ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Новгородский агротехнический техникум

Краткий курс лекций

по общепрофессиональной дисциплине

Материаловедение

для студентов специальностей

110809 «Механизация сельского хозяйства»

190631 «Техническое обслуживание и ремонт

автомобильного транспорта»

Составитель:

Романова О.Ф.

В. Новгород

2012

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ПРОИЗВОДСТВО ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ 5

1.1 Производство чугуна 5

1.2 Производство стали 11

1.3 Производство цветных металлов 23

2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 31

2.1 Строение и свойства материалов 31

2.2 Методы определения различных показателей и свойств материалов 40

2.3 Основы теории сплавов 48

2.4 Термическая обработка металлов и сплавов 53

2.5 Химико-термическая обработка металлов и сплавов 64

3 МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ 72

3.1 Углеродистые стали 72

3.2 Чугуны 76

3.3 Легированные стали 83

3.4 Цветные металлы и сплавы 92

3.5 Порошковые материалы 101

3.6 Композиционные материалы 108

3.7 Неметаллические материалы 112

3.8 Прочие материалы 119

3.9 Защитные материалы 129

3.10 Коррозия металлов и способы её предотвращения 135

Литература 140

Введение

Материаловедение – наука, изучающая связь между строением (структурой) и свойствами материала, а также их изменения при внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом и др.).

Конструирование, изготовление, эксплуатация и ремонт машин и приборов связаны с машиностроительными материалами и их использованием.

Материалы – это исходные вещества для производства продукции и вспомогательные вещества для проведения производственных процессов.

Различают следующие разновидности материалов:

– сырье, или сырые материалы, которые подлежат дальнейшей переработке (железная руда, нефть, природные ископаемые, в т.ч. неметаллические);

– полуфабрикаты – переработанные материалы, которые должны пройти одну или несколько стадий обработки для того чтобы стать изделием годным к потреблению. Готовая продукция одного производства может служить полуфабрикатом для другого.

Для решения многих практических задач необходимы сведения о современных способах получения и обработки материалов, их свойствах и рациональном использовании.

Материаловедение изучает технологии производства различных материалов, зависимость свойств материалов от их структуры (строения), область применения материалов, методы получения материалов с заданными (запланированными) свойствами. Свойства материалов можно разделить на физические, механические, технологические и другие.

Основные материалы в машиностроении – это металлы и их сплавы. Для металлических материалов характерны такие свойства как прочность, твердость возможность обработки различными технологическими способами для получения деталей, составляющих разные конструкции.

К актуальным проблемам материаловедения как науки относится также изучение методов защиты материалов от разрушения, вызываемого воздействиями вредных сред и веществ, природных и искусственных внешних факторов, естественным старением и износом. Для принятия мер по стабилизации свойств материалов необходимо знать закономерности строения материалов, в т.ч. происходящие в них со временем изменения. Решению этих вопросов помогает установление закономерностей взаимосвязи структуры и свойств.

Материаловедение условно разделяют на теоретическое и прикладное. Теоретическое материаловедение изучает общие закономерности строения материалов и процессов, которые происходят в них при внешних воздействиях. Оно базируется на достижениях современных естественных (академических) наук: физики, химии, механики и др., от развития которых зависят использование

материалов в технике и эффективность методов переработки их в изделия.

Задача прикладного материаловедения – определение оптимальных структур и технологий переработки материалов при изготовлении конструкций, деталей машин и других технических изделий.

В машиностроении важным направлением является создание и широкое применение новых конструкционных материалов. В производстве используются сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, композиционные, порошковые, полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень и надежность оборудования.

В курсе дисциплины изучаются общие сведения о технологии получения разных материалов и, в первую очередь, металлов и сплавов, составляющих более 3/4 всех материалов машиностроительных конструкций; металлокерамических, неметаллических и многих других материалов; строение и свойства материалов; методы измерения и проектирования этих свойств; назначение и область применения разных материалов; методы совершенствования свойств материалов.

Основу конструкционных материалов составляют металлы, в первую очередь черные, получаемые на основе железных руд. К черным металлам относятся чугуны и стали, а также большое многообразие чугунных и стальных сплавов.

Отрасль промышлености, занимающуюся производством черных металлов, называют металлургической. Она относится к тяжелой промышленности, является энергоемкой и экономически затратной, с одной стороны, но также составляет большую часть валового дохода. Поэтому производство современных качественных материалов является экономически выгодным.

Справочно:

Заметную роль в изучении природы металлов сыграли исследования французского учёного Реомюра (1683-1757). Ещё в 1722 году он провёл исследование строения зёрен в металлах. Англичанин Григнон в 1775 году обратил внимание на то, что при затвердевании железа образуется столбчатая структура. Ему принадлежит известный рисунок дендрита, полученного при медленном затвердевании литого железа.

В России первым, кто начал научно осмысливать проблемы металлургии и литейного дела, был М.В. Ломоносов (1711-1765). Им написано учебное руководство «Первые основания металлургии рудных дел», в котором он, описывая металлургические процессы, постарался открыть их физико-химическую сущность.

Заметных успехов металловедение достигло лишь в 19 веке, что связано в первую очередь, с использованием новых методов исследования структуры металла. В 1831 году П.П. Аносов (1799-1851) провёл исследование металла на полированных и протравленных шлифах, впервые применив микроскоп для исследования стали. Значительный вклад в развитие металловедения внесли работы русского учёного-металлурга П. П. Аносова (1799-1851), английских ученых Сорби и Роберта Аустена (1843-1902), немца А. Мартенса (1850-1914), Трооста и американца Э. Бейна (1891-1974), которые, каждый в своё время, рассматривая под микроскопом и фотографируя структуры, установили существование структурных превращений в сталях при их непрерывном охлаждении.