- •Раздел 1. Конструкционные материалы
- •1. Атомно-кристаллическое строение металлов
- •1.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2. Полиморфизм
- •1.3. Дефекты кристаллического строения реальных кристаллов
- •1.4. Кристаллизация металлов
- •2. Свойства металлов
- •2.1. Механические свойства
- •Относительное удлинение
- •Относительное сужение
- •2.2. Физические и химические свойства
- •2.3. Технологические свойства
- •2.4. Эксплуатационные свойства
- •3. Строение и свойства сплавов
- •3.1. Основные сведения о металлических сплавах
- •3.2. Железоуглеродистые сплавы
- •Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
- •3.3. Диаграмма состояния FeFe3c
- •3.4. Влияние примесей на свойства железоуглеродистых сплавов
- •4. Термическая обработка стали
- •4.1. Основы термической обработки стали
- •4.2. Отжиг сталей, виды отжига
- •4.3. Нормализация сталей
- •4.4. Закалка сталей
- •4.5. Отпуск стали. Виды отпуска
- •4. 6. Химико-термическая обработка сталей
- •4.6.1. Цементация сталей
- •4.6.2. Азотирование стали
- •4.6.3. Цианирование сталей
- •4.6.4. Нитроцементация
- •4.6.5. Борирование
- •4.6.6. Диффузионная металлизация
- •4.7. Термомеханическая обработка стали
- •4. 8. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
- •5. Чугуны
- •5.1.Классификация и маркировка
- •5.2. Свойства и применение чугуна
- •6. Стали.
- •6.1. Углеродистые стали. Классификация и маркировка
- •Влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали
- •6.2. Легированные стали и сплавы
- •6.2.1. Влияние легирующих элементов на свойства стали
- •6.2.2. Конструкционные легированные стали, их маркировка
- •Рессорно-пружинные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •6.3. Инструментальные стали
- •6.3.1. Стали для измерительных инструментов
- •6.3.2. Стали для режущих инструментов
- •6.3.3. Инструментальные твердые сплавы
- •6.3.4. Штамповые стали
- •6.4. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •6.4.1. Нержавеющие стали и сплавы
- •6.4.2. Хромистые нержавеющие стали
- •6.4.3. Хромоникелевые нержавеющие стали
- •6.4.4. Жаропрочные стали и сплавы
- •6.4.5. Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов
- •6.4.6. Жаростойкие стали и сплавы
- •6.4.7. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •7. Цветные металлы и сплавы
- •7.1. Алюминий и его сплавы
- •7.2. Магний и его сплавы
- •7.3. Титан и его сплавы
- •7.4. Медь и ее сплавы
- •8. Неметаллические материалы
- •8.1. Пластмассы
- •Состав, классификация и свойства пластмасс
- •8.2. Резиновые материалы
- •9. Композиционные материалы Классификация композиционных материалов
- •9 .1. Армирующие материалы
- •9.2. Материалы матриц
- •9.3. Свойства композиционных материалов
- •10. Общие принципы выбора материалов
- •Физико-химические свойства
- •Механические свойства
2.2. Физические и химические свойства
Физические свойства характеризуют температуру плавления металлов, их плотность, коэффициент теплового расширения, тепло- и электропроводность, магнитную проницаемость и т.п.
Химические свойства металлов определяются их химической активностью, способностью к химическому взаимодействию с газовыми и жидкими агрессивными средами, расплавленными металлами, коррозионной стойкостью.
2.3. Технологические свойства
Технологические свойства характеризуют способность металлов образовывать отливки, свариваться, подвергаться обработке давлением, резанием и др.
Литейные свойства металлов определяются жидкотекучестью способностью заполнять литейную форму, усадкой сокращением размеров и объема отливки при затвердевании, склонностью к ликвации неоднородности химического состава по сечению отливки, вызванной условиями затвердевания.
Деформируемость это способность принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузке.
Свариваемость это способность металлов и сплавов образовывать неразъемные соединения требуемого качества.
Обрабатываемость резанием способность металлов подвергаться обработке режущими инструментами с целью получения деталей определенной формы, размеров и шероховатости поверхности.
2.4. Эксплуатационные свойства
Эксплуатационные свойства характеризуют способность металла работать в определенных условиях. Сюда относятся:
Коррозионная стойкость сопротивление сплава действию агрессивных кислотных и щелочных сред.
Хладостойкость способность сплава сохранять пластические свойства при температурах ниже 0 С.
Жаропрочность способность сплава сохранять механические свойства при высоких температурах.
Жаростойкость способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.
Антифрикционность способность сплава прирабатываться к другому сплаву.
Износостойкость способность материала сопротивляться изнашиванию. Чем выше износостойкость, тем дольше режущий инструмент будет сохранять свою остроту и размеры.
Теплостойкость свойство материала сохранять свою твердость и режущие способности при высоких температурах.
3. Строение и свойства сплавов
3.1. Основные сведения о металлических сплавах
Чистые металлы в большинстве случаев не обеспечивают требуемого комплекса механических и технологических свойств, поэтому чаще используют металлические сплавы вещества, состоящие из двух и более элементов. Элементы, из которых образован сплав, называют его компонентами.
В жидком состоянии компоненты сплава в большинстве случаев полностью растворимы друг в друге и представляют собой жидкий раствор, в котором атомы компонентов равномерно перемешаны друг с другом. При кристаллизации компоненты сплава вступают во взаимодействие, от характера которого зависит их строение. Наиболее часто встречаются твердые растворы, химические соединения и механические смеси.
Твердым раствором называется вещество, состоящее из двух или более компонентов, один из которых, сохраняя кристаллическую решетку, является растворителем, а другой (или другие) распределяется в кристаллической решетке растворителя, не изменяя ее типа.
В зависимости от характера распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы замещения (рис. 13, а) и внедрения (рис. 13, б). Растворимость в твердом состоянии может быть неограниченной и ограниченной. При неограниченной растворимости возможна любая концентрация (от 0 до 100 %) растворенного вещества (при концентрации более 50 % растворенное вещество становится растворителем).
Для образования твердых растворов замещения с неограниченной растворимостью необходимо соблюдение следующих условий:
изоморфность (однотипность) кристаллических решеток сплавляемых компонентов;
близость атомных радиусов компонентов, которые не должны отличаться больше чем на 8…13 %;
близость физико-химических свойств компонентов.
Химическим соединением называют вещество, характерными особенностями которого являются:
постоянство состава, выраженное формулой, которая отвечает определенному соотношению количества атомов компонентов А и В в нем;
наличие нового типа кристаллической решетки, отличающегося от типов решеток сплавляемых компонентов;
ярко выраженное существенное изменение всех свойств.
Механическая смесь образуется тогда, когда компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием химического взаимодействия. При этом образуется двухфазная структура сплава, представляемая чередующимися зернами чистых компонентов А и В.
При изучении явлений, протекающих в металлах и сплавах в процессе превращений, пользуются понятиями: система, фаза, компонент, структурная составляющая, диаграммы состояния.