- •Курс лекций по материаловедению
- •Предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •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
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •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
- •59. 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
- •Содержание
6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов
В зависимости от стадии производства, контроль материалов подразделяют на входной, операционный (технологический) и выходной.
Входной контроль осуществляется при поступлении материала на предприятие и при запуске его в производство с целью уточнения, проверки или установления марки материала, химического состава, свойств и состояния исходного сырья (измельченности, влажности, содержания примесей и т. п.).
В процессе обработки материала производится его технологический (пооперационный) контроль, в результате которого выявляются дефекты и отступления от нормы, возникающие в процессе технологического передела (раковины при литье, трещины при обработке давлением и сварке и т. п.).
Выходной контроль связан с оценкой качества материала готовых деталей и изделий. Результаты такого контроля позволяют дать аттестацию изделия и отражаются в сопроводительной документации (сертификате) на изделие при его отпуске заказчику.
Существует большое разнообразие методов оценки качества материалов, регламентированных соответствующими ГОСТ и ТУ. В частности, в зависимости от методики получения данных и их обработки, эти методы подразделяются на точечные и статистические, в зависимости от методики проведения – на неразрушающие и разрушающие и т. д. В результате оценки качества материала получают количественные характеристики тех или иных его параметров, которые характеризуют основные эксплуатационные свойства материалов. Например, для конструкционных материалов наиболее важными являются химический анализ и испытания механических свойств, позволяющие оценить состав, прочностные и пластические характеристики при статических и динамических воздействиях и т. п. Для материалов специального назначения используются физико-химические методы, например, оценка коррозионной стойкости, магнитных свойств и т. д.
Качество структуры материала изучают визуально, а также с помощью оптических7и электронных микроскопов8. Для наблюдения структуры на атомном уровне используют сканирующие туннельные микроскопы (СТМ) и атомно-силовые микроскопы (АСМ)9. Кристаллографическая структура, а также ее искажения под действием внутренних напряжений исследуются с помощью рентгеноструктурных и электронографических методов.
7(12). Механические испытания материалов
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам относят сопротивление материала деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность не разрушаться при наличии трещин). Механические свойства относятся к важнейшим потребительским свойствам конструкционных материалов.
Существуют десятки видов механических испытаний и технологических проб. В зависимости от способа приложения внешней нагрузки различают испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, растяжение с кручением и т. д. В зависимости от скорости приложения нагрузки испытания подразделяют на статические(когда нагрузка прикладывается очень медленно) идинамические(когда нагрузка прикладывается быстро). Результаты статических испытаний используются при оценке эксплуатационных свойств материалов при неизменных или медленно изменяющихся нагрузках, а динамических – при быстро изменяющихся циклических или ударных нагрузках. Для обеспечения воспроизводимости результатов все испытания проводят по стандартизованным методикам.
Самыми распространенными механическими испытаниями являются испытание на растяжение, определение твердости и определение ударной вязкости при изгибе.
Испытания на вязкость разрушения, усталость, живучесть используют в основном только для материалов, идущих на изготовление самых ответственных конструкций.