- •Белгородский государственный университет Экономический факультет Кафедра экономики и управления на предприятии
- •Рабочая программа исциплины «материаловедение»
- •Цели и задачи дисциплины
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •3. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •Содержание разделов дисциплины
- •Использования материалов
- •4.1. Темы семинарских занятий
- •Тема: Неметаллические материалы
- •Экзаменационные вопросы по дисциплине «Материаловедение»:
- •7. Учебно-методическое обеспечение курса
- •7.1. Рекомендуемая литература (основная):
- •8. Форма итогового контроля
- •9. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
- •Учебно-практическое пособие Введение
- •Глава 1. Строение и основные свойства металлов
- •1.1.Кристаллическое строение твердых тел
- •1.2. Кристаллизация
- •1.3. Дефекты кристаллической решетки
- •1.3.1. Точечные дефекты
- •1.3.2. Линейные дефекты кристаллической решетки
- •1.3.3. Поверхностные дефекты
- •1.4. Методы изучения структуры металлов
- •Контрольные вопросы:
- •1.5. Свойства металлов и сплавов
- •1.5.1. Физические свойства
- •1.5.2. Химические свойства
- •1.5.3. Методы защиты от коррозии
- •1.5.4. Биокоррозия
- •Контрольные вопросы:
- •1.5.5. Механические свойства
- •1.5.6.Теоретическая и техническая прочность
- •1.5.7.Технологические и эксплутационные свойства
- •Эксплуатационные свойства определяют в зависимости от условий работы машины специальными испытаниями. Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 2. Классификация материалов
- •Металлический тип связи характерен для более чем 80 элементов таблицы Менделеева.
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 3. Черные металлы и сплавы
- •3.1. Строение и свойства сплавов
- •Сплавы на основе железа. Компоненты и фазы системы железо - углерод
- •3.3. Основные типы диаграмм состояния
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 4. Углеродистые и легированные стали и чугуны
- •4.1.Конструкционные стали
- •4.1.1. Конструкционные углеродистые стали
- •4.1.2. Конструкционные легированные стали
- •4.1.3. Специальные легированные конструкционные стали
- •4.2. Инструментальные стали
- •4.3.Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •4.3. Чугуны
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 5. Термическая и химико-термическая обработка сплавов
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 6. Цветные металлы и сплавы
- •6.1.Алюминий и его сплавы
- •Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные.
- •Контрольные вопросы:
- •6.2. Медь и ее сплавы
- •Медно-никелевые сплавы - это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель - это куанали, мельхиор, нейзильбер, манганин, копель и т.Д.
- •Контрольные вопросы:
- •6.3. Никель и его сплавы
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 7. Неметаллические материалы
- •7.1.Высокомолекулярные соединения (Полимеры)
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.1. Пластмассы или пластики
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.2. Эластомеры (каучуки и резины)
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.3.Химические волокна
- •Контрольные вопросы:
- •Полимерные покрытия (пленкообразующие): лаки, эмали, краски, компаунды
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.5. Пленкообразующие материалы: клеи и герметики
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 8. Керамические материалы
- •8.1.Строительная керамика
- •8.2. Огнеупорные керамические материалы
- •8.3. Кислотоупорные керамические соединения
- •8.4. Тонкая керамика
- •8.5. Керамика как облицовочный строительный материал
- •8.5.1.Керамические изделия, используемые в декоративной отделке зданий и сооружений
- •8.5.2. Виды керамической плитки
- •8.6. Керамическая черепица
- •8.7. Вяжущие вещества
- •Кислотоcтойкие вяжущие вещества. Эти вещества разделяются на кислотоупорные цементы и замазки.
- •8.8. Стекло
- •8.8.1. Ситаллы
- •Глава 9. Композиционные материалы
- •9.1. Композиционные материалы с металлической матрицей
- •9.2.Композиционные материалы с неметаллической матрицей
- •9.3. Композиционные материалы в строительстве.
- •Глоссарий
- •Глава 1. Строение и основные свойства металлов
- •1.1.Кристаллическое строение твердых тел 12
- •1.2. Кристаллизация 14
- •Глава 2 . Классификация материалов 40
- •Глава 3 . Черные металлы и сплавы 45
- •Глава 4. Углеродистые и легированные стали и чугуны 57
- •7.1.1.Пластмассы или пластики 115
- •7.1.5 Пленкообразующие материалы: клеи и герметики 148
- •8.5. Керамика как облицовочный строительный материал 166
- •Глава 9. Композиционные материалы. 188
Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные.
Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, фасонных профилей, проволоки и различных деталей штамповкой, прессованием, ковкой. Они подвергаются механической и термической обработке, которая существенно изменяет их свойства.
Деформируемые сплавы разделяют на сплавы, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.
Термически не упрочняемые сплавы получают на основе систем Al - Mn (АМц, АМцМ,) и Al - Mg (AMг6, АМгН).
Они обладают умеренной прочностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и пластичностью.
Их используют для изготовления короззионностойких изделий, получаемых методами глубокой вытяжки и сварки, например, сварных бензобаков, трубопроводов для масла и бензина, корпусов и мачт судов.
Термически упрочняемые сплавы приобретают высокие механические свойства и хорошую сопротивляемость коррозии только в результате термической обработки.
Это сплавы системы А1-Мg-Si (АВ, АД31, АДЗЗ), упрочняемые закалкой и искусственным старением. Эти сплавы, вне зависимости от состояния материала, не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением. Они удовлетворительно обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состоянии, а также свариваются с помощью точечной, шовной и аргонодуговой сварки. Большей коррозионной стойкостью обладают сплавы АД31 и АДЗЗ, работающие в интервале -70 до +50 °С; сплав авиаль (АВ: Cu - 0,3; Mg - 0,7; Mn - 0,25; Si - 25%, Zn - 0,2%) из указанной группы сплавов характеризуется большей прочностью. Из этих сплавов изготавливают лопасти и детали кабин вертолетов, барабаны колес гидросамолетов.
Наиболее распространены сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем (дюралюмины) и алюминия с медью, магнием, марганцем и цинком (сплавы высокой прочности).
Дюралюмины Д1, Д16, Д18, Д19, ВД17 и др. (1,4-13% Сu; 0,4-2,8% Мg; 0,2-1,0% Мn; иногда 0,5-6,0% Si и др) имеют хорошее сочетание прочности и пластичности.
Термическая обработка дюралюминов состоит в закалке, естественном или искусственном старении.
Сплавы, подвергнутые термическому упрочнению хорошо свариваются точечной сваркой, удовлетворительно обрабатываются резанием, однако склонны к межкристаллической коррозии после нагрева (особенно Д1, Д16 и В65). Значительное повышение коррозийной стойкости сплавов достигается плакированием (покрытием их техническим алюминием). Из сплавов этого типа изготовляют лопатки компрессора двигателя. В авиации дюралюмины применяют для изготовления лопастей воздушных винтов, силовых элементов конструкций самолетов, заклепок и др.
Высокопрочные сплавы системы А1- Zn - Мg - Сu (В93, В95, В96Ц) характеризуются большими значениями временного сопротивления. При этом у них достаточная пластичность, трещиностойкость и сопротивление коррозии, которые достигаются режимами старения, а также применением сплавов повышенной (В95пч) и особой (В95оч) чистоты. В данном случае сплавы обладают лучшей коррозионной стойкостью, чем дюралюмины. Рабочая температура высокопрочных сплавов не превышает 1200С, так как они не являются теплопрочными. Сплавы используют для изготовления высоконагруженных изделий, как правило, работающих в условиях сжатия (стрингеры, шпангоуты, лонжероны и др.).
К высокопрочным сплавам относятся и магналии.
Магналии – (названы так из-за большого содержания в них магния), сплавы на основе алюминия, содержащие: 5-13% Мg; 0,2-1,6%Мn; иногда 3,5-4,5% Zn; 1,75-2,25% Ni; до 0,15% Ве; до 0,2% Тi; до 0,2% Zr и др.
Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты, разбавленной серной кислоты, ортофосфорной кислоты, а также устойчивы в средах, содержащих SO2.
Применяются как конструкционный материал в: авиастроении; судостроении; машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы, маслопроводы); для изготовления арматуры строительных сооружений; для изготовления деталей холодильных установок; для изготовления декоративных бытовых предметов и др.
При содержании Мg выше 6% магналии склонны к межкристаллической коррозии. Обладают более низкими литейными свойствами, чем силумины.
Жаропрочные алюминиевые сплавы системы А1-Сu-Мn (Д20, Д21) и А1-Сu-Мg-Fе-Ni (АК4-1) применяют для изготовления деталей (поршни, головки цилиндров, диски и лопатки компрессоров), работающих при повышенных температурах (до 3000С). Жаропрочность достигается за счет легирования сплавов никелем, железом и титаном, затормаживающими диффузионные процессы и образующими упрочняющие фазы. Сплавы обладают высокой пластичностью и технологичностью в горячем состоянии, хорошо (Д20) или удовлетворительно (Д21, АК-1) свариваются, однако отличаются пониженной коррозионной стойкостью; их защищают от коррозии анодированием и лакокрасочными покрытиями.
Литейные алюминиевые сплавы. Основные требования к сплавам для фасонного литья - это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести, небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с оптимальными механическими и химическими (сопротивление коррозии) свойствами.
Литейные сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9-13% по отдельным компонентам). Литейные сплавы предназначены для изготовления фасонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов, их
маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава (АЛ8, АЛ27).
Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. В состав силуминов входят: 3-26% Si; 1-4% Сu; 0,2-1,3% Мg; 0,2-0,9% Мn; иногда 2-4% Zn; 0,8-2% Ni; и др.
Силумины обладают высокими механическими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость, для повышения которой детали анодируют и защищают лакокрасочными покрытиями.
Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа литья и вида термической обработки.
Силумины используют для изготовления мелких, средних и крупных литых деталей (корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания – АЛ4, АЛ9). Сплав АЛ34 превосходит сплавы АЛ4 и АЛ9 по прочности на 25—50% и применяется для отливок, получаемых литьем под давлением (блоков цилиндров автомобильных двигателей), и отличается хорошими технологическими свойствами.
Следует отметить также высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы алюминия. Легирование сплава АЛ19 титаном обеспечивает ему высокие механические свойства (в том числе при динамическом нагружении) при комнатной и низких температурах, а дополнительное легирование церием и цирконием — жаропрочность при температурах до 300 °С. Сплав отличается хорошей обрабатываемостью резанием и свариваемостью, но пониженной коррозионной стойкостью. Он широко используется для литья крупногабаритных отливок в песчаные формы.
Промышленность выпускает и коррозионностойкие литейные сплавы.
Литейные алюминиевые сплавы систем А1—Мg (АЛ8, АЛ27) и А1—Мg—Zn (АЛ24) обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, обрабатываются резанием и свариваются. Дополнительное легирование сплавов системы А1—Мg бериллием, титаном и цирконием повышает пластичность и коррозионную стойкость.
В последнее время получили распространение гранулированные и порошковые алюминиевые сплавы. Гранулирование производится распылением расплава; при этом получаются частицы сферической или овальной формы - гранулы. В гранулируемых алюминиевых сплавах повышаются как механические, так и физические свойства. Гранулы брикетируют, а затем подвергают пластическому деформированию.
В настоящее время получили распространение гранулируемые алюминиевые сплавы, отличающиеся высоким содержанием легирующих элементов (Мn, Сг, Zn, Тi, V), нерастворимых или малорастворимых в алюминии. Из гранул изготавливают прессованные полуфабрикаты и листы любых алюминиевых сплавов.
Методами порошковой металлургии изготавливают спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС). Первые состоят из порошка алюминия и дисперсных частиц А12О3, которые повышают прочность сплава и снижают его пластичность. Содержание А12О3 в САПах колеблется от 6 до 22 %.
САП характеризуется высокой прочностью и жаропрочностью при повышенных температурах (350—500 °С).
Сплавы САС обладают высокой жаропрочностью до 500 °С. Спеченные алюминиевые сплавы (САС-1, САС-2 и др.) относятся к сплавам системы А1-Si-Ni. Используются они в основном в приборостроении как материалы с низким коэффициентом линейного расширения. Механические свойства этих сплавов определяются формой и размерами частиц.
Композиционные алюминиевые сплавы. Волокнистые композиционные материалы получают, армируя алюминиевые сплавы АД1, АДЗЗ борными волокнами (ВКА-1, ВКА-2). Эти материалы используют для изготовления стрингеров, труб. Для композиционных материалов характерны высокие значения циклической прочности. Алюминиевые сплавы, армированные стальной проволокой (КАС-1) могут подвергаться деформации изгибом, обладают высокой ударной вязкостью и жаропрочностью, большим сопротивлением распространению усталостной трещины и значительной прочностью. Применение накладок (стопперов) из материала КАС уменьшает скорость распространения трещины более чем в пять раз по сравнению с накладками из титановых сплавов.