- •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
21.2 Алюминий и его сплавы
Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 660 С. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al2O3, предохраняет его от коррозии. Механические свойства: предел прочности 150 МПа, относительное удлинение 50 %, модуль упругости 7000 МПа.
Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).
Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали, используют как электротехнический материала для кабелей, проводов.
Принцип маркировки алюминиевых сплавов.
В начале указывается тип сплава:
Д – сплавы типа дюралюминов;
А – технический алюминий;
АК – ковкие алюминиевые сплавы;
В – высокопрочные сплавы;
АЛ – литейные сплавы.
Далее указывается условный номер сплава.
За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава:
М – мягкий (отожженный);
Т – термически обработанный (закалка плюс старение);
Н – нагартованный (пластически деформированный на поверхности в холодном состоянии);
П – полунагартованный.
По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:
- деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:
- деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;
- литейные сплавы.
Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые сплавы (САС) и спеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).
1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.
Прочность алюминия можно повысить легированием. В сплавы, не упрочняемые термической обработкой, вводят марганец (упрочняет и повышает коррозионную стойкость) или магний (действует только как упрочнитель).
Обозначаются сплавы: с марганцем – АМц, с магнием – АМг; после обозначения элемента указывается его содержание (АМг3).
Прочность сплавов повышается только в результате деформации в холодном состоянии. В зависимости от степени упрочнения различают сплавы нагартованные и полунагартованные (АМг3П).
Эти сплавы применяют для изготовления различных сварных емкостей для горючего, азотной и других кислот, мало- и средненагруженных конструкций. Широко используют их в судостроении – для набора и обшивки надстроек крупных судов, корпусов малых судов (катеров, мотоботов, моторных и разъездных лодок), скоростного флота (корпуса судов на подводных крыльях (СПК) типа «Ракета», «Метеор», «Заря», судов на воздушной подушке (СВП)).
2. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.
К таким сплавам относятся дюралюмины ( сложные сплавы систем алюминий – медь –магний или алюминий – медь – магний – цинк). Они имеют пониженную коррозионную стойкость, для повышения которой вводится марганец.
Дюралюмины обычно подвергаются закалке с температуры 500 С и естественному старению, которому предшествует двух-, трехчасовой инкубационный период. Максимальная прочность достигается через (4…5) суток.
Широкое применение дюралюмины находят в авиастроении, автомобилестроении, строительстве, судостроении – для изготовления несущих элементов конструкции, набора и обшивки (надстройки, кронштейны, ограждения, тентовые конструкции, малые суда, скоростной флот).
Высокопрочными стареющими сплавами являются сплавы, которые кроме меди и магния содержат цинк. Сплавы В95, В96 имеют предел прочности около 650 МПа. Основной потребитель – авиастроение (обшивка, стрингеры, лонжероны). В судостроении применяются только для транспортных средств с динамическим способом поддержания – экранопланов, СПК, СВП.
Ковочные алюминиевые сплавы АК6, АК8 применяются для изготовления поковок. Поковки изготавливаются при температуре (380…450) С, подвергаются закалке от температуры (500…560) С и старению при (150…165) С в течение (6…15) часов.
В состав алюминиевых сплавов дополнительно вводят никель, железо, титан, которые повышают температуру рекристаллизации и жаропрочность до 300 С.
Изготавливают поршни, лопатки и диски осевых компрессоров, турбореактивных двигателей.