- •Конспект лекций по общему курсу материаловедения
- •Для студентов заочной формы обучения
- •Учебное пособие
- •Москва 2013
- •Введение.
- •Глава 1. Теория сплавов.
- •1.1. Механические свойства сплавов и методы их определения.
- •1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения металлов.
- •1.4. Закономерности кристаллизации металлов и сплавов.
- •1.5. Микроструктура сплавов.
- •1.6. Характеристика фаз и структурных составляющих.
- •1.7. Диаграммы состояния.
- •1.8. Фазы и структурные составляющие в сплавах Fe-c.
- •1.9. Влияние химического состава и структуры на свойства сталей и чугунов.
- •1.10. Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей.
- •1.11. Применение чугунов.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 2. Теория термической обработки.
- •2.1. Критические температуры при термообработке стали.
- •2.2. Превращения при нагреве стали.
- •Перегрев и пережог.
- •2.3. Превращения в стали при непрерывном охлаждении.
- •2.4. Образование структур перлитного типа.
- •2.5. Промежуточное превращение.
- •2.6. Мартенситное превращение.
- •2.6.1.Особенности мартенситного превращения.
- •2.6.2. Свойства мартенсита.
- •2.7. Превращения при отпуске.
- •2.7.1. Свойства стали после отпуска.
- •2.7.2. Отпускная хрупкость.
- •2.7.3. Старение.
- •2.8. Прокаливаемость и закаливаемость стали.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 3. Технология термической обработки.
- •3.1. Технология объемной термообработки стали.
- •3.1.1. Отжиг 1-го рода.
- •3.1.2. Отжиг 2-го рода.
- •3.1.3. Нормализация.
- •3.1.4. Дефекты отжига и нормализации.
- •3.1.5. Закалка.
- •3.1.6. Дефекты закалки.
- •3.2. Поверхностная закалка.
- •3.3. Химико-термическая обработка (хто).
- •3.3.1. Цементация.
- •3.3.2. Азотирование.
- •3.3.3. Нитроцементация.
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 4. Машиностроительные материалы.
- •4.1. Легированные конструкционные стали.
- •4.2. Специальные стали и сплавы.
- •4.3. Литейные сплавы.
- •4.4. Неметаллические материалы.
- •4.4.1. Пластмассы.
- •4.4.2. Резины.
- •4.4.3. Клеи и герметики.
- •4.5. Композиционные материалы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Глава 5. Порошковые материалы.
- •5.1. Технология производства металлических порошков.
- •Основными элементами технологии порошковой металлургии являются:
- •5.2. Свойства металлических порошков.
- •5.3. Классификация порошковых сталей.
- •5.4. Порошковые углеродистые конструкционные стали.
- •5.5. Порошковые легированные конструкционные стали.
- •Медистые порошковые стали.
- •Порошковые стали, легированные никелем.
- •Порошковые железомедноникелевые стали.
- •Порошковые молибденовые стали.
- •Хромистая порошковая сталь.
- •Марганцовистые порошковые стали.
- •Сложнолегированные порошковые конструкционные стали.
- •5.6. Порошковые стали инструментального назначения.
- •5.7. Порошковые стали специального назначения.
- •5.8. Антифрикционные материалы на основе железа.
- •5.9 Термическая обработка порошковых сталей.
- •5.10. Свойства и применение порошковых сплавов.
- •Применение порошковых материалов
- •Методами порошковой металлургии получают:
- •Применение и состав порошковых сплавов
- •5.11. Производство деталей из порошковых материалов.
- •5.12. Эффективность технологии порошковой металлургии.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
Глава 4. Машиностроительные материалы.
В качестве машиностроительных материалов применяют конструкционные стали всех категорий качества, графитизированные чугуны, сплавы на основе цветных металлов, неметаллические материалы, порошковые сплавы и некоторые типы композитов. Наиболее востребованными были и остаются стали, которые в зависимости от химического состава подразделяют на углеродистые и легированные. Легированные стали выплавляют только качественными и высококачественными.
4.1. Легированные конструкционные стали.
Это стали, в состав которых для получения требуемых свойств вводят специальные легирующие элементы. В зависимости от их суммарного содержания различают низколегированные (∑Л.Э. до 3%), среднелегированные (∑Л.Э. до 6%), и высоколегированные (∑Л.Э. свыше 6%). Стали первых двух групп относятся к сталям общего назначения, стали третьей группы относятся к специальным. В сталях общего назначения основными легирующими элементами являются хром (до 1,8%), никель (от 1 до 4%), кремний (0,9…1,2%), марганец (0,8…1,2%). В комбинации с этими элементами в состав этих сталей могут также входить вольфрам (0,5…1,2%), медь (0,1…0,3%), ванадий (0,1…0,3%), алюминий (до 0,5%), молибден (0,2…0,4%), титан (0,06…0,12%), ниобий и бор (0,002…0,005%).
В зависимости от взаимодействия с углеродом различают карбидообразующие (Mn,Cr,Mo,V,W,Ti,Nb) легирующие элементы и не образующие карбидов (Ni,Cu,Si,Al). Кроме того, эти элементы могут входить в состав легированного цементита (Fe,Me)mCn, где Ме – легирующий элемент, а также входят в состав твердых растворов – феррита или аустенита.
При определенной концентрации легирующие добавки могут влиять на значения критических температур, определяющих температурную область существования указанных твердых растворов. Так, например, Ni и Mn при содержании их в стали до 10 и более % расширяют область существования аустенита в диапазоне температур от комнатной до температуры солидус. Это стали аустенитного класса; примерами таких сталей являются сталь 110Г13Л (≈13%Мn) и сталь 12Х18Н10Т (≈10%Ni). Обе стали обладают специальными свойствами:сталь 110Г13Л износостойкая, сталь 12Х18Н10Т – нержавеющая. К нержавеющим относится и сталь 12Х17 (≈17%Cr), но это уже сталь ферритного класса, так как хром при таком количестве расширяет область существования феррита в диапазоне температур от комнатной до температуры солидус.
Легированные стали общего назначения относятся к сталям перлитного класса. Основное преимущество этих сталей перед углеродистыми в большей прокаливаемости, что обеспечивает высокую конструкционную прочность изделий из этих сталей сечением более 20мм. Закалку можно проводить в масле или даже на воздухе (в зависимости от прокаливаемости), что особенно важно для изделий сложной конфигурации, склонных к образованию закалочных трещин и короблению.
В зависимости от режима упрочняющей обработки различают две группы легированных сталей: цементуемые и улучшаемые. К цементуемым относят малоуглеродистые (0,1…0,25%С) стали, подвергаемые цементации, закалке и низкотемпературному отпуску. Следует использовать для цементации наследственно мелкозернистые стали, дополнительно легированные титаном или молибденом (25ХГТ,25ХГМ). В результате достигается высокая твердость и прочность поверхностного слоя изделия в сочетании с вязкой сердцевиной. Поэтому цементацию применяют для деталей, работающих в условиях повышенного изнашивания и ударных нагрузок (зубчатые колеса, валы-шестерни и т.п.).
Улучшаемыми называют среднеуглеродистые (0,3…0,5%С) стали, подвергаемые полной закалке и высокотемпературному отпуску (улучшению). Эти стали должны обладать достаточной прокаливаемостью для того, чтобы в результате улучшения получить по сечению детали однородную структуру – сорбит отпуска. Эта структура обеспечивает оптимальное сочетание прочности и вязкости стали. Поэтому при выборе улучшаемой стали следует ориентироваться на показатель ее прокаливаемости – критический диаметр (ДКР,мм), который должен быть не меньше сечения самой детали. Улучшение применяют для деталей, работающих в сложных условиях при разнохарактерных нагрузках, в том числе и ударных, в условиях низких температур и наличия в деталях концентраторов напряжений. К улучшаемым относят хромистые (40Х,50Х), хромоникелевые (40ХН,40ХН2МА), хромокремнемарганцевые (35ХГСА) стали. Для устранения опасности отпускной хрупкости охлаждение этих сталей после отпуска проводят в воде или масле. Износостойкость после улучшения невысока. Поэтому ряд деталей после улучшения подвергают поверхностной закалке с нагревом ТВЧ или азотированию (шестерни, пальцы, гильзы цилиндров Д.В.С. и т.п.).
Легированные конструкционные стали маркируют буквами русского алфавита с цифрами. Двузначная цифра в начале марки означает содержание углерода в сотых долях %, буквы справа от цифры означают легирующий элемент: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ю – алюминий. Цифры после буквы указывают примерное содержание данного легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифры после буквы означает, что содержание данного элемента около 1%. Под это правило не подпадают титан, молибден, ванадий, медь, алюминий, ниобий и бор, содержание которых в сталях измеряется долями процента. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная, а в начале марки означает, что сталь автоматная (повышенной обрабатываемости).