- •Курс лекций по материаловедению
- •Предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •Лахтин ю.М., Леонтьева в.П. Материаловедение. – м.: ид Альянс, 2009. – 528 с.
- •Сапунов с.В. Материаловедение: Текст лекций. – сПб.: сПбГиэу, 2006. – 66 с.
- •Сапунов с.В. Основы материаловедения: Учеб. Пособие. – сПб.: сПбГиэу, 2010. – 155 с.
- •1(1). Предмет материаловедения. Историческая справка
- •2(2). Мировое производство основных материалов
- •3(3). Черные и цветные металлы, свойства и применение
- •4(4). Сталь как важнейший конструкционный материал
- •5. Способы получения и технологической обработки металлов и сплавов
- •6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов
- •7(12). Механические испытания материалов
- •8(13). Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •9. Испытания на изгиб и сжатие
- •10(14). Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3. Определение твердости по Виккерсу
- •11(15). Определение ударной вязкости при изгибе
- •12. Испытание на вязкость разрушения
- •13. Испытание на усталость. Живучесть
- •14. Стандарты на материалы. Принципы маркировки и сортамент металлических материалов
- •15. Строение металлического слитка. Влияние на механические свойства величины зерна, способы регулирования
- •16(5). Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности
- •17(6). Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов
- •18(7). Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность
- •19(8). Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп
- •20(10). Возврат и рекристаллизация
- •21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •22(17). Полиморфные превращения
- •23(18). Строение сплавов. Твердые растворы, химические соединения, механические смеси
- •24. Диаграммы фазового равновесия
- •25. Правило фаз и правило отрезков
- •26. Ликвация в сплавах
- •27. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •28(19). Фазы и структуры на диаграмме состояния железо-цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •29(20). Железо и сплавы на его основе. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- •30(21). Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния
- •31(22). Структурные классы легированных сталей
- •32(23). Цели легирования
- •33. Превращения аустенита при охлаждении. Термокинетическая диаграмма
- •34(24). Основные виды термической обработки. Предварительная и окончательная термообработка
- •35(25). Виды отжига и их назначение
- •36(26). Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка
- •37(27). Искусственное и естественное старение сплавов
- •38. Виды брака при термообработке
- •39(28). Термомеханическая обработка и ее разновидности
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •40(29). Химико-термическая обработка, ее разновидности и применение
- •41(9). Объемное и поверхностное деформационное упрочнение
- •42(30). Классификация сталей
- •43(31). Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •1. Углеродистые стали
- •2. Легированные стали
- •44(32). Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •45(31.3). Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •46(33). Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения
- •47(34). Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •48. Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •49(35). Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •50(36). Титан и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •51(37). Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения
- •52. Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •53(38). Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •54(39). Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения
- •55. (40). Неметаллические материалы. Классификация полимеров
- •56. (40). Пластические массы, состав, свойства и область применения
- •57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин
- •58. Клеящие материалы и герметики, состав, классификация и свойства
- •5 9. Неорганические материалы. Графит, керамика, неорганическое стекло, ситаллы, свойства и область применения
- •60. Порошковые материалы, структура, свойства и область применения
- •61. Композиционные материалы с металлической и неметаллической матрицей, структура, свойства и область применения
- •62. Наноматериалы
- •63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения
- •64. Вспомогательные материалы. Смазочные и смазочно-охлаждающие материалы, асбест, бумага кожа, текстиль
- •65. Защитные и декоративные покрытия. Лакокрасочные, электролитические и горячие покрытия. Плакирование
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Приложение в Ориентировочный перевод значений твердости, определяемых по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса
41(9). Объемное и поверхностное деформационное упрочнение
Прочностью металлов и их сопротивлением усталости (которая проявляется при циклических нагрузках и приводит к образованию трещин на поверхности, с которых начинается разрушение) можно также управлять путем деформационного упрочнения в холодном состоянии. С этой целью металл подвергается пластической деформации либо по всему объему (прокатка, штамповка, волочение), либо только с поверхности (дробеструйная обработка, ударное воздействие бойком, накатка шариком или роликом, алмазное выглаживание и т. п.44).
С помощью объемной деформации повышают прочность проволоки и холоднокатаного проката – прутков, листа, лент и т. п.
Поверхностному наклепу подвергают крупные пружины, рессоры, коленчатые валы ДВС и др. ответственные детали, что позволяет существенно увеличить ресурс их работы. Обкатывание рабочих поверхностей шариком, помимо повышения износостойкости за счет наклепа, позволяет создавать регулируемый рельеф, который способствует удержанию смазки и продлевает срок службы трущихся деталей (внутренних поверхностей цилиндров ДВС и компрессоров, направляющих станков и т. п.).
Практический опыт показывает, что поверхностный наклеп (при толщине упрочненного слоя 0,1…0,25 мм) повышает предел выносливости на 30…50 %, долговечность в 3…10 раз, сопротивление фреттинг-коррозии45 в 1,5…2 раза.
42(30). Классификация сталей
Сталь принято классифицировать по трем основным характеристикам – назначению, составу и качеству.
По назначению различают стали:
конструкционные, предназначенные для изготовления разнообразных деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные и судостроительные стали);
инструментальные, предназначенные для изготовления режущего и штампового инструмента.
с особыми физическими свойствами (электротехнические, парамагнитные и т. д.).
Для некоторых групп сталей указывают их специализированное назначение: автоматная, литейная, рессорно-пружинная, строительная, быстрорежущая, шарикоподшипниковая, электротехническая и т. п.
По составу различают стали:
углеродистые (в зависимости от содержания углерода, делятся на низко-, средне- и высокоуглеродистые – до 0,25; 0,3…0,55; 0,6 и более % С, соответственно);
легированные (в зависимости от суммарного содержания легирующих элементов делятся на низко-, средне- и высоколегированные – до 2,5; от 3 до 10 и свыше 10 %, соответственно).
По качеству (определяемому содержанием вредных примесей) различают стали:
обыкновенного качества, содержат не более 0,05 % S, 0,04 % P, 0,08 % N, маркируются буквами Ст (например, БСт3, Ст5Гпс);
качественные, содержат не более 0,04 % S и P и меньшее количество неметаллических включений (например, 30, 60Г, 25ХГМ, У8, 9ХС);
высококачественные, содержат не более 0,025% S и P, обозначаются буквой А в конце марки (например, 12Х2Н4А, У12А);
особовысококачественные, содержат не более 0,015 % S и 0,025 % P, обозначаются буквами в конце марки, стоящими через черточку и указывающими на способ выплавки: ВД – вакуумно-дуговой, ВИ – вакуумно-индукционный, П – плазменный, Ш – шлаковый, ЭЛ – электронно-лучевой (например, 45ХН2МФ-Ш).
При расшифровке автоматных и литейных сталей о качестве обычно умалчивают, т. к. они имеют повышенное содержание вредных примесей.