Введение

Учебная дисциплина «Материаловедение» - одна из основных технических дисциплин в подготовке инженеров различных отраслей производства. Целью изучения данной дисциплины является познание природы и свойств материалов, а также методов их упрочнения для эффективного использования в технике.

Значительное место в пособии занимает изучение основных механических и физико-химических свойств материалов. Кроме того, приведено практическое применение методов исследования и испытаний для решения основных научных и технических задач, позволяющих характеризовать строение и свойства материалов разного состава после различных видов обработки. Большое внимание уделено изучению безобразцовых методов определения механических свойств. Главное его достоинство заключается в возможности ускоренной оценки механических характеристик металла готовых изделий, не выводя их из строя и не вырезая из них образцов. Этот метод контроля эффективно применяется особенно в нефтехимии при оценке остаточного ресурса оборудования, пробывшего длительное время в эксплуатации и выработавшего расчетный срок службы.

Для методической помощи студентам в пособии имеется раздел, в котором описан алгоритм решения задач, а также приведены примеры решения типовых задач.

Учебно-методическое пособие написано в помощь студентам механических специальностей химико-технологических вузов, изучающих дисциплину «Материаловедение». Данный курс, совместно другими общетехническими дисциплинами, направлен на обеспечение общеинженерной подготовки студентов.

Раздел 1. Свойства материалов

1. Критерии выбора материала

Свойство - это количественная или качественная характеристика материала, определяющая его общность или различие с другими матери­алами.

Выделяют три основные группы свойств: эксплу-атационные, техно­логические и стоимостные, которые лежат в основе выбора материала, определяют техническую и экономическую целесообразность его примене­ния. Перво-степенное значение имеют эксплуатационные свойства.

Эксплуатационными называют свойства материала, которые опре­деляют работоспособность деталей машин, приборов или инструментов, их силовые, скоростные, стойкостные и другие технико-эксплуатационные показатели.

Работоспособность подавляющего большинства деталей машин и из­делий обеспечивает уровень механических свойств. Механические свой­ства характеризуют поведение материала под действием внешней нагруз­ки. Так как условия нагружения деталей машин чрезвычайно разнообраз­ны, то механические свойства включают большую группу показателей.

Работоспособность отдельной группы деталей машин зависит не только от механических свойств, но и от сопротивления воздействию хи­мически активной рабочей среды. Если такое воздействие становится значительным, то определяющим становятся физико-химические свойства материала - жаростойкость и коррозионная стойкость.

Жаростойкость характеризует способность материала противосто­ять химической коррозии, развивающейся в ат-мосфере сухих газов при повышенной и высокой температуре. У металлов нагрев сопровождается образованием на поверхности оксидного слоя (окалины). Количественны­ми показателями жаростойкости являются:

скорость окисления, оценивающая интенсивность изме-нения массы металла (в г/(м²∙ч)) или скорость роста толщины оксидной пленки на его поверхности (в мкм/ч);

допустимая рабочая температура металла, при которой скорость его окисления не превышает заданного значения.

Коррозионная стойкость - это способность металла противостоять электрохимической коррозии, которая развивается при наличии жидкой среды на поверхности металла и ее электрохимической неоднородности. Количественными показателями коррозионной стойкости являются:

скорость электрохимической коррозии, оценивающая интенсивность изменения массы металла (в г/(м²∙ч)) или линейных размеров образца (в мкм/ч);

степень изменения механических свойств под влиянием повреждения поверхности.

Для некоторых деталей машин и изделий важное значение имеют фи­зические свойства, характеризующие поведение материалов в магнитных, электрических и тепловых полях, а также под воздействием потоков вы­сокой энергии или радиации. Их принято подразделять на магнитные, элект-рические, теплофизические и радиационные.

Среди технологических свойств, главное место занимает технологич­ность материала - его пригодность для изготовления деталей машин, приборов и инструментов требуемого качества при минимальных трудо­вых затратах. Она оценивается обрабатываемостью резанием, давлени­ем, свариваемостью, способностью к литью, а также прокаливаемостью, склонностью к деформации и короблению при термической обработке. Технологичность материала имеет важное значение, так как от нее за­висят производительность и качество изготовления деталей.

Наконец, к последней группе основных свойств относится стоимость материала, которая оценивает эконо-мичность его использования. Ее ко­личественным показателем является оптовая цена - стоимость единицы массы материала в виде заготовок, проката, слитков, порошка, по кото­рой завод-изготовитель реализует свою продукцию машиностроительным предприятиям.