- •Федеральное агентство морского и речного транспорта
- •Ведение
- •Теоретическая (лекционная) часть
- •1. Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов
- •1.1. Материаловедение. История возникновения и перспективы развития
- •1.2 Металлы, особенности атомно-кристаллического строения
- •1.3 Понятие об изотропии и анизотропии
- •1.4 Аллотропия или полиморфные превращения
- •1.5 Магнитные превращения
- •2. Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения
- •2.1 Точеные дефекты
- •2.2 Линейные дефекты
- •2.3 Поверхностные дефекты
- •3. Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов
- •3.1 Механизм и закономерности кристаллизации металлов
- •3.2 Условия получения мелкозернистой структуры
- •3.3 Строение металлического слитка
- •3.4 Методы исследования металлов: структурные и физические
- •4. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния
- •4.1 Понятие о сплавах и методах их получения
- •4.2 Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений
- •4.3 Кристаллизация сплавов
- •4.4 Диаграмма состояния
- •5. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов
- •5.1 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •5.2 Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии
- •5.3 Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •5.4 Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения
- •5.5 Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии
- •5.6 Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •6. Нагрузки, напряжения и деформации
- •6.1 Физическая природа деформации металлов
- •6.2 Природа пластической деформации
- •6.3 Дислокационный механизм пластической деформации
- •6.4 Разрушение металлов
- •7. Механические свойства и способы определения их количественных характеристик
- •7.1 Статические испытания на растяжение: гост 1497
- •7.2 Способы определения твердости
- •7.3 Динамические испытания на ударный изгиб (гост 9454)
- •7.4 Испытания на выносливость (гост 2860)
- •8. Технологические и эксплуатационные свойства, их значение
- •8.1 Основные технологические свойства и процессы
- •8.2 Эксплуатационные свойства
- •9. Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация
- •9.1 Конструкционная прочность материалов
- •9.2 Особенности деформации поликристаллических тел
- •9.3 Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп
- •9.4 Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация
- •10. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо – углерод
- •10.1 Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов
- •10.2 Процессы структурообразования.
- •10.3 Структуры железоуглеродистых сплавов
- •11. Стали. Классификация и маркировка
- •11.1 Влияние углерода и примесей на свойства сталей
- •11.2 Назначение легирующих элементов
- •11.3 Классификация сталей
- •11.4 Маркировка сталей
- •12. Чугуны. Диаграмма состояния железо – графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов
- •12.1 Классификация чугунов
- •12.2 Диаграмма состояния железо – графит. Графитизация
- •12.3 Производство чугуна
- •12.4 Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов
- •13. Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали
- •13.1 Виды термической обработки металлов
- •13.2 Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
- •13.3 Механизм основных превращений
- •1. Превращение перлита в аустенит.
- •2. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении.
- •3. Промежуточное превращение.
- •4. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения.
- •5. Превращение мартенсита в перлит.
- •14. Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска
- •14.1 Основы технологии термической обработки
- •14.2 Отжиг и нормализация. Назначение и режимы.
- •1. Отжиг первого рода.
- •2. Отжиг второго рода.
- •14.3 Технологические особенности и возможности закалки
- •1. Режим нагрева.
- •2. Охлаждение при закалке.
- •3. Способы закалки.
- •14.4 Отпуск и отпускная хрупкость
- •1. Технологические режимы отпуска.
- •2. Отпускная хрупкость.
- •15. Химико-термическая обработка стали: цементация, азотирование, нитроцементация и диффузионная металлизация
- •15.1 Химико-термическая обработка стали
- •15.2 Назначение и технология цементации
- •1. Цементация в твердом карбюризаторе.
- •2. Газовая цементация.
- •3. Структура цементованного слоя.
- •15.3 Назначение и технология азотирования
- •1. Технология азотирования.
- •2. Строение азотированного слоя.
- •15.4 Цианирование и нитроцементация
- •1. Цианирование.
- •2. Нитроцементация.
- •15.5 Диффузионная металлизация
- •16. Методы упрочнения металла
- •16.1 Термомеханическая обработка стали
- •1. Высокотемпературная термомеханическая обработка.
- •2. Низкотемпературная термомеханическая обработка (аусформинг).
- •16.2 Поверхностное упрочнение стальных деталей
- •1. Закалка токами высокой частоты.
- •2. Газопламенная закалка.
- •16.3 Старение
- •16.4 Обработка стали холодом
- •16.5 Упрочнение методом пластической деформации
- •17. Конструкционные материалы. Легированные стали
- •17.1 Конструкционные материалы
- •17.2 Легированные стали
- •17.3 Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа
- •17.4 Влияние легирующих элементов на превращения в стали
- •1. Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит.
- •3. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение.
- •4. Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске.
- •17.5 Классификация легированных сталей
- •18. Конструкционные стали. Классификация конструкционных сталей
- •18.1 Классификация конструкционных сталей
- •18.2 Углеродистые стали
- •18.3 Цементуемые и улучшаемые стали
- •1. Цементуемые стали.
- •2. Улучшаемые стали.
- •18.4 Высокопрочные, пружинные, шарикоподшипниковые, износостойкие и автоматные стали
- •1. Высокопрочные стали.
- •2. Пружинные стали.
- •3. Шарикоподшипниковые стали.
- •4. Стали для изделий, работающих при низких температурах.
- •5. Износостойкие стали.
- •6. Автоматные стали.
- •18.5 Судокорпусные стали
- •19. Инструментальные материалы
- •19.1 Стали для режущего инструмента
- •1. Углеродистые инструментальные стали.
- •2. Легированные инструментальные стали.
- •3. Быстрорежущие стали.
- •19.2 Стали для мерительных инструментов
- •19.3 Штамповые стали
- •1. Стали для штампов холодного деформирования.
- •2. Стали для штампов горячего деформирования.
- •19.4 Твердые сплавы
- •19.5 Алмаз как материал для изготовления инструментов
- •20. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы
- •20.1 Коррозия: понятие и виды
- •1. Электрохимическая коррозия.
- •2. Химическая коррозия.
- •20.2 Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов
- •20.3 Жаростойкость, жаростойкие стали и сплавы
- •20.4 Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы
- •21. Цветные металлы и сплавы на их основе. Титан и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы. Медь и ее сплавы
- •21.1 Титан и его сплавы
- •21.2 Алюминий и его сплавы
- •1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.
- •2. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.
- •3. Литейные алюминиевые сплавы.
- •21.3 Магний и его сплавы
- •1. Деформируемые магниевые сплавы.
- •2. Литейные магниевые сплавы.
- •21.4 Медь и ее сплавы
- •1. Латуни.
- •2. Бронзы.
- •22. Композиционные материалы. Материалы порошковой металлургии: пористые, конструкционные, электротехнические
- •22.1 Композиционные материалы
- •1. Композиционные материалы с нуль-мерным наполнителем.
- •2. Композиционные материалы с одномерными наполнителями.
- •3. Эвтектические композиционные материалы.
- •4. Полимерные композиционные материалы.
- •22.2 Материалы порошковой металлургии
- •1. Пористые порошковые материалы.
- •2. Конструкционные порошковые материалы.
- •3. Спеченные цветные металлы.
- •4. Электротехнические порошковые материалы.
- •23. Неметаллические материалы.
- •23.1 Понятие о неметаллических материалах и классификация полимеров
- •23.2 Классификация пластмасс
- •23.3 Термопластичные пластмассы
- •1. Полиэтилен.
- •2. Полипропилен.
- •3. Полистирол.
- •4. Фторопласт.
- •5. Органическое стекло.
- •6. Пластмассы на основе поливинилхлорида.
- •7. Полиамиды.
- •8. Поликарбонат.
- •23.4 Термореактивные пластмассы
- •1. Пластмассы с порошковыми наполнителями.
- •2. Пластмассы с волокнистыми наполнителями.
- •3. Слоистые пластмассы.
- •4. Газонаполненные пластмассы.
- •23.5 Резиновые материалы
- •1. Свойства резиновых материалов.
- •2. Классификация резиновых материалов.
- •3. Компонентный состав резин.
- •4. Резины общего назначения.
- •5. Резины специального назначения.
- •Практическая часть
- •1. Перечень необходимых для выполнения лабораторных работ по курсу дисциплины «мткм»
- •2. Список источников, рекомендуемых при подготовке к сдаче зачета или экзамена
- •2.1 Библиографические источники
- •2.2 Электронные ресурсы
- •3. Вопросы для подготовки к зачету по дисциплине «мткм»
- •4. Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «мткм»
- •Библиографический список
- •Приложение
- •Оглавление
- •Курников Александр Серафимович Мизгирев Дмитрий Сергеевич Материаловедение и технология конструкционных материалов
1. Стали для штампов холодного деформирования.
Должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью (чтобы воспринимать ударные нагрузки), сопротивлением пластическим деформациям.
Для штампов небольших размеров (до 25 мм) используют углеродистые инструментальные стали У10, У11, У12 после закалки и низкого отпуска на твердость (57…59) HRC.
Для более крупных изделий применяют легированные стали Х, Х9, Х6ВФ. Для повышения износостойкости инструмента после термической обработки проводят цианирование или хромирование.
Если штамповый инструмент испытывает ударные нагрузки, то используют стали, обладающие большей вязкостью (марки 4ХС4, 5ХНМ). Это достигается снижением содержания углерода, введением легирующих элементов и соответствующей термической обработкой.
Для уменьшения брака при закалке необходимо медленное охлаждение в области температур мартенситного превращения (закалка из воды в масло для углеродистых сталей, ступенчатая закалка для легированных сталей).
2. Стали для штампов горячего деформирования.
Дополнительно к общим требованиям от сталей этой группы требуется устойчивость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении, окалиностойкость, высокая теплопроводность, высокая прокаливаемость для обеспечения необходимой прочности по всему сечению инструмента.
Для изготовления молотовых штампов применяют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХСМФ. После термической обработки, включающей закалку и отпуск, сталь имеет структуру – сорбит или троостит и сорбит отпуска. Твердость (40…45) HRC.
Штампы горячего прессования работают в более тяжелых условиях. Для их изготовления применяются стали повышенной теплостойкости (сталь 3Х2В8Ф, 4Х5В2ФС). Повышенное содержание хрома и кремния значительно увеличивает окалиностойкость стали.
19.4 Твердые сплавы
Они состоят из твердых карбидов и связующей фазы, изготавливаются методами порошковой металлургии (спеканием).
Характерной особенностью твердых сплавов является очень высокая твердость (87…92) HRC при достаточно высокой прочности. Твердость и прочность зависят от количества связующей фазы (кобальта) и величины зерен карбидов. Чем крупнее зерна карбидов, тем выше прочность. Твердые сплавы отличаются большой износостойкостью и теплостойкостью. Основными твердыми сплавами являются группы:
- ВК (WC + Co);
- TK (WC + TiC + Co);
- TTK (WC + TiC + TaC + Co).
Наиболее распространенными сплавами группы ВК являются сплавы марок ВК3, ВК6, ВК8, ВК20, где число показывает содержание кобальта в процентах, остальное – карбиды вольфрама.
Сплавы группы ТК марок Т30К6, Т14К8 – первое число показывает содержание карбидов титана в процентах, второе – содержание кобальта в процентах. Сплавы этой группы лучше противостоят изнашиванию, обладают большей твердостью, тепло- и жаростойкостью, стойкостью к коррозии, но меньшей теплопроводностью и большей хрупкостью. Используются на средних и высоких скоростях резания.
Сплавы с малым количеством кобальта обладают повышенной твердостью и износостойкостью, но минимальной прочностью, Поэтому их используют для чистового точения (ВК3, Т30К4).
Сплавы с повышенным содержанием кобальта используют для чернового точения (ВК8, Т14К8).
Сплав ВК20 применяют для армирования рабочей поверхности штампов, что повышает их износостойкость.
Износостойкость инструментов из твердых сплавов превышает износостойкость инструментов из быстрорежущих сталей в (10…20) раз и сохраняется до температур (800…1000) С.