Содержание

СПбГИЭУ – каф. управления качеством и машиноведения – доц. С.В. Сапунов 1

1(1). Предмет материаловедения. Историческая справка 2

2(2). Мировое производство основных материалов 2

3(3). Черные и цветные металлы, свойства и применение 3

4(4). Сталь как важнейший конструкционный материал 4

5. Способы получения и технологической обработки металлов и сплавов 4

6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов 6

7(12). Механические испытания материалов 7

8(13). Испытание на растяжение 7

9. Испытания на изгиб и сжатие 10

10(14). Определение твердости 10

11(15). Определение ударной вязкости при изгибе 12

12. Испытание на вязкость разрушения 13

13. Испытание на усталость. Живучесть 14

14. Стандарты на материалы. Принципы маркировки и сортамент металлических материалов 16

15. Строение металлического слитка. Влияние на механические свойства величины зерна, способы регулирования 17

16(5). Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности 18

17(6). Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов 19

18(7). Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность 20

19(8). Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп 22

20(10). Возврат и рекристаллизация 24

21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением 24

22(17). Полиморфные превращения 25

23(18). Строение сплавов. Твердые растворы, химические соединения, механические смеси 26

24. Диаграммы фазового равновесия 27

25. Правило фаз и правило отрезков 30

26. Ликвация в сплавах 31

27. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния 32

28(19). Фазы и структуры на диаграмме состояния железо-цементит 33

29(20). Железо и сплавы на его основе. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали 34

30(21). Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния 35

31(22). Структурные классы легированных сталей 36

32(23). Цели легирования 36

33. Превращения аустенита при охлаждении. Термокинетическая диаграмма 36

34(24). Основные виды термической обработки. Предварительная и окончательная термообработка 39

35(25). Виды отжига и их назначение 39

36(26). Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка 40

37(27). Искусственное и естественное старение сплавов 41

38. Виды брака при термообработке 42

39(28). Термомеханическая обработка и ее разновидности 43

40(29). Химико-термическая обработка, ее разновидности и применение 44

41(9). Объемное и поверхностное деформационное упрочнение 45

42(30). Классификация сталей 45

43(31). Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения 46

44(32). Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения 48

45(31.3). Стали и сплавы с особыми физическими свойствами 50

46(33). Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения 50

47(34). Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения 52

48. Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения 52

49(35). Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения 53

50(36). Титан и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения 54

51(37). Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения 55

52. Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения 56

53(38). Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения 57

54(39). Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения 57

55. (40). Неметаллические материалы. Классификация полимеров 59

56. (40). Пластические массы, состав, свойства и область применения 61

57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин 63

58. Клеящие материалы и герметики, состав, классификация и свойства 64

59. Неорганические материалы. Графит, керамика, неорганическое стекло, ситаллы, свойства и область применения 65

60. Порошковые материалы, структура, свойства и область применения 67

61. Композиционные материалы с металлической и неметаллической матрицей, структура, свойства и область применения 68

62. Наноматериалы 69

63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения 71

64. Вспомогательные материалы. Смазочные и смазочно-охлаждающие материалы, асбест, бумага кожа, текстиль 73

65. Защитные и декоративные покрытия. Лакокрасочные, электролитические и горячие покрытия. Плакирование 74

Приложение А 78

Приложение Б 79

Приложение В 80

1Североамериканская зона свободной торговли, в которую с 1994 г. входят США, Канада и Мексика.

*См. Приложение А.

2От нем. «Stahl».

3От греч. «pyr» – огонь.

4От греч. «hýdōr» – вода.

5От англ. «puddie» – перемешивать.

6Эти способы предложены англ. металлургами Г. Бессемером в 1855 г., С. Дж. Томасом в 1878 г. и франц. металлургом П. Мартеном в 1864 г.

7Первый микроскоп вероятно построил голл. мастер Захария Янсен в 1604 г. Более известным является другой голландец – конструктор микроскопов – Антони ван Левенгук (1632–1723 гг.).

8Серия работ по созданию электронных микроскопов в США на рубеже 30-х – 40-х гг. ХХ в. была выполнена В.К. Зворыкиным, больше известным в качестве изобретателя электронного телевидения.

9СТМ и АСМ разработаны сотрудниками компанииIBMв 80-х гг. ХХ в. За разработку теоретических основ создания СТМ Г. Бининг и Г. Рорер получили Нобелевскую премию по физике в 1985 г.

*См. Приложение Б.

10Момент сопротивленияWрассчитывают для прямоугольного сечения образца по формулеbh²/6, а для круглого сечения – πd³/32, гдеh,b,d– высота, ширина и диаметр образцов.

11Методы Бринелля, Роквелла и Виккерса разработаны, соответственно, в 1900, 1920 и 1924 г.

12В нашей стране шарики диаметром 2,0 и 1,0 мм, а также нагрузки менее 62,5 кгс обычно не используются.

131 дюйм равен 25,4 мм.

14Разработчики микротвердомера ПМТ-3 М.М. Хрущов и Е.С. Беркович в 1947 г. были отмечены Государственной премией СССР.

15Метод франц. инженера Г. Шарпи предложен в 1901 г., введен в международную практику в 1909 г.

16Методику построения сериальных кривых хладноломкости, а затем и теорию хладноломкости металлов разработал Н.Н. Давиденков (1879–1962 гг.).

Подробнее см. пп. 42–44.

17От англ. «bloom».

18От англ. «slab» – плита.

*См. п. 18.

*^*О деформационной анизотропии в поликристаллических материалах см. п. 19.

19От греч. «ámorphos» – бесформенный.

20Поэтому металлы обладают большей плотностью, чем неметаллы.

21От лат. «vacans» – пустующий, свободный.

22От лат. «dislocatio» – смещение, перемещение.

23От англ. «whisker» – усы (кошки, тигра и т. п.).

24Предел прочности нитевидных кристаллов железа составляет 13000 МПа, меди 3000 МПа и цинка 2250 МПа, по сравнению с пределом прочности технического железа 300 МПа, меди 260 МПа и цинка 180 МПа.

*См. п. 19.

25Изменение структуры различных металлов и сплавов, подвергаемых пластическому деформированию, исследовал С.Т. Конобеевский (1880–1970 гг.).

Подробнее см. п. 35.

*^*См. п. 19.

26Явление сверхпластичности открыто и детально изучено акад. А.А. Бочваром (1902–1984 гг.).

27 От франц. «domaine» – владение, поместье. Домены представляют собой области внутри зерен с однонаправленной намагниченностью.

28 Парамагнитное α-железо раньше называли β-железом.

29 Причиной ферромагнетизма является положительное обменное взаимодействие электронов незаполненных оболочек атомов переходных металлов, приводящее к параллельности спинов этих электронов, а, следовательно, к параллельности их магнитных моментов, т. е. самопроизвольной намагниченности.

30От лат. «ferrum» – железо.

31От имени англ. металлурга У. Робертса-Остена (1843–1902 гг.).

32От имени амер. физика, исследователя термодинамических процессов Дж. В. Гиббса (1839–1903 гг.).

33От лат. «liquatio» – разжижение, плавление.

34От франц. «perle» – жемчуг.

35От имени нем. металлурга А. Ледебура (1837–1906 гг.).

36Хладноломкость особенно присуща сплавам на основе металлов с ОЦК решеткой. Хладноломкость снижают путем очистки металла от вредных примесей, легированием и термообработкой.

37Англ. металлург Р.А. Гадфильд в 1883 г. разработал износостойкую высокомарганцевую сталь. О создании никелевой стали впервые заявил шотл. инженер Дж. Райли в 1889 г. В 1902 г. амер. изобретатели Ф. Тейлор и М. Уайт получили вольфрамовую быстрорежущую сталь, применение которой позволило резко повысить производительность труда в машиностроении. В 1912 г. в Германии на заводах Круппа была выплавлена хромоникелевая нержавеющая сталь. В 1913 г. англичанин Г. Бреарли обнаружил способность стали с высоким содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии.

*См. п. 33.

38Изучение фазовых превращений в различных сплавах и доказательство существования переохлажденного аустенита в сталях было выполнено акад. А.А. Байковым (1870–1946 гг.).

39От имени англ. ученого Г.К. Сорби (1826–1908 гг.).

40От имени франц. химика Л.-Ж. Труста (1825–1911 гг.).

41От имени нем. металловеда А. Мартенса (1850–1914 гг.).

42От имени амер. металлурга Э. Бейна (1891–1974 гг.).

43Название дано в честь австрийского ученого А. фон Видманштеттена (1754–1849 гг.), впервые описавшего в 1808 г. подобную структуру в железном метеорите.

См. п. 19.

44Уральский инженер Б.Г. Козин предложил и успешно опробовал способ поверхностного наклепа деталей сложной формы с помощью сжатой до очень высокого давления (400…600 МПа) струи воды.

45Фреттинг-коррозия – коррозия при минимальном повторяющемся (локальном) перемещении двух сопрягающихся поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды, вследствие непрерывного разрушения защитной оксидной пленки. Характерна для болтовых и заклепочных соединений, посадочных поверхностей подшипников качения и шестерен, листовых рессор и т. п.

46Примерно 80 % выплавляемого чугуна предназначено для передела в сталь.

47В концеXIXв. мировую известность приобрело каслинское (г. Касли в Челябинской обл.) чугунное художественное литье, лучшие образцы которого продавались по цене золота.

48От лат. «vermiculus» – червячок.

49Тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ) ядерного реактора представляет собой металлическую трубку, заполненную делящимся материалом, например,UO₂.

50Медь является важнейшим легирующим элементом, используемым при создании алюминиевых сплавов повышенной прочности, в том числе дуралюминов (дюралей) – от лат. «durus» – твердый.

51В создании многих высокопрочных сплавов (от В95 для ТУ-16 и ТУ-104 до сверхлегких алюминиево-литиевых сплавов 1420 и 1441 для МиГ-29 и истребителей 5 поколения) принимал непосредственное участие патриарх советского материаловедения акад. И.Н. Фридляндер (род. в 1913 г.)

См. п. 65.2.

*^*См. п. 45.

52В скобках указана температура плавления в^оС.

53От имени амер. изобретателя И. Баббита (1799–1862 гг.).

Порошковые антифрикционные материалы рассмотрены в п. 60.

54Молекулярная масса измеряется в атомных единицах массы (а. е. м.), представляющих собой¹/₁₂часть массы атома изотопа углерода¹²С.

55 У полярных молекул есть дипольный момент, у неполярных – нет. Дипольный момент – произведение расстояния между разными полюсами на их заряд.

56Термопласты составляют примерно 2/3 от мирового объема производства синтетических полимеров.

57Фенолоформальдегидная смола – продукт поликонденсации фенола с формальдегидом – впервые синтезирована в 1907 г. бельг.-амер. химиком Л. Бакеландом (1863–1944 гг.) и приобрела торговое названиебакелит.

58За последние четверть века мировое производство полимерных материалов возросло в 2,8 раза, в то время как производство стали увеличилось только в 1,7 раза.

59Западная Европа потребляет более 16 % производимых в мире полимерных материалов; из них 43 % приходится на упаковку, 20 % используется в строительстве, 8 % – в автомобилестроении.

60Длительность эксплуатации стабилизированных полимеров значительно возрастает, например, срок наступления хрупкости полиэтилена, стабилизированного сажей, составляет свыше 5 лет; а трубы из поливинилхлорида могут работать 10…25 лет.

61Винипласт получают путем введения до 10 % пластификатора в поливинилхлорид.

62Плексиглас – листовой полиметилметакрилат – разновидность органического стекла.

63Политетрафторэтилен или «фторопласт-4» – продукт полимеризации тетрафторэтилена.

64АВS– акрилонитрилбутадиенстирол – широко распространенный в промышленности, ударопрочный пластик на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом – разновидность полистирола.

65Гетинакс – слоистый пластик на основе бумаги, пропитанной чаще всего фенолоформальдегидной смолой.

66Текстолит – слоистый пластик на основе хлопчатобумажной ткани, пропитанной чаще всего феноло- или крезолоформальдегидной смолой.

67Карболит – фенолоформальдегидная смола с наполнителем, отвержденная в присутствии нефтяных сульфокислот.

68Пенопласты содержат преимущественно замкнутые, поропласты – сообщающиеся поры; изготавливаются путем вспенивания полиуретана, полистирола, поливинилхлорида и т. п.

69Способ производства первого в мире синтетического полибутадиенового каучука СКБ был найден С.В. Лебедевым в 1921 г., а затем осуществлен в СССР в промышленном масштабе в 1928–1930 гг. Первоначально, исходный бутадиен производили из дефицитного этилового спирта; потом разработали его получение из бутана попутного нефтяного газа, который до сих пор не полностью востребован и просто сжигается в атмосфере.

70Способ горячей вулканизации натурального каучука открыл в 1839 г. амер. изобретатель Ч. Гудьир.

71Работоспособность клеевых соединений зависит, прежде всего, от процессов адгезии и когезии.Адгезияхарактеризует прочность сцепления клеевой пленки со склеиваемой поверхностью,когезия– прочность собственно клеевого слоя.

72От греч. «gráphō» – пишу.

73 К кристаллическим формам углерода относятся графит, карбин, фуллерены, алмаз и лонсдейлит. Аморфными и частично кристаллическими переход­ными формами углерода являются пироуглерод, пирографит, стеклоуглерод, сажи, кокс, волокна, пленки и др.

74От греч. «kéramos» – глина.

75Углеродные волокна получают термической обработкой (400…3000^оС) природных или искусственных органических волокон.

76Кевлар (от англ. «kevlar») – торговое название арамида – полипарафенилен-терефталамида – (NH–C₆H₄–NH–CO–C₆H₄–CO)_n. Волокна кевлара получают путем вытягивания из расплава.

77Названы по имени амер. архитектора Б. Фуллера, который использовал каркасные многоугольные конструкции в своих проектах. Фуллерены обнаружили в 1985 г. амер. ученые Р. Керл, Г. Крото и Р. Смолли. В 1996 г. им за эти исследования вручена Нобелевская премия.

78Нанотрубки обнаружил япон. проф. С. Иидзима в 1991 г.

79От греч. «xýlon» – дерево.

80Целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)_nи лигнин (ароматическое кислородсодержащее соединение ряда бензола) являются природными полимерами.

81От нем.«Spon».

82От нем. «Furnier» – накладывать.

83От греч. «ásbestos» – неугасимый, неослабевающий, неиссякающий.

84От англ. «belting» – приводной ремень.

85От франц. «plaquer» – покрывать.

77