- •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
Пружинные стали
Пружины, рессоры и другие упругие элементы являются важнейшими деталями различных машин и механизмов. В работе они испытывают многократные переменные нагрузки. Под действием нагрузки пружины и рессоры упруго деформируются, а после прекращения действия нагрузки восстанавливают свою первоначальную форму и размеры. Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинным сталям – обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений.
Пружины работают в области упругих деформаций, когда между действующим напряжением и деформацией наблюдается пропорциональность. При длительной работе пропорциональность нарушается из-за перехода части энергии упругой деформации в энергию пластической деформации. Напряжения при этом снижаются.
Самопроизвольное снижение напряжений при постоянной суммарной деформации называется релаксацией напряжений.
Релаксация приводит к снижению упругости и надежности работы пружин.
Пружины изготавливаются из углеродистых (65, 70) и легированных (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкционных сталей.
Для упрочнения пружинных углеродистых сталей применяют холодную пластическую деформацию посредством дробеструйной и гидроабразивной обработок, в процессе которых в поверхностном слое деталей наводятся остаточные напряжения сжатия.
Повышенные значения предела упругости получают после закалки со средним отпуском при температуре 400.. .480°С.
Для сталей, используемых для пружин, необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость, чтобы получить структуру троостита по всему сечению.
Упругие и прочностные свойства пружинных сталей достигаются при изотермической закалке.
Пружинные стали легируют элементами, которые повышают предел упругости – кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором.
В целях повышения усталостной прочности не допускается обезуглероживание при нагреве под закалку и требуется высокое качество поверхности.
Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30X13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенито-мартенситных (09Х15Н8Ю), быстрорежущих (Р18) и других сталей и сплавов.
Шарикоподшипниковые стали
Подвергаются воздействию высоких нагрузок переменного характера. Основными требованиями являются высокая прочность и износостойкость, высокий предел выносливости, отсутствие концентраторов напряжений, неметаллических включений, полостей, ликвации.
Шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1 %) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).
Высокое содержание углерода и хрома после закалки обеспечивает структуру мартенсит плюс карбиды, высокой твердости, износостойкости, необходимой прокаливаемости.
Дальнейшее увеличение прокаливаемости достигается дополнительным легированием марганцем, кремнием (ШХ15СГ).
Повышены требования в отношении чистоты и равномерности распределения карбидов, в противном случае может произойти выкрашивание. Стали подвергаются строгому металлургическому контролю на наличие пористости, неметаллических включений, карбидной сетки, карбидной ликвации.
Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг проводят после ковки для снижения твердости и подготовки структуры к закалке. Температура закалки составляет 790...880°С в зависимости от массивности деталей. Охлаждение – в масле (кольца, ролики), в водном растворе соды или соли (шарики). Отпуск стали проводят при температуре 150...170°С в течение 1...2 часов. Обеспечивается твердость 62...66 HRC.
Из стали ШХ9 изготавливают шарики и ролики небольших размеров, из стали ШХ15 – более крупные.
Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки (подшипники прокатных станов), изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей глубокой цементацией на глубину 5... 10 мм. Для деталей подшипников, работающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95X18.