- •Введение
- •Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
- •Лекция 2 Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов.
- •Металлы, особенности атомно-кристаллического строения
- •Понятие об изотропии и анизотропии
- •Аллотропия или полиморфные превращения.
- •Магнитные превращения
- •Лекция 2 Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения
- •Точеные дефекты
- •Линейные дефекты
- •Простейшие виды дислокаций - краевые и винтовые
- •Лекция 3 Кристаллизация металлов. Методы исследования металлов.
- •Механизм и закономерности кристаллизации металлов.
- •Условия получения мелкозернистой структуры
- •Строение металлического слитка
- •Методы исследования металлов: структурные и физические.
- •Определение химического состава
- •Изучение структуры
- •Физические методы исследования
- •Лекция 4 Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния
- •Понятие о сплавах и методах их получения
- •Основные понятия в теории сплавов.
- •Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений
- •Кристаллизация сплавов
- •Диаграмма состояния
- •Лекция 5 Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов.
- •Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (сплавы твердые растворы с неограниченной растворимостью)
- •Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (механические смеси)
- •Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения.
- •Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)
- •Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •Лекция 6 Нагрузки, напряжения и деформации. Механические свойства.
- •Физическая природа деформации металлов
- •Природа пластической деформации
- •Дислокационный механизм пластической деформации
- •Разрушение металлов
- •Механические свойства и способы определения их количественных характеристик
- •Лекция 7. Механические свойства (продолжение). Технологические и эксплуатационные свойства
- •Механические свойства и способы определения их количественных характеристик: твердость, вязкость, усталостная прочность
- •Твердость по Бринеллю (гост 9012)
- •Метод Роквелла гост 9013
- •Метод Виккерса
- •Метод царапания
- •Динамический метод (по Шору)
- •Механические свойства, определяемые при динамических испытаниях
- •Способы оценки вязкости
- •Оценка вязкости по виду излома
- •Технологические свойства
- •Эксплуатационные свойства
- •Лекция 8 Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация
- •Конструкционная прочность материалов
- •Особенности деформации поликристаллических тел
- •Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп
- •Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация
- •Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов
- •Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов
- •Структуры железоуглеродистых сплавов
- •Лекция 10 Стали. Классификация и маркировка сталей.
- •Влияние углерода и примесей на свойства сталей
- •Влияние углерода.
- •Влияние примесей.
- •Назначение легирующих элементов
- •Распределение легирующих элементов в стали
- •Классификация и маркировка сталей Классификация сталей
- •Маркировка сталей
- •Углеродистые стали обыкновенного качества (гост 380).
- •Качественные углеродистые стали
- •Качественные и высококачественные легированные стали
- •Легированные конструкционные стали
- •Классификация чугунов
- •Диаграмма состояния железо - графит.
- •Процесс графитизации
- •Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов
- •Влияние состава чугуна на процесс графитизации
- •Влияние графита на механические свойства отливок
- •Положительные стороны наличия графита
- •Серый чугун
- •Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
- •Ковкий чугун
- •Отбеленные и другие чугуны
- •Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
- •Механизм основных превращений
- •Закономерности превращения
- •Промежуточное превращение
- •Лекция 13 Основы теории термической обработки стали (продолжение) Технологические особенности и возможности отжига и нормализации.
- •3. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения
- •4. Превращение мартенсита в перлит.
- •Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска
- •Отжиг и нормализация. Назначение и режимы
- •Лекция 14 Технологические особенности и возможности закалки и отпуска
- •Закалка
- •Охлаждение при закалке.
- •Способы закалки
- •Отпускная хрупкость
- •Лекция 15 Химико-термическая обработка стали: цементация, азотирование, нитроцементация и диффузионная металлизация
- •Химико-термическая обработка стали
- •Назначение и технология видов химико-термической обработки: цементации, азотирования, нитроцементации и диффузионной металлизации
- •Структура цементованного слоя
- •Термическая обработка после цементации.
- •Азотирование
- •Цианирование и нитроцементация
- •Диффузионная металлизация
- •Лекция 16 Методы упрочнения металла.
- •Термомеханическая обработка стали
- •Поверхностное упрочнение стальных деталей
- •Старение
- •Обработка стали холодом
- •Упрочнение методом пластической деформации
- •Лекция 17 Конструкционные материалы. Легированные стали.
- •Конструкционные стали
- •Легированные стали
- •Влияние элементов на полиморфизм железа
- •Влияние легирующих элементов на превращения в стали. Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит
- •Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита
- •Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение
- •Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске
- •Классификация легированных сталей
- •Цементуемые стали.
- •Улучшаемые стали
- •Улучшаемые легированные стали
- •Высокопрочные стали
- •Пружинные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •Стали для изделий, работающих при низких температурах
- •Износостойкие стали
- •Автоматные стали
- •Легированные инструментальные стали
- •Быстрорежущие стали
- •Стали для измерительных инструментов
- •Штамповые стали
- •Твердые сплавы
- •Алмаз как материал для изготовления инструментов
- •Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов
- •Хромистые стали
- •Жаростойкость, жаростойкие стали и сплавы
- •Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы
- •Классификация жаропрочных сталей и сплавов
- •Лекция 21 Цветные металлы и сплавы на их основе. Титан и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы . Медь и ее сплавы
- •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
- •Медь и ее сплавы
- •Лекция 22 Композиционные материалы. Материалы порошковой металлургии: пористые, конструкционные, электротехнические
- •Композиционные материалы
- •Материалы порошковой металлургии
- •Пористые порошковые материалы
- •Прочие пористые изделия
- •Конструкционные порошковые материалы
- •Спеченные цветные металлы
- •Электротехнические порошковые материалы
- •Магнитные порошковые материалы
Назначение и технология видов химико-термической обработки: цементации, азотирования, нитроцементации и диффузионной металлизации
Цементация
Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900... 950° С.
Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).
Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины.
Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита (h. = 1...2 мм).
Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более 1,2 %).
Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость.
На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).
Участки деталей, которые не подвергаются цементации, предварительно покрываются медью (электролитическим способом) или глиняной смесью.
Цементация в твердом карбюризаторе
Почти готовые изделия, с припуском под шлифование, укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором. Используется древесный уголь с добавками углекислых солей ВаСО3, Na2CO3 в количестве 10...40 %. Закрытые ящики укладывают в печь и выдерживают при температуре 930... 950 °С.
За счет кислорода воздуха происходит неполное сгорание угля с образованием окиси углерода (СО), которая разлагается с образованием атомарного углерода по реакции: 2СО→ 2СО2+САТ.
Образующиеся атомы углерода адсорбируются поверхностью изделий и диффундируют вглубь металла.
Недостатками данного способа являются:
значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 час);
низкая производительность процесса;
громоздкое оборудование;
сложность автоматизации процесса.
Способ применяется в мелкосерийном производстве.
Газовая цементация
Процесс осуществляется в печах с герметической камерой, наполненной газовым карбюризатором.
Атмосфера углеродосодержащих газов включает азот, водород, водяные пары, которые образуют газ-носитель, а также окись углерода, метан и другие углеводороды, которые являются активными газами.
Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.
Преимущества способа:
возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);
сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;
возможность полной механизации и автоматизации процесса.
Способ применяется в серийном и массовом производстве.
Структура цементованного слоя
На поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящий из перлита и цементита. По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу.