- •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
56. (40). Пластические массы, состав, свойства и область применения
Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих (синтетических смол, эфиров, целлюлозы).
Многие пластмассы, главным образом термопласты, состоят из одного полимерного связующего (полиэтилен, полистирол, полиметилакрилат, политетрафторэтилен и т. д.).
В состав пластмасс могут входить:
- наполнители (порошки – костная мука, графит; отдельные волокна – стекловолокно, очесы хлопчатобумажных тканей, асбестовые волокна; ткани – хлопчатобумажные, стекловолоконные), которые повышают механические свойства и удешевляют материал;
- пластификаторы, повышающие ударопрочность и морозостойкость;
- отвердители или катализаторы, позволяющие отверждать пластмассы при изготовлении;
стабилизаторы, замедляющие процесс старения60. Обычно применяют стабилизаторы двух типов: термостабилизаторы (амины, фенолы) и светостабилизаторы (например, сажу);
- красители (пигменты) для придания необходимого цвета;
- специальные вещества, придающие определенные свойства (графит и алюминиевая пудра обеспечивают электропроводность; графит повышает износостойкость; яды-фунгициды предохраняют от плесени и поедания тропическими насекомыми и т. д.)
Пластмассы классифицируют по следующим признакам:
Составу связующего и отношению к нагреву:
термопласты (винипласт61, плексиглас62, тефлон63, АБС-пластик (или АВS)64 и т. д.) изготавливают на основе термопластичных полимеров;
реактопласты (гетинакс65, текстолит66, карболит67 и т. д.) изготавливают на основе термореактивных полимеров.
Виду наполнителя: порошковые, волокнистые, слоистые, газонаполненные (пено- и поропласты68).
Применению:
силовые (конструкционные, фрикционные, антифрикционные, электроизоляционные и т. д.);
не силовые (оптически-прозрачные, химически стойкие, термоизоляционные, декоративные и т. п.).
Положительными сторонами пластмасс являются их технологичность (хорошо льются, клеятся); малая плотность (1…2 г/см3); высокая удельная прочность; низкая теплопроводность и хорошие тепло- и электроизоляционные свойства; высокая химическая стойкость; высокие фрикционные или антифрикционные свойства.
Недостатками пластмасс являются невысокая тепло- и светостойкость; низкие модуль упругости и ударная вязкость по сравнению с металлами; значительное тепловое расширение (в 10…30 раз большее, чем у стали); склонность к старению (охрупчиванию) и, в большинстве случаев, невозможность повторной переработки.
Целесообразность применения пластмасс в конструкциях машин диктуется техническими и экономическими соображениями. Следует иметь в виду, что стоимость за единицу массы даже самых дешевых пластмасс (полиэтилен, винипласт, полистирол) в 3…9 раз превышает стоимость углеродистых сталей обыкновенного качества, а стоимость наиболее дорогих (фторопласты, органические стекла, углепластики) – в сотни раз выше. Однако из-за гораздо меньшего расхода пластмасс (связанного с меньшей плотностью и меньшими отходами при обработке) и более низкой трудоемкости изготовления деталей из них нередко оказывается, что такие детали не только дешевле деталей из цветных металлов в 4…9 раз, но в отдельных случаях (литьевые) в 2…6 раз дешевле деталей из черных металлов.
В машиностроении замена металлических деталей пластмассовыми во многих случаях весьма эффективна. При использовании металлических деталей требуется несколько видов обработки (литье или штамповка, термическая и механическая обработка, покраска или гальваническая обработка) с большим числом операций (до 30…50), а пластмассовых деталей – только один вид обработки – формообразование детали (литье или спекание). При этом обычно уменьшается масса конструкции в 4…5 раз; снижается трудоемкость изготовления деталей примерно в 4…5 раз; число операций и их трудоемкость уменьшаются в 5…6 раз, что сокращает длительность производственного цикла и высвобождает оборотные средства. Себестоимость продукции снижается в 2…3 раза.
Применение пластмасс особенно эффективно в транспортном машиностроении, авиации и ракетостроении. В современных конструкциях летательных аппаратов, двигателей и приборов пластмассы и др. неметаллические материалы составляют 7…25 % массы дозвуковых самолетов и до 20…50 % массы ракет (без топлива).