- •Курс лекций по материаловедению
- •Предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •1(1). Предмет материаловедения. Историческая справка
- •2(2). Мировое производство основных материалов
- •3(3). Черные и цветные металлы, свойства и применение
- •4(4). Сталь как важнейший конструкционный материал
- •5. Способы получения и технологической обработки металлов и сплавов
- •6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов
- •7(12). Механические испытания материалов
- •8(13). Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •9. Испытания на изгиб и сжатие
- •10(14). Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3. Определение твердости по Виккерсу
- •11(15). Определение ударной вязкости при изгибе
- •12. Испытание на вязкость разрушения
- •13. Испытание на усталость. Живучесть
- •14. Стандарты на материалы. Принципы маркировки и сортамент металлических материалов
- •15. Строение металлического слитка. Влияние на механические свойства величины зерна, способы регулирования
- •16(5). Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности
- •17(6). Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов
- •18(7). Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность
- •19(8). Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп
- •20(10). Возврат и рекристаллизация
- •21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •22(17). Полиморфные превращения
- •23(18). Строение сплавов. Твердые растворы, химические соединения, механические смеси
- •24. Диаграммы фазового равновесия
- •25. Правило фаз и правило отрезков
- •26. Ликвация в сплавах
- •27. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •28(19). Фазы и структуры на диаграмме состояния железо-цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •29(20). Железо и сплавы на его основе. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- •30(21). Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния
- •31(22). Структурные классы легированных сталей
- •32(23). Цели легирования
- •33. Превращения аустенита при охлаждении. Термокинетическая диаграмма
- •34(24). Основные виды термической обработки. Предварительная и окончательная термообработка
- •35(25). Виды отжига и их назначение
- •36(26). Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка
- •37(27). Искусственное и естественное старение сплавов
- •38. Виды брака при термообработке
- •39(28). Термомеханическая обработка и ее разновидности
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •40(29). Химико-термическая обработка, ее разновидности и применение
- •41(9). Объемное и поверхностное деформационное упрочнение
- •42(30). Классификация сталей
- •43(31). Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •1. Углеродистые стали
- •2. Легированные стали
- •44(32). Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •45(31.3). Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •46(33). Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения
- •47(34). Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •48. Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •49(35). Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •50(36). Титан и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •51(37). Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения
- •52. Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •53(38). Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •54(39). Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения
- •55. (40). Неметаллические материалы. Классификация полимеров
- •56. (40). Пластические массы, состав, свойства и область применения
- •57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин
- •58. Клеящие материалы и герметики, состав, классификация и свойства
- •59. Неорганические материалы. Графит, керамика, неорганическое стекло, ситаллы, свойства и область применения
- •60. Порошковые материалы, структура, свойства и область применения
- •61. Композиционные материалы с металлической и неметаллической матрицей, структура, свойства и область применения
- •62. Наноматериалы
- •63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения
- •64. Вспомогательные материалы. Смазочные и смазочно-охлаждающие материалы, асбест, бумага кожа, текстиль
- •65. Защитные и декоративные покрытия. Лакокрасочные, электролитические и горячие покрытия. Плакирование
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Приложение в Ориентировочный перевод значений твердости, определяемых по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса
- •Содержание
2. Характеристики пластичности
Пластичность– это свойство твердых тел необратимо деформироваться под действием внешних нагрузок. Измеряют две характеристики пластичности:
в) Относительное удлинение после разрываопределяют по формуле:
где l0иl1– начальная и конечная длина образца (рис. 8.1); числитель этого выражения находят по диаграмме растяжения (рис. 8.2).
Относительное удлинение характеризует максимальную деформацию, которую может выдержать материал при растяжении.
г) Относительное сужение после разрываопределяется по формуле:
где F0иF1– площадь поперечного сечения образца до и после разрыва.
Относительное сужение наиболее полно характеризует пластические свойства материала и используется, например, при расчете процессов глубокой вытяжки.
9. Испытания на изгиб и сжатие
Испытания на изгиб и сжатие производятся при сравнительно медленном приложении нагрузки, т. е. тоже относятся к разряду статических.
Испытание на изгибшироко применяют для хрупких материалов (чугун, инструментальные стали после поверхностного упрочнения и т. д.). Для испытания на изгиб применяют образцы прямоугольного или круглого поперечного сечения. Чаще всего испытания проводят сосредоточенной нагрузкой на образец, лежащий на двух опорах (рис. 9). При изгибе нижние слои материала до нейтрального слоя испытывают растяжение, а верхние – сжатие. При испытании на изгиб устраняется важный недостаток испытания на растяжение – влияние перекосов при нагружении, что особенно критично для хрупких материалов.
Рис. 9. Схема испытания на изгиб
Предел прочности при изгибе σвизг(σmах) подсчитывают по формуле:
где Mmах– максимальный изгибающий момент;W– момент сопротивления10.
Испытание на сжатиеприменяют для чугунов, литых алюминиевых сплавов и других хрупких материалов с низким значением сопротивления разрыву. Эти материалы при растяжении разрушаются путем отрыва, а при сжатии – срезом. Для испытаний применяют цилиндрические образцы со строго параллельными и отшлифованными торцами, к которым прикладывается нагрузка. При испытании определяют предел прочности на сжатие σвсжи др. характеристики.
10(14). Определение твердости
Твердостьюназывают свойство материала оказывать сопротивление внедрению в его поверхность другого более твердого тела –индентора, т. е. способность сопротивляться локальной пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.
Испытание на твердость является одним из самых распространенных статических испытаний благодаря простоте осуществления, оперативности и возможности, практически без разрушения испытуемого объекта, получить сведения о качестве его термической и др. обработки, износостойкости, обрабатываемости резанием и т. п.
Среди десятков известных методов наибольшее распространение в материаловедении получили три способа определения твердости, названные по фамилиям их разработчиков – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса11. При выборе метода измерения твердости следует руководствоваться требованиями, установленными в технической документации (технологической карте, чертеже).
Ориентировочный взаимный перевод значений твердости, определяемых по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса приведен в Приложении В.