- •Курс лекций по материаловедению
- •Предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •Лахтин ю.М., Леонтьева в.П. Материаловедение. – м.: ид Альянс, 2009. – 528 с.
- •Сапунов с.В. Материаловедение: Текст лекций. – сПб.: сПбГиэу, 2006. – 66 с.
- •Сапунов с.В. Основы материаловедения: Учеб. Пособие. – сПб.: сПбГиэу, 2010. – 155 с.
- •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
- •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
- •5 9. 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
2. Легированные стали
Легированные стали выпускаются только качественные, высококачественные и особовысококачественные и, как правило, подвергаются ТО для выявления заложенных в них резервов повышения механических и физических свойств.
Для обозначения легирующих элементов используются следующие буквы: А – азот (но только в середине марки), Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, Л – бериллий (но не в конце марки), М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор (но не в начале марки), С – кремний (или свинец в автоматных сталях), Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий (или кальций в автоматных сталях), Ч – редкоземельный, Ю – алюминий.
Марка конструкционной стали обычно начинается с двух- или трехзначного числа, указывающего на содержание углерода в сотых долях процента. Небольшое число марок (0Х14АГ12 и т. п.) начинается с цифры 0, что означает низкое содержание углерода (<0,03 %). Дальше идет сочетание букв и цифр; цифра после буквы указывает на содержание данного элемента в процентах. Если после буквы цифры нет, то содержание этого элемента не превышает 1,0…1,5 % (а для B, Сu, N, Nb, Ti, V, Zr это обычно тысячные – десятые доли процента). Например, 18Х2Н4ВА – сталь конструкционная, среднелегированная, высококачественная, содержащая примерно 0,18 % C, 2 % Cr, 4 % Ni и до 1,5 % W.
Отдельные группы легированных сталей имеют специальную маркировку. Шарикоподшипниковые стали обозначаются буквой Ш и содержание хрома в них указывается в десятых долях процента, например, ШХ15 – сталь шарикоподшипниковая, низколегированная, качественная, содержащая 1,5 % Cr. В экспериментальных, так называемых, исследовательских и пробных сталях, получаемых электроплавкой, после соответствующих букв указывается порядковый номер разработки, например, ЭИ 925 (08Х17Н5М3), ЭП 288 (07Х16Н6).
Легированные стали широко применяются в различных отраслях промышленности:
Низкоуглеродистые легированные стали используются в строительстве (09Г2, 15ХСНД, 20Х2Г2СР и т. п.), а также в цементованном виде в машиностроении (15Х, 18Х2Н4МА, 25ХГМ и др.).
Легированные стали с повышенной обрабатываемостью резанием (АС12ХН, АЦ20ХН3 и др.) обладают лучшими механическими свойствами и надежностью, чем углеродистые. Например, АЦ20ХГНМ – сталь конструкционная, легированная, автоматная – кальцийсодержащая (0,002…0,007 % Ca), имеющая в своем составе около 0,20 % С и до 1 % Cr, Mn, Ni и Mo (каждого).
Литейные легированные стали (27ГЛ, 35НГВЛ, 40ХЛ и др.), как правило, подвергаются нормализации и отпуску или закалке и отпуску и используются в машиностроении для изготовления высоконагруженных крупных деталей сложной формы. Например, 110Г13Л – сталь конструкционная, легированная, литейная, содержащая около 1,10 % С и 13 % Mn.
Среднеуглеродистые легированные стали (40Х, 40ХНМА, 38ХН3МА и др.), как правило, подвергаются улучшению и используются в машиностроении для изготовления ответственных деталей, работающих при циклических и ударных нагрузках (валы, оси, шатуны). Например,
Рессорно-пружинные легированные стали (50С2, 55С2А, 60С2ХФА и др.) более прочны и надежны, чем углеродистые. Например, 60С2Н2А – сталь конструкционная, легированная, высококачественная, рессорно-пружинная, содержащая около 0,60 % С, 2 % Si и 2 % Ni.
Высокопрочные стали и сплавы типа 30ХГСНА, 03Н18К9М5Т, 30Х9Н8М4Г2С2 после соответствующей ТО приобретают σв=1800…2100 МПа, δ=20…8 % и используются для изготовления высоконагруженных деталей авиационной и ракетной техники.
Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали, как правило, содержат не менее 13 % хрома, а также могут содержать никель и др. элементы (13Х13, 08Х18Н10, 10Х17Н13М2Т и т. д.). С целью получения однофазной структуры, обладающей повышенной коррозионной стойкостью, высокохромистые стали (более 17 % Cr) подвергают закалке.
Жаростойкие стали, обладающие окалиностойкостью до 700…1300 оС, содержат большое количество хрома (до 30 %), алюминий, кремний и др. элементы, образующие тугоплавкие окислы (08Х17Т, 20Х23Н18, 20Х25Н20С2 и т. п.). Применяются для изготовления деталей печей, газовых турбин и т.п.
Жаропрочные стали и сплавы на никелевой основе сохраняют свою прочность до 450…1200 оС (12Х1МФ, 15Х5М, 45Х14Н14В2М, ХН77ТЮР и т. п.). Применяются для изготовления нагруженных деталей двигателей, газовых турбин и т.п.