- •Глава 1. Материаловедение. Структура материалов. 12
- •Глава 2. Стали. 54
- •Глава 3. Чугуны. 110
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы. 136
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами. 181
- •Глава 6. Полимеры. 201
- •Глава 7. Керамика. 243
- •Глава 8. Стекло. 265
- •Глава 9. Композиционные материалы. 296
- •Глава 10. Древесные материалы. 316
- •Глава 11. Строительные материалы. 355
- •Глава 12. Наноматериалы. 379
- •Предисловие.
- •Теоретические материалы. Глава 1. Материаловедение. Структура материалов.
- •1.1. Материаловедение, основные понятия.
- •1.2. Количество материалов.
- •1.3. Классификация материалов по назначению.
- •1.4. Агрегатные состояния вещества.
- •1.5. Кристаллическая структура веществ.
- •1.6. Дефекты в кристаллической структуре веществ.
- •1.7. Уровни структуры материалов.
- •1.8. Физико-химический анализ. Диаграммы состояния.
- •1.9. Сплавы, твёрдые растворы.
- •1.10. Химические соединения.
- •1.11. Зернистая структура поликристаллических материалов.
- •1.12. Основные механические свойства материалов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 2. Стали.
- •2.1. Полиморфизм и свойства железа.
- •2.2. Диаграмма состояния системы Fe – Fe3c.
- •2.3. Сравнение основных свойств сталей и чугунов.
- •2.4. Превращения сталей в твёрдом состоянии.
- •2.5. Стали. Классификация сталей.
- •2.6. Термическая обработка и фазовые превращения в сталях.
- •2.7. Превращения в стали при равновесном нагреве и охлаждении.
- •2.8. Диаграмма изотермических превращений аустенита. Мартенситное превращение.
- •2.9. Основные виды термической обработки стали.
- •2.9.1. Отжиг.
- •2.9.2. Нормализация.
- •2.9.3. Закалка.
- •2.9.4. Отпуск стали.
- •2.10. Углеродистые стали.
- •2.11. Влияние постоянных примесей на углеродистые стали.
- •2.12. Легирующие элементы. Легированные стали, их маркировка.
- •2.13. Жаропрочные и жаростойкие стали.
- •2.14. Коррозионно-стойкие стали.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 3. Чугуны.
- •3.1. Чугуны, химические и фазовые составы.
- •3.2. Преимущества чугунов.
- •3.3. Виды чугунов доменного производства.
- •3.4. Классификация и маркировка чугунов.
- •3.5. Модифицирование чугунов.
- •3.6. Белый чугун.
- •3.7. Серый чугун.
- •3.8. Высокопрочный чугун.
- •3.9. Ковкий чугун.
- •3.10. Легированные чугуны.
- •3.11. Другие виды чугунов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы.
- •4.1. Классификация цветных и редких металлов.
- •4.2. Лёгкие металлы.
- •4.3. Магний и его сплавы.
- •4.4. Применение магния и магниевых сплавов.
- •4.5. Алюминий и его сплавы.
- •4.6. Маркировка алюминиевых сплавов.
- •4.7. Классификация алюминиевых сплавов.
- •4.8. Области применения алюминиевых сплавов.
- •4.9. Титан.
- •4.10. Области применения титана.
- •4.11. Медь и медные сплавы.
- •4.12. Латуни.
- •4.13. Бронзы.
- •4.14. Марки и области применения бронз.
- •4.15. Сплавы меди мельхиор, нейзильбер, куниаль.
- •4.16. Свинец и цинк.
- •4.17. Никель и кобальт.
- •4.18. Олово.
- •4.19. Ртуть.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами.
- •5.1. Металлические проводниковые материалы.
- •5.2. Электромеханические свойства меди и алюминия.
- •5.3. Перспективы развития проводниковых материалов.
- •5.4. Полупроводниковые материалы.
- •5.5. Магнитные материалы.
- •5.6. Тугоплавкие металлы и сплавы.
- •5.7. Сверхпроводящие материалы.
- •5.8. Сплавы с эффектом памяти формы.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 6. Полимеры.
- •6.1. Общие сведения.
- •6.2. Классификация полимеров.
- •6.2.1. Классификация по происхождению.
- •6.2.2. Классификация по структурным признакам.
- •6.3. Общие свойства полимеров.
- •6.3.1. Физические свойства.
- •6.3.2. Механические свойства.
- •6.3.3. Теплофизические свойства.
- •6.3.4. Химические свойства.
- •6.3.5. Электрические свойства.
- •6.3.6. Технологические свойства.
- •6.3.7. Старение полимеров.
- •6.3.8. Радиационная стойкость полимеров. Абляция.
- •6.4. Пластические массы.
- •6.5. Виды пластических масс.
- •6.5.1. Полиэтилен.
- •6.5.2. Полипропилен.
- •6.5.3. Поливинилхлорид.
- •6.5.4. Полистирол.
- •6.5.5. Фторопласты.
- •6.5.6. Полиимид.
- •6.5.7. Полиакрилаты.
- •6.5.8. Фенолформальдегидные смолы (ффс).
- •6.5.9. Эпоксидные смолы.
- •6.5.10. Поликарбонатые полимеры.
- •6.6. Каучук, природный каучук.
- •6.7. Синтетические каучуки.
- •6.8. Резины.
- •6.9. Синтетические эмали, лаки, компаунды.
- •6.10. Полимерные клеи.
- •6.11. Полимеры в медицине.
- •6.12. Биологически разлагаемые пластики на основе природных полимеров.
- •6.13. Неорганический полимер - асбест.
- •Резюме.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 7. Керамика.
- •7.1. Понятие керамики.
- •7.2. Керамика как альтернативный материал.
- •7.3. Состав керамики.
- •7.3.1. Глинистые породы.
- •7.3.2. Свойства глин.
- •7.3.3. Керамика на основе технических оксидов.
- •7.3.4. Керамика на основе бескислородного технического сырья.
- •7.4. Структура керамики.
- •7.5. Свойства керамики.
- •7.6. Керамика на основе глинистого сырья.
- •7.6.1. Фарфор.
- •7.6.2. Фаянс.
- •7.6.3. Гжель.
- •7.6.4.Огнеупорная керамика на основе глин.
- •7.7. Виды технической керамики.
- •7.7.1. Масштабы производства высокотехнологичной керамики.
- •7.7.2. Керамические, пьезокерамические материалы.
- •7.7.3. Керамические материалы с химическими функциями.
- •7.7.4. Керамические материалы для ядерной энергетики.
- •7.7.5. Конструкционная керамика.
- •7.8. Характеристики некоторых керамик.
- •7.8.1. Высокоглиноземистая керамика.
- •7.8.2. Керамика из нитрида и карбида кремния.
- •7.8.3. Другие виды технической керамики.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 8. Стекло.
- •8.1. История стекла.
- •8.2. Отличительные особенности стекла как материала.
- •8.3. Структура веществ в стеклообразном состоянии.
- •8.3.1. Кристаллическое и стеклообразное состояния.
- •8.3.2. Кристаллохимическое описание строения стекол.
- •8.3.3. Кварцевое стекло.
- •8.3.4. Бинарные щелочно-силикатные стекла.
- •8.3.5. Фосфатные стекла.
- •8.3.6. Микронеоднородное строение стекол.
- •8.4. Классификация стекол по составу.
- •8.5. Свойства стекол.
- •8.6. Виды стёкол.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 9. Композиционные материалы.
- •9.1. Строение и признаки композиционных материалов.
- •9.2. Классификация.
- •9.3. Физико-химические основы создания композиционных материалов.
- •9.4. Области применения композиционных материалов.
- •9.5. Виды композиционных материалов.
- •9.5.1. Композиционные материалы с металлической матрицей.
- •9.5.2. Волокнистые композиционные материалы.
- •9.5.3. Дисперсионно-упрочненные композиционные материалы.
- •9.5.4. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.
- •9.5.5. Углепласты.
- •9.5.6. Бороволокниты.
- •9.5.7. Органоволокниты.
- •9.6. Получение композиционных материалов на металлической основе, армированных волокнами
- •9.7. Основные методы получения композиционных материалов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 10. Древесные материалы.
- •10.1. Древесина как материал.
- •10.2. Лиственные и хвойные породы.
- •10.3. Части дерева.
- •10.4. Макроскопическое строение дерева.
- •10.5. Химический состав древесины и её микроскопическое строение.
- •10.6. Физические свойства.
- •10.7. Механические свойства.
- •10.8. Пороки древесины.
- •10.9. Виды хвойных пород.
- •10.10. Виды лиственных пород.
- •10.11. Пиломатериалы и продукты переработки древесины.
- •10.12. Виды изделий из дерева.
- •10.13. Модифицированная древесина.
- •10.14. Термически обработанная древесина (термодревесина).
- •10.15. Области применения древесины.
- •10.16. Скрипка.
- •Резюме.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 11. Строительные материалы.
- •11.1. Виды строительных материалов.
- •11.2. Цемент, портландцемент.
- •11.3. Цементные растворы.
- •11.4. Бетон. Классификация бетонов.
- •11.5. Компоненты бетона.
- •11.6. Марка, класс и прочность бетона.
- •11.7. Лёгкие бетоны.
- •11.8. Тяжелые бетоны.
- •11.9. Кирпич строительный.
- •11.9.1. Размеры кирпича.
- •11.9.2. Пустотность кирпича.
- •11.9.3. Марка кирпича.
- •11.9.4. Морозостойкость кирпича.
- •11.9.5. Строительные кирпичи.
- •11.10. Добавки наноразмерных частиц в бетоны.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 12. Наноматериалы.
- •12.1. Терминология наноразмерных объектов.
- •12.2. Физические причины специфики наноматериалов
- •12.3. Классификация наноматериалов.
- •12.4. Фуллерены, фуллериты.
- •12.5. Углеродные нанотрубки.
- •12.6. Графен.
- •12.7. Размерность процессоров.
- •12.8. Фториды редкоземельных элементов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Заключение.
- •Тесты для самоконтроля. Глава 1. Материаловедение. Структура материалов.
- •Глава 2. Стали.
- •Глава 3. Чугуны.
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы.
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами.
- •Глава 6. Полимерные материалы.
- •Глава 7. Керамика.
- •Глава 8. Стекло.
- •Глава 9. Композиционные материалы.
- •Глава 10. Древесные материалы.
- •Глава 11. Строительные материалы.
- •Глава 12. Наноструктурированные материалы.
- •Ключи к тестам для самоконтроля.
- •Задания для курсовой работы.
- •Вопросы для подготовки к экзамену.
- •Глоссарий.
- •Список источников информации. Основная литература
3.11. Другие виды чугунов.
Чугуны износостойкие. Наиболее неблагоприятны условия работы деталей в абразивной или ударно-абразивной среде, часто усугубляющихся действиями коррозии и кавитации. Чугуны, работающие в условиях интенсивного абразивного изнашивания, обычно являются средне- и высоколегированными (Cr, Ni, и Мо). Для получения необходимой структуры и свойств износостойкие чугуны иногда подвергаются соответствующей термической обработке (закалке, обработке холодом и др.). Из износостойких чугунов некоторые получили название нихард (3,0 – 5,0% Ni, 1,2 – 2,8% Cr).
Антифрикционные чугуны относятся к группе низколегированных; они наряду с высокой износостойкостью обладают небольшим коэффициентом трения, высокой теплопроводностью, хорошей обрабатываемостью, прирабатываемостью, сопротивлением задирам. Антифрикционные чугуны представляют собой особые виды серого (АСЧ), ковкого (АКЧ) или высокопрочного (АВЧ) чугунов. В качестве легирующих элементов применяются хром (до 0,4%), никель (до 0,4%), титан (до 0,1%), медь (0,3–0,7%), сурьма (до 0,4%), свинец (0,5–1,0%), алюминий (0,4–0,8%) и фосфор. Антифрикционные чугуны применяются главным образом для подшипников.
Немагнитные чугуны представляют собой высоколегированные (Ni, Mn, Cu и Аl) чугуны, нашедшие широкое применение в электромашиностроении и приборостроении.
Коррозионностойкие чугуны предназначены для работы в агрессивных средах. В тех случаях, когда требуется сочетание высокой прочности, герметичности, износостойкости, стойкости против коррозии, эрозии и кавитации, чугуны дополнительно модифицируют магнием для получения шаровидной формы графита. Коррозионностойкие чугуны применяются для деталей двигателей, в химической и нефтехимической промышленности, работающих в условиях нагретых кислот, влажного пара, морской воды.
Жаропрочные чугуны, легированные преимущественно никелем, хромом и молибденом, предназначены для работы при повышенных температурах (до 600°С) под нагрузкой. Они имеют шаровидные включения графита.
Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны. Жаростойкость – способность материалов сопротивляться высокотемпературной газовой коррозии, оцениваемой степенью окисления – окалинообразованием.
Ростоустойчивость – способность чугуна сопротивляться необратимому увеличению объема при нагреве до высоких температур, происходящему за счет внутренней коррозии, действия внутренних напряжений и структурных изменений. Хотя природа процессов роста и окалинообразования чугуна разная, но они сопутствуют друг другу, оба процесса обуславливают потерю прочности чугуна, коробление и разрушение отливок. Легирование чугунов хромом, никелем, кремнием и алюминием способствует созданию плотной окисной пленки и повышению окалиностойкости и ростоустойчивости. Такие чугуны получили особое название: кремнистые – силал (Si 5,0%), алюминиевые – чугаль (Al = 19 – 25%). Они показали высокие жаростойкие свойства и оказались экономически выгодными в сравнении с другими сплавами. Особенно хорошо себя зарекомендовали жаростойкие и ростоустойчивые чугуны с шаровидным графитом.
Таблица 3.5.
Виды, маркировка и применение чугунов.
Название |
Марка |
Отличительные свойства |
Области применения |
Белый |
Не маркируется |
Высокая твердость и хрупкость |
Изготовление поверхностей: валков листовых прокатных станов, колес, шаров для мельниц, тормозных колодок, деталей, работающих в условиях износа. |
Серый |
Сч15 |
Прочность при статическом растяжении. Устойчивость при напряжениях сжатия и изгибе. Твердость, хрупкость, износостойкость. Хорошие литейные свойства. |
Для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, суппорты, тормозные барабаны, диски сцепления. |
Сч20, Сч25 |
Для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: картеры двигателя, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины станков, художественное литьё. |
||
Сч40 и Сч45 |
Высокие механические свойства. |
Для корпусов насосов, компрессоров и гидроприводов. |
|
Высокопрочный |
Вч45,50 |
Пластичность, вязкость, теплоустойчивость, термическая выносливость и износостойкость. Высокая прочность. |
Оборудование прокатных станов, кузнечнопрессовое оборудование, корпуса паровых турбин, коленчатые валы, ролики, втулки, диски, рычаги, кронштейны, плиты гидравлических прессов, направляющие, плунжеры. |
ВЧ50, 60, 70 |
Повышенная износостойкость. |
Салазки, столы, плиты, тормозные диски. |
|
Ковкий |
КЧ35 |
Хорошие литейные свойства прочность пластичность. Стойкость при нагрузках. |
Сельскохозяйственное, автомобильное, текстильное машиностроение, судо- и котло-, вагоно- и дизелестроение. Тормозные колодки, катки, рессоры и т.д. |
КЧ45, 65, 80 |
Стойкость при динамических, статических нагрузках. |
Шатуны, поршни, шестерни, коленчатые валы. |
|
КЧ30, 35, 45 |
Стойкость к динамическим нагрузкам. |
Шестерни, муфты, рычаги, катки, кронштейны, втулки, звенья цепей. |
|
Легированные чугуны: алюминиевые (0.6-32%) |
ЧЮХШ |
Жаростойкость в воздушной среде до 700 C, термостойкость, прочность. |
Пресс-формы для изготовления топок котлов, деталей коксохимического оборудования, деталей газовых двигателей. |
ЧЮ6С5 |
Жаростойкость в воздушной среде до 800 C, стойкость к резким перепадам температуры. |
Детали топочной гарнитуры, сероуглеродных реторт, деталей турбокомпрессоров, аппаратов химического оборудования, деталей цементных печей. |
|
ЧЮ22Ш |
Жаростойкость в воздушной среде до 800C и среде печных газов. Стойкость к истиранию и износу. Высокопрочен. |
Применяется в химической, металлургической и энергетической промышленности для изготовления деталей печей, топочной арматуры, футеровочных плит, плавильных тиглей. |
|
Высоко-никелевые (14-32%) |
ЧН15Д3Ш, ЧН15Д7 |
Высокая коррозионная стойкость в щелочах, кислотах, морской воде, в среде перегретого пара. |
Насосы, вентили, другие детали нефтедобывающей, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и арматуростроения, головки поршней, выхлопные коллекторы двигателей внутреннего сгорания. |
Низколегированные |
|
Высокая прочность, износостойкость и стойкость против газовой коррозии. |
В автомобилестроении, дизелестроении, станкостроении для поршневых колец, гильз цилиндров, поршней, коленчатых и распределительных валов. |
ЧНХТ(Mn, Cr, Ni, Ti 3%) |
Высокие механические свойства, сопротивление износу и коррозии. |
Поршневые кольца, клапана дизелей и газомотокомпрессоров. |
|
Среднелегированные |
|
Высокая износостойкость. |
деталей, работающих в тяжелых условиях трения, ударно-абразивного воздействия при повышенных температурах. |
Высоколегированные |
|
Особо высокие физические и химические свойства. |
Для условий работы, отличающихся от обычных (в агрессивных средах, при высоких температурах, в тяжелых условиях трения). |