- •Конспект лекций по материаловедению 2012 предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •Лахтин ю.М., Леонтьева в.П. Материаловедение. – м.: ид Альянс, 2009. – 528 с.
- •1. Предмет материаловедения. Историческая справка
- •2. Мировое производство основных материалов
- •3. Черные и цветные металлы, свойства и применение
- •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. Механические испытания материалов
- •8. Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •9. Испытания на изгиб и сжатие
- •10. Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3. Определение твердости по Виккерсу
- •11. 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. Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности
- •17. Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов
- •18. Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность
- •19. Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп
- •20. Возврат и рекристаллизация
- •21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •22. Полиморфные превращения
- •23. 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. Фазы и структуры на диаграмме состояния железо-цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •29. Железо и сплавы на его основе. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- •30. Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния
- •31. Структурные классы легированных сталей
- •32. Цели легирования
- •33. Превращения аустенита при охлаждении. Термокинетическая диаграмма
- •34. Основные виды термической обработки. Предварительная и окончательная термообработка
- •35. Виды отжига и их назначение
- •36. Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка
- •37. Искусственное и естественное старение сплавов
- •38. Виды брака при термообработке
- •39. Термомеханическая обработка и ее разновидности
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •40. Химико-термическая обработка, ее разновидности и применение
- •41. Объемное и поверхностное деформационное упрочнение
- •42. Классификация сталей
- •43. Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •1. Углеродистые стали
- •2. Легированные стали
- •44. Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •45. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •46. Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения
- •47. Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •48. Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •49. Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •50. Титан и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •51. Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения
- •52. Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •53. Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •54. Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения
- •55. Неметаллические материалы. Классификация полимеров
- •56. Пластические массы, состав, свойства и область применения
- •57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин
- •58. Клеящие материалы и герметики, состав, классификация и свойства
- •59. 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
- •Содержание
44. Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
Инструментальные стали и сплавы имеют более узкую область применения по сравнению с конструкционными, они также должны обладать целым комплексом механических свойств, в том числе, высокой износостойкостью при нормальных и повышенных температурах. Инструментальные стали и сплавы принято классифицировать по составу:
Углеродистые стали по ГОСТ 1435-99 выпускаются только качественными и высококачественными; обладают небольшой прокаливаемостью и теплостойкостью (до 200 оС); маркируются буквой У, после которой идет цифра, указывающая на среднее содержание углерода в десятых долях процента (У7; У7А, У8, …У13А).
Некоторые марки содержат повышенное (до 0,8…1,1 %) содержание марганца, например, У13ГА – сталь инструментальная, углеродистая, высококачественная, содержащая 1,3 % С, с повышенным содержанием марганца.
Из сталей У7–У9 изготавливают топоры, зубила, молотки, отвертки, плоскогубцы и др. слесарно-монтажные инструменты, подвергаемые ударам; из сталей У10–У12 – инструменты для обработки дерева, ручные метчики, мелкие штампы и прессформы; из У13 – слесарные шаберы, напильники, режущие хирургические инструменты.
Указанные стали для придания прочности, твердости и износостойкости обычно подвергаются закалке и низкому отпуску.
Легированные стали по ГОСТ 5950-2000 обладают повышенной прокаливаемостью и теплостойкостью до 260 оС; содержат хром, вольфрам, кремний и др. элементы (13Х, ХВГ, 9ХС, В2Ф, 5ХНМ, Х12М, Х6ВФ и т. д.); применяются для изготовления ручных сверл, разверток, ножовочных полотен, штампов. Их марка начинается с цифры, указывающей на содержание углерода в десятых долях процента (если цифра вначале отсутствует, то содержание углерода около 1 %). Например, Х – сталь инструментальная, низколегированная, качественная, содержащая примерно 1 % С и до 1,5 % Сr.
3. Быстрорежущие стали по ГОСТ 19265-73 обладают очень высокой прокаливаемостью (закаливаются на воздухе) и теплостойкостью до 650 оС; содержат вольфрам, хром, ванадий и молибден (Р18, Р12Ф3, Р9, Р6М5 и т. п.); применяются для изготовления резцов, фрез, сверл, разверток, метчиков, плашек, машинных ножовочных полотен. Их маркировка обычно начинается с буквы Р, а дальше идет цифра, указывающая на содержание вольфрама в процентах; например, Р9М4К8 – сталь быстрорежущая, высоколегированная, качественная, содержащая около 1 % С, 9 % W, 4 % Mo, 8 % Co и др. элементы.
4. Твердые сплавы по ГОСТ 3882-74 обладают теплостойкостью до 800…1000 оС; заготовки из них изготавливаются литьем или методом порошковой металлургии (путем спекания порошков тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала с металлическим кобальтом, выполняющим роль связки). Из твердых сплавов обычно изготавливают пластинки, которые припаивают или привинчивают на режущие части инструмента (сверла, резцы, фрезы).
В зависимости от состава твердые сплавы подразделяются на три группы:
вольфрамовые (ВК3, ВК8, ВК25 и др.) предназначены для чернового и чистового точения и фрезерования, для изготовления мелких штампов и вставок для волочильных досок; например, ВК8 содержит 8 % Со и 92 % WС;
титановольфрамовые (Т30К4, Т15К6 и др.) предназначены для высокопроизводительной обработки сталей и сплавов; например, Т15К6 содержит 15 % TiС, 6 % Со и 79 % WС;
титанотанталовольфрамовые (ТТ7К12, ТТ20К9 и др.) применяются в наиболее тяжелых условиях резания (черновая обработка отливок, поковок и т. п.); например, ТT7К12 содержит 7 % (Ti, Ta)C, 12 % Со и 81 % WС.
5. Сверхтвердые материалы. Наибольшей твердостью обладают синтетические и природные алмазы, которые примерно в 6 раз превосходят по твердости карбид вольфрама. Однако алмаз теплостоек только до температуры 800 оС и вступает в химическое взаимодействие с железом; поэтому алмазный инструмент целесообразно применять при чистовой обработке цветных металлов, керамики и твердых сортов пластмасс, например, стеклопластиков.
При обработке сталей и чугунов более эффективно использовать инструмент с рабочей частью из поликристаллического нитрида бора (торговые названия – «эльбор», «белбор» и др.), который теплостоек вплоть до 1200 оС. Таким инструментом на токарных станках можно производить чистовую обработку закаленной стали, отказавшись от более дорогостоящей шлифовки.