- •С. В. Сапунов материаловедение и технология конструкционных материалов
- •080200 – Менеджмент, профиль «Производственный менеджмент
- •Санкт-Петербург
- •Предисловие
- •Раздел 1 теоретические основы материаловедения
- •1.1. Предмет материаловедения
- •1.2. Мировое производство материалов
- •1.2.1. Черные и цветные металлы
- •1.2.2. Преимущества и недостатки стали
- •1.2.3. Принципы маркировки и сортамент материалов
- •Обозначения стали 45
- •1.3. Строение металлов
- •1.3.1. Основные типы кристаллических решеток
- •1.3.2. Дефекты в кристаллах
- •1.4. Строение металлического слитка
- •1.5. Деформация и разрушение металлов
- •1.6. Возврат и рекристаллизация
- •1.6.1. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •1.7. Механические свойства материалов
- •1.7.1. Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •1.7.2. Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3 . Определение твердости по Виккерсу
- •1.7.3. Определение ударной вязкости при изгибе
- •1.8. Полиморфные превращения
- •1.9. Строение сплавов
- •1.10. Диаграмма состояния железо – цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •1.11. Железо и сплавы на его основе
- •1.12. Легирующие элементы в стали
- •1.12.1. Структурные классы легированных сталей
- •1.12.2. Цели легирования
- •Раздел 2 управление свойствами металлов и сплавов
- •2.1. Термическая обработка
- •2.1.1. Отжиг
- •2.1.2. Закалка и отпуск
- •2.1.3. Старение сплавов
- •2.2. Термомеханическая обработка
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •2.3. Деформационное упрочнение
- •2.4. Химико-термическая обработка
- •Раздел 3 промышленные материалы
- •3.1. Классификация сталей
- •3.2. Конструкционные стали и сплавы
- •3.2.1. Углеродистые стали
- •3.2.2. Легированные стали
- •3.2.3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •3.3. Инструментальные стали и сплавы
- •3.4. Чугуны
- •3.5. Магний и сплавы на его основе
- •3.6. Алюминий и сплавы на его основе
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •3.7. Титан и сплавы на его основе
- •3.8. Медь и сплавы на ее основе
- •3.9. Тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.10. Антифрикционные материалы
- •3.11. Полимеры и пластмассы
- •3.12. Композиционные материалы
- •Раздел 4 технология конструкционных материалов
- •4.1. Способы получения металлов и сплавов
- •4.2. Вторичная плавка металлов и сплавов
- •4.3. Технологии литейного производства
- •4.3.1. Литейные формы
- •4.3.2. Литье в объемные песчаные и оболочковые формы
- •4.3.3. Литье в кокиль, литье под давлением, литье вакуумным всасыванием и выжиманием
- •4.3.4. Литье по выплавляемым моделям
- •4.3.5. Центробежное, непрерывное и полунепрерывное литье
- •4.3.6. Электрошлаковое литье
- •4.4. Технологии обработки металлов давлением
- •4.4.1. Прокатка
- •4.4.2. Волочение и прессование
- •4.4.3. Ковка
- •4.4.4. Горячая штамповка
- •4.4.5. Холодная штамповка
- •4.5. Технологии сварки и пайки
- •4.5.1. Термические виды сварки
- •4.5.2. Механические виды сварки
- •4.5.3. Термомеханические виды сварки
- •4.5.4. Резка металлов
- •4.5.5. Пайка металлов
- •4.6. Технологии обработки резанием
- •4.6.1. Обработка на токарных станках
- •4.6.2. Обработка на сверлильных и расточных станках
- •4.6.3. Обработка на фрезерных станках
- •4.6.4. Обработка на строгальных, долбежных и протяжных станках
- •4.6.5. Обработка на шлифовальных, заточных и отделочных станках
- •4.6.6. Обработка на многооперационных станках
- •4.7. Физико-химические методы размерной обработки
- •4.7.1. Электрофизические методы
- •4.7.2. Электрохимические методы
- •4.8. Технологии обработки пластмасс
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Содержание
- •Раздел 1 4
- •Раздел 2 36
- •Раздел 3 46
- •Раздел 4 70
3.4. Чугуны
В зависимости от структуры и свойств чугуны подразделяются на пять видов.
1. Белый чугун получается при сравнительном быстром охлаждении расплава в металлических изложницах – кокилях. Углерод в белом чугуне присутствует в основном в виде цементита, поэтому такой чугун очень тверд, хрупок и имеет в изломе белый цвет. В связи с высокой хрупкостью и низкой обрабатываемостью применяется для изготовления крайне ограниченного числа деталей (прокатные валки, дробильные мельничные шары), а также для последующего превращения в ковкий чугун. Маркировки не имеет.
2. Серый чугун по ГОСТ 1412–85 (СЧ10, СЧ15, …, СЧ35) получается при более медленном охлаждении расплава, например, в песчано-глинистых формах. При этом углерод успевает выделиться в виде графитовых чешуек, равномерно распределенных в ферритной, ферритно-перлитной или перлитной основе (рис. 3.1, а). В силу чешуйчатого строения графита относительное удлинение серых чугунов (δ) не превышает 1%. Серый чугун маркируется буквами СЧ, после которых идет цифра, указывающая на минимальное допустимое значение σв в кгс/мм2. Серый чугун обладает прекрасными литейными свойствами, хорошо работает на сжатие и плохо на растяжение. Из него изготавливают станины станков, картеры ДВС, корпуса редукторов и т. п.
а
б
в
Рис. 3.1. Микроструктура серого (а), высокопрочного (б) и ковкого (в) чугуна
Антифрикционные серые чугуны выпускают марок АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3.
3. Высокопрочный чугун по ГОСТ 7293–85 (ВЧ35, ВЧ40, …, ВЧ100) получают путем микролегирования расплава порошком магния и других элементов. Частицы порошка являются центрами кристаллизации графита, поэтому он приобретает сферическую форму (рис. 3.1, б). Основа также может быть ферритной, ферритно-перлитной или перлитной. Маркируется буквами ВЧ, после которых идет цифра, указывающая на минимальное допустимое значение σв в кгс/мм2 (по старому ГОСТ 7293–79 после черточки указывали еще и минимально допустимое относительное удлинение δ в процентах: ВЧ38-17, ВЧ42-12, …, ВЧ120-2). Из высокопрочного чугуна изготавливают высоконагруженные ответственные детали (корпуса паровых турбин, коленчатые валы и поршни ДВС и т. п.).
Антифрикционные высокопрочные чугуны выпускают марок АЧВ-1, АЧВ-2.
4. Ковкий чугун по ГОСТ 1215–79 (КЧ30-6, КЧ35-10, …, КЧ80-1,5) получают длительным отжигом отливок из белого чугуна; при этом цементит разлагается с образованием хлопьевидного графита округлой формы (рис. 3.1, в). Структура и свойства ковкого чугуна аналогичны структуре и свойствам высокопрочного чугуна. Маркируется буквами КЧ, после которых идут две группы цифр, указывающих на минимально допустимые значение σв в кгс/мм2 и δ в процентах. Применение ковкого чугуна аналогично применению высокопрочного чугуна; однако детали из него можно получать с толщиной стенки до 50 мм, так как при большей толщине невозможно получить исходный белый чугун.
Антифрикционные ковкие чугуны выпускают марок АЧК-1, АЧК-2.
5. Легированный (специальный) чугун по ГОСТ 7769–82 маркируется буквой Ч, а дальше идет сочетание букв и цифр, принятое для легированных сталей; буква Ш в конце марки означает, что это чугун с шаровидным графитом.
В зависимости от назначения различают следующие группы специальных чугунов:
жаростойкие никелевые (ЧН15Д3Ш), хромистые (ЧХ28) и кремнистые (ЧС5);
жаропрочные с шаровидным графитом (ЧН19Х3Ш, ЧН11Г7Ш);
коррозионностойкие никелевые (ЧН15Д7), хромистые (ЧХ22) и кремнистые (ЧС15, ЧС17М3);
парамагнитные (аустенитные, например, ЧН15Д7), предназначенные для изготовления немагнитных деталей.