- •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
Материалы порошковой металлургии
Порошковая металлургия – область техники, охватывающая процессы получения порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из них без расплавления.
Характерной особенностью порошковой металлургии является применение исходного материала в виде порошков, из которых прессованием формуются изделия заданной формы и размеров. Полученные заготовки подвергаются спеканию при температуре ниже температуры плавления основного компонента.
Основными достоинствами технологии производства изделий методом порошковой металлургии являются
возможность изготовления деталей из тугоплавких металлов и соединений, когда другие методы использовать невозможно;
значительная экономия металла за счет получения изделий высокой точности, в минимальной степени нуждающихся в последующей механической обработке (отходы составляют не более 1.. .3 %);
возможность получения материалов максимальной чистоты;
простота технологии порошковой металлургии.
Методом порошковой металлургии изготавливают твердые сплавы, пористые материалы: антифрикционные и фрикционные, фильтры; электропроводники, конструкционные детали, в том числе работающие при высоких температурах и в агрессивных средах.
Пористые порошковые материалы
Отличительной особенностью является наличие равномерной объемной пористости, которая позволяет получать требуемые эксплуатационные свойства.
Антифрикционные материалы (пористость 15...30%), широко применяющиеся для изготовления подшипников скольжения, представляют собой пористую основу, пропитанную маслом. Масло поступает из пор на поверхность, и подшипник становится самосмазывающимся, не требуется подводить смазку извне. Это существенно для чистых производств (пищевая, фармацевтическая отрасли). Такие подшипники почти не изнашивают поверхность вала, шум в 3...4 раза меньше, чем от шариковых подшипников.
Подшипники работают при скоростях трения до 6м/с при нагрузках до 600МПа. При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20...30м/с. Коэффициент трения подшипников – 0,04.. .0,06.
Для изготовления используются бронзовые или железные порошки с добавлением графита (1...3%).
Разработаны подшипниковые спеченные материалы на основе тугоплавких соединений (боридов, карбидов и др.), содержащие в качестве твердой смазки сульфиды, селениды и гексагональный нитрид бора. Подшипники могут работать в условиях вакуума и при температурах до 500°С.
Применяют металлопластмассовые антифрикционные материалы: спеченные бронзографиты, титан, нержавеющие стали пропитывют фторопластом. Получаются коррозионностойкие и износостойкие изделия. Срок службы металлопластмассовых материалов вдвое больше, чем материалов других типов.
Фрикционные материалы (пористость 10...13%) предназначены для работы в муфтах сцепления и тормозах. Условия работы могут быть очень тяжелыми: трущиеся поверхности мгновенно нагреваются до 1200°С, а материал в объеме – до 500...600°С. Применяют спеченные многокомпонентные материалы, которые могут работать при скоростях трения до 50 м/с на нагрузках 350...400 МПа. Коэффициент трения при работе в масле – 0,08.. .0,15, при сухом трении – до 0,7.
По назначению компоненты фрикционных материалов разделяют на группы:
а) основа – медь и ее сплавы – для рабочих температур 500...600°С; железо, никель и сплавы на их основе – для работы при сухом трении и температурах 1000...1200°С;
б) твердые смазки – предотвращают микросхватывание при торможении и предохраняют фрикционный материал от износа; используют свинец, олово, висмут, графит, сульфиты бария и железа, нитрид бора;
в) материалы, обеспечивающие высокий коэффициент трения – асбест, кварцевый песок, карбиды бора, кремния, хрома, титана, оксиды алюминия и хрома и др.
Примерный состав сплава: медь – 60...70%, олово – 7%, свинец – 5%, цинк –5... 10%, железо – 5... 10%, кремнезем или карбид кремния – 2.. .3%, графит – 1...2%.
Из фрикционных материалов изготавливают тормозные накладки и диски. Так как прочность этих материалов мала, то их прикрепляют к стальной основе в процессе изготовления (припекают к основе) или после (приклепывают, приклеивают и т.д.).
Фильтры (пористость 25...50%) из спеченных металлических порошков по своим эксплуатационным характеристикам превосходят другие фильтрующие материалы, особенно когда требуется тонкая фильтрация.
Они могут работать при температурах от -273°С до 900°С, быть коррозионностойкими и жаропрочными (можно очищать горячие газы). Спекание позволяет получать фильтрующие материалы с относительно прямыми тонкими порами одинакового размера.
Изготавливают фильтры из порошков коррозионностойких материалов: бронзы, нержавеющих сталей, никеля, серебра, латуни и др. Для удовлетворения запросов металлургической промышленности разработаны материалы на основе никелевых сплавов, титана, вольфрама, молибдена и тугоплавких соединений. Такие фильтры работают тысячи часов и поддаются регенерации в процессе работы. Их можно продуть, протравить, прожечь.
Фильтрующие материалы выпускают в виде чашечек, цилиндров, втулок, дисков, плит. Размеры колеблются от дисков диаметром 1,5мм до плит размерами 450х1000 мм. Наиболее эффективно применение фильтров из нескольких слоев с различной пористостью и диаметром пор.