Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОММУНАЛЬНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Материаловедение»

для специальности 140102 «Теплоснабжение и теплотехническое оборудование»

Тула 2007

УТВЕРЖДАЮ: Одобрена: Составлена в соответствии

Замдиректора по ВР Предметной (цикловой) комис- с Государственными требе

Тульского государственного сией специальности 270110 ваниями к минимуму соде]

коммунально-строительного «Монтаж и эксплуатация внут- жания и уровню подготовь

техникума ренних сантехнических уст- выпускников по специаль-

ройств и вентиляции» ности 270110 «Монтаж и В.Г.Цибикова Протокол № эксплуатация внутренних

от « » 200 г. сантехнических устройств

« » 200 г. Председатель комиссии и вентиляции» среднего

профессионального обра-

И.С.Черкасова зования

Составитель - преподаватель специальных дисциплин специальности 270110 «Монтаж и эксплуатация внутренних сантехнических устройств и вентиляции» Тульского государственного коммунально-строительного техникума Н.Г.Жучкова

Содержание

Введение 5

1 Производство чугуна 7

1.1 Исходные материалы и подготовка их к плавке 7

1.2 Основные физико-химические процессы в современных доменных печах 8

1.3 Продукты доменного производства и области их применения: 9

2 Производство стали 10

2.1 Физико-химические процессы получения стали 10

2.2 Процессы производства стали 10

3 Производство цветных металлов 14

3.1 Производство магния 14

3.2 Производство меди 15

3.3 Производство титана 16

4 Охрана труда и окружающей среды в металлургическом производстве 17

5 Строение и основные свойства металлов и сплавов 19

5.1 Атомно-кристаллическое строение металлов 19

5.2 Понятие о строении сплавов 23

5.3 Нагрузки, напряжения и деформации 24

5.4 Механические свойства 25

5.5 Теоретическая и техническая прочность 27

6 Железо и его сплавы 29

6.1 Влияние легирующих элементов на свойства стали 29

6.2 Конструкционные легированные стали, их маркировка и области применения 32

6.3 Инструментальные стали, их маркировка и области применения 33

6.4 Твердые сплавы и композиционные материалы 34

7 Цветные металлы и сплавы 36

7.1.Алюминий и его сплавы 36

7.2 Магний и его сплавы 36

7.3.Медь и ее сплавы 37

7.4 Титан и его сплавы 38

7.5 Подшипниковые сплавы и материалы 39

8 Неметаллические материалы 41

8.1 Классификация, строение и свойства неметаллических материалов 41

8.2 Типовые термопластичные материалы 42

8.3 Типовые термореактивные материалы 43

8.4 Резиновые материалы, области их применения 44

9 Основные конструктивные и технологические характеристики изделия 45

9.1 Определение детали, размера и понятие о взаимозаменяемости 45

9.2 Точность обработки и качество обработанной поверхности 45

10 Основы технологии термической обработки стали 47

10.1 Виды термической обработки 47

10.2 Виды отжига. Нормализация стали 47

10.3 Закалка и отпуск стали 48

10.4 Термомеханическая обработка стали 49

10.5 Химико-термическая обработка стали 50

11 Литейное производство 52

11.1 Классификация способов изготовления отливок 52

11.2 Эффективность использования металла 52

11.3 Сведения о литейных сплавах 53

11.4 Изготовление отливок из серого, высокопрочного и ковкого чугунов 54

11.5 Особенности изготовления стальных отливок 54

11.6 Особенности изготовления отливов из цветных металлов 55

11.7 Контроль качества отливок. Способы исправления литейных дефектов 56

12 Основы технологии обработки металлов давлением 57

12.1. Классификация способов обработки металлов давлением 57

12.2 Пластичность металлов и сопротивление деформированию 57

13 Прокатка, прессование и волочение 59

13.1 Сущность процесса прокатки 59

13.2 Технологический процесс прокатки 60

14 Ковка и штамповка 62

14.1 Сущность процесса ковки 62

14.2 Сущность процесса горячей объемной штамповки 63

14.3 Классификация способов холодной штамповки 64

15 Основы технологии сварочного производства 67

15.1 Физическая сущность и классификация способов сварки 67

15.2 Свариваемость однородных и разнородных материалов 67

15.3 Сварка углеродистых и легированных сталей и чугунов 67

15.4 Сварка меди, алюминия, титана и их сплавов 69

16 Пайка металлов и сплавов 70

16.1 Сущность и схема процесса 70

16.2. Способы пайки 70

16.3 Контроль качества сварных и паяных соединений 71

17 Технология изготовления изделий из пластмасс 73

17.1 Способы переработки пластмасс в вязкотекучем состоянии 73

17.2 Классификация резинотехнических изделий 74

17.3 Понятие о технологии изготовления изделий из резины 75

18 Основы технологии обработки конструкционных материалов резанием 76

18.1 Способы обработки металлов резанием и классификация движений в металлорежущих станках 76

18.2.Физические явления, сопровождающие процесс резания. Износ и стойкость режущего инструмента 77

18.3 Принцип классификации металлорежущих станков 79

18.4 Характеристика метода обработки сверлением и растачиванием 79

18.5 Характеристика методов обработки фрезерованием 80

18.6 Характеристика методов обработки заготовок зубчатых колёс 81

19 Обработка заготовок на шлифовальных и отделочных станках 83

19.1 Характеристика метода обработки шлифованием 83

19.2 Технология обработки шлифованием 83

19.3 Методы отделки поверхностей 83

20 Механизация и автоматизация технологических процессов механической обработки 86

20.1 Автоматизация металлорежущих станков и производства 86

20.2 Автоматические линии и комплексная автоматизация производства 88

21 Основы технологии упрочняющей обработки деталей машин 90

21.1 Качество машин 90

21.2 Технологические способы упрочняющей обработки деталей машин 91

21.3.Технологические способы упрочняющей обработки наплавкой, напылением, нанесением покрытий на рабочие поверхности деталей 92

Список литературы 93

Введение

Металл является фундаментом цивилизации сейчас и на необозримое будущее. Если проследить за ходом развития промышленности, то можно убедиться, что с ростом цивилизации, благосостояния человеческого общества постоянно увеличивается потребность в металле.

Металлы относятся к числу наиболее используемых компонентов для создания конструкционных материалов, они играют существенную роль в создании машин, аппаратов, сооружений, предметов быта и т.д. При этом металлы в основном используются как основа сплавов или как легирующие добавки и значительно реже в чистом виде. Особенно важное значение имеют такие свойства металлических материалов, как прочность, пластичность, сопротивление усталости, износу, коррозии и т.д., что связано с их атомно-кристаллическим строением, которое в конечном итоге определяется особенностями межатомных связей и энергетическим состоянием электронов, осуществляющих эту связь. Известно, что ряд свойств определяется не только положением в периодической системе и атомно-кристаллическим строением, но и дефектами кристаллического строения.

Металловедческие исследования последних лет показали, что повышение скорости кристаллизации является могущественным средством воздействия на структуру металлов, сплавов и твердых тел вообще.

Большой интерес представляют исследования, направленные на получение различных металлических материалов путем испарения и конденсации в вакууме в виде фольги или заготовок определенной формы, что представляется весьма перспективным для получения различных изделий из тугоплавких, жаропрочных и композиционных материалов для новой техники, которые невозможно изготовить по традиционным технологическим схемам.

Фундаментальные исследования в области защиты металлов от коррозии привели к разработке ряда технологий – нанесение двухслойных металлокерамических покрытий, механоультразвуковая, химико-термическая обработка и др. Все это привело к существенному улучшению свойств материалов.

Технический прогресс в народном хозяйстве и развитие ряда современных отраслей техники требуют создания не только новых конструкционных материалов (высокопрочных, коррозионно-стойких, износоустойчивых и др.) но и принципиально новых методов их обработки.

Большой вклад в развитие науки о материаловедении и технологических методах получения заготовок и их обработки внесли фундаментальные работы русских и советских ученых.

Материаловедение – наука, изучающая связь между составом строением и свойствами металлических сплавов и неметаллических материалов, а также рассматривающая закономерности их изменения по, влиянием механических, физико-химических и других видов воздействий. Главными материалами в машиностроении и приборостроении являются металлы и сплавы, они составляют 85, 95 % от массы машин. Поэтому в курсе материаловедения им уделяется наибольшее внимание.

Свойства материалов определяются не только химическим составом, но и структурой. Изменять структуру можно различными путями: легированием; гранулированием, деформированием; термической; химико-термической и термомеханической обработками и др. На структуру и свойства помимо этого оказывают влияние высокое давление, вакуум, ультразвук, скорость охлаждения, ядерное облучение, обработка лазером, космические условия и т. д.

Материаловедение базируется на научных основах химии, физики и новейших достижениях в области технологии получения полуфабрикатов и изделий.

Знания основ материловедения необходимы каждому инженеру, работающему в обласш создания и эксплуатации современных машин. Лишь зная свойства маюриалов, можно научно обоснованно выбрать их для того или иного использования, правильно спроектировать технологический процесс их обработки с высокими технико-экономическими показателями.

Металлы – простые вещества, обладающие высокой тепло- и электропроводностью, ковкостью, металлическим блеском, непрозрачностью и другими свойствами, характерными для металлов. Металлы и сплавы на их основе обладают комплексом механических, физических, химических и технологических свойств, обеспечивающих широкое их применение в различных отраслях техники.

Все металлы условно делят на черные (железо и сплавы на его основе – сталь, чугун) и цветные (все остальные).

Большой вклад в развито пауки о металлах (сплавах) внесли труды П. П. Аносова (1799 – 1855), который впервые установил связь между строением стали и ее свойствами, Д. К. Чернова (1839—1921), заложившего основы металловедения Он в 1868 г. открыл структурные превращения в сталях при их нагреве и охлаждении, в 1878 г, им были разработаны основы теории кристаллизации. Большое значение для, дальнейшего развития металловедения имели работы Н. С. Курнакова (1860— 1941) и его школы в области физико-химического анализа металлических сплавов Большой вклад в развитие теории сплавов и изучение превращений, имеющих место при наложении температурного фактора, напряжений, различных видов обработки, внесли работы А. А. Бочвара Н Г. Гудцова, С 1 Кишкина, С Т. Конобеевского, Г. В. Курдюмова, В. Д. Садовского и многих других исследователей.