- •Теоретические материалы
- •Тема 1. Основные понятия
- •Теоретический материал
- •1.1. Общие понятия и определения
- •1.2. Классификация материалов
- •1.3. Требования к материалам при их выборе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 2. Строение металлов
- •Теоретический материал
- •2.1. Кристаллические и аморфные тела
- •2.2. Строение чистых металлов
- •2.3. Кристаллографические направления и индексы
- •Анизотропия
- •2.4. Влияние типа химической связи на структуру и свойства кристаллов. Типы кристаллов
- •2.5. Дефекты кристаллического строения
- •2.6. Дислокационный механизм пластической деформации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 3. Строение сплавов. Диаграммы состояния
- •Теоретический материал
- •3.1. Строение сплавов
- •3.2. Диаграммы состояния двойных сплавов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 4. Строение неметаллических материалов
- •Теоретические материалы
- •4.1. Строение полимеров
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.2. Строение стекол
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.3. Строение керамики
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.4. Композиционные материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 5. Свойства материалов и их определение
- •Теоретические материалы
- •5.1. Классификация свойств материалов, их общая характеристика
- •5.2. Механические (прочностные) свойства материалов
- •5.3. Твердость материала
- •5.4. Теплофизические свойства
- •5.5. Изменение свойств материалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 6. Термическая и химико-термическая обработка
- •Теоретические материалы
- •6.1. Диффузия
- •6.2. Термическая обработка
- •Виды и операции то
- •6.3. Химико-термическая обработка
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 7. Металлические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •7.1. Сплавы железа с углеродом Общая характеристика железоуглеродистых сплавов
- •Классификация сталей
- •Углеродистые стали
- •Легированные стали
- •Стали и сплавы с особыми свойствами
- •Сортамент сталей
- •Вопросы для самопроверки
- •7.2. Цветные металлы и сплавы Медь и ее сплавы
- •Проволока дкрнм-0,6-кт-л80ам гост 1066-80 –
- •Алюминий и его сплавы
- •Сплавы магния
- •Сплав мл5 гост2856-79. Титан и его сплавы
- •Бериллий и сплавы на его основе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 8. Неметаллические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •8.1. Термопластичные и термореактивные пластмассы
- •8.2. Керамика, стекло, ситаллы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Темы 9,10,11. Электротехнические материалы
- •Теоретические материалы
- •9.1. Энергетические зоны твердого тела
- •9.2. Проводниковые материалы Понятие об электропроводности
- •Электрические свойства и параметры проводниковых материалов
- •Классификация и характеристика проводниковых материалов
- •9.3. Полупроводниковые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 10. Диэлектрические материалы
- •Теоретические материалы
- •10.1. Классификация и основные свойства диэлектриков
- •10.2. Поляризация диэлектриков и ее виды
- •.Влияние температуры и частоты на поляризацию
- •10.3. Электропроводность диэлектриков. Виды электропроводности
- •10.4. Диэлектрические потери
- •10.5. Электрическая прочность диэлектриков
- •10.6. Нагревостойкость диэлектриков
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 11. Магнитные материалы
- •Теоретические материалы
- •11.1. Общие положения
- •11.2. Основные свойства и параметры магнитных материалов
- •11.3. Классификация магнитных материалов и их характеристика
- •Магнитомягкие материалы
- •Магнитотвердые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 12. Понятие о точности обработки и шероховатости поверхности
- •Теоретические материалы
- •12.1. Точность размеров
- •12.2. Шероховатость поверхности
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Содержание
Углеродистые стали
Углеродистые стали сравнительно дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением, свариваемостью. Их недостаток – меньшая в сравнении с легированными сталями технологичность при термической обработке, что проявляется в небольшой прокаливаемости, значительных деформациях и короблении деталей.
Углеродистые стали подразделяют на конструкционные и инструментальные.
Углеродистые конструкционные стали выпускают двух видов: обыкновенного качества и качественные.
Углеродистые стали обыкновенного качества имеют повышенное содержание вредных примесей, их прочностные показатели наименьше из всех марок сталей, и, как и для всех материалов, приводятся в справочниках [4,8]. Марки, химический состав и степень раскисления для них регламентирует ГОСТ 380 -94. Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрами от 0 до 6, где цифра показывает номер марки и условное содержание углерода. Степень раскисления обозначают добавлением индексов: в спокойных сталях букв «сп», в полуспокойных – «пс», в кипящих – «кп». Пример обозначений марки стали: Ст.3сп ГОСТ380-94. Повышенное содержание марганца в углеродистой стали обыкновенного качества (до 1% Mn) в обозначении марки указывает буква «Г»: Ст5спГ.
Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества регламентированы стандартами и составляют200…490 МПа,150…300МПа, 15..30%. Для горячекатаных сталей (ГОСТ 535-88) прокат подразделяют на три группы: I, II, III. Прокат I группы используют без обработки поверхности, II – для изготовления деталей обработки резанием, III – горячей обработкой давлением. Группы проката подразделяют на категории 1, 2, 3, 4, 5, которые различаются набором нормируемых показателей механических свойств.
Предусмотрены стандартами группы углеродистых сталей обыкновенного качества А, Б, В (группа А в марке стали не указывается). Сталь группы А имеет гарантированные механические свойства, группы Б – химический состав, группы В – поставляется по механическим свойствам и химическому составу. Пример обозначения: ВСт3кп-6 ГОСТ380-88 – сталь углеродистая общего назначения, поставляется по химическому составу и механическим свойствам (группа В), марки Ст.3 (содержание углерода 0,14…0,22%), кипящая, с контролем полного комплекса механических свойств (категория 6).
Углеродистые стали обыкновенного качества используют для изготовления слабонагруженных и неответственных деталей машин и приборов: валики, оси, заклепки, рычаги, шайбы, гайки, червяки, винты, болты и другие, в большинстве случаев без термообработки.
Углеродистые качественные стали содержат меньше вредных примесей и неметаллических включений в сравнении со сталями обыкновенного качества. Поставляют их с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Маркируют двухзначными цифрами: 08, 10, 20…60, 65, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента, выпускаются они по ГОСТ 1050-88. Например, сталь 15 содержит в среднем 0,15% С, сталь 60 – 0,65%. Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами «пс» и «кп». Повышенное содержание марганца придает спокойным углеродистым качественным сталям повышенные упругие свойства и указывается в марке стали. Например, сталь 65Г. Углеродистые качественные стали гарантируют механические свойства после закалки и отпуска, нагартовки (механического упрочнения). В отожженном состоянии эти стали имеют повышенные, гарантированные ГОСТ 1050-88, пластические свойства. С повышением процентного содержания углерода возрастают прочностные свойства углеродистых качественных сталей, но снижается пластичность. Эти виды стали подвергаются термической обработке отжигу, закалке, отпуску с целью получения требуемых свойств.
Применяют углеродистые качественные стали для изготовления различных деталей среднего нагружения (рабочие показатели порядка 300…700 МПа; 200…400 МПа; 33…12%; НВ130…260), могут применяться в деталях, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (зубчатые колеса, пальцы, звездочки, маховики, оси и другие.). Применяют эти стали также для изготовления шайб, прокладок, кожухов, крепежа (винты, заклепки, прокладки, болты, гайки), валики, рычаги, рамы. Детали, работающие при циклических и контактных нагрузках, изготавливают из стали 40, 45, 50 с последующей закалкой до твердости HRC40…58: это, например, кулачки распределительных валиков, зубья шестерен, оси и валики в узлах трения.
Углеродистые инструментальные стали – содержат углерода более 0,8%, имеют лучшие механические свойства в сравнении с другими углеродистыми сталями, подвергаются закалке, и находят применение при изготовлении различных инструментов, работающих при малых скоростях резания, нагруженных деталях типа оси, валики, корпуса приборов, зубчатые колеса и другие. Маркируют углеродистые стали следующим образом: впереди ставят букву У, затем цифру, указывающую среднее содержание углерода в десятых долях процента, например У12. Содержание углерода 1,2%. Маркировка У12А – углеродистая сталь марки У12, высококачественная (буква А).