Міністерство освіти і науки України

Харківський машинобудівний коледж

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

ТЕХНОЛОГІЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО ТА ТЕРМІЧНА ОБРОБКА ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ

Електронний навчальний посібник з самостійної роботи студентів вищих навчальних закладів над розділами «Металознавство та термічна обробка», «Конструкційні матеріали»

Для усіх технічних спеціальностей

Укладач Омелькіна Т.І., викладач вищої категорії

Затверджено методичною Радою коледжу

Протокол №_____ від _______ 2014р.

Розглянуто та ухвалено на засіданні циклової комісії фізики,хімії та природничих дисциплін Протокол № ___ від _______2014р. Голова циклової комісії _________________С.Г. Міщенко Розглянуто та узгоджено на засіданні циклової комісії технології зварювального виробництва Протокол №___ від _______ 2014 р. Голова циклової комісії ______________О.О. Кравчонок

Розглянуто та узгоджено на засіданні циклової комісії технології машинобудування та метрології Протокол №___ від ________ 2014 р. Голова циклової комісії ________________М.А. Стаднік Розглянуто та узгоджено на засіданні циклової комісії транспортних технологій та двигунів внутрішнього згоряння Протокол №___ від ________ 2014 р. Голова циклової комісії ______________ В.А. Насальський

Харків 2014

УДК 621.002.3 (075.8)

ББК 34.651

М-34

Матеріалознавство. Технологія конструкційних матеріалів. Матеріалознавство та термічна обробка зварних з’єднань.

Електронний навчальний посібник з самостійної роботи студентів вищих навчальних закладів над розділами « Металознавство та термічна обробка »,

« Конструкційні матеріали »

Для усіх технічних спеціальностей

Укладач Омелькіна Т.І. – Харків, ХМК,2014 – 88с

Рекомендовано Методичною радою Харківського машинобудівного коледжу

Протокол № _______ від ______________2014р

Рецензент : Сасова С.П. , викладач вищої категорії Харківського машинобудівного коледжу.

Харківський машинобудівний коледж , 2014.

Зміст

Анотація…………………………………………………………………………..5

1 Кристалічна будова металів…………………………………………………...6

2 Кристалізація металів і будова сталевого зливка…………………………...11

3 Фази в металевих сплавах………………………………………………….....15

4 Діаграма стану залізо – вуглець (метастабільна)…………………………...19

5 Класифікація і маркірування сталей………………………………………….28

5.1 Вуглецеві сталі ………………………………………………………….…..28

5.1.1 Вплив вуглецю і домішок на властивості сталі……………………..…..29

5.2 Вуглецеві конструкційні сталі звичайної якості ………………………….30

5.3 Автоматні сталі …………………………………………………………......31

5.4 Якісні вуглецеві конструкційні сталі………………………………………32

5.5 Вуглецеві інструментальні сталі …………………………………………33

6 Леговані сталі……………………………………………………………….....34

6.1 Легуючі елементи в залізовуглецевих сплавах……………………………34

6.2 Умовні позначення легуючих елементів в сталях ………………………..39

6.3 Леговані конструкційні сталі ………………………………………………39

6.4 Застосування та методи термічного зміцнення легованих

конструкційних сталей………………………………………………………….40

6.5 Підшипникові сталі …………………………………………………………41

7 Леговані інструментальні сталі………………………………………………43

7.1 Класифікація інструментів за призначенням та умовами експлуатації .. 43

7.2 Нетеплостійкі леговані інструментальні сталі…………………………….44

7.3 Швидкорізальні сталі………………………………………………………..45

7.4 Штампові сталі гарячого деформування ………………………………….46

7.5 Штампові сталі холодного деформування………………………………..47

8 Металокерамічні тверді сплави…………………….………………………...48

9 Сталі для вимірювального інструменту …………………………………….50

10 Стабільна діаграма стану залізо вуглецевих сплавів……………...………54

11 Чавуни………………………………………………………………………..55

12 Технологія термічної обробки металів і сплавів……………………..…59

12.1 Попередня термічна обробка………………………………...…………...60

12.2 Гартування ……………………………………………………..…………63

12.3 Відпускання загартованої сталі…………………………………….……69

12.4 Поверхневе гартування……………………………….………………….70

12.5 Гартування без поліморфного перетворення з наступним старінням...71

12.6 Термомеханічна обробка…………………………………………..…….72

13 Хіміко – термічна обробка ………………………………………………...77

13.1 Цементація…………………………………………………………….....79

13.2 Азотування……………………………………………………..…….…...81

13.3 Нітроцементація…………………………………………………………84

13.4 Інші види хіміко – термічної обробки …………………………………85

Література……………………………………………………………………..88

АНОТАЦІЯ

Для молодших спеціалістів з технічних спеціальностей велике значення має уміння вирішувати інженерні задачі у комплексі, у тому числі, включаючи питання вибору матеріалу та технології його термічного зміцнення для конкретних виробів з метою забезпечення їх експлуатаційної придатності .

Електронний посібник може бути застосований в якості додаткового матеріалу до лекційного курсу з дисциплін «Технологія конструкційних матеріалів» , «Матеріалознавство», «Матеріалознавство з основами термічної обробки » під час самостійної роботи студентів .

Матеріал представлений у вигляді логічних схем у порядку ускладнення питань та тем, що не лише орієнтують студента у структурі матеріалу, що вивчається, а й дають наочне уявлення про його зміст. Контрольні питання, задачі та кросворди, наведені наприкінці кожної теми, дозволяють студенту здійснювати самостійно контроль засвоєння навчального матеріалу.

До змісту

1. Кристалічна будова металів

Метали представляють собою полікристалічні тіла, що складаються з великої кількості дрібних (10^-1 – 10 ^-5 см) кристалів, розорієнтованих відносно один одного.

Метали та металеві сплави

Кристали з металевим типом зв’язку, наявність електронного газу

Кристали

( кристалічна решітка )

Наявність дальнього порядку у розташуванні атомів

Атоми розташовуються на відстані, коли енергія відштовхування та протягування однакові

Будова кристалічної решітки описується елементарною коміркою.

Елементарна комірка - це найменший об’єм кристалу, що дає уявлення про будову всього кристалу.

Основні характеристики комірки :

- розміри ребер елементарного осередку. a, b, c ( період решітки);

- кути між осями

Властивості

Термоелектронна емісія

Висока тепло - та електропровідність

Металевий блиск, гарна відбивна здатність

Підвищена здатність до

пластичної деформації

Позитивний температурний коефіцієнт електроопору

ІДЕАЛЬНА БУДОВА КРИСТАЛІВ

Однорідність, закономірність та симетричність у розташуванні атомів визначає тип кристалічної решітки

Характеристики решітки :

- координаційне число К - число атомів, розташованих на найближчій однаковій відстані від будь-якого атома в решітці. - щільність упакування атомів у кристалічній решітці, визначається як відношення об'єму, зайнятого атомами до об'єму комірки (для об’ємноцентрованої кубічної решітки - 0,68, для гранецентрованої кубічної решітки - 0,74);

- коефіцієнт компактності ή;

- кількість атомів на комірку n

Найбільш поширені типи кристалічних решіток :

Кубічна решітка

а=в=с

α=β=γ=90⁰

ОЦК (об’ємноцентрована кубічна)

Pb,Na,Ti_β, Fe_α, W,V та ін.

п=2,ή =68%,К=8

ГЦК (гранецентрована кубічна)

Fe_γ, Со,Сu,Ni та ін.

п=4,ή =74%,К=12

Тетрагональна

решітка

а=в≠с

α=β=γ=90⁰

п,ή ,К залежить від співвідношення с/а – ступеню тетрагональності

Гексагональна решітка

(ГПУ)

а=в≠с

α=β=90⁰,γ=120⁰ с/а =1,633

Mg, Zn,Cd,Be,Ti_αта ін.

п=6,ή =74%,К=12

Кристалографічні площини - індекси (h,k,l) – цілі раціональні числа, що є величинами, оберненими відрізку вісей, що відсікаються даною площиною за вісями х,у,z

РЕАЛЬНА БУДОВА КРИСТАЛІВ

В решітці мають місце порушення будови – структурні недосконалості ( дефекти)

Точкові дефекти Малі у всіх напрямках 1 Вакансії 2 Міжвузлові атоми 3 Домішкові атоми заміщення

Лінійні дефекти - дислокації (мають незначні розміри у двох напрямках та значний у третьому) 1 Крайова ( лінійна ) дислокація - екстра площина 2 2 Гвинтова дислокація - лінія, навколо якої атомні площини вигнуті по спіралі

Поверхневі дефекти Малі в одному вимірі 1 Границі зерен (велико кутові границі) 2 Границі субзерен ( мало кутові границі) Субструктура