Основы материаловедения. Конструкционные материалы. Ковалевская Ж.Г

«Ж.Г. Ковалевская, В.П. Безбородов ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского …»

Основы материаловедения. Конструкционные материалы. Ковалевская Ж.Г
Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   …   | 15 |

— [ Страница 1 ] —

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ж.Г. Ковалевская, В.П. Безбородов

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского политехнического университета 2009 УДК 620.22 ББК 30.3я73 К 562 Ковалевская Ж.Г., Безбородов В.П.

Основы материаловедения. Конструкционные К 562 материалы: учебное пособие / Ж.Г. Ковалевская, В.П.

Безбородов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 110 с.

Пособие составлено, преимущественно, на основе материалов различных авторов: учебников, монографий, статей и пособий. В учебном пособии в краткой форме изложены классификация конструкционных материалов по их природе, методы анализа строения и свойств материалов, атомно-кристаллическое строение и фазовоструктурный состав основных конструкционных материалов.

Представлены металлические, керамические материалы, пластмассы и композиты, наиболее широко используемые в промышленности.

Описаны методы воздействия на строение материалов с целью получения оптимальных эксплуатационных свойств.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и 140200 «Электроэнергетика».

УДК 620. ББК 30.3я Рецензенты доктор физико-математических наук, профессор ТГАСУ Ю. П. Шаркеев доктор технических наук, профессор, руководитель Межотраслевого научно-технического центра «Сварка»

Ю.Н. Сараев © Ковалевская Ж.Г., Безбородов В.П., © Томский политехнический университет, © Оформление. Издательство Томского политехнического университета,

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача учебного пособия – помочь студентам сформировать представление о конструкционных материалах, способах и технологии их получения и обработки, структуре и свойствах, методах оценки качества.

В пособии дана классификация основных конструкционных материалов, используемых в современном производстве. Описываются строение металлов и сплавов на их основе, дефекты кристаллического строения и способы, позволяющие осуществлять упрочнение материалов.

Представлены двойные диаграммы состояния сплавов.

Отдельный раздел посвящен основным металлическим сплавам, используемым в производстве, в том числе сталям, чугунам, сплавам на основе алюминия, титана, меди. Неметаллические материалы также вынесены в отдельный раздел.

В него входит описание строения, свойств и областей применения полимеров, керамических материалов и композитов.

Внимание уделено новым направлениям в развитии материаловедения – созданию аморфных, монокристаллических и нанокристаллических материалов.

Авторы благодарят за предоставление иллюстративного материала сотрудников кафедры Материаловедения и технологии конструкционных материалов Томского политехнического университета О.М. Утьева, Н.В. Мартюшева, И.А. Хворову, Е.П.

Чинкова, сотрудников Института физики прочности и материаловедения СО РАН А.Ю. Ерошенко, к. ф.-м. н. Е.В. Легостаеву, к. ф.-м. н. Е.Г. Астафурову, заведующего лабораторией физики наноструктурных биокомпозитов д. ф.

-м. н. Ю.П. Шаркеева, заведующего лабораторией физики пластичности и прочности Сибирского физико-технического института д. ф.-м. н. Ю.И. Чумлякова, сотрудника Института машиноведения УрО РАН д.т.н. Н.Б. Пугачеву.

ЛИТЕРАТУРА

1. Материаловедение: учебник для вузов / Под ред. Б.Н.

Арзамасова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 528 с.

2. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение: Учебник для вузов.– СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007. – 784 с.

3. Гуляев А.П. Металловедение: учебник для вузов – М.:

Металлургия, 1986. – 544 с.

4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. – М.:

Машиностроение, 1992. – 528 с.

5. Козлов Ю.С. Материаловедение. – М.: “Агар”, 1999. – 180 с.

6. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / Под ред. А. М.

Дальского. – М.: Машиностроение, 2003. – 512 с.

7. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / Под ред. Г. П.

Фетисова. – М.: Высшая школа, 2000. – 638 с.

8. Технология металлов и материаловедение / Под ред. Л.Ф. Усовой.

– М., Металлургия, 1987. – 536 с.

9. Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А. и др. Введение в физику поверхности. – М.: Наука, 2006. – 490 с.

10. Горелик С. С., Добаткин С. В., Капуткина Л. М. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М.: Изд-во МИСИС, 2005. – 432 с.

11. Пейсхаков А.М., Кучер А.М. Материаловедение технология конструкционных материалов. Учебник. – СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2005. – 416 с.

Материаловедение специальных отраслей машиностроения. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007. – 784 с.

13. Чинков Е. П., Багинский А. Г. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 140 с.

14. Егоров Ю. П., Лозинский Ю. М., Роот Р. В., Хворова И. А.

Материаловедение: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 1999.

15. Материаловедение. Технология конструкционных материалов:

учеб. Пособие для студентов вузов / под ред. В.С. Чередниченко.– М.: Омега, 2006. – 752 с.

16. Моряков О.С. Материаловедение: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: Издательский центр “Академия”, 2008. –240 с.

17. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. – М.: Техносфера, 2006. – 384 с.

18. Ржевская С.В. Материаловедение: учебник для вузов. – М.: Логос, 19. Кенько В.М. Неметаллические материалы и методы их обработки:

учебное пособие для вузов. – Минск: Дизайн ПРО, 1998. – 240 с.

20. Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение: учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 21. Лозинский Ю.М., Безбородов В.П. Термическая обработка алюминиевых сплавов / Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “ Материаловедение” для студентов машиностроительных специальностей. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 10с.

22. Конева Н.А., Козлов Э.В. Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Под. ред. В.Е. Панина. – Новосибирск: Наука, 1990. – 123 с.

23. Клименов В.А., Ковалевская Ж.Г., Перевалова О.Б. и др. Влияние ультразвуковой обработки поверхности стали 40Х13 на микроструктуру азотированного слоя, сформированного при высокоинтенсивной низкоэнергетической имплантации ионами азота // Физика металлов и металловедение. – 2006. – Том 102. – № 6. – С. 621-629.

24. Шаркеев Ю.П., Ерошенко Ю.А., Братчиков А.Д. и др. Объемный ультрамелкозернистый титан с высокими механическими свойствами для медицинских имплантантов // Нанотехника. – 2007. –№ 3 (11). – С. 81-88.

25. Муш Г., Негели К, Шпрингер К. -Х. Руки роботов из волокнистых композитов // Пластмассы. – 2008. – №10. – С. 2-6.

26. Рогалла А., Друммер Д., Риль М. Новые разработки для медицинской техники // Пластмассы. – 2008. – №1. – С. 8-13.

27. Бродова И.Г., Попель П.С., Барбин Н.М., Ватолин Н.А. Исходные расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов. – Екатеринбург:УрО РАН, 2005 – 369 с.

МЕТОДЫ АНАЛИЗА СТРОЕНИЯ. ОЦЕНКА СВОЙСТВ

1.1.

Классификация конструкционных материалов 1.2. Методы изучения строения конструкционных материалов 1.3. Оценка свойств конструкционных материалов

Сплавов внешним воздействием

4.3. Изменение условий кристаллизации сплава

СВОЙСТВ

1.1.

Классификация конструкционных материалов При выборе материала для той или иной детали или конструкции учитывают экономическую целесообразность его применения (соответствие цены и качества), сохранение конструкционных критериев (требуемые долговечность, прочность, надежность) и возможность переработки в изделие (технологические критерии – обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость и т.п.). С учетом данных критериев выбирают материал той или иной природы. Материалы делятся на металлические, неметаллические и композиционные (рис. 1.1).

МЕТАЛЛЫ НЕМЕТАЛЛЫ КОМПОЗИТЫ

Черные: Цветные: Пластмассы На металлической основе стали; алюминий; Керамика На керамической основе Рис. 1.1. Схема классификации конструкционных материалов Металлические материалы. К ним относятся все металлы и их сплавы.

Среди них можно выделить несколько групп, отличающихся друг от друга по свойствам: 1.Черные металлы. Это железо и сплавы на его основе – стали и чугуны; 2. Цветные металлы. В эту группу входят металлы и их сплавы, такие как медь, алюминий, титан, никель и др.; 3.

Благородные металлы. К ним относятся золото, серебро, платина; 4.

Редкоземельные металлы. Это лантан, неодим, празеодим.

Неметаллические материалы. Среди них также можно выделить несколько групп: 1. Пластмассы. Это материалы на основе высокомолекулярных соединений – полимеров, как правило, с наполнителями;

2. Керамические материалы (керамика). Основой этих материалов являются порошки тугоплавких соединений типа карбидов, боридов, нитридов и оксидов. Например: TiC, SiC, Cr7C3, CrB, Ni3B, TiB2, BN, TiN, Al2O3, SiO2, ZrO2 и др.

; 3. Металлокерамические материалы (металлокерамика). В этих материалах основой является керамика, в которую добавляется некоторое количество металла, являющегося связкой и обеспечивающего такие свойства, как пластичность и вязкость; 4. Стекло.

Оно представляет собой систему, состоящую из оксидов различных элементов, в первую очередь оксида кремния SiO2; 5. Резина. Это материалы на основе каучука — углеродноводородного полимера с добавлением серы и других элементов; 6. Дерево. Сложная органическая ткань древесных растений.

Композиционные материалы. Они представляют собой композиции, полученные искусственным путем из двух и более разнородных материалов, сильно отличающихся друг от друга по свойствам.

В результате композиция существенно отличается по свойствам от составляющих компонентов, т.е. получаемый материал имеет новый комплекс свойств.

В состав композиционных материалов могут входить как металлические, так и неметаллические составляющие.

Удельная доля применения в технике этих материалов различна.

Мировой объем производства в год основных материалов следующий:

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   …   | 15 |

Источник: http://www.knigi.konflib.ru/8mehanika/144889-1-zhg-kovalevskaya-bezborodov-osnovi-materialovedeniya-konstrukcionnie-materiali-rekomendovano-kachestve-uchebnogo-po.php

Ж.Г. Ковалевская, В.П. Безбородов ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — PDF Скачать Бесплатно

Основы материаловедения. Конструкционные материалы. Ковалевская Ж.Г

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ БРАТСКИЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫЙ КОЛЛЕДЖ Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Братский государственный университет»

Подробнее

РЕЙТИНГ-ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ Материаловедение. Технология конструкционных материалов п/п Недели 1 1 3 3 5 7 5 9 6 11 7 13 Лекции (тема) Введение. Современное производство чугуна и стали Металлургические агрегаты.

Подробнее

1. Пояснительная записка 1.1. Вступительные испытания в аспирантуру предназначены для определения теоретической и практической подготовленности магистра или специалиста к выполнению профессиональных задач.

Подробнее

Министерство образования Республики Беларусь Учебно-методическое объединение но естественнонаучному образованию Министра образования lib.'f и ж Ж е А.И.Жук щщсрацнный ТД- /г. 351 /тип. ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Подробнее

2 АННОТАЦИЯ курса по выбору «Металлы и сплавы в машиностроении. Неметаллические материалы в машиностроении» для аспирантов специальности 05.16.09 материаловедение в машиностроении 1. Цель изучения дисциплины.

Подробнее

Издания, представленные в фонде НТБ, 2005-2015гг. Раздел по УДК 669.01 «Металлургия» Местонахождение БС 1. Макаров Э.Л. Теория свариваемости сталей и сплавов.-м.:мгту им.н.э. Баумана, 2014. 1 экз. 2. Смирнов

Подробнее

Издания, представленные в фонде НТБ, 2005-2015гг. Раздел по УДК 669 «Материаловедение» 1. Материаловедение и технология материалов: учебник для студ. вузов, обуч. по машиностроительным специальностям (

Подробнее

СОСТАВИТЕЛЬ: А.К. Федотов профессор кафедры энергофизики Белорусского государственного университета, доктор физико математических наук, профессор. РЕЦЕНЗЕНТЫ: С.Е. Демьянов заведующий отделом криогенных

Подробнее

2 1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1 Цель преподавания дисциплины Изучение основ технологий получения и обработки конструкционных материалов, применяемых в машиностроении. Знакомство с видами технологических

Подробнее

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ Г.МОСКВЫ Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы КОЛЛЕДЖ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА 9 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА По предмету: «Материаловедение»

Подробнее

с. 2 из 5 В соответствии с п. 40 Положения о подготовке научно-педагогических и научных кадров в системе послевузовского профессионального образования в Российской Федерации, утвержденного Приказом Министерства

Подробнее

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ БПОУ ВО «Вологодский политехнический техникум» ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «Материаловедение» г. Вологда 016 Программа учебной дисциплины «Материаловедение»

Подробнее

КОМИТЕТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ КУРСКИЙ ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО ПРООФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПЕРЕПОДГОТОВКИ) СПЕЦИАЛИСТОВ ОТРАСЛИ ОБРАЗОВАНИЯ ПРИМЕРНАЯ

Подробнее

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» ПРОГРАММА вступительных экзаменов магистерских программ

Подробнее

2 3 ФЕДЕРАЛЬНЫЙ КОМПОНЕНТ Материаловедение. Технология конструкционных материалов: номенклатура технических материалов в теплоэнергетике, их структура и основные свойства; атомно-кристаллическое строение

Подробнее

СОСТАВИТЕЛЬ: А.К. Федотов профессор кафедры энергофизики Белорусского государственного университета, доктор физико математических наук, профессор. РЕЦЕНЗЕНТЫ: В.Г. Баштовой заведующий кафедрой Кафедра

Подробнее

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Программа вступительных испытаний по дисциплине «Материаловедение и технология материалов» для абитуриентов учреждения образования «Мозырский государственный педагогический университет

Подробнее

ВОПРОСЫ к кандидатскому экзамену по специальности 05.19.08 — товароведение, экспертиза и безопасность непродовольственных товаров и сырьевых материалов 1. и задачи современного товароведения.

Подробнее

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ростовской области «Шахтинское профессиональное училище 6» (ГБПОУ

Подробнее

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет» ГЛАЗОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ

Подробнее

ДЕПАРТАМЕНТ ВНУТРЕННЕЙ И КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГУБКИНСКИЙ ГОРНОПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Подробнее

областное государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Валуйский индустриальный техникум» РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ 2017 г. Рабочая программа учебной

Подробнее

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ 1.1. Цель преподавания дисциплины Дать знания об основных материалах, применяемых при производстве и эксплуатации транспортной техники, а также

Подробнее

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГУБКИНСКИЙ ГОРНО-ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «Материаловедение»

Подробнее

Аннотация рабочей программы ( дисциплины) Изучить строение материалов. Кристаллизация и структура металлов и сплавов. Диффузионные и бездиффузионные превращения. Классификация сплавов. Диаграммы

Подробнее

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Подробнее

Учреждение образования «Мозырский государственный педагогический университет им. И.П.Шамякина» Утверждаю Проректор по учебной работе УО МГПУ им. И.П.Шамякина Н.А. Лебедев 01 г. Регистрационный УД- /баз.

Подробнее

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА

Подробнее

Общее материаловедение и технология материалов Часть I 1 Общее материаловедение и технология материалов (ОМиТМ) Ваулина Ольга Юрьевна к.т.н., доцент кафедры ММС 8-903-953-8641 volgay@tpu.ru Всего 100 баллов:

Подробнее

ДЛЯ ВУЗОВ Î.Å. Îñèíöåâ ÌÅÒÀËËÎÂÅÄÅÍÈÅ ÒÓÃÎÏËÀÂÊÈÕ ÌÅÒÀËËÎÂ È ÑÏËÀÂÎÂ ÍÀ ÈÕ ÎÑÍÎÂÅ Ðåêîìåíäîâàíî Ó åáíûì îáúåäèíåíèåì âûñøèõ ó åáíûõ çàâåäåíèé ÐÔ ïî îáðàçîâàíèþ â îáëàñòè ìàòåðèàëîâåäåíèÿ, òåõíîëîãèè ìàòåðèàëîâ

Подробнее

Источник: https://docplayer.ru/51076155-Zh-g-kovalevskaya-v-p-bezborodov-osnovy-materialovedeniya-konstrukcionnye-materialy.html

Основы материаловедения и ТКМ. Конструкционные материалы

Основы материаловедения. Конструкционные материалы. Ковалевская Ж.Г

Подборка по базе: Глава I Учебные материалы.docx, Современные технологии и материалы.docx, 8. Лекционные материалы СКД.doc, 1.1. Авиационные горюче-смазочные материалы.pdf, Дем экзамен (оценочные материалы).doc, Учение о болезни, общая этиология, общий патогенезМетодические м, % Сем. 4 — Основные материалы.

doc, Реферат Упаковочные материалы, тара и технология вареных колбас, Строительные материалы и их свойства..doc, Современные материалы в детской одежде (на примере мембраны) и т. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ж.Г.

Ковалевская, В.П. Безбородов

ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рекомендовано в качестве учебного пособия
Редакционно-издательским советом
Томского политехнического университета Издательство Томского политехнического университета 2009 УДК 620.22 ББК 30.3я73 К 562

Ковалевская Ж.Г., Безбородов В.П.

Основы материаловедения. Конструкционные материалы: учебное пособие / Ж.Г. Ковалевская, В.П. Безбородов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 110 с. К 562 Пособие составлено, преимущественно, на основе материалов различных авторов: учебников, монографий, статей и пособий.

В учебном пособии в краткой форме изложены классификация конструкционных материалов по их природе, методы анализа строения и свойств материалов, атомно-кристаллическое строение и фазово- структурный состав основных конструкционных материалов.

Представлены металлические, керамические материалы, пластмассы и композиты, наиболее широко используемые в промышленности. Описаны методы воздействия на строение материалов с целью получения оптимальных эксплуатационных свойств.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и 140200 «Электроэнергетика».

УДК 620.22

ББК 30.3я73
Рецензенты доктор физико-математических наук, профессор ТГАСУ

Ю. П. Шаркеев доктор технических наук, профессор, руководитель

Межотраслевого научно-технического центра «Сварка»

Ю.Н. Сараев

© Ковалевская Ж.Г., Безбородов В.П., 2009 © Томский политехнический университет, 2009 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2009
ВВЕДЕНИЕ
Основная задача учебного пособия – помочь студентам сформировать представление о конструкционных материалах, способах и технологии их получения и обработки, структуре и свойствах, методах оценки качества. В пособии дана классификация основных конструкционных материалов, используемых в современном производстве. Описываются строение металлов и сплавов на их основе, дефекты кристаллического строения и способы, позволяющие осуществлять упрочнение материалов. Представлены двойные диаграммы состояния сплавов. Отдельный раздел посвящен основным металлическим сплавам, используемым в производстве, в том числе сталям, чугунам, сплавам на основе алюминия, титана, меди. Неметаллические материалы также вынесены в отдельный раздел. В него входит описание строения, свойств и областей применения полимеров, керамических материалов и композитов. Внимание уделено новым направлениям в развитии материаловедения – созданию аморфных, монокристаллических и нанокристаллических материалов. Авторы благодарят за предоставление иллюстративного материала сотрудников кафедры Материаловедения и технологии конструкционных материалов Томского политехнического университета О.М. Утьева, Н.В. Мартюшева, И.А. Хворову, Е.П. Чинкова, сотрудников Института физики прочности и материаловедения СО РАН А.Ю. Ерошенко, к. ф.-м. н. Е.В. Легостаеву, к. ф.-м. н. Е.Г. Астафурову, заведующего лабораторией физики наноструктурных биокомпозитов д. ф.-м. н. Ю.П. Шаркеева, заведующего лабораторией физики пластичности и прочности Сибирского физико-технического института д. ф.-м. н. Ю.И. Чумлякова, сотрудника Института машиноведения УрО РАН д.т.н. Н.Б. Пугачеву.
ЛИТЕРАТУРА 1.Материаловедение: учебник для вузов / Под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 528 с.2.Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение: Учебник для вузов.– СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007. – 784 с. 3.Гуляев А.П.Металловедение: учебник для вузов – М.: Металлургия, 1986. – 544 с. 4.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. – М.: Машиностроение, 1992. – 528 с. 5.Козлов Ю.С. Материаловедение. – М.: “Агар”, 1999. – 180 с. 6.Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / Под ред. А. М. Дальского. – М.: Машиностроение, 2003. – 512 с. 7.Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / Под ред. Г. П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2000. – 638 с. 8.Технология металлов и материаловедение / Под ред. Л.Ф. Усовой. – М., Металлургия, 1987. – 536 с. 9.Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А. и др. Введение в физику поверхности. – М.: Наука, 2006. – 490 с. 10.Горелик С. С., Добаткин С. В., Капуткина Л. М. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М.: Изд-во МИСИС, 2005. – 432 с. 11.Пейсхаков А.М., Кучер А.М. Материаловедение технология конструкционных материалов. Учебник. – СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2005. – 416 с. 12.Солнцев Ю.П., Пирайнен В.Ю., Вологжанина С.А. Материаловедение специальных отраслей машиностроения. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007. – 784 с. 13.Чинков Е. П., Багинский А. Г. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 140 с. 14.Егоров Ю. П., Лозинский Ю. М., Роот Р. В., Хворова И. А. Материаловедение: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 1999. – 160 с. 15.Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учеб. Пособие для студентов вузов / под ред. В.С. Чередниченко.– М.: Омега, 2006. – 752 с. 16.Моряков О.С. Материаловедение: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: Издательский центр “Академия”, 2008. –240 с. 17.Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. – М.: Техносфера, 2006. – 384 с. 18.Ржевская С.В. Материаловедение: учебник для вузов. – М.: Логос, 2006, – 424 с. 19.Кенько В.М. Неметаллические материалы и методы их обработки: учебное пособие для вузов. – Минск: Дизайн ПРО, 1998. – 240 с. 20.Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение: учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 384 с. 21.Лозинский Ю.М., Безбородов В.П. Термическая обработка алюминиевых сплавов / Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “ Материаловедение” для студентов машиностроительных специальностей. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 10с. 22.Конева Н.А., Козлов Э.В. Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Под. ред. В.Е. Панина. – Новосибирск: Наука, 1990. – 123 с. 23.Клименов В.А., Ковалевская Ж.Г., Перевалова О.Б. и др. Влияние ультразвуковой обработки поверхности стали 40Х13 на микроструктуру азотированного слоя, сформированного при высокоинтенсивной низкоэнергетической имплантации ионами азота // Физика металлов и металловедение. – 2006. – Том 102. – № 6. – С. 621-629. 24.Шаркеев Ю.П., Ерошенко Ю.А., Братчиков А.Д. и др. Объемный ультрамелкозернистый титан с высокими механическими свойствами для медицинских имплантантов // Нанотехника. – 2007. –№ 3 (11). – С. 81-88. 25.Муш Г., Негели К, Шпрингер К. -Х. Руки роботов из волокнистых композитов // Пластмассы. – 2008. – №10. – С. 2-6. 26.Рогалла А., Друммер Д., Риль М. Новые разработки для медицинской техники // Пластмассы. – 2008. – №1. – С. 8-13. 27.Бродова И.Г., Попель П.С., Барбин Н.М., Ватолин Н.А. Исходные расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов. – Екатеринбург:УрО РАН, 2005 – 369 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ. МЕТОДЫ АНАЛИЗА СТРОЕНИЯ. ОЦЕНКА СВОЙСТВ 1.1. Классификация конструкционных материалов 1.2. Методы изучения строения конструкционных материалов 1.3. Оценка свойств конструкционных материалов 2. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 2.1. Кристаллическое строение металлов 2.2. Строение металлических сплавов 2.3.Диаграммы состояния сплавов 3. ОСНОВНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ 3.1. Железоуглеродистые сплавы 3.2. Цветные сплавы 4. ИЗМЕНЕНИЕ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ВНЕШНИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

4.1. Основные механизмы упрочнения сплавов

4.2. Наклеп и рекристаллизация 4.3. Изменение условий кристаллизации сплава 4.4. Термическая обработка сплавов 5. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 5.1. Строение и свойства полимеров 5.2. Неорганические материалы 5.3. Композиционные материалы ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА 3 44 510 18 18 26 29 37 37 45 56 57 59 65 71 84 85 93 97 106 107
1.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
КЛАССИФИКАЦИЯ. МЕТОДЫ АНАЛИЗА СТРОЕНИЯ. ОЦЕНКА
СВОЙСТВ
1.1. Классификация конструкционных материалов
При выборе материала для той или иной детали или конструкции учитывают экономическую целесообразность его применения (соответ- ствие цены и качества), сохранение конструкционных критериев (тре- буемые долговечность, прочность, надежность) и возможность перера- ботки в изделие (технологические критерии – обрабатываемость реза- нием, свариваемость, ковкость и т.п.). С учетом данных критериев вы- бирают материал той или иной природы. Материалы делятся на метал-
лические, неметаллические и композиционные (рис. 1.1).
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕЛИАЛЫ
Черные: стали; чугуны

Цветные:

алюминий; титан; медь; никель; цинк и др.

Пластмассы

Керамика
Стекло
Резина
Дерево
МЕТАЛЛЫ
НЕМЕТАЛЛЫ
КОМПОЗИТЫ
На металлической основе
На керамической основе
На полимерной основе
Рис. 1.1. Схема классификации конструкционных материалов
Металлические материалы. К ним относятся все металлы и их сплавы. Среди них можно выделить несколько групп, отличающихся друг от друга по свойствам: 1.Черные металлы. Это железо и сплавы на его основе – стали и чугуны; 2. Цветные металлы. В эту группу входят металлы и их сплавы, такие как медь, алюминий, титан, никель и др.; 3. Благородные металлы. К ним относятся золото, серебро, платина; 4. Редкоземельные металлы. Это лантан, неодим, празеодим.

Неметаллические материалы. Среди них также можно выделить несколько групп: 1. Пластмассы. Это материалы на основе высокомоле- кулярных соединений – полимеров, как правило, с наполнителями;

1 2. Керамические материалы (керамика). Основой этих материалов яв- ляются порошки тугоплавких соединений типа карбидов, боридов, нит- ридов и оксидов. Например: TiC, SiC, Cr7C3, CrB, Ni3B, TiB2, BN, TiN, Al2O3, SiO2, ZrO2 и др.; 3. Металлокерамические материалы (металлоке- рамика). В этих материалах основой является керамика, в которую до- бавляется некоторое количество металла, являющегося связкой и обес- печивающего такие свойства, как пластичность и вязкость; 4. Стекло.

Оно представляет собой систему, состоящую из оксидов различных элементов, в первую очередь оксида кремния SiO

2; 5. Резина. Это мате- риалы на основе каучука — углеродноводородного полимера с добавле- нием серы и других элементов; 6. Дерево. Сложная органическая ткань древесных растений.

Композиционные материалы. Они представляют собой компози- ции, полученные искусственным путем из двух и более разнородных материалов, сильно отличающихся друг от друга по свойствам.

В ре- зультате композиция существенно отличается по свойствам от состав- ляющих компонентов, т.е. получаемый материал имеет новый комплекс свойств.

В состав композиционных материалов могут входить как ме- таллические, так и неметаллические составляющие.

Удельная доля применения в технике этих материалов различна. Мировой объем производства в год основных материалов следующий: сталь – 700 млн. т., конструкционного чугуна – 46 млн. т.

, пластических масс – 100 млн. т., конструкционных стекла и керамики – 180 млн. т., алюминий – 12 млн. т., медь – 7 млн. т., никель – 0,5 млн. т. (данные

1998 г.).

Как видно, наиболее широко применяются металлические ма-

териалы. Например, в машиностроении их доля достигает 95%. Однако наибольшие темпы роста производства у композиционных материалов.
1.2. Методы изучения строения конструкционных материалов Существует много разнообразных способов, при помощи которых изучают строение материалов. В данном параграфе представлены лишь основные методы анализа внутреннего строения металлических мате- риалов. Многие из представленных методов используются и для оценки строения неметаллических и композиционных материалов.

Определение химического состава. Для определения химическо- го состава используются методы количественного анализа. Если не тре- буется большой точности, то используют спектральный анализ. Спек-

тральный анализ основан на разложении и исследовании спектра элек- трической дуги или искры, искусственно возбуждаемой между медным электродом и исследуемым металлом. Зажигается дуга, луч света через 2 призмы попадает в окуляр для анализа спектра. Цвет и концентрация ли- ний спектра позволяют определить содержание химических элементов.
Используются стационарные и переносные стилоскопы.
Более точные сведения о составе дает рентгеноспектральный ана-
лиз. Проводится на микроанализаторах. Позволяет определить состав фаз сплава, характеристики диффузионной подвижности атомов.
Структурный анализ. Существуют понятия макроструктуры, микроструктуры и субмикроструктуры материалов.
Макроструктурный анализ –изу- чение структуры материалов визуально или с помощью простейших оптических приборов с увеличением до 50 крат.

Наиболее доступным при этом является изучение изломов (рис. 1.2). Для металлов и сплавов мелкокристаллический излом соответствует лучшему качеству – бо- лее высоким механическим свойствам.

На изломах, например, в сталях легко наблюдаются дефекты: крупное зерно, грубая волокнистость, трещины, ракови- ны и т.п. Другим способом макроиссле- дования является изучение строения ме- таллических материалов на специаль- ных темплетах (образцах). После травления специальными растворами шлифованной поверхности темплета на ней выявляется кристаллическая структура, волокни- стость, дендритное строение, не- однородность металла. Например, травление поперечного среза свар- ного шва дает возможность вы- явить места непровара, пузыри, зо- ну термического влияния, трещины и т.п.
Рис. 1.2. Излом бронзовой
отливки (×

50)

Микроструктурный анализ
(рис. 1.3) – изучение поверхности при помощи световых микроско- пов. Увеличение составляет от 50 до 2000 крат. Позволяет обнару- жить элементы структуры разме- ром до 0,2 мкм. Образцами яв- ляются микрошлифы с блестя-
Рис. 1.3. Микроструктура литей-
ной легированной стали (×

500)

3 щей полированной поверхностью, так как структура рассматрива- ется в отраженном свете. Наблюдаются микротрещины и неметалли- ческие включения. Для выявления микроструктуры поверхность травят реактивами, зависящими от состава сплава. Различные фазы протрав- ливаются неодинаково и окрашиваются по разному. Можно выявить форму, размеры и ориентировку зерен, отдельные фазы и структурные составляющие.
Для анализа субмикроструктуры (структуры внутри зерен), кроме световых микроскопов, используют электронные микроскопы с боль- шой разрешающей способностью (увеличение до миллиона крат). Изо- бражение формируется при помощи потока быстро летящих электро- нов. Электронные лучи с длиной волны (0,04…0,12)⋅10-8 см дают воз- можность различать детали объекта, соответствующие по своим раз- мерам межатомным расстояниям.

В просвечивающем электронном микроскопе поток электронов проходит через изучаемый объект. Изображение является результатом неодинакового рассеяния электронов на объекте (рис. 1.4).

а
б
в
Рис. 1.4. Изображение субзерен феррита в стали 20, полученное с помощью
просвечивающей электронной микроскопии:
а – светлое поле;
б – темное поле в рефлексе [110] α

-Fe; в – микроэлектронограмма (

×

50000).

При прямом методе изучают тонкие металлические фольги, тол- щиной до 300 нм, на просвет. Фольги получают непосредственно из изучаемого сплава последовательно механическим и ионным утоне- нием. Для идентификации фаз, присутствующих в материале, применя- ется дифракционный анализ с использованием темнопольной методики (рис. 1.4б,в). Изображение тонкой структуры материала – светлополь- ное изображение (рис. 1.4а) используется для анализа строения субзе-4 ренной структуры, характера расположения дефектов кристаллического строения, оценки внутренних напряжений.
В растровом элек-
тронном микроскопе изо- бражение создается за счет вторичной эмиссии элек- тронов, излучаемых по- верхностью, на которую падает непрерывно пере- мещающийся по этой по- верхности поток первичных электронов. Изучается непо- средственно поверхность металла, чаще всего изломы (рис. 1.5). Разрешающая спо- собность растровых элек- тронных микроскопов не- сколько ниже, чем у просве- чивающих микроскопов.

Атомно-силовой микроскоп основан на принципе взаимодейст- вия между поверхностью исследуемого образца и острой вольфрамо- вой иглой длиной в несколько микрометров, закрепленной на свобод- ном конце кантилевера (кронштейна). Межатомные силы между иглой и атомами поверхности образца заставляют кантилевер изгибаться.

Измеряя отклонение кан- тилевера в ходе сканиро- вания иглой поверхности, получают картину топо- графии поверхности. Пье- зоэлектрический преобра- зователь обеспечивает контроль положения иглы по отношению к поверх- ности образца с высокой точностью, получая карту поверхности в нанометро- вом или атомном масшта- бе (рис. 1.6).

Рис. 1.5. Изображение излома поверхно-

стного слоя титана, полученное с по-
мощью растровой электронной мик-
роскопии
(×

1000)

Рис. 1.6. Изображение выхода на поверх-
ность кристаллографических плоскостей
кремния, полученное с помощью атомно-
силовой микроскопии (×

200000)

5
Для изучения атомно-кристаллического строения твердых тел ис- пользуется рентгеноструктурный метод анализа, позволяющий оп- ределять качественный и количественный фазовый состав сплавов, осо- бенности субструктуры, тип твердых растворов, параметры кристалли- ческих решеток, плотность линейных дефектов, микронапряжения и др. Метод основан на эффекте упругого взаимодействия рентгеновского излучения с исследуемым материалом. Взаимодействие волны с атома- ми кристаллической решетки приводит к ее дифракции и преимущест- венному рассеянию в некоторых направлениях. Пример дифракционно- го спектра приведен на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Дифрактограмма литейной стали марки 260Х6ВФ9 с указанием

идентифицированных рефлексов основных фаз
(α

-Fe, карбидов Fe

3
C и VC)Направление (углы) и интенсивность дифракционных максимумов (рефлексов) определяют параметры кристаллической решетки и другие показатели кристаллического строения. Плавка № 5 55°50°45°40°60°Инт енс ивно ст ь отра жен ия, им п./се к.Угол отражения, град.2θFe C3(122)Fe C3(113)Fe C3(211)Feα(110-101)Fe C3(210)Fe C3(121)Fe C3(120)VC(111)6

Источник: http://topuch.ru/konstrukcionnie-materiali/index.html

Основы материаловедения и ТКМ

Основы материаловедения. Конструкционные материалы. Ковалевская Ж.Г

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ж.Г. Ковалевская, В.П. Безбородов

ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета

Издательство Томского политехнического университета

2009

УДК 620.22 ББК 30.3я73 К 562

Ковалевская Ж.Г., Безбородов В.П.

Основы материаловедения. Конструкционные

К562 материалы: учебное пособие / Ж.Г. Ковалевская, В.П. Безбородов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 110 с.

Пособие составлено, преимущественно, на основе материалов различных авторов: учебников, монографий, статей и пособий.

В учебном пособии в краткой форме изложены классификация конструкционных материалов по их природе, методы анализа строения и свойств материалов, атомно-кристаллическое строение и фазовоструктурный состав основных конструкционных материалов.

Представлены металлические, керамические материалы, пластмассы и композиты, наиболее широко используемые в промышленности. Описаны методы воздействия на строение материалов с целью получения оптимальных эксплуатационных свойств.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и 140200 «Электроэнергетика».

УДК 620.22 ББК 30.3я73

Рецензенты

доктор физико-математических наук, профессор ТГАСУ

Ю. П. Шаркеев

доктор технических наук, профессор, руководитель Межотраслевого научно-технического центра «Сварка»

Ю.Н. Сараев

©Ковалевская Ж.Г., Безбородов В.П., 2009

©Томский политехнический университет, 2009

©Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2009

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача учебного пособия – помочь студентам сформировать представление о конструкционных материалах, способах и технологии их получения и обработки, структуре и свойствах, методах оценки качества.

В пособии дана классификация основных конструкционных материалов, используемых в современном производстве. Описываются строение металлов и сплавов на их основе, дефекты кристаллического строения и способы, позволяющие осуществлять упрочнение материалов. Представлены двойные диаграммы состояния сплавов.

Отдельный раздел посвящен основным металлическим сплавам, используемым в производстве, в том числе сталям, чугунам, сплавам на основе алюминия, титана, меди. Неметаллические материалы также вынесены в отдельный раздел. В него входит описание строения, свойств и областей применения полимеров, керамических материалов и композитов.

Внимание уделено новым направлениям в развитии материаловедения – созданию аморфных, монокристаллических и нанокристаллических материалов.

Авторы благодарят за предоставление иллюстративного материала сотрудников кафедры Материаловедения и технологии конструкционных материалов Томского политехнического университета О.М. Утьева, Н.В. Мартюшева, И.А. Хворову, Е.П. Чинкова, сотрудников Института физики прочности и материаловедения СО РАН А.Ю. Ерошенко, к. ф.-м. н.

Е.В. Легостаеву, к. ф.-м. н. Е.Г. Астафурову, заведующего лабораторией физики наноструктурных биокомпозитов д. ф.-м. н. Ю.П. Шаркеева, заведующего лабораторией физики пластичности и прочности Сибирского физико-технического института д. ф.-м. н. Ю.И. Чумлякова, сотрудника Института машиноведения УрО РАН д.т.н. Н.Б. Пугачеву.

ЛИТЕРАТУРА

1.Материаловедение: учебник для вузов / Под ред. Б.Н.

Арзамасова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 528 с.

2.Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение: Учебник для вузов.– СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007. – 784 с.

3.Гуляев А.П. Металловедение: учебник для вузов – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

4.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. – М.: Машиностроение, 1992. – 528 с.

5.Козлов Ю.С. Материаловедение. – М.: “Агар”, 1999. – 180 с.

6.Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / Под ред. А. М. Дальского. – М.: Машиностроение, 2003. – 512 с.

7.Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / Под ред. Г. П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2000. – 638 с.

8.Технология металлов и материаловедение / Под ред. Л.Ф. Усовой.

– М., Металлургия, 1987. – 536 с.

9.Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А. и др. Введение в физику поверхности. – М.: Наука, 2006. – 490 с.

10.Горелик С. С., Добаткин С. В., Капуткина Л. М. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М.: Изд-во МИСИС, 2005. – 432 с.

11.Пейсхаков А.М., Кучер А.М. Материаловедение технология конструкционных материалов. Учебник. – СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2005. – 416 с.

12.Солнцев Ю.П., Пирайнен В.Ю., Вологжанина С.А. Материаловедение специальных отраслей машиностроения. –

СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007. – 784 с.

13.Чинков Е. П., Багинский А. Г. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 140 с.

14.Егоров Ю. П., Лозинский Ю. М., Роот Р. В., Хворова И. А. Материаловедение: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 1999.

– 160 с.

15.Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учеб. Пособие для студентов вузов / под ред. В.С. Чередниченко.–

М.: Омега, 2006. – 752 с.

16.Моряков О.С. Материаловедение: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: Издательский центр “Академия”, 2008. –240 с.

17.Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. – М.: Техносфера, 2006. – 384 с.

18.Ржевская С.В. Материаловедение: учебник для вузов. – М.: Логос, 2006, – 424 с.

19.Кенько В.М. Неметаллические материалы и методы их обработки: учебное пособие для вузов. – Минск: Дизайн ПРО, 1998. – 240 с.

20.Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение: учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 384 с.

21.Лозинский Ю.М., Безбородов В.П. Термическая обработка алюминиевых сплавов / Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “ Материаловедение” для студентов машиностроительных специальностей. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 10с.

22.Конева Н.А., Козлов Э.В. Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Под. ред. В.Е. Панина. – Новосибирск: Наука, 1990. – 123 с.

23.Клименов В.А., Ковалевская Ж.Г., Перевалова О.Б. и др. Влияние ультразвуковой обработки поверхности стали 40Х13 на микроструктуру азотированного слоя, сформированного при высокоинтенсивной низкоэнергетической имплантации ионами азота // Физика металлов и металловедение. – 2006. – Том 102. –

№ 6. – С. 621-629.

24.Шаркеев Ю.П., Ерошенко Ю.А., Братчиков А.Д. и др. Объемный ультрамелкозернистый титан с высокими механическими свойствами для медицинских имплантантов // Нанотехника. – 2007. –№ 3 (11). – С. 81-88.

25.Муш Г., Негели К, Шпрингер К. -Х. Руки роботов из волокнистых композитов // Пластмассы. – 2008. – №10. – С. 2-6.

26.Рогалла А., Друммер Д., Риль М. Новые разработки для медицинской техники // Пластмассы. – 2008. – №1. – С. 8-13.

27.Бродова И.Г., Попель П.С., Барбин Н.М., Ватолин Н.А. Исходные расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов. – Екатеринбург:УрО РАН, 2005 – 369 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

3

1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ.

МЕТОДЫ АНАЛИЗА СТРОЕНИЯ. ОЦЕНКА СВОЙСТВ

4

1.1. Классификация конструкционных материалов

4

1.2. Методы изучения строения конструкционных материалов

5

1.3. Оценка свойств конструкционных материалов

10

2. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

18

2.1. Кристаллическое строение металлов

18

2.2. Строение металлических сплавов

26

2.3. Диаграммы состояния сплавов

29

3. ОСНОВНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В

ПРОИЗВОДСТВЕ

37

3.1. Железоуглеродистые сплавы

37

3.2. Цветные сплавы

45

4. ИЗМЕНЕНИЕ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

СПЛАВОВ ВНЕШНИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

56

4.1. Основные механизмы упрочнения сплавов

57

4.2. Наклеп и рекристаллизация

59

4.3. Изменение условий кристаллизации сплава

65

4.4. Термическая обработка сплавов

71

5. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

84

5.1. Строение и свойства полимеров

85

5.2. Неорганические материалы

93

5.3. Композиционные материалы

97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

106

ЛИТЕРАТУРА

107

1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ. МЕТОДЫ АНАЛИЗА СТРОЕНИЯ. ОЦЕНКА СВОЙСТВ

1.1. Классификация конструкционных материалов

При выборе материала для той или иной детали или конструкции учитывают экономическую целесообразность его применения (соответствие цены и качества), сохранение конструкционных критериев (требуемые долговечность, прочность, надежность) и возможность переработки в изделие (технологические критерии – обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость и т.п.). С учетом данных критериев выбирают материал той или иной природы. Материалы делятся на метал-

лические, неметаллические и композиционные (рис. 1.1).

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕЛИАЛЫ

МЕТАЛЛЫ НЕМЕТАЛЛЫ КОМПОЗИТЫ

Черные:

Цветные:

Пластмассы

На металлической основе

стали;

алюминий;

Керамика

На керамической основе

чугуны

титан;

Стекло

На полимерной основе

медь;

Резина

никель;

Дерево

цинк и др.

Рис. 1.1. Схема классификации конструкционных материалов

Металлические материалы. К ним относятся все металлы и их сплавы. Среди них можно выделить несколько групп, отличающихся друг от друга по свойствам: 1.Черные металлы. Это железо и сплавы на его основе – стали и чугуны; 2.

Цветные металлы. В эту группу входят металлы и их сплавы, такие как медь, алюминий, титан, никель и др.; 3. Благородные металлы. К ним относятся золото, серебро, платина; 4. Редкоземельные металлы. Это лантан, неодим, празеодим.

Неметаллические материалы. Среди них также можно выделить несколько групп: 1. Пластмассы. Это материалы на основе высокомолекулярных соединений – полимеров, как правило, с наполнителями;

2. Керамические материалы (керамика). Основой этих материалов являются порошки тугоплавких соединений типа карбидов, боридов, нит-

ридов и оксидов. Например: TiC, SiC, Cr7C3, CrB, Ni3B, TiB2, BN, TiN, Al2O3, SiO2, ZrO2 и др.; 3. Металлокерамические материалы (металлокерамика).

В этих материалах основой является керамика, в которую добавляется некоторое количество металла, являющегося связкой и обеспечивающего такие свойства, как пластичность и вязкость; 4. Стекло. Оно представляет собой систему, состоящую из оксидов различных элементов, в первую очередь оксида кремния SiO2; 5. Резина.

Это материалы на основе каучука — углеродноводородного полимера с добавлением серы и других элементов; 6. Дерево. Сложная органическая ткань древесных растений.

Композиционные материалы. Они представляют собой композиции, полученные искусственным путем из двух и более разнородных материалов, сильно отличающихся друг от друга по свойствам.

В результате композиция существенно отличается по свойствам от составляющих компонентов, т.е. получаемый материал имеет новый комплекс свойств.

В состав композиционных материалов могут входить как металлические, так и неметаллические составляющие.

Удельная доля применения в технике этих материалов различна. Мировой объем производства в год основных материалов следующий: сталь – 700 млн. т., конструкционного чугуна – 46 млн. т., пластических масс – 100 млн. т., конструкционных стекла и керамики – 180 млн. т., алюминий – 12 млн. т., медь – 7 млн. т., никель – 0,5 млн. т. (данные

1998 г.). Как видно, наиболее широко применяются металлические ма-

териалы. Например, в машиностроении их доля достигает 95%. Однако наибольшие темпы роста производства у композиционных материалов.

1.2. Методы изучения строения конструкционных материалов

Существует много разнообразных способов, при помощи которых изучают строение материалов. В данном параграфе представлены лишь основные методы анализа внутреннего строения металлических материалов. Многие из представленных методов используются и для оценки строения неметаллических и композиционных материалов.

Определение химического состава. Для определения химическо-

го состава используются методы количественного анализа. Если не требуется большой точности, то используют спектральный анализ. Спектральный анализ основан на разложении и исследовании спектра электрической дуги или искры, искусственно возбуждаемой между медным электродом и исследуемым металлом. Зажигается дуга, луч света через

призмы попадает в окуляр для анализа спектра. Цвет и концентрация линий спектра позволяют определить содержание химических элементов. Используются стационарные и переносные стилоскопы.

Более точные сведения о составе дает рентгеноспектральный анализ. Проводится на микроанализаторах. Позволяет определить состав фаз сплава, характеристики диффузионной подвижности атомов.

Структурный анализ. Существуют понятия макроструктуры, микроструктуры и субмикроструктуры материалов.

Макроструктурный анализ – изу-

чение структуры материалов визуально

или с помощью простейших оптических

приборов с увеличением до 50 крат.

Наиболее доступным при этом является

изучение изломов (рис. 1.2). Для металлов

и сплавов мелкокристаллический излом

соответствует лучшему качеству – бо-

лее высоким механическим свойствам.

На изломах, например, в сталях легко

наблюдаются дефекты: крупное зерно,

грубая волокнистость, трещины, ракови-

Рис. 1.2. Излом бронзовой

ны и т.п. Другим способом макроиссле-

дования является изучение строения ме-

отливки (×50)

таллических материалов на специаль-

ных темплетах (образцах). После

травления специальными растворами шлифованной поверхности темплета на ней выявляется кристаллическая структура, волокнистость, дендритное строение, не-

однородность металла. Например,

травление поперечного среза свар-

ного шва дает возможность вы-

явить места непровара, пузыри, зо-

ну термического влияния, трещины

и т.п.

Микроструктурный

анализ

(рис. 1.3) – изучение поверхности

при помощи световых микроско-

пов. Увеличение составляет от 50

Рис. 1.3. Микроструктура литей-

до 2000 крат. Позволяет обнару-

жить элементы структуры разме-

ной легированной стали (×500)

ром до 0,2 мкм. Образцами яв-

ляются микрошлифы с

блестя-

Источник: https://studfile.net/preview/1849946/

Biz-books
Добавить комментарий